DE69816726T2

DE69816726T2 - Verfahren und Vorrichtung zur in-situ Endpunktbestimmung und zur Optimierung eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens mit Linear Poliergerät

Info

Publication number: DE69816726T2
Application number: DE69816726T
Authority: DE
Inventors: Rahal San Jose Jairath; Jiri Palo Alto Pecen; Saket Colorado Springs Chadda; Wilbur C. Palo Alto Krussel; Jerauld J. Los Gatos Cutini; Erik H. Livermore Engdahl
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: EP0893203A2; ATE246071T1; EP0893203B1; JPH1177524A; KR19980087549A; US6261155B1; TW440888B; US6146248A; DE69816726D1; EP0893203A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleiter-Substratbearbeitung und insbesondere die Überwachung des Materials, das während eines chemischmechanischen Polierens eines Halbleitersubstrats abgetragen wird.
Die Herstellung einer integrierten Schaltung erfordert die Bildung von verschiedenen (sowohl leitenden, halbleitenden als auch nicht-leitenden) Schichten über einem Basissubstrat, um notwendige Bestandteile und Zwischenverbindungen zu bilden. Während des Herstellungsverfahrens, muss die Entfernung einer bestimmten Schicht oder von Abschnitten einer Schicht erreicht werden, um sie eben zu machen oder um die verschiedenen Bestandteile und Zwischenverbindungen zu bilden. Das chemischmechanische Polieren (CMP) wird extensiv bei verschiedenen Stufen der Bearbeitung einer integrierten Schaltung durchgeführt, um eine Fläche eines Halbleitersubstrats, wie beispielsweise ein Siliziumsubstrat, eben zu machen. Es wird auch zum Polieren von optischen Oberflächen, meteorologischen Proben, Micro-Maschinen und verschiedenen Metall- und Halbleiter-basierten Substraten verwendet.
Das CMP ist eine Technik, bei welcher ein Poliermittel entlang eines Polierpfads verwendet wird, um Material auf einem Halbleitersubstrat wegzupolieren. Die mechanische Bewegung des Pfads relativ zum Substrat in Kombination mit der chemischen Reaktion des Poliermittels schafft eine abschleifende Kraft mit einer chemischen Erosion, um die freigelegte Oberfläche des Substrats (oder eine auf dem Substrat gebildete Schicht) eben zu machen.
Beim häufigsten Verfahren zur Durchführung des CMPs, stützt ein rotierender Wafer-Halter einen Wafer und ein Polierkissen rotiert relativ zur Waferoberfläche. Der Wafer-Halter presst die Waferoberfläche gegen das Polierkissen, während des Verfahrens des Ebenmachens und rotiert den Wafer um eine erste Achse relativ zum Polierkissen (vgl. zum Beispiel U.S. Patent Nr. 5,329,732). Die mechanische Kraft zum Polieren wird von der Geschwindigkeit des Polierkissens, das um eine zweite Achse verschieden von der Ersten rotiert und der abwärts gerichteten Kraft des Wafer-Halters abgeleitet. Ein Poliermittel wird konstant unter den Wafer-Halter übertragen, und die Rotation des Wafer-Halters unterstützt die Zuführung des Poliermittels und eine Durchschnittsbildung von lokalen Schwankungen quer über den Wafer. Da die auf die Waferoberfläche angewendete Polierrate proportional zu der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Substrat und dem Polierkissen ist, hängt die Polierrate bei einem gewählten Punkt auf der Waferoberfläche vom Abstand des gewählten Punkts zu den zwei Primärachsen der Rotation – der des Wafer-Halters und der des Polierkissens – ab. Dies führt zu einem unGeschwindigkeitsprofil quer zur gleichförmigen Oberfläche des Substrats, und deshalb zu einem ungleichförmigen Polieren. Zusätzlich wird im Allgemeinen von den Fachleuten des CMPs angenommen, dass eine höhere Relativgeschwindigkeit zwischen dem Wafer und dem Polierkissen für eine überragende Planierungsdurchführung gewünscht wird (vgl. zum Beispiel Stell et al., in "Advanced Metallization for Devices and Circuits – Science, Technology and Manufacturability" ed. S. P. Murarka, A. Katz, K. N. Tu and K Maex, pg 151). Jedoch führt eine höhere Durchschnittsrelativgeschwindigkeit bei dieser Konfiguration zu einem weniger wünschenswerten Geschwindigkeitsprofil quer über die Oberfläche des Substrats und deshalb zu einer schlechteren Polier-Gleichförmigkeit.
Dieses Problem wird unter Verwendung eines linearen Polierers gelöst. Bei einem linearen Polieren bewegt, anstatt eines rotierenden Kissens, ein Band ein Kissen linear quer zur Substratoberfläche, um ein weitaus gleichförmigeres Geschwindigkeitsprofil quer zur Oberfläche des Substrats zu schaffen. Das Substrat wird zur Durchschnittsbildung von lokalen Schwankungen, wie mit einem rotierenden Polieren, rotiert. Ungleich zu rotierenden Polierern führen jedoch lineare Polieren zu einer gleichförmigen Polierrate quer zur Substratoberfläche den CMP-Vorgang hindurch, um das Substrat gleichförmig zu polieren.
Zusätzlich sind lineare Polierer fähig, flexible Bänder zu verwenden, auf welchen das Kissen angeordnet ist. Diese Flexibilität erlaubt dem Band, sich zu beugen, was eine Veränderung beim Kissendruck, der auf das Substrat angewendet wird, veranlassen kann. Eine Fluidlagerung, die mittels einer stationären Platte ausgebildet ist, kann verwendet werden, um den Kissendruck, der auf das Substrat an verschiedenen Orten entlang der Substratoberfläche angewendet wird, zu regeln, somit wird das Profil der Polierrate quer zur Substratoberfläche geregelt.
Lineare Polieren sind im europäischen Patent EP 0706857 und auch in der Patentanmeldung mit dem Titel "Control of Chemical-Mechanical Polishing Rate Across A Substrate Surface;" SerienNr. 08/638,464; am 26. April 1996 eingereicht und in einer Patentanmeldung mit dem Titel "Linear Polisher and Method for Semiconductor Wafer Planarization;" SerienNr. 08/759,172; am 3. Dezember 1996 eingereicht, beschrieben. Fluidlagerungen sind in einer Patentanmeldung mit dem Titel "Control Of Chemical-Mechanical Polishing Rate Across A Substrate Surface For A Linear Polisher;" SerienNr. 08/638,462, am 26. April 1996 eingereicht und im U.S. Patent Nr. 5,558,568 beschrieben.
Rotierende CMP-Systeme sind konstruiert worden, um verschiedene Überwachungstechniken örtlich einzubauen. Zum Beispiel beschreibt das U.S. Patent Nr. 5,081,421 eine örtliche Überwachungstechnik, bei der die Erfassung mittels Einrichtungen verwirklicht wird, die kapazitiv die Dicke der dielektrischen Schicht auf einem leitenden Substrat messen. Die U.S. Patente Nr. 5,240,552 und 5,439,551 beschreiben Techniken, bei denen akustische Wellen vom Substrat verwendet werden, um den Endpunkt zu bestimmen. Das U.S. Patent Nr. 5,597,442 beschreibt eine Technik, bei der der Endpunkt mittels Überwachung der Temperatur des Polierkissens mit einer infraroten Temperarturmessvorrichtung erfasst wird. Das U.S. Patent Nr. 5,595,526 beschreibt eine Technik, bei der eine Menge annähernd proportional zu einem Teil der durch den Polieren verbrauchten Gesamtenergie verwendet wird, um den Endpunkt zu bestimmen. Die U.S. Patente Nr. 5,413,941, 5,433,651 und die europäische Patentanmeldung Nr. EP 0 738 561 beschreiben optische Verfahren zur Bestimmung des Endpunkts.
Im U.S. Patent Nr. 5,413,941 trifft ein Laserlicht auf einen Bereich des Substrats bei einem Winkel größer als 70° von einer Linie senkrecht zum Substrat, wobei das aufgetroffene Laserlicht sich vorherrschend von dem Bereich spiegelt, anstatt durchgelassen zu werden. Die Intensität des reflektierten Lichts wird als ein Maß einer Veränderung im Planheitsgrad des Substrats als Ergebnis des Polierens verwendet.
Bei anderen Systemen tritt das Licht durch einen einzelnen Überwachungskanal, typischerweise durch ein Fenster in der Polierplatte und/oder dem Kissen. Zum Beispiel im U.S. Patent Nr. 5,433,651 hat die rotierende Polierplatte ein darin eingebettetes Fenster, das mit der Platte fluchtend, im Gegensatz zum Polierkissen, ist. Da die Platte rotiert, passiert das Fenster über eine örtliche Überwachungseinrichtung, die eine den Endpunkt des Poliervorgangs anzeigende Reflexionsmessung vornimmt. Bei der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 0 738 561 A1 hat die rotierende Polierplatte ein darin eingebettetes Fenster, das nicht gleich dem im '651 Patent eingepasst oder vom Polierkissen weggebildet ist. Ein Laser-Interferometer wird verwendet, da das Fenster über eine örtliche Überwachungseinrichtung passiert, um den Endpunkt der Polierbearbeitung zu bestimmen.
Es ist wichtig, zu bemerken, dass in diesen zwei Systemen nur ein einziger Überwachungskanal verwendet wird und dass dieser einzige Kanal sich entlang mit dem Polierelement und der Platte bewegt. Zusätzlich wird das im Überwachungskanal dieses Systems verwendete Fenster nicht benötigt, um flexibel zu sein, da das Fenster und die Polierplatte und/oder das Kissen in einer Ebene rotieren.
Obgleich CMP-Systeme mit rotierender Platte konstruiert worden sind, um örtliche Überwachungstechniken einzubauen, gibt es ein Bedürfnis für einen linearen Polieren, der einer örtlichen Überwachung einer Substratoberfläche fähig ist und zur Optimierung des chemisch-mechanischen Poliervorgangs.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft chemisch-mechanisches Polieren (CMP) eines Substrats unter Verwendung eines linearen Planierungswerkzeugs und einer Filmdicken-Überwachungseinrichtung zur Endpunkterfassung und Optimierung des CMP-Vorgangs.
Ein chemisch-mechanisches Polierelement nach der Erfindung wird mittels der Merkmale der Ansprüche 1 oder 14 definiert.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung hat ein lineares Polierband eine darin platzierte Öffnung. Ein Überwachungsfenster ist an das Band befestigt, um die Öffnung zu schließen und um einen Überwachungskanal im Band zu schaffen. Das Überwachungsfenster umfasst ein flexibles Material, das angepasst ist, um sich mit dem Band zu verbiegen, wenn das Band sich im Gebrauch bewegt. Alternativ kann das Band selbst so beschaffen sein, dass es ein Überwachung des Flächenzustands des zu polierenden Substrats erlaubt.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Band bei einer linearen CMP-Vorrichtung verwendet. Eine Filmdicken-Überwachungseinrichtung, wie beispielsweise ein Interferometer, betrachtet das Substrat durch das Überwachungsfenster, um den Endpunkt des CMP-Vorgangs zu bestimmen. Die Filmdicken-Überwachungseinrichtung kann längsseits des Bandes oder zumindest teilweise innerhalb eines Bereichs durch dieses Band begrenzt angeordnet sein. Eine Vielzahl von Überwachungskanälen kann auch verwendet werden.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird das lineare Polierband bei einem Verfahren zur Bestimmung eines Endpunkts des CMP-Vorgangs mittels wiederholten Messens der Filmdicke eines Substrats verwendet, um zu bestimmen, ob eine vorherbestimmte Dicke erreicht wurde, in dem Fall kann die Tatsache angezeigt werden, dass ein Endpunkt erreicht wurde und der CMP-Vorgang beendet werden kann.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird das lineare Polierband bei einem Verfahren verwendet, um eine Abtragrate bei jedem gegebenen Umfang eines Substrats während der Ausführung des CMPs zu bestimmen, mittels Bestimmung des Unterschieds zwischen zwei aufeinanderfolgenden Filmdicken-Messungen, die durch den selben Überwachungskanal im Band gemacht wurden.
Nach einem fünften Aspekt der Erfindung wird das lineare Polierband bei einem Verfahren zur Bestimmung der durchschnittlichen Abtragrate über einer Substratfläche während der Durchführung des CMPs verwendet, mittels Bestimmung der Durchschnittsdifferenzen zwischen zumindest zwei aufeinanderfolgenden Filmdicken-Messungen, die mittels zwei Filmdicken-Überwachungsvorrichtungen vorgenommen worden sind.
Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung wird das lineare Polierband bei einem Verfahren zur Bestimmung der Abtragraten-Schwankung über eine Substratfläche während der Durchführung des CMPs verwendet, mittels Bestimmung der Schwankungen der Differenzen zwischen zumindest zwei nachfolgenden Filmdicken-Messungen, die mittels zumindest zwei Filmdicken-Überwachungsvorrichtungen genommen worden sind.
Nach einem siebten Aspekt der Erfindung wird das lineare Polierband bei einem Verfahren zur Optimierung des CMP-Vorgangs mittels Charakterisierung eines Poliervorgangs verwendet, um die Auswirkungen von Bearbeitungsparametern zu bestimmen; und dann zur Bestimmung der Abtragrate und der Abtragraten-Schwankung; und dann zur Einstellung der Polierbearbeitungsparameter, um die Abtragrate und die Gleichförmigkeit zu optimieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist eine schematische Ansicht eines linearen Polierers nach dem Stand der Technik.
Die 2 ist eine Querschnittansicht eines linearen Polierers einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
Die 3 ist eine Draufsicht, die die Anordnung von Öffnungen in einer Platte und ein Muster von Öffnungen auf einem Band mit der Ausrichtung der Öffnungen in der Platte zeigt.
Die 4 ist eine Querschnittansicht einer Faser-optischen Übertragungslinie, die zwischen zwei Schichten eines Bandes angeordnet ist, um einen erstreckten optischen Signalweg von einer äußeren Fläche des Bandes zu einer ersten Seitenfläche des Bandes zu schaffen.
Die 5 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung von Sensorpositionen in einem Band zeigt, aber nicht in einer Platte, in der eine Faser-optische Anordnung der 4 mit mehrfachen Filmdicken-Überwachungseinrichtungen eingesetzt wird.
Die 6 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung von Sensorpositionen in einem Band zeigt, aber nicht in einer Platte, in der eine Faser-optische Anordnung mit nur einer einzigen Filmdicken-Überwachungseinrichtung eingesetzt wird.
Die 7 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung einer Vielzahl von Öffnungen in einer Platte und ein Band, das nur einer Öffnung aufweist, zeigt.
Detaillierte Beschreibung der derzeitigen bevorzugten Ausführungsformen
Wenden wir uns jetzt den Zeichnungen zu; die 1 stellt einen linearen Polierer 100 nach dem Stand der Technik dar, der beim Planmachen eines (nicht gezeigten) Substrates mittels einer im Allgemeinen in der Technik als chemisch-mechanisches Polieren (CMP) bekannten Technik verwendet wird. Wie in dieser Figur gezeigt, weist der lineare Polierer 100 einen Substratträger 110 auf, der an einem Polierkopf 105 befestigt ist, der das Substrat festhält. Das Substrat ist auf einem Band 120 positioniert, das sich über erste und zweite Walzen 130 und 135 bewegt. Wie hierin verwendet, bezeichnet "Band" ein geschlossenes Schleifenelement, das zumindest eine Schicht umfasst, wobei zumindest eine Schicht eine Schicht eines Poliermaterials ist. Eine Erörterung der Schichten) des Bandelements wird nachstehend entwickelt.
Ein Poliermittel-Dispensiermechanismus 140 stellt ein Poliermittel 150 oben auf das Band 120 bereit. Das Poliermittel 150 bewegt sich unter das Substrat entlang mit dem Band 120 und kann in teilweisem oder vollständigem Kontakt mit dem Substrat zu jedem Augenblick in der Zeit während der Polierbearbeitung sein. Eine Platte 155 unterstützt das Band 120 unter dem Substratträger 110.
Im Allgemeinen rotiert der Substratträger 110 das Substrat über dem Band 120. Eine mechanische Rückhalteeinrichtung, wie beispielsweise ein Rückhaltering und/oder ein Vakuum hält typischerweise das Substrat, am Platz fest.
Das Band 120 ist fortlaufend und rotiert über die Walzen 130, 135. Die Antriebseinrichtungen, wie beispielsweise ein (nicht gezeigter) Motor dreht die Walzen 130, 135, der das Band 120 veranlaßt, sich hinsichtlich der Fläche des Substrats in einer linearen Bewegung zu bewegen.
Da das Band 120 sich in einer linearen Richtung bewegt, stellt der Poliermittel-Dispensiermechanismus 140 ein Poliermittel 150 auf dem Band 120 bereit. Ein (nicht gezeigter) Vorbehandlungsapparat wird typischerweise verwendet, um das Band 120 während des Gebrauchs mittels konstantem Abstreifens des Bandes 120 aufzufrischen, um den aufgebauten Poliermittelrest und/oder die Kissendeformation zu entfernen.
Das Band 120 bewegt sich zwischen der Platte 155 und dem Substrat, wie in 1 gezeigt. Ein Primärzweck der Platte 155 besteht darin, eine unterstützende Plattform auf der Unterseite des Bandes 120 zu schaffen, um sicherzustellen, dass das Band 120 genügend mit dem Substrat zum gleichförmigen Polieren in Kontakt steht. Typischerweise drückt der Substratträger 110 abwärts gegen das Band 120 mit passender Kraft, so dass das Band 120 ausreichend Kontakt mit dem Substrat zur Durchführung des CMPs herstellt. Da das Band 120 flexibel ist und herab gepresst wird, wenn das Substrat nach unten auf dieses presst, schafft die Platte 155 eine notwendige entgegenwirkende Unterstützung zu dieser abwärts gerichteten Kraft.
Die Platte 155 kann eine feste Plattform sein oder sie kann eine Fluid-Lagerung sein (die einen oder mehrere Fluidkanäle umfasst). Eine Fluid-Lagerung wird bevorzugt, da der Fluidfluss von der Platte 155 verwendet werden kann, um ausgeübte Kräfte gegen die Unterseite des Bandes 120 zu regeln. Mittels einer solchen Fluidflussregelung können, durch das Band 120 auf das Substrat ausgeübte Druckschwankungen geregelt werden, um eine gleichförmige Polierrate auf dem Substrat zu schaffen. Beispiele von Fluid-Lagerungen sind in den vorstehenden Patentanmeldungen und im U.S. Patent Nr. 5,558,568, die jeweils unter der Referenznummer eingetragen sind, offenbart.
Erste bevorzugte Ausführungsform
Die 2 zeigt einen Querschnitt einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die eine Verbesserung zum oben beschriebenen linearen Polieren 100 nach dem Stand der Technik darstellt. Wie bei der Ausführungsform nach dem Stand der Technik umfasst der lineare Polieren 200 der 2 einen Substratträger 210, eine Poliermittelschicht 215, ein Band 220 und eine Platte 240 zur Durchführung des CMPs auf einem (nicht gezeigten) Substrat. Das Band 220 hat eine Schicht eines (nicht gezeigten) Poliermaterials, eine innere Fläche 201 und eine äußere Fläche 202. (Die Zusammensetzung des Bands 220 wird unten im Detail genauer beschrieben.) Neu bei dieser Ausführung ist eine Öffnung 230 im Band 220 (die sich von der inneren Fläche 201 zu ihrer äußeren Fläche 202 erstreckt) und eine Öffnung 245 in der Platte 240. Zusätzlich liegt eine Schicht von flüssigem Dampf, wie beispielsweise von vollentsalztem Wasser 255, zwischen dem Band 220 und der Platte 240.
Diese Ausführungsform führt das CMP auf dieselbe Weise wie der vorstehend beschriebene lineare Polierer 100 nach dem Stand der Technik durch. Ungleich dem vorstehenden Polierer 100 kann dieser Polierer 200 mit einer örlichen Filmdicken-Überwachungseinrichtung 250 verwendet werden. Ungleich den in einigen der rotierenden Plattensystemen verwendeten örtlichen Überwachungseinrichtungen, werden zwei Überwachungskanäle in dieser Ausführungsform verwendet, – ein Kanal, der stationär in der Platte ist und ein anderer, der sich mit dem Polierband bewegt.
Da das Band 220 sich linear unter dem Substrat während der CMP-Bearbeitung bewegt, kreuzt die Öffnung 230 im Band 220 die Öffnung 245 in der Platte 240. Wenn die Öffnungen 230, 245 sich (wie in 2 gezeigt) ausrichten, wird eine optische Leitung zwischen dem Substrat und der Filmdicken-Überwachungseinrichtung 250 vervollständigt, und eine örtliche Überwachung kann durchgeführt werden. Das Überwachungsverfahren wird nachfolgend detaillierter erörtert.
Obgleich die Öffnungen 230, 245 offen gelassen werden können, weisen sie im Band 220 und in der Platte 240 darin eingebaute Überwachungsfenster 232, 242 auf. Das Überwachungsfenster 232 im Band 220 ist im Wesentlichen für Licht innerhalb eines ausgewählten Bereiches einer optischen Wellenlänge transparent und erstreckt sich vollständig oder teilweise zwischen der inneren 201 und der äußeren Fläche 202 des Bandes 220. Im Allgemeinen stellt das Überwachungsfenster 232 im Band 220 sicher, dass kein Poliermittel 215 oder Wasser zu der Unterseite des Bandes 220 ausläuft. Durch das Bündigmachen der äußeren Fläche 202 des Bandes 220 werden Implikationen mit der Polierbearbeitung vermieden. Durch das Bündigmachen der inneren Fläche 201 des Bandes 220, wird die Schaffung von turbulenten Betriebszuständen in der Fluid-Lagerung der Platte 240 vermieden (obwohl es gerade eine einfache Erhebung oder Vertiefung sein könnte).
Ungleich den Fenstern nach dem Stand der Technik, sollte das Überwachungsfenster 232 bei den rotierenden Platten-Systemen auch flexibel genug sein, um über die das Band 220 bewegende Walzen (die von 2 bis 40 Zoll Innendurchmesser reichen können) hinüberzulaufen, und es sollte aus einem Material bestehen, das eine minimale Wirkung auf die Polierergebnisse infolge seiner Gegenwart haben wird. Abhängig von dem verwendeten Überwachungssystem kann das Überwachungsfenster 232 auch eine besondere optische Charakteristik benötigen (z. B. eine maximale Strahlungsübertragung von etwa 200 Nanometer bis etwa 2000 Nanometer in der Wellenlänge mit einer minimalen Absorption oder Streuung).
Das, die Öffnung 245 in der Platte 240 füllende, Überwachungsfenster 242 ist vorzugsweise mit der oberen Fläche der Platte 240 bündig gemacht, um das Poliermittel vor dem Fließen in die Filmdicken-Überwachungseinrichtung 250 zu hindern und die Schaffung von turbulenten Zuständen in der Fluid-Lagerung der Platte 240 zu vermeiden. Mit dem Überwachungsfenster 232 im Band 220 schafft das Überwachungsfenster 242 in der Platte 240 vorzugsweise die gewünschten optischen Charakteristiken (z. B. wird eine maximale Übertragung des Lichtspektrums von der Überwachungseinrichtung 250 erzeugt und wird von der Fläche des Substrats reflektiert).
Zweite bevorzugte Ausführungsform
Obwohl das Band 220 der vorstehenden Ausführungsform nur eine Öffnung aufweist, können eine Vielzahl von Öffnungen eingesetzt werden. Wie in 3 gezeigt, kann das Band 310 eine Vielzahl von Öffnungen 320, 322, 324, 326, 328 aufweisen. Für jede Öffnung 320, 322, 324, 326, 328 im Band 310 gibt es eine korrespondierende Öffnung 330, 332, 334, 336, 338 in der Platte unter dem Substratträger 340. Jede Öffnung 330, 332, 334, 336, 338 ist mit jeweils einer Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet. Wie oben kann jede Öffnung mittels eines Überwachungsfensters geschlossen werden.
Bei dieser Figur gibt es fünf Öffnungen, eine beim Zentrum des Substrats und vier um 90°-Intervalle angeordnete Öffnungen. Es wird angemerkt, dass die Anzahl oder das Muster der Öffnungen eine Konstruktionswahl ist. Zum Beispiel können die Öffnungen linear oder konzentrisch angeordnet werden. Mit einigen Filmdicken-Überwachungseinrichtungen, die unter den jeweiligen Positionen des Bandes 310 verteilt sind, kann die Ungleichförmigkeit der Polierbearbeitung quer über die Substratfläche festgestellt werden.
Alternativ kann, wie 7 zeigt, eine einzige Öffnung 720 im Band 710 mit mehrfachen Öffnungen 730, 732, 734 in der Platte verwendet werden, wobei jede Öffnung mit jeweils einer Filmdicken-Überwachungseinrichtung korrespondiert. Wie oben kann jede Öffnung mittels eines Überwachungsfensters geschlossen werden. Die Öffnungen 730, 732, 734 in der Platte sind in einer geraden Linie parallel zur Bewegung des Bandes 710 ausgerichtet. Wenn die Bandöffnung 720 mit einer der Öffnungen 730, 732, 734 in der Platte ausgerichtet ist, kann die zur Plattenöffnung korrespondierende Filmdicken-Überwachungseinrichtung eine Messung der Flächenbedingung des polierten Objekts machen. Mit dieser Anordnung kann der Zustand der mehrfachen Bereiche der Oberfläche mit einer einzigen Öffnung im Band 710 überwacht werden. Es ist wichtig, zu bemerken, dass die Anzahl und die Position der Plattenöffnungen, genauso wie die Anzahl der geraden Linien parallel zum Band 710 eine Konstruktionswahl ist.
Dritte bevorzugte Ausführungsform
Die 4 zeigt eine andere alternative Ausführungsform. Hier gibt es für einen Überwachungskanal keine Öffnung in der Platte. Anstatt dessen ist eine Öffnung 420 im Band 415 für einen verlängerten Überwachungskanal ausgebildet. Diese Figur zeigt ein Band 415, das zwei Schichten (wobei eine der beiden die Schicht 410 ist), eine innere Fläche 401, eine äußere Fläche 402, eine erste Seitenfläche 403 und eine zweite Seitenfläche 404 aufweist. Der Überwachungskanal 420 ist so angeordnet, dass der opti sche Weg sich lateral parallel zu der oberen Fläche einer Schicht 410 des Bandes 415 von der äußeren Fläche 402 zur ersten Seitenfläche 403 erstreckt. Eine Filmdicken-Überwachungseinrichtung 440 ist angrenzend zur ersten Seitenfläche 403 des Bandes 415, anstatt unter dem Band 415, positioniert.
Bei dieser Ausführungsform füllt ein Überwachungsfenster die Öffnung 420, um die optische Strecke vom Substrat zur Filmdicken-Überwachungseinrichtung 440 zu vervollständigen. Dieses Überwachungsfenster kann ein optisches Element aus flexibler Faser sein.
Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen kann dieses Ziel mit mehr als einem Überwachungskanal umgesetzt werden. Die 5 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform, die eine Vielzahl von Überwachungskanälen 520, 522, 524, 526, 528 aufweist. Hier wird ein linear ausgerichtetes, abgeschrägtes, auf dem Band 510 ausgebildetes Lochmuster gezeigt. Die distalen Enden der Faser-optischen Übertragungslinien sind benachbart zu einer Reihe der Filmdicken-Überwachungseinrichtungen 530, 532, 534, 536, 538 begrenzt, die entlang der Seite des sich linear bewegenden Bandes 510 angeordnet sind. Bei dieser Anordnung können die Positionen der Filmdicken-Überwachungseinrichtungen eingestellt werden, um mit den optischen Fasern ausgerichtet zu werden, da die Filmdicken-Überwachungseinrichtungen bewegbar gemacht sind. Somit läßt diese Ausführungsform weniger strenge Anforderungen an die Platzierung der Überwachungskanäle zu, da die Einstellungen bei den Positionen der Filmdikken-Überwachungseinrichtungen 530, 532, 534, 536, 538 gemacht werden können.
Obwohl eine Vielzahl der Filmdicken-Überwachungseinrichtungen in 5 gezeigt sind, kann eine einzige Filmdicken-Überwachungseinrichtung 630, wie 6 darstellt, verwendet werden. Diese einzige Filmdicken-Überwachungseinrichtung 630 wird längsseits des sich bewegenden Bandes 610 positioniert und nimmt den Platz der mehrfachen Filmdicken-Überwachungseinrichtungen ein. Bei dieser Ausführungsform können die mit optischen Fasern gefüllten Überwachungskanäle 620, 622, 624, 626, 628 so hergestellt sein, um die Filmdicken-Überwachungseinrichtung 630 quer in einer linearen Anordnung zu überqueren. Obwohl die Erfassung nicht simultan in mehrfachen Überwachungskanälen durchgeführt werden kann, wie wenn mehrfache Filmdicken-Überwa chungseinrichtungen verwendet werden, können Daten immer noch für jeden Überwachungskanal erhalten werden.
Es ist wichtig zu bemerken, dass bei den vorstehenden Alternativen der Überwachungskanal sich entweder von der äußeren Fläche zur ersten Seitenfläche erstreckt (in dem Fall, in dem die Überwachungseinrichtung entlang der Seite des Bandes positioniert sein kann) oder sich von der äußeren Fläche zur Innenfläche des Bandes erstreckt, (in dem Fall, in dem die Überwachungseinrichtung zumindest teilweise innerhalb des Bandes angeordnet sein kann). Es ist wichtig, festzustellen, dass das Muster der Öffnungen auf dem Band mehr als einmal wiederholt sein kann, um mehrfache Messungen pro Bandrotation zu erhalten. Dies schafft mehrere Datenpunkte pro Zeiteinheit und verbessert die Qualität der erhaltenen Ergebnisse.
Bestes Verfahren und Bandkonstruktion
Die Verwendung einer Fluid-Lagerung (vorzugsweise Luft) ist weitaus vorteilhafter, als die Verwendung einer festen Platte, da Überwachungsdaten verwendet werden können, um den Fluiddruck bei verschiedenen Stellen der Platten einzustellen, um eine örtliche Korrektur während des Poliervorgangs zu schaffen. Es wird bevorzugt, dass die Platte etwa 1–30 Fluidflusskanäle aufweist. Es wird auch bevorzugt, dass eine vorbefeuchtete Schicht von vollentsalztem Wasserdampf zwischen der Platte und dem Band verwendet wird, um jedes Poliermittel wegzustreichen, das unter das Band kommen kann, um eine Blockierung der Flusskanäle zu verhindern.
Das Überwachungsfenster in der Platte besteht vorzugsweise aus einem harten, kratzfesten Material wie beispielsweise Saphir. Ein Saphirfenster von der Swiss Jewel Company (Teile Nr. W12.55) wird bevorzugt verwendet. Das Überwachungsfenster in der Platte ist am Platz mit einem ausreichend festen Klebstoff gesichert, um den Betriebsbedingungen des CMP-Vorgangs zu widerstehen. Es wird bevorzugt, dass das Überwachungsfenster einen Anti-Reflexions-Überzug auf einem oder mehreren Oberflächen aufweist.
Bei Verwendung der vorstehenden Ausführungsformen wird bevorzugt, dass ein Trägerfilm, wie beispielsweise der von Rodel (DF200) erhältliche, zwischen dem Substrat und dem Substratträger verwendet wird. Der Substratträger drückt vorzugsweise das Substrat gegen das Band mit einem Druck von etwa 5 psi.
Das Poliermittel hat einen pH-Wert von etwa 1,5 bis etwa 12. Ein verwendbarer Poliermitteltyp ist das von Hoechst erhältliche Klebesol, obwohl andere Typen von Poliermitteln abhängig von der Anwendung verwendet werden können.
Während des CMP-Vorgangs drehen sich die Walzen vorzugsweise mit einer solchen Geschwindigkeitsrate, dass sie eine Bandgeschwindigkeit von etwa 400 ft/min. schaffen. Das Band sollte mit einer Kraft von etwa 600 Ibs gespannt sein.
Wie vorstehend erwähnt, umfasst ein "Band" zumindest eine Materialschicht, die eine Schicht eines Poliermaterials ist. Es gibt verschiedene Wege, um ein Band zu konstruieren. Ein Weg verwendet ein Edelstahlband, das von Belt Technologies beschafft werden kann, dass eine Breite von etwa 14 Zoll und eine Länge von etwa 93,7 Zoll Innendurchmesser aufweist. (Zusätzlich zum Edelstahl kann eine Basisschicht, die aus der Gruppe bestehend aus Aramid, Baumwolle, Metall, Metalllegierungen oder Polymeren ausgewählt ist, verwendet werden.) Eine bevorzugte Konstruktion dieses mehrschichtigen Bandes ist wie folgt aufgebaut.
Das Edelstahlband wird auf den Walzensatz der CMP-Maschine platziert und wird unter etwa 2000 Ibs Spannung gesetzt. Wenn das Edelstahlband unter Spannung steht, wird eine Schicht von Poliermaterial, vorzugsweise Rodels IC 1000 Polierkissen, auf das gespannte Edelstahlband platziert. Ein unteres Kissen, vorzugsweise aus PVC, ist an der Unterseite des Edelstahlbandes mit einem Klebstoff befestigt, der fähig ist, den Betriebszustand des CMP-Vorgangs zu widerstehen. Das konstruierte Band weist vorzugsweise eine Gesamtdicke von etwa 90 milli-Zoll auf: etwa 50 milli-Zoll davon ist die Poliermaterialschicht dick, etwa aus 20 milli-Zoll davon besteht das Edelstahlband und etwa 20 milli-Zoll davon ist das untere Kissen aus PVC dick.
Es gibt einige Nachteile des vorstehenden Konstruktionsverfahren. Erstens, da das Edelstahlband auf die Walzen gespannt werden muss, gibt es Ausfallzeiten für die CMP-Maschine. Zweitens erfordert diese Konstruktion Techniker und Zeit, um das Kissen auf das Edelstahlband zu platzieren.
Um diese Nachteile zu überwinden, kann das Band als ein einheitliches Bestandteil ausgebildet sein, wie es in einer Patentanmeldung mit dem Titel "Integrated Pad and Belt for Chemical Mechanical Polishing;" Seriennummer 08/800,373, am 14. Februar 1997 eingereicht, beschrieben wird und hierin mittels der Referenz vollumfänglich Bezug genommen wird. Die bevorzugte Konstruktion eines solchen Aufbaus folgt nun:
Dieses Band wird um ein Kevlar-Gewebe gebildet. Es wurde herausgefunden, dass ein 16/3 Kevlar, 1500 Denier-Schußfaden und ein 16/2 Baumwolle, 650 Denier-Kettfaden die besten Web-Charakteristiken schaffen. Wie es im Stand der Technik gut bekannt ist, ist "der Schußfaden" ein Garn in der Spannungslagerungsrichtung und "der Kettfaden" ist ein Garn in der Richtung senkrecht zur Spannungslagerungsrichtung. "Denier" definierte die Dichte und den Durchmesser des Monofilaments (Endlosgarns). Die erste Zahl repräsentiert die Anzahl der Verdrehungen pro Zoll und die zweite Zahl bezieht sich auf die Anzahl der Filamente, die in einem Zoll verdrillt sind.
Das Gewebe wird in einer Gießform platziert, die vorzugsweise die gleichen Maße, wie das oben beschriebene Edelstahlband aufweist. Ein klares Polyurethanharz (wie es genauer nachfolgend im Detail beschrieben wird) wird in die Gießform unter einem Vakuum gegossen, und der Zusammenbau wird dann gebacken, aus der Gießform entnommen, gehärtet und dann auf das gewünschte Maß geschliffen. Das Harz kann mit Füllstoffen oder Schleifmitteln gemischt sein, um die gewünschten Materialeigenschaften und/oder die Polier-Charakteristiken zu erreichen. Da die Füllstoff- und Schleifmittel-Partikel in der Polierschicht den polierten Gegenstand kratzen können, ist es erwünscht, dass die durchschnittliche Partikelgröße kleiner als etwa 100 Mikrometer ist. Solch ein Band kann vorkonstruiert von Belting Industries erhalten werden.
Anstatt des Gießens und Backens des Gewebes mit Polyurethan kann eine Poliermaterialschicht, vorzugsweise ein Rodel IC 1000 Polierkissen, an das Gewebe oder an dem vorkonstruierten Band befestigt sein, wie es auf dem Edelstahlband war.
Bei jeder dieser Bandkonstruktionen können Füllstoff- und/oder Schleifmittel-Partikel (die eine durchschnittliche Partikelgröße kleiner als 100 Mikrometer aufweisen) durch die ganze Polierschicht verteilt sein, um den Gebrauch von einer geringen Konzentration von Schleifmittel-Partikeln im Poliermittel zu ermöglichen. Die Reduzierung der Schleifmittel-Partikelkonzentration im Poliermittel führt zu wesentlichen Kosteneinsparungen (typischerweise stellen die Poliermittelkosten 30–40% der gesamten Kosten der CMP-Vorgänge dar). Es führt auch zu einer Reduzierung in der Lichtstreuung infolge der Gegenwart der Poliermittelpartikel. Dies reduziert das Geräusch im Signal, das mittels einer Überwachungseinrichtung erhalten wird und hilft, um weitaus genauere und wiederholbare Ergebnisse zu erhalten.
Die Polierschicht kann auch einen Poliermittel-Transportkanal umfassen. Der Poliermittel-Transportkanal ist eine Textur oder ein Muster in der Form von in die Fläche der Polierschicht eingeprägte oder eingegossene Nuten (Absenkungen). Diese Nuten können beispielsweise rechtwinklig, U-oder V-förmig sein. Typischerweise sind diese Kanäle auf der oberen Fläche der Polierschicht weniger als 40 milli-Zoll tief und kleiner als 1 mm breit. Die Poliermittel-Transportkanäle sind typischerweise in einem Muster angeordnet, so dass sie entlang der Länge der Polierfläche verlaufen. Jedoch können sie in jedem anderen Muster genau so gut angeordnet sein. Die Gegenwart dieser Kanäle erhöht den Transport von Poliermittel zwischen der Polierschicht und dem Poliersubstrat bedeutend. Dies führt zu verbesserten Polierraten und einer Gleichförmigkeit quer über die Substratfläche.
Bei jedem der oben beschriebenen Bänder kann ein Loch in das Band an einer gewünschten Position gestanzt werden, um die Öffnung auszubilden. Die Öffnung im Band ist vorzugsweise 1/2 Zoll in der Breite (quer über das Band) mal 3 1/2 Zoll in der Länge (entlang des Bandes) groß.
Das die Öffnung im Band füllende Überwachungsfenster kann aus einer Vielzahl von Materialien, wie beispielsweise Urethan, (festem, gefülltem, aufgeblasenem oder extrudiertem) klarem Polyurethan, PVC, klarem Silikon oder aus vielen anderen Kunststoffen hergestellt sein. Es wird jedoch bevorzugt, klares Polyurethan zu verwenden, da dieses Material eine maximale Übertragung der Strahlung von etwa 200 Nanometer bis etwa 2000 Nanometer der Wellenlänge mit einer minimalen Absorption oder Streuung aufweist. Ein geeignetes klares Urethanharz wie beispielsweise "Calthane ND 2300 System" und "Calthane ND 3200 System" kann von Cal Polymers, Inc., 2115 Gaylord St., Long Beach, California erworben werden. Die Poliermaterialschicht kann aus einem ähnlichen Material hergestellt sein, um minimale Auswirkungen auf die Polierergebnisse sicherzustellen.
Das Überwachungsfenster kann bei der Öffnung mit einem Klebstoff gesichert sein, der ausreichend fest ist, um das Überwachungsfenster an der Stelle während des CMP-Vorgangs zu halten. Der Klebstoff ist vorzugsweise ein von 3M, Minneapolis, Minnesota erhältlicher 2141 Gummi- und Dichtungs-Klebstoff.
Das Überwachungsfenster kann alternativ genau in das Band gegossen sein. Beim Band mit einer Edelstahlschicht kann das Polyurethanharz in die Öffnung gegossen sein. Ein Gußstück mit einem hoch glänzenden Gummiüberzug kann auf beiden Seiten der Öffnung während des Aushärtungsverfahrens platziert werden. Beim Band mit der Gewebeschicht können die Öffnungen in das Gewebe vor der Platzierung in die Gießform hergestellt werden. Zeitlich nachdem oben beschriebenen Backverfahren würde die Öffnung das Polyurethan-Übennachungsfenster erhalten.
Als eine Alternative zur Platzierung der Öffnungen im Band kann jede Schicht des Bandes teilweise oder vollständig aus einem Material hergestellt sein, dass im Wesentlichen transparent für Licht innerhalb eines ausgewählten optischen Wellenlängenbereichs ist, wie beispielsweise etwa 200 Nanometer bis etwa 2000 Nanometer, und dadurch das Bedürfnis eliminiert, ein Überwachungsfenster im Band bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Gewebe mit Kevlar oder einigen anderen Materialien gewebt sein, um Öffnungen im Gewebe zu schaffen, oder es kann aus optischen klaren Fasern konstruiert sein. Klares Polyurethan (oder einige andere klare Materialien) wird dann auf das Gewebe, in der oben beschriebenen Weise, gegossen. Dies resultiert in einem Bandaufbau, der passend für die Filmdicken-Messungen geeignet ist.
Filmdicken-Überwachungseinrichtung
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird eine Filmdicken-Überwachungseinrichtung verwendet, die entweder, zumindest teilweise, innerhalb eines mittels des Bandes begrenzten Bereichs angeordnet ist (d. h. in der Platte) oder entlang des Bands angeordnet ist. Im ersteren Fall ist die Platte stationär (ungleich dem Rotationssystemen nach dem Stand der Technik) hinsichtlich des Bandes angeordnet und hat eine darin geformte Öffnung. Die Überwachungseinrichtung kann zumindest teilweise innerhalb dieser Öffnung angeordnet sein. Ein zweites Überwachungsfenster kann an der Platte gesichert sein und die Öffnung schließen. Dieses Fenster kann im Wesentlichen transparent für Licht innerhalb eines ausgewählten Bereichs von optischen Wellenlängen, wie beispielsweise etwa 200 Nanometer bis etwa 2000 Nanometer sein.
Während des Poliervorgangs wird der optische Weg vervollständigt, wenn der Überwachungskanal im Band mit der Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist, was mittels eines Sensors erfaßt wird. Der Sensor ist vorzugsweise ein Kurzabstandsdiffuser-Reflexionssensor (wie beispielsweise Sunx Modellnummer CX-24). Der Sensor ermöglicht der Filmdicken-Überwachungseinrichtung, den Oberflächenzustand des zu polierenden Substrats zu messen. Ungleich den im Rotationsplattensystem verwendeten Sensoren, erfasst dieser Sensor nicht, wann ein Wafer mit einem einzelnen Überwachungskanal in einer sich bewegenden Platte ausgerichtet wird, sondern erfasst eher, wann das Überwachungsfenster im Band mit der Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist.
Diese von der Filmdicken-Überwachungseinrichtung erhaltene Information kann auf verschiedenen Weisen verwendet werden. Die Filmdicken-Überwachungseinrichtung kann verwendet werden, um den Endpunkt des CMP-Vorgangs zu bestimmen. Es ist wichtig, den CMP-Vorgang nach dem Materialabtrag der letzten ungewollten Schicht zu beenden oder wenn eine ausdrücklich bezeichnete Menge des Substratfilms zurückgelassen wird. Als eine Folge daraus ist die Endpunkterfassung notwendig und äußerst wünschenswert, um anzuzeigen, wann die letzte Schicht abgetragen worden ist oder wann eine ausdrücklich bezeichnete Menge des Substratsfilms zurückgelassen wird. Während des Poliervorgangs wird eine Kette von Filmdicken-Datenpunkten erzeugt, jedes Mal wenn ein Überwachungskanal im Band mit einer Filmdicken-Überwachungs-einrichtung ausgerichtet ist. Wenn die Filmdicke die vordefinierte gewünschte Dicke erreicht, wird der Endpunkt erreicht und der Poliervorgang wird beendet. Deshalb können die nachfolgend beschriebenen Filmdicken-Überwachungseinrichtungen verwendet werden, um den Endpunkt zu bestimmen und anzuzeigen und können verwendet werden, um manuell oder automatisch der CMP-Vorgang bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zu beenden.
Eine gewöhnliche im Stand der Technik verwendete Filmdicken-Überwachungseinrichtung gebraucht einen Interferometer. Informationen zur Interterometrie können in den folgenden Referenzen gefunden werden: Brown, R. Hanbury "The Intensity Interferometer" Taylor and Francis, London (1974); Hariharan, P. "Optical Interferometry" Academic Press, Sydney (1985); Steel, W. H. "Interferometry" Cambridge University Press, Cambridge (1983).
Einige U.S. Patente offenbaren eine Vielfalt von Endpunkt-Erfassungssystemen. Das US Patent Nr. 5,081,796 verwendet eine Laser-Interferometrie als eine Endpunkt-Erfassungseinrichtung. Das U.S. Patent Nr. 4,462,860 beschreibt ein Endpunkt-Erfassungssystem, bei welchem überlagernde Reflexionen oszillierende Signale erzeugen, welche bearbeitet werden, um eine logische Ausgangsanzeige eines Endpunktes zu erzeugen. Die Endpunktertassung beim U.S. Patent Nr. 4,776,695 verwendet einen scannenden Monochrommeter, um den Endpunkt zu bestimmen, der auf einem empfangenen, reflektierten Licht basiert. Das System im U.S. Patent Nr. 5,433,651 bestimmt einen Endpunkt mittels Messungen des Verhältnisses von einfallendem Licht zu reflektiertem Licht. Die europäische Patentanmeldung Nr. EP 0 738 561 A1 beschreibt auch ein Erfassungssystem, bei welchem die Phasenbeziehung zwischen Licht, das von der Fläche des Substrats und darunterliegenden Schichten reflektiert wird, analysiert wird, um den Endpunkt zu bestimmen. Mittels der Referenz wird auf jedes dieser Patente hierdurch vollumfängliche Bezug genommen.
Es ist wichtig, zu bemerken, dass dies lediglich Beispiele sind und dass jedes Endpunkt-Erfassungssystem und jede Filmdicken-Überwachungseinrichtung verwendet werden kann. Zum Beispiel kann die Dicke mit einer Filmdicken-Überwachungseinrichtung unter Verwendung einer Ellipsometrie, einer Strahlprofil-Reflektometrie oder optischen Spannungsgenerator-Strahl-basierten Techniken gemessen werden (wie in der U.S. Patentanmeldung Seriennummer (Anwalts-Akten Nr. 7103/28) beschrieben, die dem Bevollmächtigtem der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist) oder vorzugsweise mit einer mehrfach-Wellenlängenspektroskopie (wie in der U.S. Patentanmeldung Seriennummer (Anwalts-Akten Nr. 7103/29) beschrieben, die dem Bevollmächtigtem der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist), auf welche jeweils hierdurch mittels Referenzen vollumfänglich Bezug genommen wird.
Die vorstehenden Ausführungsformen können bei einem Verfahren zur Bestimmung des Endpunkts des CMP-Vorgangs unter Verwendung eines linearen Bandes verwendet werden. Sobald ein Überwachungskanal im Band mit einer Filmdicken-Überwachungseinrichtung sich ausrichtet, wird ein optischer Weg zwischen der Filmdicken-Überwachungseinrichtung und dem Substrat vervollständigt. Dies ermöglicht eine Messung des Oberflächenzustands des Substrats. Jedesmal wenn ein Überwachungskanal im Band mit einer Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet wird, wird eine Filmdickenmessung gemacht. Deshalb wird eine Sequenz von Filmdickenmessungen während des Poliervorgangs gemacht. Wenn die Filmdicke eine vorher definierte Dicke erreicht, wird der Endpunkt erreicht und kann angezeigt werden, und der Poliervorgang kann beendet werden.
Diese Ausführungsformen können auch bei einem Verfahren zur Bestimmung der Abtragrate bei jedem gegebenen Umfang eines Substrats während der Durchführung eines chemisch-mechanischen Poliervorgangs unter Verwendung eines linearen Polierbandes verwendet werden. Sobald ein Überwachungskanal im Band sich mit einer Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausrichtet, bestimmt die Filmdicken-Überwachungseinrichtung eine Filmdicke bei jedem gegebenen Umfang auf dem Substrat, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Differenz von zwei nachfolgenden Filmdickenmessungen durch den selben Überwachungskanal im Band ist die Filmabtragrate pro Bandumdrehung. Deshalb kann für eine bekannte Bandgeschwindigkeit die Abtragrate des Substrats als Dicke pro Zeiteinheit bestimmt werden.
Dieses Verfahren kann auch angepasst werden, um die Abtragraten-Schwankung und die durchschnittliche Abtragrate quer über die Substratfläche zu bestimmen. Dies wird in einer ähnlichen Weise zur vorstehend beschriebenen erreicht, aber unter Verwendung von mehrfachen Überwachungskanälen im Band oder in der Platte. In diesem Fall resultiertjeder Überwachungskanal in einer Filmdickenmessung bei einem vordefinierten Umfang des Wafer-Substrats. Deshalb werden mit jeder Bandumdrehung mehrfache Filmdickenmessungen quer über die Substratfläche gemacht. Wie vorstehend beschrieben, wird jede der Messungen in eine Abtragrate konvertiert. Der Durchschnitt und die Schwankung der Abtragrate quer über die Substratoberfläche wird somit errechnet. Beispielsweise ist die Standardabweichung der Messungen kennzeichnend für die Abtragraten-Schwankung quer über die Substratfläche.
Zusätzlich kann die mittels der Filmdicken-Überwachungseinrichtung gesammelte Information verwendet werden, um die Bearbeitungsparameter des linearen Polierers einzustellen. Erstens ist der Poliervorgang gekennzeichnet, um die Auswirkungen der Polierparameter, wie beispielsweise den Polierdruck, die Bandgeschwindigkeit, die Trägergeschwindigkeit, den Poliermittelfluss, etc. in Antwort auf wie beispielsweise die Substratabtragrate, die Gleichförmigkeit, etc. zu bestimmen. Ein geeignetes Modell kann unter Verwendung von Software wie beispielsweise RS/1, das von BBN Software erhältlich ist, erzeugt werden. Während des Poliervorgangs wird die Abtragrate und die Abtragraten-Schwankung quer über das Substrat (Gleichförmigkeit), wie vorstehend beschrieben, bestimmt. Diese Information würde dann in Verbindung mit dem entwickelten Modell verwendet werden, um die Polierparameter (wie beispielsweise, aber nicht auf die nach unten gerichtete Kraft, die Bandgeschwindigkeit und die Trägergeschwindigkeit begrenzt) einzustellen, um die Abtragrate und/oder die Gleichförmigkeit zu optimieren. Diese Optimierung kann entweder in Echtzeit oder in einer verzögerten Weise passieren.
Es ist wichtig, zu bemerken, dass obgleich "das Substrat" als bearbeitendes Beispiel verwendet wurde, jeder polierte Gegenstand verwendet werden kann.
Es wird beabsichtigt, dass die vorstehend detaillierte Beschreibung als eine Darstellung von ausgewählten Ausbildungen verstanden wird, die die Erfindung annehmen kann und nicht als eine Definition der Erfindung. Nur die folgenden Ansprüche umfassen alle Äquivalente, die beabsichtigt sind, um den Schutzbereich dieser Erfindung zu definieren.

Claims

Element zum chemisch-mechanischen Polieren, das umfasst: ein Band (220), das eine Schicht aus Poliermaterial umfasst, wobei das Band (220) in einer geschlossenen Schlaufe ausgebildet ist und eine darin ausgebildete Öffnung (230) aufweist; und ein Überwachungsfenster (232), das an dem Band (220) befestigt ist, um die Öffnung (230) zu verschließen und einen Überwachungskanal in dem Band (220) zu schaffen, wobei das Fenster (232) ein flexibles Material umfasst, das so eingerichtet ist, dass es sich mit dem Band (220) biegt, wenn sich das Band (220) in Funktion bewegt.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 1, wobei das Fenster (232) in dem Band (220) im Wesentlichen durchlässig für Licht innerhalb eines ausgewählten Bereiches optischer Wellenlängen ist.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 2, wobei das Fenster (232) in dem Band (220) im Wesentlichen durchlässig für Licht in dem Bereich von ungefähr 200 nm bis ungefähr 2000 nm ist.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Band (220) eine innere (201), eine äußere (202), sowie eine erste und eine zweite seitliche Fläche umfasst und sich die Öffnung (230) in dem Band (220) sowie das Fenster (232) in dem Band (220) zwischen der inneren (201) und der äußeren (202) Fläche erstrecken.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Band (415) eine innere (401), eine äußere (402), sowie eine erste (403) und eine zweite (404) seitliche Fläche umfasst und sich die Öffnung (420) in dem Band (415) sowie das Fenster (420) in dem Band (415) zwischen der äußeren (402) und der ersten seitliche Fläche (403) erstrecken.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 5, wobei das Fenster (420) in dem Band (415) ein flexibles faseroptisches Element umfasst.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren eine Vielzahl zusätzlicher Öffnungen (322–328) in dem Band (310) sowie eine Vielzahl zusätzlicher Überwachungsfenster in dem Band (310) umfasst, wobei jedes zusätzliche Überwachungsfenster eine entsprechende der zusätzlichen Öffnungen (322–328) verschließt.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 7, wobei die Öffnung (320) in dem Band (310) und zusätzliche Öffnungen (320–328) in dem Band (310) in einem Kreuzmuster angeordnet sind.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 7, wobei die Öffnung (520; 620) in dem Band (510; 610) und zusätzliche Öffnungen (522–528; 522–628) in dem Band in einem linearen Muster angeordnet sind.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Muster entlang des Bandes mehr als einmal wiederholt wird.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 10, wobei das Band (510; 610) eine innere, eine äußere sowie eine erste und eine zweite seitliche Fläche umfasst und das lineare Muster schräg in Bezug auf die erste seitliche Fläche ist.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Band des Weiteren eine Grundschicht unter der Schicht aus Poliermaterial umfasst, und die Grundschicht aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aramid, Baumwolle, Metall, Metalllegierungen und Polymeren besteht.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Überwachungsfenster in dem Band Polyurethan umfasst.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren, das ein Band (220) umfasst, das eine Schicht aus Poliermaterial umfasst, wobei das Band (220) in einer geschlossenen Schlaufe ausgebildet ist und wenigstens teilweise aus einer Schicht aus Material besteht, die durchlässig für Licht innerhalb eines ausgewählten Bereiches optischer Wellenlängen ist, um einen Überwachungskanal in dem Band zu schaffen.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 14, wobei die Schicht aus Material im Wesentlichen durchlässig für Licht innerhalb des Bereiches von ungefähr 200 nm bis ungefähr 2000 nm ist.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Band eine Fläche umfasst, die Poliermittel-Transportkanäle umfasst.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus Poliermaterial eine Vielzahl von Füllstoffen umfasst, die in der gesamten Schicht aus Poliermaterial verteilt sind, und die Füllstoffe eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als ungefähr 100 Mikrometer haben.
Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus Poliermaterial eine Vielzahl von Schleifteilchen umfasst, die in der gesamten Schicht aus Poliermaterial verteilt sind, und die Schleifteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 100 Mikrometer haben.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200), die umfasst: wenigstens zwei Walzen, ein Element zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das so angebracht ist, dass es sich so zwi schen den zwei Walzen erstreckt, dass Drehung der Walzen das Band (220) antreibt; und einen Substratträger (210), der an das Band (220) angrenzend angeordnet ist, um ein Substrat zwischen den Walzen in Kontakt mit dem Band (220) zu drücken; wobei die Öffnung (230) in dem Band (220) so positioniert ist, dass sie sich intermittierend in Ausrichtung auf das Substrat bewegt, wenn das Band (220) von den Walzen angetrieben wird.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 19, die des Weiteren umfasst: eine Platte (240), die in Bezug auf das Band (220) stationär ist, wobei die Platte (240) eine darin ausgebildete Öffnung (245) aufweist und die Öffnung (245) so angeordnet ist, dass sie auf die Bandöffnung (230) ausgerichtet ist; und wobei die Platte (240) des Weiteren ein zweites Überwachungsfenster (242) umfasst, das an der Platte (240) befestigt ist, um die Öffnung (245) in der Platte (240) zu verschließen und einen zweiten Überwachungskanal in der Platte (240) zu schaffen.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, die des Weiteren umfasst: eine Filmdicken-Überwachungseinrichtung (250), die in Bezug auf die Walzen auf das Überwachungsfenster (232) in dem Band (220) ausgerichtet so angeordnet ist, dass das Überwachungsfenster (232) in dem Band (220) sich intermittierend an der Filmdicken-Überwachungseinrichtung (250) vorbei bewegt, wenn das Band (220) von den Walzen angetrieben wird.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 21, wobei das Band (220) eine innere (201), eine äußere (202), sowie eine erste und eine zweite seitliche Fläche umfasst, sich die Öffnung (230) sowie das Fenster (232) zwischen der inneren (201) und der äußeren (202) Fläche erstrecken und sich die Filmdicken-Überwachungseinrichtung (250) wenigstens teilweise innerhalb eines Bereiches befindet, der durch das Band (220) begrenzt wird.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 22, wobei die Poliervorrichtung des Weiteren eine Platte (240) umfasst, die in Bezug auf das Band (220) stationär ist und eine darin ausgebildete Öffnung (245) aufweist und die Filmdicken-Überwachungseinrichtung (250) sich wenigstens teilweise innerhalb der Öffnung (245) befindet, die in der Platte (240) ausgebildet ist.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 22, wobei ein zweites Überwachungsfenster (242) an der Platte (240) befestigt ist und die Öffnung (245) verschließt, die in der Platte (240) ausgebildet ist.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 23, wobei das zweite Überwachungsfenster (242) im Wesentlichen durchlässig für Licht innerhalb eines ausgewählten Bereiches optischer Wellenlängen ist.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, wobei das Überwachungsfenster (242) in der Platte (240) Saphir umfasst.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 22, wobei das Band (415) eine innere (401), eine äußere (402) sowie eine erste (403) und eine zweite (404) seitliche Fläche umfasst, sich die Öffnung (420) sowie das Fenster zwischen der äußeren (402) und der ersten (403) seitlichen Fläche erstrecken und sich die Filmdicken-Überwachungseinrichtung (440) neben dem Band (415) befindet.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 22, wobei die Filmdicken-Überwachungseinrichtung (250) ein Interterometer umfasst.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 22, wobei die Filmdicken-Überwachungseinrichtung (250) des Weiteren einen Sensor umfasst, der erfasst, wenn das Überwachungsfenster (232) in dem Band (220) auf die Filmdicken-Überwachungseinrichtung (250) ausgerichtet ist.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 24, die des Weiteren umfasst: eine Vielzahl zusätzlicher Öffnungen (330–338) in der Platte (340) und eine Vielzahl zusätzlicher Überwachungsfenster, wobei jedes zusätzliche Überwachungsfenster eine entsprechende der zusätzlichen Öffnungen (330–338) in der Platte (340) verschließt; und eine Vielzahl zusätzlicher Filmdicken-Überwachungseinrichtungen, die auf jede entsprechende zusätzliche Öffnung (330–338) in der Platte (340) ausgerichtet sind.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 30, wobei die Öffnung und die zusätzlichen Öffnungen in der Platte so angeordnet sind, dass die Öffnung in dem Band über der Öffnung und den zusätzlichen Öffnungen in der Platte läuft.
Lineare Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200) nach Anspruch 30, die des Weiteren eine Vielzahl zusätzlicher Öffnungen in dem Band und eine Vielzahl zusätzlicher Überwachungsfenster in dem Band umfasst, wobei jedes zusätzliche Überwachungsfenster in dem Band eine entsprechende der zusätzlichen Öffnungen in dem Band verschließt und die Öffnung in dem Band sowie die zusätzlichen Öffnungen in dem Band der Öffnung in der Platte sowie den zusätzlichen Öffnungen in der Platte entsprechen.
Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Elementes zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der Ansprüche 1–18, Anbringen des Elementes zwischen den Walzen einer linearen Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren (200), so dass Drehung der Walzen das Element antreibt und das Substrat in Kontakt mit dem Element zwischen den Walzen drückt.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren das Bestimmen eines Endpunktes des Vorgangs des chemisch-mechanischen Polierens umfasst, indem: (a) eine Filmdicke eines Substrats während eines Vorgangs zum chemischmechanischen Polieren mit einem Interferometer gemessen wird, wenn ein Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 510, 610, 710) auf eine Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und anschließend (b) Schritt (a) wiederholt wird, bis die gemessene Filmdicke eine vorgegebene Dicke erreicht; und dann (c) angezeigt wird, dass der Endpunkt erreicht worden ist.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren umfasst: Beenden des Vorgangs des chemisch-mechanischen Polierens, wenn die Filmdicke eine vorgegebene Dicke erreicht.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren umfasst: Bestimmen einer Abtragrate pro Bandumdrehung an einem bestimmten Umfang eines Substrates beim Ausführen des Vorgangs des chemisch-mechanischen Polierens, indem: (a) eine erste Filmdicke eines Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn ein Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 610, 710) auf eine Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (b) eine zweite Filmdicke eines Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn ein Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 610, 710) wieder auf die Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (c) eine Differenz zwischen der ersten Filmdicke und der zweiten Filmdicke berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren umfasst: Bestimmen der durchschnittlichen Abtragrate pro Bandumdrehung über eine Substratfläche beim Ausführen des Vorgangs des chemisch-mechanischen Polierens, indem: (a) eine erste Filmdicke eines Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn ein Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 610, 710) auf eine erste Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (b) eine zweite Filmdicke des Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn der Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 610, 710) wieder auf die erste Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (c) eine dritte Filmdicke des Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn der Überwachungskanal in dem Band auf eine zweite Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (d) eine vierte Filmdicke des Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn der zweite Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 610, 710) wieder auf die zweite Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (e) eine Differenz zwischen der zweiten Filmdicke aus Schritt (b) und der ersten Filmdicke aus Schritt (a) berechnet wird; und (f) eine Differenz zwischen der vierten Filmdicke aus Schritt (d) und der dritten Filmdicke aus Schritt (c) berechnet wird; und dann (g) ein Durchschnittswert der Differenzen aus Schritt (e) und (f) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren umfasst: Bestimmen der Abtragratenschwankung pro Bandumdrehung über eine Substratfläche beim Ausführen des Vorgangs des chemisch-mechanischen Polierens, indem: (a) eine erste Filmdicke eines Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn ein erster Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 510, 610, 710) auf eine erste Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (b) eine zweite Filmdicke des Substrats während eines Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn der erste Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 510, 610, 710) wieder auf die erste Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (c) eine dritte Filmdicke des Substrats während des Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn der zweite Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 510, 610, 710) auf eine zweite Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (d) eine vierte Filmdicke des Substrats während eines Vorgangs des chemischmechanischen Polierens mit einem Interferometer gemessen wird, wenn der zweite Überwachungskanal in dem Band (220, 310, 415, 510, 610, 710) wie der auf die zweite Filmdicken-Überwachungseinrichtung ausgerichtet ist; und dann (e) eine Differenz zwischen der zweiten Filmdicke aus Schritt (b) und der ersten Filmdicke aus Schritt (a) berechnet wird; und (f) eine Differenz zwischen der vierten Filmdicke aus Schritt (d) und der dritten Filmdicke aus Schritt (c) berechnet wird; und dann (g) eine Schwankung der Differenzen aus Schritt (e) und (f) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren umfasst: (a) Charakterisieren des Poliervorgangs, um Auswirkungen von Bearbeitungsparametern zu bestimmen; und dann (b) Bestimmen der Abtragrate; und dann (c) Einstellen der Poliervorgang-Parameter, um die Abtragrate zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 39, das des Weiteren umfasst: (d) Bestimmen der Abtragraten-Schwankung; und dann (e) Einstellen der Poliervorgang-Parameter, um die Gleichmäßigkeit zu optimieren.