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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand das Gebiet
der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere
CMP-(chemisch-mechanische) Polierprozessanlagen, die für die Herstellung
moderner Metallisierungsstrukturen verwendet werden, etwa sogenannter
Damaszener-Strukturen, in denen Metallgräben und Kontaktdurchführungen
in einer isolierenden Schicht hergestellt werden, wobei nachfolgend
die Kontaktdurchführungen
und die Gräben
mit einem Metall gefüllt werden
und die Struktur eingeebnet wird, indem das überschüssige Metall unter Anwendung
eines Polierprozesses abgetragen wird.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Typischerweise
erfordert die Herstellung moderner integrierter Schaltungen eine
große
Anzahl einzelner Prozessschritte, wobei eine typische Prozesssequenz
das Abscheiden von leitenden, halbleitenden oder isolierenden Schichten
auf einem geeigneten Substrat umfasst. Nach dem Abscheiden der entsprechenden
Schicht werden Bauteilstrukturelemente hergestellt, indem die entsprechende
Schicht mit bekannten Mitteln strukturiert wird, etwa durch Photolithographie
und Ätzen.
Folglich wird durch Strukturieren einer abgeschiedenen Schicht eine
gewisse Topographie erzeugt, die damit wiederum das Abscheiden und
das Strukturieren nachfolgender Schichten beeinflusst. Da modernste
integrierte Schaltungen die Herstellung einer Vielzahl aufeinanderfolgender
Schichten erfordern, ist es üblich,
die Oberfläche
des Substrats periodisch einzuebnen, um damit gut definierte Bedingungen
für das
Abscheiden und Strukturieren nachfolgender Materialschichten zu
schaffen. Dies gilt insbesondere für sogenannte Metallisierungsschichten,
in denen Metallverbindungsstrukturen hergestellt werden, um die
einzelnen Bauteilstrukturelemente, etwa Transistoren, Kondensatoren,
Widerstände
und dergleichen elektrisch zu verbinden, um damit das durch das
Schaltungselement erforderliche Funktionsverhalten zu erreichen.
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In
dieser Hinsicht wurde CMP eine häufig eingesetzt
Prozesstechnik, um „Unregelmäßigkeiten" in der Substrattopographie,
die durch vorhergehende Prozesse hervorgerufen werden, zu reduzieren,
um damit verbesserte Bedingungen für einen nachfolgenden Prozess, etwa
die Photolithographie, und dergleichen zu erzeugen. Der Polierprozess selbst
bewirkt eine mechanische Schädigung
an der polierten Oberfläche,
jedoch in einem äußerst geringen
Bereich, d. h. auf atomare Ebene, abhängig von den Prozessbedingungen.
CMP-Prozesse besitzen auch
eine Vielzahl von Nebeneffekten, die es zu berücksichtigen gilt, um auf Prozesse
anwendbar zu sein, die zum Herstellen modernster Halbleiterbauelement
erforderlich sind.
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Beispielsweise
wurde in der jüngeren
Vergangenheit die sogenannte Damaszener- oder Einlegetechnik ein
bevorzugtes Verfahren bei der Herstellung von Metallisierungsschichten,
wobei eine dielektrische Schicht abgeschieden und so strukturiert wird,
dass diese Gräben
und Kontaktlöcher
erhält, die
nachfolgend mit geeigneten Metallen, etwa Aluminium, Kupfer, Kupferlegierungen,
Silber, Wolfram und dergleichen gefüllt werden. Da der Prozess
des Abscheidens des Metalls als ein „ganzflächiger" Abscheideprozess auf der Grundlage
von beispielsweise elektrochemischen Abscheideverfahren durchgeführt werden
kann, erfordert das entsprechende Muster des dielektrischen Materials
ggf. eine merkliche Menge an überschüssigem Material,
um schmale Öffnungen
und weite Gebiete oder Gräben
in einem gemeinsamen Prozess zuverlässig zu füllen. Das überschüssige Metall wird dann entfernt
und die resultierende Oberfläche
wird eingeebnet, indem eine Prozesssequenz ausgeführt wird,
in der ein oder mehrere mechanische Polierprozesse beteiligt sind, wobei
auch eine chemische Komponente mit eingeschlossen ist. Das chemisch-mechanische
Polieren (CMP) hat sich als eine zuverlässige Technik erwiesen, um
das überschüssige Metall
zu entfernen und die resultierende Oberfläche einzuebnen, so dass Metallgräben und
Kontaktdurchführungen
zurückbleiben,
die elektrisch voneinander isoliert sind, wie dies durch die entsprechende
Schaltungsanordnung erforderlich ist. Das chemisch-mechanische Polieren erfordert,
dass die Substrate an einem Träger
angebracht werden, einem sogenannten Polierkopf, so dass die einzuebnende
Substratoberfläche
frei liegt und gegen ein Polierkissen gedrückt werden kann. Der Polierkopf
und das Polierkissen werden relativ zueinander bewegt, indem für gewöhnlich der
Polierkopf und das Polierkissen individuell in Bewegung versetzt
werden. Typischerweise werden der Kopf und das Polierkissen gegeneinander
in Drehung versetzt, wobei die Relativbewegung so gesteuert wird, dass
lokal ein gewünschter
Materialabtrag erreicht wird. Während
des Poliervorgangs wird typischerweise ein Schleifmittel, der ein
chemisch reaktives Mittel und möglicherweise
abreibende Teilchen enthält,
der Oberfläche
des Polierkissens zugeführt.
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Ein
Problem beim chemisch-mechanischen Polieren von Substraten besteht
darin, dass sehr unterschiedliche Abtragsraten für unterschiedliche Materialien
auftreten, etwa für
ein Metall und ein dielektrisches Material, von dem das überschüssige Metall zu
entfernen ist. Beispielsweise wird beim Polierzustand, in welchem
das dielektrische Material und das Metall gleichzeitig behandelt
werden, d. h. nachdem der Hauptanteil des Metalls bereits entfernt
ist, die Abtragsrate für
das Metall größer sein
als die Abtragsrate für
das dielektrische Material. Dies kann wünschenswert sein, da das gesamte
Metall zuverlässig
von allen isolierenden Oberflächen
abgetragen werden soll, um damit die erforderliche elektrische Isolierung
zu gewährleisten.
Andererseits kann ein merklicher Metallabtrag aus den Gräben und
Kontaktdurchführungen
zu Gräben
und Kontaktlöchern führen, die
einen erhöhten
elektrischen Widerstand auf Grund der reduzierten Querschnittsfläche aufweisen.
Ferner kann die lokale Abtragsrate deutlich von der lokalen Struktur,
d. h. von der lokalen Musterdichte, abhängen, woraus sich ein lokal ändernder
Grad an Erosion des dielektrischen Materials in der abschließenden Phase
des Polierprozesses ergeben kann. Um einen typischen Damaszener-Prozess deutlicher
darzustellen, wird nunmehr auf die 1a bis 1e verwiesen.
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1a bis 1c zeigen
schematisch Querschnittsansichten einer Halbleiterstruktur 100 während diverser
Phasen bei der Herstellung einer Metallisierungsschicht gemäß einer
typischen Damaszener-Prozesssequenz.
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1a zeigt
die Halbleiterstruktur 100 mit einem Substrat 101,
das Schaltungselemente (nicht gezeigt) und eine isolierende Deckschicht
trägt,
auf der Metallleitungen herzustellen sind. Eine strukturierte dielektrische
Schicht 102 ist über
dem Substrat 101 gebildet und enthält Öffnungen, beispielsweise in Form
schmaler Gräben 103 und
breiter Gräben 104. Die
dielektrische Schicht 102 enthält ferner dicht gepackte Öffnungen 109.
Die Öffnungen
für die
Gräben 103, 109 und 104 werden
entsprechend den Entwurfsregeln strukturiert, um damit Metallleitungen
zu erzeugen, die die erforderlichen elektrischen Eigenschaften im
Hinblick auf ihre Funktionsverhalten und die Leitfähigkeit
aufweisen. Beispielsweise ist der Graben 104 als eine sogenannte
breite Leitung gestaltet, um einen geringen elektrischen Widerstand zu
ermöglichen.
Das Abscheiden des dielektrischen Materials 102 sowie das
Strukturieren der Gräben 103, 109 und 104 wird
durch gut bekannte Abscheide-, Ätz-
und Photolithographieverfahren bewerkstelligt.
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1b zeigt
schematisch die Halbleiterstruktur 100 nach dem Abscheiden
einer Metallschicht 105, beispielsweise einer Kupferschicht, wenn
moderne integrierte Schaltungen betrachtet werden. Wie aus 1b ersichtlich
ist, wird die Topographie der Metallschicht 105 durch das
darunter liegende Muster der dielektrischen Schicht 102 beeinflusst.
Die Metallschicht 105 wird durch chemische Dampfabscheidung,
Sputter-Abscheidung oder typischerweise bei Kupfer bevorzugt durch
Elektroplattieren aufgebracht, wobei ein vorhergehender Sputter-Abscheideprozess
für eine
entsprechende Kupfersaatschicht ausgeführt wird. Obwohl die genaue Form
des Oberflächenprofils 105 von
dem angewendeten Abscheideverfahren abhängt, wird im Prinzip eine Oberflächenform
erhalten, wie sie in 1b gezeigt ist.
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Danach
wird die Halbleiterstruktur 100 dem chemisch-mechanischen
Polieren unterzogen, in welchem, wie zuvor erwähnt ist, das Schleifmittel
und das Polierkissen so gewählt
sind, dass das überschüssige Metall
in der Metallschicht 105 optimal entfernt wird. Während des
chemisch-mechanischen Polierens wird das überschüssige Metall entfernt und schließlich werden
Oberflächenbereiche 120 des
dielektrischen Materials 102 freigelegt, wobei es notwendig
ist, den Poliervorgang entsprechend einer gewissen Nachpolierzeit
weiterzuführen,
um das Entfernen des Metalls von allen isolierenden Oberflächen sicherzustellen,
um damit einen elektrischen Kurzschluss zwischen benachbarten Metallleitungen zu
vermeiden. Wie zuvor dargelegt ist, kann sich die Abtragsrate des
dielektrischen Materials deutlich von der des Metalls unterscheiden,
so dass beim Nachpolieren der Halbleiterstruktur 100 das
Kupfer in den Gräben 103, 109 und 104 abgetragen
wird.
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1c zeigt
schematisch ein typisches Ergebnis eines chemisch-mechanischen Polierens
der in 1b gezeigten Struktur. Wie aus 1c ersichtlich
ist, werden während
des Nachpolierens der Halbleiterstruktur 100 unterschiedliche
Materialien gleichzeitig mit unterschiedlichen Abtragsraten poliert.
Die Abtragsrate hängt
auch zu einem gewissen Maße
von dem darunter liegenden Muster ab. Beispielsweise wird das Abtragen
des Metalls während der
Nachpolierzeit, das auch als Einkerbung bezeichnet wird, sowie das
Abtragen des dielektrischen Materials, das auch als Erosion bezeichnet
wird, merklich von der Art des zu polierenden Musters beeinflusst.
In 1c sind die Einkerbung und die Erosion an den
breiten Gräben 104,
wie dies durch 107 und 106 gekennzeichnet ist,
relativ moderat, wohingegen an den schmalen Leitungen 103 die
Einkerbung 107 und Erosion 106 deutlich ausgeprägt sind.
Um eine erforderliche elektrische Leitfähigkeit zu erreichen, müssen die Schaltungsentwerfer
ein gewisses Maß an
Einkerbung und Erosion berücksichtigen,
was unter Umständen
mit dem Aufbau modernster Bauelemente nicht kompatibel ist.
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Daher
werden komplexe Steuerungsstrategien in modernen CMP-Anlagen eingesetzt,
um vor Ort, d. h. in-situ-Messdaten zum Abschätzen eines geeigneten Endpunktes
des Polierprozesses zu erzeugen und/oder die Gleichmäßigkeit
des Polierprozesses zu steuern. Beispielsweise kann die Schichtdicke
an diversen Stellen auf dem Substrat überwacht werden, um die lokale
Abtragsrate während des
Prozesses zu bestimmen und/oder um einen geeigneten Zeitpunkt zum
Beenden des Prozesses zu ermitteln. Zu diesem Zweck können optische
Messverfahren, etwa spektroskopische Ellipsometrie oder andere Reflektivitätsmessverfahren
eingesetzt werden. Da die optische Sondierung der Substratoberfläche auf
Grund der Natur des Polierprozeseses schwierig ist, muss ein hoher
Aufwand betrieben werden, um geeignete CMP-Anlagen mit optischen Messmöglichkeiten
auszustatten. Zu diesem Zweck wurden geeignet gestaltete Polierkissen
und Polierteller entwickelt, die optischen Zugang zur Substratoberfläche während des
Polierens ermöglichen.
Dies kann bewerkstelligt werden, indem entsprechende transparente
Fenster in dem Polierkissen vorgesehen werden. Es können entsprechende
optische Messdaten daher für
eine Vielzahl dielektrischer Materialien und sehr dünne Metallschichten
während des
Polierens ermittelt werden, wodurch effiziente Steuerungsstrategien
und Endpunkterkennungsstrategien möglich sind. Für moderat
dicke Anfangsmetallschichten, wie sie typischerweise bei der Herstellung
von Metallisierungsschichten anzutreffen sind, wie zuvor gezeigt
ist, können
verbesserte Prozesssteuerungsstrategien auch während einer beliebigen Phase
des Polierprozesses mit anfangs dicken Metallschichten wichtig sein,
die durch aktuell verfügbare
optische Systeme nicht in effizienter Weise verwirklicht werden.
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Aus
diesem Grunde wurden andere in-situ-Messstrategien vorgeschlagen,
etwa mittels Sensoren, die auf der Grundlage der induktiven Kopplung arbeiten.
In diesem Falle werden Wirbelströme
in der Metallschicht erzeugt, die von der Schichtdicke abhängen. Die
Antwort einer Sensorspule auf Wirbelströme kann dann verwendet werden,
um die lokale Dicke der Schicht zu bewerten. Entsprechende Sensorsysteme
können
sehr effizient in Situationen sein, die zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben
sind, da der Metallabtrag durch das sich ändernde Maß an induzierten Wirbelströmen überwacht
werden kann. Somit können
fortschrittliche Steuerungsschemata auf der Grundlage von optischen
und induktiven Systemen eingesetzt werden, wobei in fortschrittlichen
CMP-Anlagen sowohl eine optische Prozesssteuerung als auch eine
induktive Prozesssteuerung gleichzeitig vorgesehen sein kann. Z.
B. sind entsprechende induktive Sensorbereiche nahe an der Substratoberfläche innerhalb
des Polierfensters speziell gestalteter Polierkissen angeordnet,
in denen der entsprechende Abstand oder „Luftspalt" zwischen der Substratoberfläche und
dem Sensorbereich verringert wird, indem ein gedünnter Materialbereich in dem
optisch transparenten Kissenfenster vorgesehen wird. Dies ermöglicht eine
effiziente optische und induktive Kopplung während anspruchsvoller Polierprozesse.
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In
fortschrittlichen CMP-Techniken sind die Betriebskosten für entsprechende
Anlagen ein wichtiger Faktor, da in den letzten Jahren die CMP-Kosten deutlich
angestiegen sind. Die Zufuhr und die Handhabung von Schleifmitteln,
Polierkissen, Konditionierern, Reinigungseinheiten und dergleichen
ist äußerst kostenintensiv.
Somit sind entsprechende Prozess- und
Steuerungsstrategien, in denen spezielle und damit teuere Verbrauchsmaterialien
erforderlich sind, etwa Polierkissen, wie sie zuvor beschrieben sind,
im Hinblick auf den Verbrauch von Verbrauchsmitteln und dergleichen
zu verbessern, da diese Faktoren merklich zu den erhöhten Produktionskosten auf
Grund des häufigen
Wechsels von Verbrauchsmaterialien, einer geringeren Anlagenauslastung
und Verfügbarkeit
und dergleichen beitragen. In dem zuvor beschriebenen Falle sind
die speziell gestalteten Kissen sehr teuer und zeigen eine reduzierte
Lebensdauer auf Grund einer Ablösung
des Fensters und/oder einer Beeinträchtigung des dünnen Materialbereichs
in dem Kissenfenster auf.
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Angesichts
der obigen Probleme wird angestrebt, ein oder mehrere der beim Betrieb
moderner Poliersysteme beteiligten Probleme zu vermeiden oder zumindest
in der Auswirkung zu reduzieren.
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Überblick über die vorliegende Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand CMP-Anlagen
und zugehörige
Komponenten, etwa Polierkissen, Sensorkomponenten, und dergleichen,
die eine Vorort bzw. in-situ-Überwachung
des Polierprozesses ermöglichen,
wobei zumindest ein induktiver Sensor vorgesehen wird, der ein Signal
erzeugt, das mit der Menge eines leitenden Materials in Beziehung
steht, das auf einer zu behandelnden Oberfläche ausgebildet ist. Wie zuvor erläutert ist,
werden in sehr modernen CMP-Anlagen typischerweise die optische
Prozesssteuerung und die Prozesssteuerung auf der Grundlage induktiver Sensorkonzepte, beispielsweise
unter Anwendung des Wirbelstromprinzips gleichzeitig bereitgestellt, um
damit die Steuerbarkeit und Flexibilität der entsprechenden CMP-Anlagen
zu verbessern. In diesen konventionellen CMP-Anlagen werden technisch fortschrittliche
Polierkissen mit besonders dünnen Kissenfenstern
eingesetzt, um sowohl die effiziente optische Ankopplung als auch
die effiziente induktive Ankopplung zu ermöglichen. Auf Grund des anspruchsvollen
Aufbaus der entsprechenden Polierkissen ergeben sich deutlich erhöhte Betriebskosten, da
insbesondere die geringere Lebensdauer der entsprechenden Fensterbereiche
ein häufigeres
Auswechseln eines Polierkissens erforderlich macht. In anschaulichen
hierin offenbarten Ausführungsformen wird
ein entsprechender induktiver Sensor bereitgestellt, der in geeigneter
Weise so gestaltet ist, dass die Verwendung von Kissenfenstern mit
erhöhter
Dicke und/oder standardmäßigen Polierkissen,
wie sie typischerweise in optischen Endpunkterkennungssystemen und
CMP-Anlagen ohne zusätzliche
Wirbelstromsensorelemente eingesetzt werden, verwendet werden können, wodurch
die gesamte Lebensdauer des Polierkissens gesteigert wird.
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In
einer anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsform umfasst eine Polieranlage
einen Polierteller mit einer Oberfläche, die ausgebildet ist, ein
Unterkissen und ein oberes Kissen aufzunehmen, das eine polierende
Oberfläche
und eine untere Oberfläche
in Kontakt mit dem Unterkissen aufweist, wobei das Unterkissen eine
erste Öffnung
aufweist, die von einem Bereich des oberen Kissens bedeckt wird.
Des weiteren umfasst die Polieranlage einen induktiven Sensor mit
einer Fühleroberfläche, die
so positioniert ist, dass es sich von der Oberfläche des Poliertellers in die
erste Öffnung
erstreckt, wobei die Fühleroberfläche an einem
Höhenniveau
angeordnet ist, das kleiner ist als ein Höhenniveau der unteren Oberfläche des
oberen Kissens.
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Eine
anschauliche Polieranlage, die hierin offenbart ist, umfasst einen
Polierteller mit einer Oberfläche,
die zur Aufnahme eines Polierkissens mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke
ausgebildet ist. Ferner umfasst die Polieranlage einen induktiven
Sensor mit einer Fühleroberfläche, die
so positioniert ist, dass es sich von der Oberfläche des Tellers erstreckt und
das Polierkissen stützt.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst ein Polierkissen
für eine
CMP-Anlage ein Basismaterial,
das ausgebildet ist, an einem Polierteller montiert zu werden, wobei
das Basismaterial lateral beschränkte
Bereiche enthält,
in denen ein magnetisches Material eingeschlossen ist. Das Polierkissen
umfasst ferner eine Oberfläche
zum Polieren eines Substrats.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a bis 1c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Ausbildung einer modernen Metallisierungsstruktur
unter Anwendung eines CMP-Prozesses zum Entfernen von überschüssigem Material
zeigen;
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2a schematisch
eine Draufsicht einer CMP-Anlage mit einem induktiven Sensor gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigt;
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2b und 2c schematisch
Querschnittsansichten eines Teils der CMP-Anlage aus 2a gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen, in denen eine Sensoroberfläche eines induktiven Sensorelements
an einer Höhe
positioniert ist, die im Vergleich zu modernen konventionellen CMP-Anlagen
mit optischen und induktiven Sensorkomponenten geringer ist;
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2d schematisch
eine Querschnittsansicht einer CMP-Anlage zeigt, die ein optisches
Erkennungssystem in Verbindung mit einem induktiven Sensorelement
aufweist, wobei ein entsprechendes Fenster des Poliertellers gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
vorgesehen ist; und
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3a und 3b schematisch
Querschnittsansichten eines Polierkissens mit einem darin enthaltenen
magnetischen Material gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
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Es
ist zu beachten, dass obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug
zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, die detaillierte Beschreibung
sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, den Gegenstand auf die
speziellen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen Ausführungsformen
stellen lediglich beispielhafte diverse Aspekte der vorliegenden
Offenbarung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Der
hierin offenbarte Gegenstand betrifft die Problematik der erhöhten Betriebskosten
und der geringeren Anlagenverfügbarkeit
moderner CMP-Anlagen oder anderer Arten von Polieranlagen, in denen fortschrittliche
Vorort- bzw. in-situ-Prozessüberwachung
auf Grundlage induktiver Sensorkonzepte erforderlich ist. Wie zuvor
erläutert
ist, können
komplexe Polierprozesse zum Entfernen von Überschussmaterial und zum Einebnen
der Oberflächentopographie
eine präzise Überwachung
der Abtragsrate selbst vor einer Endphase des Polierens benötigen, um
damit zuverlässig
den entsprechenden Polierprozess zu steuern. Während des Entfernens von überschüssigem Kupfer
ist eine zuverlässige Überwachung
des restlichen Anteils von Kupfermaterial beispielsweise ein wichtiger
Aspekt, selbst in der Anfangsphase oder einer Zwischenprozessphase,
um damit hohe Abtragsraten zu ermöglichen, ohne unerwünschte Prozessungleichmäßigkeiten
einzuführen. Während eines
entsprechenden Polierprozesses kann ein optisches Erkennungssystem
weniger effizient sein, da die entsprechende Reflektivität nicht
ausreichend Information über
die verbleibende Materialmenge bietet, da die anfänglich vorhandene
Oberflächentopographie
zunehmend eingeebnet wird, wodurch ein sehr gleichmäßiges Streuverhalten
der entsprechenden Oberfläche
hervorgerufen wird, während
die verbleibende Menge des Metalls keine Ermittlung von Information
im Hinblick auf die verbleibende Schichtdicke ermöglicht.
In diesem Falle können
effiziente berührungsfreie
Messverfahren, beispielsweise auf Grundlage induktiver Prinzipien durch
Erzeugen von Wirbelströmen
in der zu behandelnden Metalloberfläche eingesetzt werden, um die verbleibende
Materialdicke abzuschätzen,
wobei die entsprechende Messinformation auch zum Bestimmen eines
geeigneten Endpunkts einer beispielsweise Polierphase mit hoher
Abtragsrate verwendet werden können,
um damit in eine nachfolgende Phase mit geringerer Abtragsrate überzugehen,
so dass die entsprechende dielektrische Oberfläche im Wesentlichen vollständig freigelegt
wird, und damit die jeweiligen Metallgebiete, die darin enthalten
sind, elektrisch zu isolieren. Während
dieser Polierphase können
optische Endpunkterkennungsverfahren oder Prozessüberwachungsverfah ren
effizient eingesetzt werden, möglicherweise
in Verbindung mit den induktiven Sensorkomponenten, um damit einen
im Wesentlichen gleichmäßigen Materialabtrag
mit einer effizienten Freilegung der entsprechenden dielektrischen
Oberflächenbereiche
zu erreichen, ohne dass im Wesentlichen zur Erosion des dielektrischen Materials
und zur Einkerbung freiliegender Metallgebiete beigetragen wird.
Somit kann insbesondere die Kombination optischer Messstrategien
und induktiver Sensorkonzepte in entsprechenden Fertigungssequenzen äußerst vorteilhaft
sein, in denen gut leitende Metalle, etwa Kupfer, Kupferlegierungen,
Silber, Wolfram, und dergleichen über einem strukturierten dielektrischen
Material gebildet werden, dessen Oberflächentopographie in einem nachfolgenden Schritt
auf der Grundlage eines Polierprozesses einzuebnen ist. Zusätzlich zu
einer hohen Prozessqualität
entsprechender Prozessschritte sind jedoch auch andere Faktoren
während
des komplexen Fertigungsprozesses zur Herstellung von Mikrostrukturbauelementen
von vergleichbarer Wichtigkeit, etwa die Anlagenauslastung, die
Anlagenverfügbarkeit, die
Betriebskosten entsprechender Prozessanlagen, und dergleichen, da
zusätzlich
zu einer hohen Produktionsausbeute auch der Gesamtdurchsatz für eine gegebene
Anlage die Rentabilität
der gesamten Fertigungssequenz bestimmt. Da insbesondere Polierprozesse
in Form des chemischmechanischen Polierens oder des elektrochemischen
Polierens und dergleichen deutlich an Bedeutung zugenommen haben
bei der Herstellung komplexer Halbleiterbauelemente, kann eine deutliche
Verringerung der Betriebskosten von Polierprozessen in Verbindung
mit einer Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit zu einer Verringerung
der Gesamtherstellungskosten beitragen.
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In
anschaulich hierin offenbarten Ausführungsformen werden entsprechende
induktive Sensorsysteme in modernen Polieranlagen bereitgestellt,
wobei äußerst anspruchsvolle
und damit teuere und empfindliche Polierkissen nicht erforderlich
sind, wie dies in einer Vielzahl moderner konventioneller CMP-Anlagen
der Fall ist, etwa in der Polieranlage „Reflexion LK", die von Applied
Materials Inc. erhältlich
ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ein standardmäßiges Polierkissen
mit einem standardmäßigen Kissenfenster,
das für
die optische Prozesssteuerung eingesetzt wird, verwendet, wobei die
entsprechende Sensoranordnung in geeigneter Weise an die jeweilige
Dicke des standardmäßigen Polierkissens
angepasst wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die entsprechende Höhenposition
bzw. das Höhenniveau
einer Fühlerfläche eines
induktiven Sensors in geeigneter Weise in einstellbarer Art so positioniert
werden, dass eine erhöhte
Flexibilität
bei der Auswahl einer geeigneten Kissenkonfiguration in modernsten
Po lieranlagen möglich
ist. Folglich können
in modernen Polieranlagen entsprechende optische Messsysteme und
induktive Sensorsysteme kombiniert werden, ohne dass speziell gestaltete
Polierkissen erforderlich sind.
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Es
sollte beachtet werden, dass der hierin offenbarte Gegenstand auf
Polieranlagen, etwa elektrochemisch mechanische Polieranlagen und
dergleichen angewendet werden kann, die zur Herstellung sehr komplexer
Halbleiterbauelemente verwendet werden, etwa CPU's, Speicherchips, und dergleichen, in
denen modernste Metallisierungsstrukturen für das elektrische Verbinden
von Schaltungselementen zu bilden sind, etwa von Transistoren, und dergleichen,
die kritische Abmessungen von ungefähr 50 nm und deutlich weniger
aufweisen. Jedoch können
die Prinzipien des hierin offenbarten Gegenstandes auch auf Situationen
angewendet werden, in denen die Polieranlagen zumindest temporär für das Entfernen
von leitendem Materialien von entsprechenden Substratoberflächen eingesetzt
werden, wobei das Vorsehen eines induktiven Sensorsystems in Verbindung
mit einem weniger kritischen Polierkissen für eine verbesserte Anlagenflexibilität sorgen kann,
insbesondere wenn das entsprechende induktive Sensorsystem in Verbindung
mit einem entsprechenden optischen Erkennungssystem eingesetzt wird.
Sofern also dies in der Beschreibung oder den angefügten Patentansprüchen nicht
explizit anders angegeben ist, sollte der hierin offenbarte Gegenstand
nicht als auf Polierprozesse zur Herstellung von kupferbasierten
Metallisierungsschichten eingeschränkt erachtet werden.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2d und 3a,
b werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Draufsicht einer Polieranlage 200, die
eine CMP-Anlage, eine Elektro-CMP-Anlage oder eine andere Polieranlage oder
dergleichen repräsentiert.
Die Polieranlage 200 umfasst einen Rahmen bzw. ein Gestell 210,
das ausgebildet ist, einen Polierteller 220, einen Polierkopf 230 und
einen Kissenkonditionierer 260 sowie entsprechende mechanischen,
elektrische und andere Komponenten zum Betreiben der entsprechenden Komponenten 220, 230, 260 aufzunehmen.
Es sollte beachtet werden, dass der Teller 220 drehbar
von jeweiligen Antriebsanordnungen (nicht gezeigt) gehalten wird,
die ausgebildet sind, eine steuerbare Drehung des Tellers 220 entsprechend
den Prozessparametern zu ermöglichen.
In ähnlicher
Weise ist der Polierkopf 230 in Kombination mit geeigneten
mechanischen, elektrischen, hydraulischen, pneumatischen und anderen
Kompo nenten ausgebildet, ein entsprechendes Substrat, etwa ein Halbleitersubstrat mit
200 mm Durchmesser, 300 mm oder 450 mm Durchmesser oder einer anderen
geeigneten Größe aufzunehmen
und das Substrat relativ zu dem Polierteller 220 gemäß den spezifizierten
Prozessparametern in Drehung zu versetzen, wobei auch eine spezielle
Anpresskraft auf das Substrat ausgeübt wird, um eine gewünschte Wechselwirkung
mit einem entsprechenden Polierkissen (in 2a nicht
gezeigt) in Verbindung mit einer geeigneten Schleifmittelsubstanz, etwa
einer chemischen Komponente, einem Elektrolyt, und dergleichen,
zu erreichen. In ähnlicher
Weise ist der Kissenkonditionierer 260 mit einer geeigneten Antriebsanordnung
verbunden, um damit die gewünschte
Positionierung einer entsprechenden Konditionieroberfläche (nicht
gezeigt) über
dem Polierteller 220 zu ermöglichen, wodurch eine effiziente
Aufbereitung der entsprechenden Kissenoberfläche möglich ist, um im Wesentlichen
gleichmäßige Prozessbedingungen
bei der Bearbeitung einer Vielzahl von Substraten beizubehalten.
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Die
Polieranlage 200 umfasst ferner einen Sensorbereich 221,
der in dem Polierteller 220 ausgebildet ist, in welchem
zumindest ein induktiver Sensor 240 mit einer geeigneten
Fühleroberfläche 241 vorgesehen
ist, die nahe an einer entsprechenden Oberfläche eines Substrats positioniert
ist, die während
des Betriebs der Polieranlage 200 zu behandeln ist. In
einigen anschaulichen Ausführungsformen
ist der Sensorbereich 221 so ausgebildet, das ein optischer
Zugang zu einer entsprechenden Substratoberfläche während des Betriebs der Anlage 200 möglich ist,
wobei der Sensorbereich 221 einen geeignet gestalteten
Oberflächenbereich
in den jeweiligen Polierkissen aufweist, der im Wesentlichen transparent ist
für einen
entsprechenden Wellenlängenbereich, wie
dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
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Während des
Betriebs der Polieranlage 200 wird ein Substrat in dem
Polierkopf 230 auf Grundlage gut bekannter Komponenten,
etwa Scheibenroboter, und dergleichen, eingeladen, wobei der Polierkopf 230 selbst
so gestaltet sein kann, um die jeweiligen Substrathandhabungs- und
Transportaktivitäten
innerhalb der Polieranlage 200 auszuführen. Das Substrat, das in
den Polierkopf 230 eingeladen wurde, wird in eine entsprechende
Betriebsposition gebracht und die jeweilige Relativbewegung zwischen dem
Polierteller 220 und dem Polierkopf 230 kann auf
der Grundlage geeigneter Drehbewegungen dieser Komponenten erreicht
werden, wobei vor und/oder während
der Relativbewegung eine geeignete Schleifmittelsubstanz zugeführt wird,
die ein chemisches Mittel oder eine andere Kompo nente zur Verbesserung
der Gesamtabtragsrate enthalten kann, oder die für verbesserte Oberflächenbedingungen
während
des entsprechenden Polierprozesses sorgt. Der Kissenkonditionierer 260 kann
ständig oder
temporär
mit der entsprechenden Polieroberfläche in Kontakt sein, um die
Oberflächenstruktur „aufzubereiten". Während des
Betriebs der Polieranlage 200 überstreicht der Sensorbereich 221 die
Substratoberfläche,
wobei die Fühleroberfläche 241 Wirbelströme in dem
zu behandelnden Substrat hervorruft, wenn ein ausreichend leitendes
Material oder ein magnetisches Material darauf vorgesehen sind.
Z. B. umfasst der induktive Sensor 240 eine Erregerspule und
eine Fühlerspule
(nicht gezeigt), die beide mit der Fühleroberfläche 241 gekoppelt
sind, wobei die Erregerspule ein entsprechendes variierendes Magnetfeld
erzeugt, das die Wirbelströme
in einem leitenden Material hervorruft, das in der Nähe der Fühleroberfläche 241 und
insbesondere an der Oberfläche des
zu behandelnden Substrats vorgesehen ist. Somit kann die elektrische
Antwort der Fühlerspule
die Menge des leitenden Materials kennzeichnen, das in der Nähe der Fühleroberfläche 241 angeordnet
ist, wodurch ein effizientes Mittel bereitgestellt wird, den entsprechenden
Polierprozess in sehr dynamischer Weise zu bewerten. In anderen
Fällen
umfasst der Sensor 240 eine einzelne Spule oder ein System
aus Spulen, die mit der Fühleroberfläche 241 gekoppelt sind,
wobei die Gesamtinduktivität
des entsprechenden Systems durch die Menge des leitenden Materials
und somit durch die darin induzierten Wirbelströme beeinflusst wird. Folglich
kann beim Ansteuern der jeweiligen Spule mit einem geeigneten Wechselspannungssignal
das Antwortverhalten der Spule auch kennzeichnend sein für die Menge
an leitendem Material und damit für den aktuellen Zustand des
Polierprozesses.
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Wie
ersichtlich ist, kann während
des Betriebs der Polieranlage 200 die entsprechende Oberfläche eines
Polierkissens mit dem zu behandelnden Substrat und dem Kissenkonditionierer 260 Wechselwirken,
wodurch die Gesamtlebensdauer des entsprechenden Polierkissens beschränkt wird.
In ähnlicher
Weise kann die Oberfläche
des Sensorbereichs 221 mit der Substratoberfläche und
dem Kissenkonditionierer 260 in Kontakt kommen, wodurch
der Status des jeweiligen Materials, das den Sensorbereich 221 bedeckt,
und das auch als ein Fenster bezeichnet werden kann, deutlich beeinflusst
wird, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. In modernen
Anwendungen ist das entsprechende Fenster aus einem im Wesentlichen
transparenten Material mit einer unterschiedlichen Konfiguration
im Vergleich zu der restlichen Polieroberfläche aufgebaut, so dass das
Fenster daher weniger dauerhaft im Vergleich zu dem verbleibenden
Oberflächenbereich des
Polierkissens sein kann.
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In
konventionellen Einrichtungen wird ein entsprechendes Kissenfenster
mit einer sogar reduzierten Materialdicke vorgesehen, um den entsprechenden
Spalt zwischen einer Fühleroberfläche und dem
zu behandelnden Substrat zu verringern. In diesem Falle wird ein
noch schnellerer Verschleiß des entsprechende
Fensterbereichs beobachtet, wodurch die Gesamtlebensdauer des Polierkissens
verlängert
wird, obwohl die verbleibende polierende Oberflächen weiterhin in einem funktionsfähigen Zustand
ist. Aus diesem Grunde wird die Fühleroberfläche 241, wie dies
hierin beschrieben ist, in geeigneter Weise so positioniert, dass
eine größere Materialdicke
zwischen der Oberfläche 241 und
dem jeweiligen Substrat geschaffen wird, wodurch die Gefahr einer Materialablösung oder
eines vorzeitigen Verschleißes
des Fenstermaterials verringert wird.
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2b zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils des Tellers 220 gemäß anschaulicher
Ausführungsformen.
Der Polierteller 220 besitzt darauf ausgebildet ein Polierkissen 250 mit
einer Polieroberfläche 253,
um eine Substratoberfläche
zu behandeln, wie dies zuvor erläutert
ist. In der gezeigten Ausführungsform
ist das Polierkissen 250 aus einem Unterkissen 251,
das auf einer Oberfläche
des Poliertellers 220 vorgesehen ist, und einem oberen Kissen 252 aufgebaut,
das die polierende Oberfläche 253 und
eine untere Oberfläche 254 besitzt,
die mit dem Unterkissen 251 in Kontakt ist. In der gezeigten Ausführungsform
umfasst das Unterkissen 251 eine entsprechende Öffnung 251,
in der die jeweilige Sensoroberfläche 241 induktives
Sensors 240 einzuführen
ist. In der gezeigten Ausführungsform
ist der Sensor 240 oder zumindest die Fühleroberfläche 241 mit einer
entsprechenden Höhenjustiereinheit 245 verbunden,
die ausgebildet ist, das Höhenniveau
der Fühleroberfläche 241 entsprechend
den jeweiligen Prozess- und Bauteilerfordernissen in geeigneter Weise
einzustellen oder zu variieren. Die Höhenjustiereinheit 245 kann
ausgebildet sein, die entsprechende vertikale Bewegung auf der Grundlage
geeigneter Komponenten, etwa Elektromotoren, pneumatische Komponenten,
hydraulische Komponenten, oder Kombinationen davon zu ermöglichen,
wie sie dem Fachmann bekannt sind. Z. B. kann ein Elektromotor mit
einem Gewindeelement verbunden sein, um die Drehbewegung des Elektromotors
in eine entsprechende vertikale Bewegung zum Einstellen der Höhenposition
der Fühleroberfläche 241 umzuwandeln.
In einer anschaulichen Ausführungsform
ist die Höhenjustiereinheit 245 so
ausgebildet, dass die Positionierung der Fühleroberfläche 241 an einer Höhe bzw.
bei einem Höhenniveau über und
unter der unteren Oberfläche 254 möglich ist,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von oberen
Kissen 252 mit einem jeweiligen Fensterbereich 252w zu
verwenden, wobei eine entsprechende Materialdicke variieren kann
in Abhängigkeit
der Art des verwendeten Kissens. Beispielsweise kann das obere Kissen 252 ein
modernes Polierkissen repräsentieren,
wie es in fortschrittlichen Polieranlagen eingesetzt wird, wobei
der Fensterbereich 252w aus einem im Wesentlichen transparenten
Material aufgebaut ist, um damit das optische Sondieren einer Substratoberfläche während des
Betriebs der Anlage 200 zu ermöglichen, wie dies zuvor beschrieben
ist. In diesem Falle wird die Fühleroberfläche 241 nahe
an dem Material oder in Kontakt mit dem Fensterbereich 252w angeordnet, wodurch
ein Betrieb der Anlage 200 gemäß konventioneller Strategien
möglich
ist. Wenn eine deutlich größere Dicke
des Fensterbereichs 252w anzuwenden ist, um z. B. die Materialablösung oder
die Materialbeeinträchtigung
in dem Fensterbereich 252w zu verringern, wird die Fühleroberfläche 251 in
geeigneter Weise so positioniert, dass die entsprechend größere Materialdicke
berücksichtigt
ist.
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2c zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des Poliertellers 220 und
des induktiven Sensorelements 240 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen.
Das obere Kissen 252 besitzt eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke 252t über den gesamten
Polierteller 220 hinweg, so dass auch der Fensterbereich 252w mit
einer entsprechenden Materialdicke versehen ist. Das obere Kissen 252 kann in
diesem Falle als ein standardmäßigen Polierkissen vorgesehen
werden, das für
moderne Polieranlagen gestaltet ist, die optische Erkennungssysteme
enthalten, etwa die Anlage „Reflexion" oder "Mirra" die von Applied
Materials Inc. erhältlich
sind. Das obere Kissen 252 kann aus einem mikroporösen Polymermaterial
aufgebaut sein, etwa einem Polyurethan-Material mit einer geeigneten
Oberflächengestaltung,
die in der polierenden Oberfläche 253 gebildet
ist, um damit in Verbindung mit einem geeigneten Schleifmittelmaterial
eine gewünschte
Polierwirkung zu erzeugen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
wird der Fensterbereich 252w als ein transparentes Polyurethanmaterial
vorgesehen, um damit eine optische Endpunkttechnik zu ermöglichen,
wie dies zuvor beschrieben ist, während in anderen anschaulichen
Ausführungsformen
der Fensterbereich 252w aus dem gleichen Material wie der
verbleibende Teil des Kissens 252 aufgebaut ist, wenn ein
optischer Zugriff nicht erforderlich ist. Somit kann das Kissen 252 mit
einer geeigneten Dicke, beispielsweise 80 mils und dergleichen vorgesehen
werden, ohne dass eine Materialreduzierung im Sensorbereich 221 erforderlich
ist, der ansonsten zu einem vorzeitigen Ausfall des Polierkissens 252 führen könnte. Somit wird
die Fühleroberfläche 241 an
einem geeigneten Höhenniveau
positioniert, das im We sentlichen dem Höhenniveau der unteren Oberfläche 254 entspricht, wodurch
zusätzlich
der Fensterbereich 252w gestützt wird, was ferner zu besseren
gleichmäßigen Prozessbedingungen
beitragen kann.
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Während des
Betriebs der Polieranlage 200 mit der Konfiguration des
induktiven Sensors 240, wie sie beispielsweise in den 2b und 2c gezeigt
ist, wird ein Signal auf der Grundlage eines Wechselstromsignals
erzeugt, das induktiv in die jeweilige Substratoberfläche gekoppelt
wird, d. h. in ein leitendes Material, das darauf oder darin vorgesehen ist,
wobei das entsprechende Signal durch eine geeignete Steuereinheit 246 ausgewertet
wird. Der jeweilige Spalt zwischen der Fühleroberfläche 241 und einer
entsprechenden Substratoberfläche,
der im Wesentlichen der Dicke 252t in der in 2c gezeigten
Ausführungsform
oder einer entsprechenden Dicke des Fensterbereichs 252w,
wie er in 2b gezeigt ist, entspricht,
kann bei der Bewertung eines entsprechenden Sendersignals berücksichtigt
werden, indem geeignete Kalibrierverfahren eingesetzt werden, wozu
das Bereitstellen einer vordefinierten Materialmenge über den
Fensterbereich 252 gehören
kann, um damit geeignete Referenzdaten zu erzeugen. Ferner können entsprechende
Kompensationsdaten ermittelt werden, die temperaturabhängige Effekte
und einen Gesamtkissenverschleiß berücksichtigen
können,
d. h. eine reduzierte Dicke 252t, die bei Bearbeitung einer
Vielzahl von Substraten variieren kann. Folglich kann selbst für eine vergrößerte Spaltbreite
zwischen der Fühleroberfläche 241 und der
polierenden Oberfläche 254 im
Vergleich zu konventionellen Gestaltungsformen, in denen der Fensterbereich 252 eine
deutlich geringere Materialdicke aufweist, ein zuverlässiges Sensorsignal
erhalten werden, wodurch moderne Prozesssteuerungsstrategien möglich sind,
wobei zusätzlich
eine deutlich größere Gesamtlebensdauer
des Polierkissens 252 auf Grund der größeren Schichtdicke und der
geringen Wahrscheinlichkeit einer Materialablösung an dem Fensterbereich 252w erreicht
wird.
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Ferner
können
in der mit Bezug zu 2b beschriebenen Ausführungsform
moderne Polierkissen 252 eingesetzt werden, wenn eine größere Signalstärke erforderlich
ist, d. h. eine größere induktive Ankopplung
des zu behandelnden Substrats, wenn beispielsweise leitende Materialschichten
mit geringer Dicke zu behandeln sind, die ansonsten keine ausgeprägte Reaktion
auf das magnetische Feld zeigen. In anderen Fällen kann die Anlage effizient
neu konfiguriert werden, wenn standardmäßige Polierkissen verwendet
werden, wobei die entsprechende Höhe des Sensorelements und damit
der Fühleroberfläche 242 geeignet
auf der Grundlage der Höhenjustiereinheit 245 eingestellt
werden kann. In einigen anschau lichen Ausführungsformen wird die Höhenjustiereinheit 245 entsprechend
einem jeweiligen Verschleiß des
Polierkissens 252 betrieben, unabhängig davon, ob ein standardmäßiges Kissen,
wie es etwa in 2 gezeigt ist, oder
ein modernes Kissen, wie es in 2b gezeigt
ist, verwendet wird, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird,
den resultierenden Spalt zwischen der Fühleroberfläche 241 und der polierenden
Oberfläche 253 im
Wesentlichen beizubehalten. Dies kann z. B. auf der Grundlage eines
entsprechenden Referenzsubstrats bewerkstelligt werden, das regelmäßig in der
Anlage 200 bearbeitet wird, wobei eine Abweichung von dem
erwarteten Signal durch geeignetes Steuern der Höhenjustiereinheit 245 so
kompensiert wird, dass eine wesentliche Übereinstimmung zwischen dem
gemessenen Signal und dem erwarteten Signal erreicht wird.
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2d zeigt
schematisch die Polieranlage 200 gemäß einer weiteren anschaulichen
Ausführungsform,
wobei ein optisches Messsystems 270 unter dem Sensorbereich 221 angeordnet
wird, d. h. einer entsprechenden Öffnung, die in dem Polierteller 220 vorgesehen
ist. Das optische System 270 ist an einem Halteelement 271 angebracht,
das wiederum mechanisch mit einer Antriebsanordnung 222 versehen
ist, die ausgebildet ist, den Polierteller 220 in Drehung
zu versetzen. Das optische System 270 umfasst eine Lichtquelle 272,
die ausgebildet ist, einen Lichtstrahl auszusenden und diesen auf
die Oberfläche
eines Substrats 231 zu richten, das aktuell bearbeitet
wird. Ferner umfasst das optische System 270 eine Detektor 273,
der ausgebildet und angeordnet ist, den von der Oberfläche des
Substrats 231 reflektierten Lichtstrahls zu empfangen.
Die jeweiligen Lichtstrahlen können
durch ein im Wesentlichen transparentes Material, das in dem Fensterbereich 252w vorgesehen
ist, empfangen werden, wie dies zuvor geläutert ist. Die Lichtquelle 272 und
der Detektor 273 sind mit einer Steuereinheit 274 gekoppelt, die
ausgebildet ist, das von dem Sensor 273 erhaltene Signal
zu bewerten und bei Bedarf die Lichtquelle 272 in geeigneter
Weise anzusteuern. Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform
die Steuereinheit 274 und die Steuereinheit 246 mit
einer anlageninternen Steuereinheit 201 gekoppelt, die
ausgebildet ist, entsprechende Komponenten der Anlage 200,
etwa eine Antriebseinheit 223 zum Antreiben des Polierkopfes 230 und
eine entsprechende Antriebseinheit 223 zum Antreiben des
Poliertellers 220 zu steuern.
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Beim
Betrieb der Anlage 200, wie sie in 2d gezeigt
ist, werden folglich optische Signale in Verbindung mit Signalen,
die von dem Sensor 240 erhalten werden, erzeugt, um eine
verbesserte Teststeuerung und/oder eine Endpunkterkennung während des
Bearbeitens des Substrats 231 zu ermöglichen. In der in 2d gezeigten
Ausführungsform wird
der Fensterbereich 252w im Wesentlichen mit der gleichen
Dicke wie der restliche Bereich des Polierkissens 252 bereitgestellt,
wie dies zuvor erläutert ist,
wodurch eine erhöhte
Lebensdauer des Polierkissens 252 und eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit
und Auslastung auf Grund der reduzierten Anzahl an Auswechslungen
der Polierkissen und Wartungsaktivitäten erreicht werden.
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3a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils eines Poliertellers 320 mit
einem darauf montierten Polierkissen 350, das aus einem Unterkissen 351 und
einem oberen Kissen 352 aufgebaut ist, wie dies auch zuvor
erläutert
ist. Beispielsweise besitzt das obere Kissen 352 eine im
Wesentlichen gleichförmige
Dicke, wie dies zuvor beschrieben ist, während das Unterkissen 351 eine
entsprechende Öffnung 351 aufweist.
Des weiteren erstreckt sich ein induktiver Sensor 341 in
die Öffnung 351a. Das
obere Kissen 352 umfasst einen Bereich 352w, der
darin ein magnetisches Material enthält, um die magnetische Leitfähigkeit
des Bereichs 252w zu erhöhen, wodurch ein entsprechender
Spalt zwischen dem Sensor 340, d. h. einer Fühleroberfläche 341, und
der polierenden Oberfläche 353 verringert
wird. Das magnetische Material, das als 252m bezeichnet ist,
kann aus kleinen Teilchen mit weichmagnetischen Materialien, etwa
Ferritmaterialien, und dergleichen aufgebaut sein, das einen hohen
elektrischen Widerstand aufweist, um damit die Gefahr der Erzeugung
von Wirbelströmen
in den Bereich 252w zu verringern. Die entsprechenden kleinen
Teilchen können
in Form eines geeigneten Metallpulvers oder dergleichen vorgesehen
werden, und können
während
des entsprechenden Fertigungsprozesses eingebaut werden, wobei ein
geeignetes Materialstück dann
in den Bereich 352w eingesetzt wird, wie es typischerweise
auch gemacht wird, wenn ein im Wesentlichen transparentes Material
in dem Bereich 352w vorgesehen wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird das obere Kissen 352 auf der Grundlage konventioneller
Techniken hergestellt und das magnetische Material 352m wird
lokal vorgesehen, wodurch entsprechende Bereiche 352w in
einem im Wesentlichen homogenen Material definiert werden.
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3b zeigt
schematisch das Polierkissen 350, wenn es auf dem Polierteller 320 montiert
ist, gemäß weiteren
anschaulichen Ausführungsformen, in
denen ein magnetisches Material 351m zusätzlich oder
alternativ in einem entsprechenden Bereich 351w des Unterkissens 351 vorgesehen
ist. Somit kann das Unterkissen 352 mit einer Öffnung in
dem Bereich 351w vorgesehen werden, so dass der entsprechende
induktive Sensor 340 derart ausgebildet ist, dass die Fühleroberfläche 341 mit
dem Bereich 351w in Kontakt ist, wobei das magnetische
Material 351m die gewünschte
effiziente magnetische Kopplung durch das Unterkissen 351 zu
dem oberen Kissen 352 liefert. In diesem Falle wird die
mechanische Festigkeit des Unterkissens 351 auf Grund des
Fehlens einer entsprechenden Öffnung,
die für
den induktiven Sensor 341 erforderlich ist, verbessert. Wenn
eine entsprechende Öffnung
für optischen
Zugang vorgesehen wird, kann die Öffnung so gestaltet sein, dass
sie den Erfordernissen des optischen Messsystems entspricht, während die
Fühlerfläche 341 von
dem Material mit der magnetischen Substanz 351m bedeckt
ist. Es sollte beachtet werden, dass die in den 3a und 3b gezeigten
Ausführungsformen
in geeigneter Weise kombiniert werden können, um damit die magnetische
Kopplung zu einer zu behandelnden Substratoberfläche zu erhöhen. Beispielsweise kann in
einigen anschaulichen Ausführungsformen
das magnetische Material 352m in einem lateral begrenzten
Bereich vorgesehen werden, dessen laterale Abmessung kleiner ist
im Vergleich zu der Fühleroberfläche 341,
wodurch die entsprechende Feldlinien „fokussiert" werden, was vorteilhaft
sein kann zum Erhalten eines Abtastbereichs mit geringeren lateralen
Abmessungen.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Sensorkonfiguration
für Sensorsysteme
in Polieranlagen auf Grundlage einer induktiven Kopplung, etwa auf
Grundlage von Wirbelströmen bereit,
um damit die Notwendigkeit der Anwendung moderner und damit teuer
Polierkissen zu vermeiden oder zu verringern, die eine geringere
Materialdicke an den jeweiligen Fenstern der Kissen aufweisen. Zu diesem
Zweck kann das Höhenniveau
einer induktiven Fühlerfläche im Vergleich
zu konventionellen Gestaltungsformen verringert werden oder in einer
einstellbaren Weise vorgesehen werden, um damit die Möglichkeit
zu schaffen, standardmäßige Polierkissen
anzuwenden, die eine deutlich höhere
Lebensdauer im Vergleich zu modernsten Polierkissen mit Fenster
mit reduzierter Materialdicke aufweisen. Folglich können die
Gesamtbetriebskosten verringert und die Anlagenverfügbarkeit
kann erhöht
werden, wodurch zu einem gesteigerten Gesamtdurchsatz beigetragen
wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.