DE19726665C2

DE19726665C2 - Process and arrangement for in-situ endpoint determination at the CMP

Info

Publication number: DE19726665C2
Application number: DE1997126665
Authority: DE
Inventors: Dieter Zeidler
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: DE19726665A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ-Endpunktermittlung beim CMP gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The invention relates to a method for in-situ endpoint determination in the CMP according to the The preamble of claim 1 and an arrangement according to the preamble of claim 5.

Es ist bekannt, daß zur Herstellung von Leiterbahnen und Strukturen bis in den Submikrometerbereich auf Halbleiterwafern als neue Technologie das chemisch-mechanische Polieren (CMP) eingesetzt wird.It is known that up to the manufacture of conductor tracks and structures Submicron range on semiconductor wafers as a new technology, the chemical-mechanical Polishing (CMP) is used.

In einer Isolatorschicht eingebettete Cu-Leitbahnen werden nach der Damascene-Technologie hergestellt. Dabei werden die im Isolator erzeugten Strukturen mit Cu vollständig gefüllt bis über den oberen Isolatorrand hinaus. Durch den anschließenden Polierprozeß wird das Cu bis zur Isolatorebene abpoliert, so daß die eingebetteten Cu-Strukturen im Isolator vorliegen.Cu interconnects embedded in an insulator layer are made using Damascene technology manufactured. The structures created in the insulator are completely filled with Cu beyond the upper edge of the insulator. Through the subsequent polishing process, the Cu bis polished to the isolator level so that the embedded Cu structures are present in the isolator.

Es ist weiterhin bekannt, daß für diesen Polierschritt der Halbleiterwafer in einem Polierkopf befestigt wird und auf eine Polierplatte mit einem definierten Poliertuch (Pad) unter Anwendung eines gesteuerten Druckes gedrückt wird. Typischerweise rotieren sowohl Polierkopf als auch Polierplatte während des Prozesses und es wird eine Schleifmittelsuspension (Slurry) mit einer aktiven chemischen Komponente zwischen Halbleiterwafer und Poliertuch gegeben. Derartige Geräte zum Polieren von Halbleiterwafern sind gut bekannt und werden beispielsweise in US 4 193 226, US 4 811 522 sowie in US 3 841 031 beschrieben.It is also known that for this polishing step the semiconductor wafer in a polishing head is attached and placed on a polishing plate with a defined polishing cloth (pad) Application of a controlled pressure. Typically both rotate Polishing head as well as buffing plate during the process and it becomes a Abrasive suspension (slurry) with an active chemical component between Given semiconductor wafer and polishing cloth. Such devices for polishing semiconductor wafers are well known and are described, for example, in US 4,193,226, US 4,811,522 and US 3,841,031 described.

Ein Problem bei einem solchen Polierprozeß ist die in-situ-Endpunktermittlung. Eine bekannte Methode ist die Erkennung des Endpunktes durch einen zeitkontrollierten Ablauf, indem durch Testwaferserien der ungefähre Zeitpunkt des Polierabschlusses festgestellt wird. Kurz vor Erreichen des Endpunktes wird der Wafer mechanisch aus dem Polierkopf herausgenommen und mit bekannten Methoden gemessen, um die Schichtrestdicke der abzupolierenden Schicht und die dimensionalen und planaren Eigenschaften des polierten Wafers nachzuprüfen. Wenn die gewünschten Merkmale nicht festgestellt werden können, wird entsprechend weiterpoliert. Es kann aber auch der Wafer überpoliert werden und ein nicht verträgliches Übermaß an Material entfernt worden sein, so daß der Halbleiterwafer unbrauchbar ist.One problem with such a polishing process is in-situ endpoint determination. An acquaintance Method is the detection of the end point by a time-controlled process by Test wafer series the approximate time of completion of the polishing is determined. Shortly before When the end point is reached, the wafer is mechanically removed from the polishing head and measured by known methods to determine the remaining layer thickness of the layer to be polished and to check the dimensional and planar properties of the polished wafer. If If the desired characteristics cannot be determined, they are polished accordingly. However, the wafer can also be over-polished and an excess which is not compatible is tolerated Material have been removed so that the semiconductor wafer is unusable.

In letzter Zeit sind eine Reihe von Verfahren bekannt geworden, die ein Signal durch präzise Messung von Parametern der Poliermaschine oder durch physikalische Bewertung der polierten Oberfläche erzeugen, welches für eine Endpunktermittlung verwendet werden kann.Recently, a number of methods have become known that use precision to signal Measurement of parameters of the polishing machine or by physical evaluation of the polished Generate surface that can be used for endpoint determination.

In der US 5 069 002 wird ein Verfahren zur Endpunktermittlung bestimmter Schichten durch Messung der Änderung des Motorstromes bei Änderung der Reibung zwischen Polierkopf und Polierplatte, die zum Beispiel bei Änderung des Schichtsystems auf dem Wafer auftreten kann, beschrieben.US Pat. No. 5,069,002 describes a method for determining the end point of certain layers Measurement of the change in the motor current when the friction between the polishing head and Polishing plate, which can occur, for example, when changing the layer system on the wafer, described.

In US 5 196 353 und US 5 597 442 sowie in EP 0 616 362 A2 werden Temperaturmessung zur Endpunktermittlung beschrieben. Die gemessenen Temperaturänderungen auf dem Pad oder auch auf dem polierten Halbleiterwafer werden mit der Änderung der Schichtzusammensetzung und damit mit einer möglichen Endpunkterkennung in Zusammenhang gebracht.In US 5 196 353 and US 5 597 442 and in EP 0 616 362 A2 temperature measurement for Endpoint determination described. The measured temperature changes on the pad or also on the polished semiconductor wafer with the change in layer composition and associated with a possible end point detection.

Die direkte Reflexionsmessung der Waferoberfläche mit einem dazu angeordneten Laser wird in US 5 461 007 beschrieben. Eine Messung der polierten Oberfläche mit einem Laser- Interferometer durch Transport des Wafers über den Rand der Polierplatte hinaus, kann nach der DE 41 25 732 A1 als bekannt vorausgesetzt werden. Die interferometrisch bestimmten Schichtdicken, vorzugsweise Isolatorschichten, dienen dann zur Festlegung des Endpunktes. Weiterhin ist eine Endpunktbestimmung mittels Leitfähigkeitsmessung aus EP 0 325 753 A2 bekannt.The direct reflection measurement of the wafer surface with a laser arranged for this purpose in US 5,461,007. A measurement of the polished surface with a laser Interferometer by transporting the wafer beyond the edge of the polishing plate can DE 41 25 732 A1 are assumed to be known. The determined interferometrically Layer thicknesses, preferably insulator layers, then serve to determine the end point. Furthermore, an end point determination by means of conductivity measurement from EP 0 325 753 A2 known.

Die bekannten Verfahren, die durch Messung von Parametern der Poliermaschine oder durch physikalische Bewertung der polierten Oberfläche ein Signal zur Endpunktermittlung erhalten, haben zum Nachteil, daß das Signal von Veränderungen im CMP-Prozeß beeinträchtigt wird. Die optischen Methoden zur Dickenmessung des Abtrages verlangen immer ein optisches Fenster und auf dem Wafer speziell präparierte Testfelder. Für diese Verfahren sind spezielle Umrüstungen der Poliermaschine und auch des Wafer-Layouts notwendig.The known methods by measuring parameters of the polishing machine or by receive a signal to determine the end point by physical evaluation of the polished surface, have the disadvantage that the signal is affected by changes in the CMP process. The optical methods for measuring the thickness of the stock always require an optical one Windows and specially prepared test fields on the wafer. There are special for these procedures Conversion of the polishing machine and the wafer layout necessary.

Aus der US 5 637 185 ist eine Anordnung zur Messung des elektrochemischen Potentials der Schleifmittelsuspension während der Herstellung von Leiterbahnen und Strukturen auf einem Halbleiterwafer durch chemisch-mechanisches Polieren bekannt. Um die Messung durchführen zu können, werden der Waferrand und die Waferrückseite mit einem elektrisch leitenden Kontakt versehen. Eine Verbindung von einer Bezugselektrode zu einer Hilfselektrode, die in Kontakt mit dem Pad steht, wird über eine elektrisch leitfähig Verbindung, beispielsweise eine Salzbrücke erzeugt. Mit dieser Anordnung kann zwischen der Bezugselektrode und dem rückseitig kontaktierten Wafer eine Potentialdifferenz der Oberflächenschicht auf dem Wafer gemessen werden, wobei Änderungen in der Zusammensetzung der Schleifmittelsuspension zu unterschiedlichen Potentialen führen, was eine Endpunkterkennung ermöglicht.From US 5 637 185 an arrangement for measuring the electrochemical potential of the Abrasive suspension during the production of conductor tracks and structures on one Semiconductor wafers known by chemical mechanical polishing. To perform the measurement To be able to, the wafer edge and the back of the wafer with an electrically conductive Provide contact. A connection from a reference electrode to an auxiliary electrode Contact with the pad is via an electrically conductive connection, for example a Salt bridge created. With this arrangement, the reference electrode and the on the back, wafers contacted a potential difference of the surface layer on the wafer are measured, with changes in the composition of the abrasive suspension lead to different potentials, which enables endpoint detection.

Durch die Kontaktierung des Halbleiterwafers wird eine nichtkorrigierbare ungleichmäßige Druckübertragung beim Polieren erzeugt, was sich nachteilig auf die Uniformität der Abrasion auswirkt. Damit ist die Anordnung für den Einsatz in einen technischen Polierprozeß nicht geeignet.The contacting of the semiconductor wafer makes an uncorrectable non-uniform Pressure transmission generated during polishing, which adversely affects the uniformity of abrasion effect. So the arrangement for use in a technical polishing process is not suitable.

Aus der Druckschrift J. Electrochem. Soc., Vol. 138, No. 3, March 1991, Seiten 774-777 ist eine ähnliche Anordnung bekannt. Allerdings sitzt hier die Hilfselektrode an einem Ende der elektrisch leitfähigen Verbindung nicht auf dem Pad auf, sondern in einer Ansammlung von Schleifmittelsuspension neben dem Pad. Es ergeben sich Nachteile wie bei US 5 637 185.From the publication J. Electrochem. Soc., Vol. 138, No. 3, March 1991, pages 774-777 is one similar arrangement known. However, the auxiliary electrode is located at one end of the electrically conductive connection not on the pad, but in a collection of Abrasive suspension next to the pad. There are disadvantages as in US Pat. No. 5,637,185.

Aus der US 5 439 551 ist es bekannt, die Schleifmittelsuspension von dem Polierpad abzusaugen und einem Massenspektrometer zuzuführen. Die Messung der Zusammensetzung der Schleifmittelsuspension liefert eine realtime Information, die zur Endpunktermittlung herangezogen werden kann. Eine ähnliche Vorgehensweise ist aus der IBM TDB Vol. 34, No. 4B, Sept. 1991, Seiten 406-7 bekannt. Hier wird die kontinuierlich abgesaugte Schleifmittelsuspension mittels Chemilumineszenz untersucht.From US 5 439 551 it is known to remove the abrasive from the polishing pad aspirate and feed to a mass spectrometer. Measuring the composition The abrasive suspension provides real-time information that helps determine the end point can be used. A similar procedure can be found in IBM TDB Vol. 34, No. 4B, Sept. 1991, pages 406-7. Here is the continuously extracted Abrasive suspension examined using chemiluminescence.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren sowie eine Anordnung anzugeben, wodurch eine in-situ-Endpunktermittlung beim CMP ermöglicht wird, bei dem (mit der) das gewonnene Signal weitgehend unabhängig von Veränderungen während des CMP-Prozesses ist, und somit eine sehr genaue Endpunktermittlung ermöglicht wird.The object of the invention is to provide a method and an arrangement which enables in-situ endpoint determination at the CMP, at which the (with) the signal obtained largely independent of changes during the CMP process is, and thus a very accurate endpoint determination is made possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens ergeben sich im Zusammenhang mit den Verfahrensunteransprüchen. Weiterhin wird die Aufgabe mit einer Anordnung mit den im Anspruch 5 genannten Merkmalen gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Anordnung sind Gegenstand zugehöriger Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by a method with those mentioned in claim 1 Features resolved. Advantageous variants of the method result in connection with the procedural subclaims. Furthermore, the task with an arrangement with the Claim 5 mentioned features solved. Developments and refinements of Arrangement are the subject of associated subclaims.

Bei der Erfindung wird die angewandte Schleifmittelsuspension (Slurry) für den CMP-Prozeß nach Passieren des Halbleiterwafers analysiert, so daß die Konzentrationen der Reaktionsprodukte aus der chemischen Komponente der Slurry und der abgetragenen Schicht ein Signal für die Abrasion der Schicht ergeben. Die Analyse erfolgt durch eine Elektrode, die ionenselektiv ist.In the invention, the abrasive suspension (slurry) used for the CMP process analyzed after passing through the semiconductor wafer so that the concentrations of the Reaction products from the chemical component of the slurry and the removed layer give a signal for the abrasion of the layer. The analysis is carried out by an electrode that is ion selective.

Die Potentialänderung der Elektrode ist direkt proportional der Ionen-Konzentration in der abströmenden Slurry. Die Aufzeichnung der Potentialänderung als Funktion der Polierzeit zeigt somit den Zeitpunkt an, wo eine drastische Verringerung der Ionenkonzentration das vollständige Entfernen der überstehenden Schicht auf dem Wafer bedeuten. Beim Cu-CMP weist die abfallende Potentialkurve beim Polierende im Kurvenverlauf einen Wendepunkt auf, der als Endpunkt zur Steuerung genutzt werden kann.The potential change of the electrode is directly proportional to the ion concentration in the outflowing slurry. The recording of the change in potential as a function of the polishing time thus shows the point in time when a drastic reduction in the ion concentration Remove the excess layer on the wafer. With the Cu-CMP, the declining potential curve when polishing in the course of a curve at a turning point, which as End point can be used for control.

Erfindungsgemäß wird eine Anordnung für die reagierte Slurry am Polierkopf vorgesehen. Die abgepumpte Slurry strömt an einer Elektrode vorbei, die als ionenselektive Cu- Elektrode ausgeführt ist, und bewirkt eine Potentialänderung der Elektrode.According to the invention, an arrangement for the reacted slurry is provided on the polishing head. The pumped slurry flows past an electrode, which is an ion-selective copper Electrode is executed, and causes a change in potential of the electrode.

Diese direkte Anzeige der Ionenkonzentration während des Polierprozesses hat den Vorteil, daß die Schichtdicke über dem Isolator bzw. der Unterschicht nicht bekannt sein muß und das Polierratenänderungen durch mangelhafte Padstabilität eindeutig aus der Lage des Endpunktes erkannt werden können. Die Anordnung kann auf einfache Weise nachgerüstet werden. Es erfolgt kein Eingriff in die Funktion der Poliermaschine und des Polierablaufes. Für das Layout sind keine zusätzlichen Testfelder notwendig. Bei Verwendung von ionenselektiven Elektroden ist auch die Messung der Potentialänderung von schnell strömenden Schleifmittelsuspensionen möglich. Die in der abströmenden Slurry vorhandenen Schleifpartikel, Oxidationsmittel und anderen Komponenten führen nicht zu einer Verfälschung der Meßergebnisse.This direct display of the ion concentration during the polishing process has the advantage that the layer thickness above the insulator or the lower layer need not be known and that Polishing rate changes due to poor pad stability clearly from the position of the end point can be recognized. The arrangement can be easily retrofitted. It there is no interference with the function of the polishing machine and the polishing process. For the layout no additional test fields are necessary. When using ion-selective electrodes is also the measurement of the change in potential of fast flowing abrasive suspensions possible. The abrasive particles, oxidizing agents and other components do not falsify the measurement results.

Weiterhin wurde festgestellt, daß die Neigung der abfallenden Potential-Zeit-Kurve beim Polierende einen direkten Hinweis auf einen uniformen bzw. auch einen nichtuniformen Abtrag der Cu-Schicht gibt.It was also found that the slope of the declining potential-time curve at Polishing a direct indication of a uniform or non-uniform removal the Cu layer there.

Ein uniformer Cu-Abtrag mit < 90% Uniformität auf 4" Testwafern, poliert mittels der Poliermaschine E460, gibt sich durch eine Neigung der abfallenden Potentialkurve bis zum Wendepunkt von < 28 mV/Min zu erkennen. Je geringer dieser Wert für die Neigung des abfallenden Teils der Potentialkurve ist und je ungleichmäßiger die Kurve verläuft, desto ungleichmäßiger und schleppender ist der Cu-Abtrag von der Waferoberfläche (s. auch Beispiel 5 für einen bewußt eingestellten nichtuniformen Abtrag).A uniform copper removal with <90% uniformity on 4 "test wafers, polished using the Polishing machine E460, results from an inclination of the falling potential curve up to Turn point of <28 mV / min can be seen. The lower this value for the inclination of the descending part of the potential curve and the more irregular the curve, the more Cu removal from the wafer surface is more uneven and sluggish (see also example 5 for a consciously set non-uniform removal).

Die Auswertung von mit Cu-beschichteten blanken Wafern und von Wafern mit Strukturierung zeigen keinerlei Unterschiede in der Endpunkterkennung.Evaluation of bare wafers coated with Cu and wafers with structuring do not show any differences in endpoint recognition.

Die Erfindung wird nachstehende an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. In the Drawings show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement according to the invention

Fig. 2 eine zur Fig. 1 gehörende Einzelheit Fig. 2 is a detail belonging to Fig. 1

Fig. 3 ein charakteristischer Verlauf einer Potential-Polierzeitkurve Fig. 3 is a characteristic curve of a potential-time curve polishing

Fig. 4a ein aufgenommener Verlauf einer Potential-Polierzeitkurve FIG. 4a is a recorded history of a potential-time curve polishing

Fig. 4b ein aufgenommener Verlauf einer Potential-Polierzeitkurve FIG. 4b is a recorded history of a potential-time curve polishing

Fig. 1 und 2 dienen zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 3 dient der weiteren Veranschaulichung des Verfahrens. Fig. 1 and 2 are illustrative of an inventive arrangement, Fig. 3 serves to further illustrate the process.

In Fig. 1 ist ein Polierkopf 1, eine Polierplatte 2, eine Zuführung 3 für eine Slurry aus einem Tank 4 dargestellt. Erfindungsgemäß ist eine Slurry-Absaugung 5 für die Potentialmessung vorgesehen, die mit einer Elektrodenzelle 11 verbunden ist. Die Elektrodenzelle 11 ist über ein Abscheidegefäß 9 mit einer Pumpe 10 zum Absaugen der Slurry verbunden. In der Elektrodenzelle 11 ist eine ionenselektiven Cu-Elektrode 6 eingebracht, mit der das Potential gemessen, mittels eines mV-Meters 7 registriert und auf einem Monitor 8 visualisiert wird.In Fig. 1, a polishing head 1, a polishing plate 2, a feeder 3 is shown for a slurry from a tank 4. According to the invention, a slurry suction device 5 is provided for the potential measurement, which is connected to an electrode cell 11 . The electrode cell 11 is connected via a separating vessel 9 to a pump 10 for suctioning off the slurry. An ion-selective Cu electrode 6 is introduced in the electrode cell 11 , with which the potential is measured, registered by means of an mV meter 7 and visualized on a monitor 8 .

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Polierplatte 2 mit Positionierung der Absaugkapillare 5, in Rotationsrichtung der Polierplatte 2 gesehen, hinter dem Polierkopf 1. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 wird die Absaugkapillare 5 auf der eine Kreisbahn beschreibenden Mittenachse des Polierkopfes 1 angeordnet. Damit werden in jedem Fall die bei Abrasion in der Slurry enthaltenen Cu-Ionen von der Absaugkapillare 5 aufgenommen bzw. abgesaugt. Fig. 2 shows a plan view of the polishing plate 2 with positioning of the Absaugkapillare 5, in the direction of rotation of the polishing plate 2 seen behind the polishing head 1. According to the representation in FIG. 2, the suction capillary 5 is arranged on the center axis of the polishing head 1 which describes a circular path. In this way, the Cu ions contained in the slurry in the event of abrasion are absorbed or suctioned off by the suction capillary 5 .

In Fig. 3 ist das typische Potential-Zeit-Verhalten einer entsprechend der Erfindung angebrachten ionenselektiven Cu-Elektrode für das vollständige Abtragen einer 1000 nm dicken Cu-Schicht von einem 4" Wafer dargestellt. Der Potentialwert der Elektrode in der Cu freien Slurry A steigt sprunghaft beim Kontakt des beschichteten Wafers mit Slurry und Pad. Nach Erreichen eines Plateauwertes B, wo ein konstanter Wert eine gleichmäßige Rate anzeigt, beginnt im Punkt C1 der abfallende Kurventeil mit immer geringer werdender Cu- Ionenkonzentration. Punkt C2 bezeichnet den Wendepunkt der Kurve, der zur Endpunktermittlung herangezogen wird. Der abflachende Kurvenanteil C3 entspricht in der Hauptsache der im Pad verbliebenen Cu-Ionen, die nur langsam ausgewaschen werden.In Fig. 3, the typical potential-time behavior is one according to the invention attached to the ion-selective Cu electrode for the complete removal of a 1000 nm thick Cu layer represented by a 4 "wafer. The potential value of the electrode in the Cu-free slurry A rises abruptly on contact of the coated wafer with slurry and pad.After reaching a plateau value B, where a constant value indicates a uniform rate, the falling part of the curve begins at point C1 with a decreasing Cu ion concentration.Point C2 denotes the turning point of the curve, the The flattening part of the curve C3 mainly corresponds to the Cu ions remaining in the pad, which are only washed out slowly.

Nachfolgend werden Beispiele und Varianten des Polierens mit erfindungsgemäßer Endpunktermittlung beschrieben.Below are examples and variants of polishing with the inventive Endpoint determination described.

example 1

Auf einem 4" Wafer mit 1000 nm thermischen Oxid war Cu durch einen Sputterprozeß mit einer ganzflächigen Schichtdicke von 1000 nm aufgebracht worden. Der anschließende Polierprozeß auf einer Poliermaschine E460 mit einem Polierpad IC 1000 wurde bei einem Polierdruck von 21,9 kPa, einer Poliergeschwindigkeit von Kopf und Platte von je 40 Upm und einer mit H₂O₂-modifizierten Slurry (pH 4) mit einer Auftragmenge von 100 ml/Min durchgeführt. Die Cu-Schicht war vollständig bis zur darunterliegenden SiO₂-Schicht am Wendepunkt C2 der abfallenden Potential-Zeit Kurve abpoliert (Fig. 4a).Cu was applied to a 4 "wafer with 1000 nm thermal oxide by means of a sputtering process with a full-area layer thickness of 1000 nm. The subsequent polishing process on a polishing machine E460 with a polishing pad IC 1000 was carried out at a polishing pressure of 21.9 kPa, a polishing speed of Head and plate of 40 rpm each and an H ₂ O ₂ -modified slurry (pH 4) with an application rate of 100 ml / min. The Cu layer was completely down to the underlying SiO ₂ layer at the inflection point C2 of the falling potential -Time curve polished ( Fig. 4a).

Example 2

Im Beispiel 2 wurde ein Polierprozeß eines Wafers wie im Beispiel 1 durchgeführt, wobei aber statt 100 ml/Min Slurry 200 ml/Min Slurry eingestellt wurden. Der vollständige Cu-Abtrag ist erreicht, wie im Beispiel 1, am Wendepunkt der abfallenden Kurve (s. Fig. 4a).In example 2, a wafer polishing process was carried out as in example 1, but instead of 100 ml / min slurry, 200 ml / min slurry was set. The complete copper removal is achieved, as in example 1, at the turning point of the falling curve (see FIG. 4a).

Example 3

Polierprozeß eines Wafers wie im Beispiel 1, aber statt eines blanken Cu beschichteten Wafers wird ein strukturierter 4" Wafer verwendet (Damascene Technik). Der Abtrag des Cu von der Waferoberfläche ergibt eine Potential-Zeit Kurve, die der Kurve in Fig. 4a gleicht. Analog zur blanken ganzflächigen Cu-Schicht, wird als Endpunkt der Wendepunkt der abfallenden Kurve ermittelt.Polishing process of a wafer as in Example 1, but instead of a bare Cu coated wafer, a structured 4 "wafer is used (Damascene technique). The removal of the Cu from the wafer surface results in a potential-time curve which is similar to the curve in FIG. 4a. Analogous to the bare all-over copper layer, the turning point of the falling curve is determined as the end point.

Example 4

Polierprozeß eines Wafers wie im Beispiel 3, aber im Schichtaufbau zusätzlich mit einer 50 nm dicken Barriereschicht aus Ta zwischen Isolator und Cu. Der vollständige Abtrag des Cu auf den erhabenen Flächen bis zur Ta-Schicht entspricht wiederum dem Wendepunkt des abfallenden Kurventeils (Fig. 4a).Polishing process of a wafer as in Example 3, but in the layer structure additionally with a 50 nm thick barrier layer made of Ta between the insulator and Cu. The complete removal of the Cu on the raised surfaces up to the Ta layer again corresponds to the turning point of the falling part of the curve ( FIG. 4a).

Example 5

Polierprozeß eines Wafers wie im Beispiel 4, aber mit einer Polierkopfgeschwindigkeit von 0 Upm, einer Polierplattengeschwindigkeit von 50 Upm und ohne Gegendruck. Die eingestellten Parameter führen zu einem stark nichtuniformen Abtrag über der Waferoberfläche. Die entsprechende Potential-Zeit Kurve Fig. 4b zeigt einen, im Vergleich zu Fig. 4a, nur schwach abfallenden Potentialwert am Ende des Polierprozesses. Die ungleichmäßige Abtragrate des Cu über den Wafer führt zu einer Verlängerung der Polierphase insgesamt. Wafer polishing process as in Example 4, but with a polishing head speed of 0 rpm, a polishing plate speed of 50 rpm and without back pressure. The set parameters lead to a strongly non-uniform removal over the wafer surface. The corresponding potential-time curve in FIG. 4b shows a potential value which decreases only slightly in comparison to FIG. 4a at the end of the polishing process. The uneven removal rate of the Cu over the wafer leads to an overall extension of the polishing phase.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Polierkopf
polishing head

22

Polierplatte
polishing plate

33

Zuführung
feed

44

Tank
tank

55

Absaugkanüle
suction

66

Elektrode
electrode

77

mV-Meter
mV meter

88th

Monitor
monitor

99

Abscheidegefäß
separation vessel

1010

Pumpe
pump

1111

Elektrodenzelle
A Anfangspotential
B Plateauwert
C1 Beginn des Abfalls der Potentialkurve
C2 Wendepunkt der abfallenden Potentialkurve
C3 auslaufende Kurve
electrode cell
A initial potential
B plateau value
C1 Start of the drop in the potential curve
C2 inflection point of the falling potential curve
C3 ending curve

Claims

1. A method for in-situ endpoint determination of a coated semiconductor wafer during CMP with a polishing machine comprising a rotating polishing plate (2) with a polishing pad, a held with variable pressure against the polishing disc (2) rotating polishing head (1) provided with the semiconductor wafer and a feeder for the abrasive suspension ( 3 , 4 ),
in which the abrasive suspension, seen in the direction of rotation of the polishing plate ( 2 ), is sucked off from the polishing pad behind the polishing head ( 1 ) and fed to an electrode ( 6 )
characterized in that
by means of the electrode ( 6 ), which is ion-selective for the layer to be removed from the semiconductor wafer, the change in potential of which is measured as a function of time,
which is proportional to the abrasion of the dissolved layer from the semiconductor wafer,
wherein a constant flow of the suctioned abrasive suspension is set at least during the measurement, and
the drop in the potential curve is used to determine the end point and thus the CMP process is interrupted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the electrode ( 6 ) is ion-selective for copper, and the inflection point (C2) in the falling potential curve is used for determining the end point.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the steepness of the declining potential curve for assessing the uniform removal of the layer is used.

4. The method according to claim 3, characterized in that at a slope of declining potential curve of ≦ 25 mV / min the uniformity of the removal of the layer as is insufficiently evaluated.

5. Arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 4, comprising a polishing plate ( 2 ) with a polishing pad, a polishing head ( 1 ) and a semiconductor wafer held therewith, a power transmission device for pressing the semiconductor wafer, and drives for polishing plate ( 2 ) and polishing head ( 1 ) and a feed for the abrasive suspension ( 3 , 4 ), a suction cannula ( 5 ) for sucking off the abrasive suspension being provided behind the polishing head ( 1 ), viewed in the direction of rotation of the polishing plate ( 2 ), characterized in that the Suction cannula ( 5 ) an electrode cell ( 11 ) is connected to an ion-selective electrode ( 6 ) inserted therein, the electrode cell ( 11 ) has a connection from the means ( 9 ), ( 10 ) for generating an abrasive suspension flow, and to the electrode ( 6 ) a device for registration ( 7 , 8 ) and evaluation of the potential-time profile is connected, with which d he end point is determined and used to switch off the polishing machine.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that a separating vessel ( 9 ) and a pump ( 10 ) are connected as means for generating an abrasive suspension flow to the electrode cell ( 11 ).

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the suction cannula ( 5 ) is a polypropylene capillary.

8. Arrangement according to claim 5 to 7, characterized in that the suction cannula ( 5 ) is positioned on the circular axis describing the center axis of the polishing head.