DE102007030052A1

DE102007030052A1 - Automatische Abscheideprofilzielsteuerung

Info

Publication number: DE102007030052A1
Application number: DE102007030052A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ortleb; Markus Nopper; Dirk Wollstein
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2027-06-30
Also published as: US20090000950A1; DE102007030052B4; US8323471B2

Abstract

Verfahren zur automatischen Abscheideprofilzeilsteuerung zum elektrochemischen Abscheiden von Kupfer mit einem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug, das die folgenden Schritte umfasst: Abscheiden von Kupfer auf einem strukturierten Produktwafer; Messen eines aktuellen Dickenprofils des abgeschiedenen Kupfers und Erzeugen von entsprechenden Messdaten; Weiterleiten der Messdaten an ein Modell einer fortschrittlichen Prozesssteuerung (APC); und Berechnen individueller Korrekturen von Plattierparametern in dem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug.

Description

Gebiet der vorliegenden Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden eines Materials auf ein Substrat unter Verwendung eines positionsabhängig steuerbaren Abscheidewerkzeugs und betrifft insbesondere automatische Abscheideprofilzielsteuerung zum Abscheiden von Kupfer für ein vorbestimmtes Abscheideprofil.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Forderung nach höherer Integration, höheren Taktfrequenzen, und geringerem Energieverbrauch in der Mikroprozessortechnologie führte zu einer Chipverbindungstechnologie unter Verwendung von Kupfer anstatt von Aluminium zur Chipverdrahtung. Da Kupfer ein besserer Leiter ist als Aluminium, können Chips, die diese Technologie verwenden, kleinere Metallkomponenten aufweisen und wenden weniger Energie auf, um Elektrizität durch sie hindurchzuleiten. Diese Effekte führen zu einer höheren Leistungsfähigkeit der integrierten Schaltungen.
Der Übergang von Aluminium zu Kupfer erforderte jedoch bedeutende Entwicklungen in den Herstellungstechniken. Da flüchtige Kupferverbindungen nicht existieren, kann Kupfer nicht leicht durch Photolackmasken und Plasmaätzen strukturiert werden, so dass eine neue Technologie zum Strukturieren von Kupfer entwickelt werden musste, die als Kupferdamaszener-Verfahren bekannt ist. In diesem Verfahren wird die darunter liegende Siliziumdioxidisolierschicht mit offenen Gräben strukturiert, wo der Leiter eingefüllt werden soll. Eine dicke Kupferbeschichtung, die die Gräben wesentlich überfüllt, wird auf dem Isolator abgeschieden und chemisch-mechanische Einebnung (chemical mechanical planarization, CMP), das auch als chemisch-mechanisches Polieren bekannt ist, wird verwendet, um das überschüssige Kupfer auf die Höhe des Grabens zu entfernen.
Da Kupfer nicht effizient durch physikalische Dampfabscheidung, z. B. durch Sputter-Abscheidung, mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von 1 μm und mehr abgeschieden werden kann, ist z. B. Elektroplattierung von Kupfer und Kupferverbindungen das bevorzugte Abscheideverfahren zum Bilden von Metallschichten. Obwohl Elektroplattieren von Kupfer eine gut etablierte Technik ist, ist die verlässliche Abscheidung von Kupfer über Substrate mit großem Durchmesser, die eine strukturierte Oberfläche einschließlich Gräben und Kontaktlöchern aufweist, eine herausfordernde Aufgabe für Verfahrensingenieure. Auf den ersten Blick scheint es vorteilhaft, dass das Metalldickenprofil über die Substratoberfläche so einheitlich wie möglich ausgebildet wird. Jedoch können die Verfahren nach dem Plattieren ein unterschiedlich geformtes Profil erfordern, um eine geeignete Gerätefunktionalität der vollständigen integrierten Schaltungen sicherzustellen. Gegenwärtig gibt es kein effektives Kupfertrockenätzverfahren wegen der Probleme des Entfernens von Kupferverbindungen mit geringer Flüchtigkeit. Gegenwärtig wird chemisch-mechanisches Polieren (CMP, chemical mechanical polishing), zum Entfernen von überschüssigem Kupfer verwendet. Da das CMP-Verfahren per se ein hochkomplexes Verfahren ist, da es eine intrinsische Verfahrensungleichförmigkeit aufweist, d. h. eine ungleichförmige Abtragrate über die Substratoberfläche, kann es bevorzugt sein, das Metalldickenprofil dem Verfahren nach dem Plattieren anzupassen, um insgesamt eine verbesserte Verfahrenseinheitlichkeit nach dem Abschluss des Nachplattierverfahrens zu erreichen. Deshalb sind Elektroplattierwerkzeuge oft so ausgelegt, dass sie eine Variation des Metallprofils erlauben, z. B. durch Verwendung einer Vielzahl von Anoden in einem ECD (electro chemical deposition, elektrochemische Abscheidung) Kupferplattierwerkzeug.
Derzeitige Systeme verwenden gewöhnlich unstrukturierte Testwafer, um das Abscheideprofil einzustellen. Die 1 veranschaulicht ein Schema zum Einstellen eines Plattierprofils. In 1 wird ein unstrukturierter Testwafer 1 in einem Plattierwerkzeug 2 mit Kupfer beschichtet. Eine Vierpunktsonde 3 misst ein Kupferprofil auf dem unstrukturierten beschichteten Wafer. Ein Kontroller 4 vergleicht die gemessenen Daten mit einem Zielprofil und berechnet Korrekturen, wenn das gemessene Kupferprofil nicht mit dem Zielprofil übereinstimmt. Der Kontroller 4 aktualisiert dann die Werkzeugeinstellungen des Plattierwerkzeugs 2. Das Zielprofil, das in den Kontroller 4 eingegeben wird, berücksichtigt die chemisch-mechanischen Poliercharakteristiken des chemisch-mechanischen Polierwerkzeuges (CMP). Das Platierwerkzeug ist ein Elektroplattiersystem mit einer Vielzahl von individuell ansteuerbaren Anodenbereichen, wodurch eine Vielanodenkonfiguration definiert wird. Ein Substrathalter kann als eine Kathode konfiguriert sein und durch individuelles Einstellen jedes Anodenstroms kann ein Plattierprofil über eine Substratoberfläche gesteuert werden. Die Werkzeugeinstellungen werden in wiederholten Durchläufen von Testwafern eingestellt, solange bis der Unterschied zwischen dem Zielprofil und dem gemessenen Profil unter eine vorbestimmte Schwelle fällt.
Wurden einmal geeignete Werkzeugeinstellungen gefunden, kann ein strukturierter Produktwafer mit Kupfer beschichtet werden. Dies wird in 2 beispielhaft veranschaulicht. Kupfer wird elektrochemisch mit dem Plattierwerkzeug 2 auf einem strukturieren Produktwafer 5 abgeschieden. Die Plattierwerkzeugeinstellungen zur Basisformung des Abscheideprofils zum Kompensieren von Kammercharakteristiken wird durch Qualifizierung von unstrukturierten Testwafern durchgeführt, wie in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Konstante Verschiebungen (Offsets) werden auf diese Einstellungen beaufschlagt, um Profilabweichungen auf Grund von Strukturen auf dem Produktwafer zu berücksichtigen. Im Fall eines Multianodenplattierwerkzeuges wird ein konstanter Offset an jede der Anoden des Plattierwerkzeuges angelegt.
Nachdem der strukturierte Produktwafer beschichtet wurde, wird er mit dem chemischmechanischen Poliertool 6 behandelt, um das überschüssige Kupfer zu entfernen. Durch Polierendpunktdetektion 7 oder anderen adäquaten Messungen, z. B. Motorstromkontrolle, Nachpolierdicken- oder Schichtwiderstandsmessungen, können chemisch-mechanische Polierparameter eingestellt werden, um das überschüssige Kupfer angemessen zu entfernen. Da die Einstellungen des Plattierwerkzeuges 2 fixiert bleiben, wenn einmal geeignete Einstellungen gefunden wurden, wird dieses Verfahren als eine statische Methode bezeichnet.
Anzumerken ist, dass die Charakterisierung des Verfahrens, das in 2 veranschaulicht ist, individuell für jede Schicht und jedes Produkt durchgeführt werden muss, wenn es bedeutende prozentuale Unterschiede von offenen Bereichen, Plattengrößen und Waferstepping gibt. All diese Anstrengungen führen zu einem Verbrauch einer bestimmten Menge von Wafern, um die richtige Form zu finden, was Kosten und Zykluszeit beansprucht. Der CMP-Prozess ist sehr verbrauchsmittelabhängig. Deshalb ist eine einmalige Momentaufnahme nicht immer relevant für eine gesamte Population von Produktwafern. Zusätzlich gibt es eine individuelle Operateur- und/oder Ingenieurabhängigkeit. Ein weiterer Nachteil der statischen Methode ist, dass Prozessfluktuationen nicht kompensiert werden können. Z. B. kann sich die Elektrolytkonzentration mit der Zeit ändern, was zu einer Änderung des Abscheideprofils führt. Anoden oder Kathoden können mit der Zeit korrodieren, so dass die Abscheideeinstellungen unangemessen werden. Die Bedingungen des chemischmechanischen Polierens können sich ändern auf Grund einer Verschlechterung der Werkzeugcharakteristiken. Als eine Folge müssen zusätzliche Qualifizierungsläufe von unstruqkturierten Testwafern durchgeführt werden, um die Werkzeugeinstellungen neu einzustellen, d. h. das Plattierwerkzeug und das CMP-Werkzeug.
3 zeigt beispielhaft einige dieser Nachteile. 3a (linke obere Seite) zeigt einen unstrukturierten Testwafer 1, der in einer Kammer mit dem Werkzeug A mit Kupfer beschichtet wurde, so dass sein Abscheideprofil mit dem Zielprofil übereinstimmt. 3b (rechte obere Seite) zeig dasselbe mit einem anderen Werkzeug B. 3c (linke untere Seite) zeigt einen strukturierten Produktwafer 5, der mit Kupfer in einer Kammer mit dem Werkzeug A unter Verwendung der selben Einstellungen wie in 3a beschichtet wurde. Wie in 3c ersichtlich ist, unterscheidet sich das Dickenprofil von dem, das in 3a gezeigt ist, auf Grund einer Kammerverschiebung (eines Kammeroffsets) und der Strukturen auf dem Produktwafer 5. Kammerverschiebung (Kammeroffset) bedeutet, dass der Produktwafer nicht unmittelbar nach einem Testwaferlauf beschichtet wird, so dass sich die Plattierungsbedingungen (Beschichtungsbedingungen), wie z. B. Verbrauchsmaterialstatus und Kammerstatus, auf Grund von Alterung geändert haben können. Auch die Strukturen auf dem Produktwafer, wie z. B. Gräben und ihre Breiten und Tiefen, können das elektrische Feld, das für den Plattierungsprozess (Beschichtungsverfahren) notwendig ist, beeinflussen. 3d (links unten) zeigt einen anderen Produktwafer 5, der mit dem Kammerwerkzeug B mit Kupfer beschichtet wurde. Selbst wenn die Strukturen auf dem Produktwafer die selben sind wie die in 3c und selbst wenn das Profil des Testwafers das selbe ist wie in dem Kammerwerkzeug B und dem Kammerwerkzeug A, unterscheidet sich das Profil auf dem Produktwafer in den 3d und 3c auf Grund von Plattierungs- und Kammerverschiebungen (Offsets) und von Waferstrukturen.
Die US 6,800,494 B offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Abscheideverfahrens für eine Kupferbarriere/Saatschicht. Die US 6,630,360 B offenbart eine Prozesssteuerung für Kupferdicke zur chemisch-mechanischen Planarisierungsoptimierung durch Messen der Einheitlichkeit einer Kupfersaatschicht und daraus die Berechnung eines geeigneten Elektroplattierungsprozesses und offenbart die Durchführung desselben in einer Vorwärtskopplungsstrategie (feed forward).
Angesichts der globalen Marktkräfte, Produkte mit hoher Qualität zu niedrigen Preisen anzubieten, ist es deshalb wichtig, die Ausbeute und die Prozesseffizienz zu verbessern, um Produktionskosten zu minimieren. Bei der Herstellung moderner integrierter Schaltungen, können 500 oder mehr individuelle Verfahren notwendig sein, um die integrierte Schaltung fertigzustellen, wobei ein einzelner fehlerhafter Prozessschritt zu einem Verlust der gesamten integrierten Schaltung führen kann. Für die Herstellung integrierter Schaltungen ist es deshalb unabdingbar, dass jeder individuelle Schritt verlässlich zu dem gewünschten Ergebnis führt, wobei so wenig Ressourcen wie möglich in Anspruch genommen werden müssen.
Die vorliegende Offenbarung ist auf verschiedene Verfahren und Vorrichtungen gerichtet, die die Effekte von einem oder mehreren der oben identifizierten Probleme vermeiden oder zumindest reduzieren.
Zusammenfassung der Offenbarung
Allgemein ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur automatischen Abscheideprofilzielsteuerung gerichtet, die zu einem automatischen selbst genügenden Verfahren zur Plattierzielsteuerung oder einer anderen Abscheidezielsteuerung von Metallen oder Dielektrika auf gegebenen Abscheide- und chemisch-mechanische Polieranlagen führt.
Insbesondere wird ein Verfahren zur automatischen Abscheideprofilsteuerung zum Abscheiden eines Materials mit einem positionsabhängig steuerbaren Abscheidewerkzeug bereitgestellt, z. B. einem Vielfachanodenplattierwerkzeug, jedoch nicht darauf beschränkt, so dass das Abscheideprofil zu den Poliercharakteristiken des CMP-Werkzeugs passt, um geeignete Kupferverdrahtungsstrukturen in der Halbleiterchiptechnologie zu erreichen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Abscheidens von Material, z. B. Kupfer, auf einem strukturierten Produktwafer, Messen eines tatsächlichen Dickenprofils von abgeschiedenem Material und Erzeugen von entsprechenden Messdaten, Zuführen der Messdaten an ein fortschrittliches Verfahrensteuerungsmodell und Berechnen individueller Korrekturen für Abscheideparameter in dem positionsabhängig steuerbaren Abscheidewerkzeug. Deshalb wird eine objektive und schnelle Methode für eine automatische und auf Produktmessungen basierende Abscheideformgebung bereitgestellt, die keine manuelle Formgebungsexperimente erfordert. Das Verfahren stellt sowohl eine dynamische Zielsteuerung des Abschei deprofils während eines laufenden Produktionsprozesses bereit, als auch ein automatisches Auffinden von Plattierprozessrezepten für eine neue Schicht/Produktkombination, die mit den Profilzielen übereinstimmen.
Sobald ein Prozessrezept für die Produkt/Schichtkombination gefunden wurde, ist die fortschrittliche Verfahrenssteuerung (advances process control, APC) in der Lage, prozessrelevante Daten zu sammeln und stellt eine Optimierung von dynamisch angepassten Produkt-/schichtspezifischen Korrekturfaktoren für die Plattierwerkzeugeinstellungen bereit. Die fortschrittliche Verfahrenssteuerung kann weiterhin verbesserte Anfangseinstellungen für neue Produkt-/Schichtkombination bereitstellen, so dass die Zeit zur Einstellung eines neuen Prozesses für eine neue Produkt/Schichtkombinationen eingespart werden kann. Zusätzlich stellt die fortgeschrittene Prozesssteuerung einen benutzerfreundlichen Satz an Parametern zur Dokumentation und der Darstellung von relevanten Parametern bereit, um ein unkontrolliertes APC-Black-Box-Verhalten zu vermeiden.
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt die fortschrittliche Prozesssteuerung Modelle ein, die das Plattierverhalten voraussagen können. Z. B. kann ein Modell eingeschlossen sein, das die Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofilziel und einem chemisch-mechanischen Polierwerkzeugcharakteristikum und einer CMP-Werkzeugvorgeschichte, die Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und den darunter liegenden Produktwaferstrukturen, eine Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und Plattierwerkzeugcharakteristiken und Kammercharakteristiken, eine Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und einer Plattierwerkzeugvorgeschichte und einer Kammervorgeschichte, und eine Beziehung zwischen einem unstrukturierten Testwafer und einem strukturierten Produktwafer beschreibt. Auf diese Weise können genaue Anfangseinstellungen für eine neue Produkt/Schichtkombination berechnet werden und Prozessfluktuationen können schneller und genauer kompensiert werden.
Gemäß einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform werden Korrekturen basierend auf einer Differenz zwischen einem aktuellen Abscheideprofil und einem Zielabscheideprofil berechnet. Weiterhin wird das APC-Modell wiederholt neu berechnet und aktualisiert basierend auf den berechneten Korrekturen bis der Unterschied zwischen dem aktuellen Abscheideprofil und dem Zielabscheideprofil kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Danach wird ein neuer Satz von Modelldaten in das APC implementiert einschließlich relevan ter Prozessparameter, die zumindest aus der folgenden Gruppe ausgewählt werden: Musterdichte, Ätztiefe, Grabenbreite, Waferstepping, Material- und Kristallorientierung der Unterschicht, Verbrauchsmittelstatus, Hardwareeinstellungen und Kammergeometrie. Dies führt zu einem selbstkonsistenten Verfahren der Profilzielsteuerung, bei der keine Testmessungen erforderlich sind.
Gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform wird ein virtuelles Testwaferziel und ein virtuelles Testwaferprofil aus dem gemessenen Produktwafer berechnet und Prozessparameterkorrekturen können basierend auf einer Differenz zwischen dem virtuellen Testwaferprofil und dem virtuellen Testwaferprodukt berechnet werden. Ein besonderer Vorteil ist, dass die Berechnung von virtuellen Testwaferprofilen und virtuellen Testwaferzielen, die Daten auf ein benutzerfreundliches und intuitives Format reduzieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass die verwendeten Modelle überprüft und angepasst werden können, indem ein Testwafer verarbeitet wird.
In noch einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein System zur automatischen Abscheideprofilzielsteuerung gemäß der oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt, die folgendes umfasst: ein positionsabhängig steuerbares Plattierwerkzeug zum elektrochemischen Abscheiden von Kupfer; ein Messwerkzeug, um ein Abscheideprofil des abgeschiedenen Kupfers zu bestimmen; ein chemisch-mechanisches Polierwerkzeug (CMP); und ein Kontroller für eine fortgeschrittene Prozesssteuerung (APC), der mit dem Messwerkzeug und dem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug verbunden ist, wobei mindestens eines der folgenden Modelle in dem fortgeschrittenen Prozesskontroller implementiert ist: ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofilziel und CMP-Werkzeugcharakteristiken sowie CMP-Werkzeugvorgeschichte, ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und darunter liegenden Produktwaferstrukturen, einem Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und Plattierwerkzeugcharakteristiken sowie Kammercharakteristiken, ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und einer Plattierwerkzeugvorgeschichte sowie Kammervorgeschichte, und ein Modell, das eine Beziehung zwischen einem unstrukturierten Testwafer und einem strukturierten Produktwafer beschreibt, wobei der fortgeschrittene Prozesscontroller so konfiguriert ist, dass er ein virtuelles Testwaferprofil und ein virtuelles Testwaferziel aus dem gemessen Profil eines Produktwafers berechnet, wobei der fortgeschrittene Prozesskontroller so konfiguriert ist, dass er Prozessparameter korrekturen basierend auf einem Unterschied zwischen dem berechneten virtuellen Testwaferprofil und dem berechneten virtuellen Testwaferziel zum Aktualisieren eines Prozessrezepts des Plattierwerkzeuges berechnet; worin die Korrekturen basierend auf einen Unterschied zwischen einem aktuellen Abscheideprofil und einem Zielabscheideprofil berechnet werden; worin das APC-Modell wiederholt neu berechnet wird und basierend auf den Korrekturen aktualisiert wird, bis der Unterschied zwischen dem aktuellen Abscheideprofil und dem Zielabscheideprofil kleiner als ein vorbestimmter Wert ist; und worin ein neuer Satz Modelldaten in das APC implementiert wird, einschließlich zumindest eines relevanten Prozessparameters, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die folgendes umfasst: Musterdichte, Ätztiefe, Grabenbreite, Waferstepping, Material und Kristallorientierung von Unterschichten, Verbrauchsmaterialstatus, Hardwareeinstellungen und Kammergeometrie.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in den beiliegenden Ansprüchen definiert und werden offensichtlicher mit der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Verfahren zum Einstellen von Werkzeugeinstellungen eines Plattierwerkzeuges unter Verwendung eines unstrukturierten Testwafers gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht;
2 die Verarbeitung eines strukturierten Produktwafers mit einem Plattierwerkzeug veranschaulicht, das mit den Einstellungen eingestellt wurde, die mit dem Verfahren gemäß der 1 bestimmt wurden;
3 veranschaulicht die Nachteile einer statischen Zielsteuerungsmethode gemäß der 1 und 2;
4 veranschaulicht schematisch das Verfahren einer automatischen Abscheideprofilzielsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 veranschaulicht die Vorteile des Verfahrens, das schematisch in der 4 veranschaulicht wird.
Ausführliche Beschreibung der Offenbarung
Anzumerken ist, dass obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf Ausführungsformen, wie sie in der folgenden ausführlichen Beschreibung veranschaulicht werden, beschrieben wird, die ausführliche Beschreibung nicht dafür gedacht ist, die vorliegende Erfindung auf die besonderen Ausführungsformen, die darin offenbart sind, einzuschränken, sondern dass die beschriebenen Ausführungsformen nur die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung beispielhaft veranschaulichen sollen, deren Umfang durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird.
Weiterhin ist anzumerken, dass sich die ausführliche Beschreibung auf Elektroplattierung eines Metalls wie z. B. Kupfer auf Substraten wie z. B. solchen, die typischerweise in Halbleiterherstellung verwendet werden, bezieht, da die vorliegende Offenbarung besonders nützlich in Prozesssequenzen mit empfindlichen Nachbeschichtungsprozessen, wie z. B. chemisch-mechanisches Polieren (chemical mechanical polishing, CMP), ist. Wie jedoch leicht einzusehen ist, ist die vorliegende Offenbarung auf jeden Plattierungsprozess mit einem extern eingeprägten Strom (Elektroplattierung) anwendbar, auf jede Art von Substraten, die ein bestimmtes Abscheideprofil auf einer Substratoberfläche oder einem Bereich davon erfordert. Darüber hinaus, obwohl die Beschreibung sich auf ein Plattierwerkzeug bezieht, kann dieses Verfahren auch auf jedes Abscheidewerkzeug angewendet werden, das das Abscheideprofil steuern kann, und das Nachabscheideprozesse, wie z. B. Ätzen und Polieren, erfordert. Deshalb sollte man die vorliegende Offenbarung als nicht auf einen bestimmten Typ von Abscheidewerkzeug eingeschränkt sehen, außer die Abscheidetechnik ist explizit in den Ansprüchen aufgeführt.
Ein bestimmtes Merkmal dieser Offenbarung ist, dass ein tatsächliches Dickenprofil des abgeschiedenen Materials auf einem Produktwafer gemessen wird und Korrekturen für das Abscheidungswerkzeug werden berechnet auf der Basis eines fortschrittlichen Prozesssteuerungs-(advanced process control, APC)Modells, um Prozesslinienfluktuationen zu kompensieren oder um einen Satz Einstellungsparameter für das Abscheidewerkzeug zu finden, so dass das Abscheideprofilziel erreicht wird. Auf diese Weise werden keine Testwafer benötigt, um die Werkzeugeinstellungen für eine bestimmte Schicht oder ein bestimmtes Produkt einzustellen. Das Verfahren stellt die Werkzeugeinstellungen in einem selbstkonsistenten Verfahren ein, bis das beabsichtigte Profilziel erreicht wird. Weiterhin kann durch Verfolgen und Speichern von Produktionsparametern das fortschrittliche Produktionskontrollmodell kontinuierlich verbessert und aktualisiert werden, so dass die Einstellungen für ein bestimmtes Abscheideziel schnell und genau gefunden werden können. Darüber hinaus können die gesammelten Daten auf eine benutzerfreundlichere Art in Form von virtuellen Testwaferzielen und virtuellen Testwaferprofilen dargestellt werden, die umgekehrt verwendet werden können, die APC-Modelle zu bestätigen.
4 veranschaulicht das Verfahren dieser Offenbarung. Ein strukturierter Produktwafer 50 wird mit Kupfer in einem Plattierwerkzeug 20 beschichtet. Nachfolgend wird das Abscheideprofil des abgeschiedenen Kupfers in einem Profilmessgerät 70 gemessen. Wenn das tatsächlich gemessene Kupferprofil mit dem Zielprofil übereinstimmt, kann der Produktwafer an das chemisch-mechanische Polierwerkzeug 60 zur weiteren Bearbeitung weitergereicht werden. Die Messdaten des Profilmessgerätes werden an die fortschrittliche Prozesssteuerung 80 weitergeleitet, die die Werkzeugeinstellungen des Plattierwerkzeuges 20 neu einstellen kann, falls nötig. Die APC 80 kann optional Werkzeugparameter von dem Plattierwerkzeug 20 und dem CMP-Werkzeug 60 sammeln. Weiterhin kann die APC 80 die gemessenen und die berechneten Parameter in einer Datenbank speichern.
Das Plattierwerkzeug 20 kann ein typisches konventionelles Elektroplattiersystem sein, das ein Reaktorgefäß mit einer Vielzahl von individuell ansteuerbaren Anodenbereichen einschließt, wodurch eine Multianodenkonfiguration definiert wird. Das Plattierwerkzeug 20 kann ein sogenannter Reaktor von Fontänentyp sein, in dem eine Elektrolytlösung vom Boden des Reaktorgefäßes zur Oberseite gerichtet wird und dann über eine Röhre, die einen Auslass mit einem Speichertank verbindet, der umgekehrt mit einem Einlass, der als Durchgang durch die Anode bereitgestellt ist, verbunden ist, in den Kreislauf zurückgeführt wird. Das Elektroplattiersystem kann weiterhin eine Substrathalterung umfassen, die so ausgelegt ist, dass sie ein Substrat, wie z. B. den strukturierten Produktwafer 50 so lagert, dass die interessierende Oberfläche dem Elektrolyt ausgesetzt wird. Darüber hinaus kann der Substrathalter so konfiguriert werden, dass er als Kathode verbunden wird. In einer typischen Anordnung wird eine dünne Stromverteilungsschicht, die typischerweise durch Sputter-Abscheidung bereitgestellt wird, auf der Oberfläche des Substrats 50, das die Metallschicht aufnehmen wird, ausgebildet. Nachdem das Substrat auf der Substrathalterung montiert wurde, und die Stromverteilungsschicht mit einer Stromquelle über den Substrat halter verbunden wurde, wird ein Elektrolytfluss innerhalb des Reaktorgefäßes durch Aktivieren einer Pumpe erzeugt. Durch Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen der Vielanodenkonfiguration und der Kathode wird Kupfer auf den Produktwafer 50 abhängig von den entsprechenden Strömen zwischen der Kathode und jeder der Vielzahl von Anodenbereichen abgeschieden. Die Abscheidung von Metall auf dem Substrat 50 wird durch den Elektrolytfluss und durch die Anordnung der Vielanodenkonfiguration bestimmt, da die lokale Abscheiderate für das Metall auf einem bestimmten Bereich der Oberfläche des Substrats von der Anzahl von Ionen abhängt, die in diesem Bereich ankommen. Das sich ergebende Dickenprofil wird nicht nur durch die individuellen Ströme bestimmt, die durch jede der Vielzahl von Anoden fließt, sondern wird auch durch die Charakteristiken des Reaktorgefäßes, der Elektrolytlösung und der Charakteristiken des Wafers selbst bestimmt. Allgemein kann das Plattierprofil durch die folgende Formel 1 beschrieben werden: M(r) = S(r)·I(r)·t (1)
M(r) ist das Dickenprofil des abgeschiedenen Kupfers. In diesem Fall wurde ein kreisförmige Symmetrie angenommen, worin die Dicke des Kupfers nur von dem Radius r in einem Polarkoordinatensystem abhängt. Wie der Fachmann sofort erkennt, dient die Einschränkung auf eine Abhängigkeit nur von der radialen Koordinate nur zur Veranschaulichung. Wie der Fachmann weiss, ist eine Winkelabhängigkeit des Dickenprofils im Falle eines Polarkoordinatensystems auch möglich. I(r) bezeichnet den lokalen Strom an der Koordinate r. t ist die Zeit in dem der Strom fließt. I(r)·t bezeichnet die abgeschiedne Ladung Q am Radius r. Obwohl in erster Näherung angenommen wird, dass die gesamte Ladung Q an dem entsprechenden Radius r abgeschieden wird, zeig die reale Situation, dass es viele Einflüsse gibt, die die Abscheidung des Kupfers mit der Ladung Q an der bestimmten radialen Position r stört. Dieser Einfluss wird mit einem Korrekturfaktor berücksichtigt, einer sogenannten Empfindlichkeitsfunktion S(r), unter der die vorher erwähnten Reaktorgefäß- und Substratcharakteristiken zusammengefasst werden.
Die Kontrolle über das abgeschiedene Profil M(r) wird durch eine besondere Vielanodenkonfiguration erreicht, die eine lokale Einstellung des Abscheidestroms auf Grund der Konfiguration der Anoden erlaubt. Wenn die Anoden z. B. in einer kreisförmigen Form an unterschiedlichen Radien angeordnet sind, kann das Abscheideprofil M(r) radiusabhängig beeinflusst werden.
Der Gesamtbetrag der abgeschiedenen Ladungen/des Kupfers ist gegeben durch die Formel 2:
Da in einer Vielanodenkonfiguration der Gesamtstrom (Gesamt durch die Summe der individuellen Ströme der entsprechenden Anoden realisiert wird, kann der Gesamtstrom I_Gesamt wie in der folgenden Formel 3 beschrieben werden: IGesamt = IAnode1 + IAnode2 + IAnode3 + ... (3)
Formel 2 kann dann in einer diskreten Form gemäß der Formel 4 geschrieben werden:
Da die abgeschiedene Ladung/das abgeschiedene Kupfer nicht vollständig unter der Kontrolle der entsprechenden Anode und ihrer Position ist, was mit der Empfindlichkeitsfunktion S(R) zusammengefasst wird, müssen die Ströme der entsprechenden Anoden korrigiert werden. Formel 5 gibt einen allgemeineren Ausdruck für die externen Einflüsse an: S(r) = S(r, A1(r), A2(r), ...) (5)
S(r) repräsentiert die vorher erwähnte Empfindlichkeitsfunktion für bestimmte Positionen r, die die Affinität von bestimmten Positionen r zur Abscheidung eines geladenen Partikels wie Kupfer anzeigt. A₁(r) und A₂(r) kann z. B. die Elektrolytkonzentration an einer bestimmten Position r abhängig von z. B. dem Verbrauchsmaterialstatus und dem Flussprofil des Elektrolyten repräsentieren. Auch Musterdichte, Ätztiefe, Grabenbreite, Waferstepping, Material- und Kristallorientierung einer Unter schicht auf dem Substrat können einen Einfluss auf den Empfindlichkeitsparameter S(r) haben. Der Empfindlichkeitsfaktor erfordert eine Korrektur von jedem der Ströme entsprechend bestimmten Anoden. Dies kann z. B. durch Anwendung eines bestimmten Korrekturfaktors für jeden Anodenstrom berücksichtigt werden, wie z. B. mit Formel 6 veranschaulicht wird: IGesamt = IAnode1·cf1 + IAnode2·cf2 + IAnode3·cf3 + ... (6)
Die Formel 6 zeigt an, dass ein Korrekturfaktor cf1, cf2, cf3 ... an den entsprechenden Anodenstrom I_Anode1, I_Anode2, I_Anode..., angewendet wird, um das beabsichtigte Abscheideprofil zu erhalten.
Selbstverständlich sind die Korrekturen des Anodenstroms nicht auf einen Korrekturfaktor beschränkt, sondern es kann auch ein individueller Offset an jeden Anodenstrom angelegt werden. Weiterhin ist das beschriebene Plattierungswerkzeug nicht auf ein Fontänentyplattierwerkzeug beschränkt. Andere Typen von Plattierungswerkzeugen, wie z. B. Elektrolytbäder und ähnliches, können auch verwendet werden. Deshalb soll die vorliegende Offenbarung nicht als eingeschränkt auf einen bestimmten Typ von Elektroplattierwerkzeug betrachtet werden.
Die nachfolgende Messung mit dem Profilmesswerkzeug 70 wird durch irgendein geeignetes Messinstrument durchgeführt, wie z. B. Rudolf MetaPulse, Jordan Valley oder AMS. Die entsprechenden Messdaten werden zu der APC 80 weitergeleitet, die Modelle implementiert hat, die allgemein den Empfindlichkeitsfaktor S(r) (siehe Formel 5) beschreiben.
5 veranschaulicht einige Vorteile der vorliegenden Offenbarung. Ähnlich zur 3 zeigt die 5 einen unstrukturierten Testwafer, der mit Kupfer in einer Kammer mit dem Werkzeug A beschichtet wurde, so dass ein Abscheideprofil mit dem Zielprofil übereinstimmt. 5b zeigt dasselbe mit einem anderen Werkzeug B. 5d zeigt einen strukturierten Produktwafer, der mit Kupfer in dem Kammerwerkzeug A unter Verwendung der selben Einstellungen wie in 5a beschichtet wurde. Wie man aus der 5d entnehmen kann, unterscheidet sich das Dickenprofil zu dem, das in 5a gezeigt ist, auf Grund eines Kammeroffsets und auf Grund der Strukturen auf dem Produktwafer. 5e zeigt andere Produktwaferstrukturen, die unterschiedlich zu denen sind, die in 5d gezeigt sind, und die in dem Kammerwerkzeug B mit Kupfer beschichtet wurden. Alle Daten wurden in der APC gesammelt und verarbeitet. Dies wird mit den 5c und 5f veranschaulicht. 5c und 5f symbolisieren, wie die APC Prozessmodelle, basierend auf den Messdaten, berechnet. Auf diese Weise kann die APC geeignete Korrekturen zum Einstellen der Anodenströme bereitstellen.
Gemäß der Offenbarung kann die APC auf zwei unterschiedliche Arten verwendet werden.
Erste Betriebsart
In der ersten Betriebsart ist die APC kontinuierlich aktiv und verwendet die Messdaten aus dem Profilmesswerkzeug 70, um die Plattierwerkzeugeinstellungen kontinuierlich während aufeinanderfolgend verarbeiteten Substraten einzustellen. Ein Beispiel des Verfahrens wird im Folgenden gegeben:
Ein Substrat, das mit dem Plattierwerkzeug 20 mit Kupfer beschichtet wurde, wird mit dem Profilmesswerkzeug 70 vermessen. Wenn die APC 80 erfasst, dass das aktuelle Kupferprofil unterschiedlich zu dem Zielprofil ist, berechnet die APC eine Korrektur der Werkzeugeinstellungen, d. h. Korrekturen für jeden der Anodenströme I_Anode1, I_Anode2, I_Anode3 auf der Basis von Formel 1. Zu diesem Zweck muss eine diskrete Version der Formel 1 in der APC 80 implementiert werden.
Konkreter kann die Formel 1 in einer diskreten Form, wie in Formel 7 beispielhaft gezeigt, implementiert werden:
In Formel 7 wird angenommen, dass das Plattierwerkzeug drei Anoden an radialen Positionen r1, r2 und r3 aufweist. Die entsprechenden Anodenströme werden als I_r1, I_r2 und I_r3 bezeichnet. Die Dicke des abgeschiednen Kupfers an einem entsprechenden Ort r1 wird mit M_r1 bezeichnet. Die Dicke des Kupfers an den Anodenorten r2 und r3 werden entsprechend als M_r2 und M_r3 bezeichnet. Anzumerken ist, dass in diesem anschaulichen Beispiel nur drei Dickenpositionen berücksichtigt werden, nämlich bei r1, r2 und r3. Der Fachmann weiss jedoch, dass die Anzahl der Dickenpositionen und die Anzahl der Anoden nicht die selbe zu sein braucht. Z. B. kann das Modell erweitert werden, so dass es vier Elektroden und, z. B. 10 Dickenprofilorte M, berücksichtigt. In diesem Fall hätte der Vektor M (siehe Formel 8) 10 Elemente und der Vektor I (siehe Formel 8) hätte vier Elemente. M = S·I·t (8)
Formel 8 zeigt die Matrixnotation von Formel 7 in einer kürzeren Vektornotation. Der Parameter t bezeichnet die Zeit während der der Strom I fließt.
Matrix S berücksichtigt Korrekturen auf Grund von Kammer- und Werkzeugcharakteristiken und Substratcharakteristiken wie bereits oben ausgeführt wurde. Z. B., wenn es keinen Einfluss von der Kammer, der Elektrolytkonzentration, den Flussbedingungen oder der Musterdichte auf dem Substrat gäbe, wäre die Matrix S die Einheitsmatrix. Das bedeutet, dass der Strom I_r1 Kupfer an der Position r1 mit einer Dicke M_r1 abscheidet. In diesem Fall hätten die Werte S_r1,1, S_r2,2, und S_r3,3 den Wert 1 und die restlichen Elemente werden 0. Auf der anderen Seite, wenn z. B. der Elektrolytfluss Ladungen von der Anode 1 (Strom I_r1) zu den Orten, r2 und r3 transportieren würde, wäre die Matrix S keine Diagonalmatrix mehr. Wenn wir z. B. annehmen, dass 50% von I_r1 bei M_r1 abscheidet, 25% von I_r1 bei M_r2 abscheidet und 25% von I_r1 bei M_r3 abscheidet, müssten die Komponenten S_r1,1 auf einen Wert von 0,5, die Matrixkomponente S_r2,1 auf einem Wert von 0,25 und die Matrix-Komponente S_r3,1 auf den Wert 0,25 gesetzt werden. Anzumerken ist, dass in dem obigen Beispiel die Werte der Komponenten der Matrix S nur relative Werte sind, die das Prinzip veranschaulichen, und keine absoluten Abscheidewerte darstellen.
Wenn die APC 80 einen Unterschied ΔM zwischen dem aktuell gemessenen Profil und dem Zielprofil erkennt, berechnet die APC Korrekturen des Anodenstroms gemäß der Formel 9:
In Formel 9 sind ΔI_r1, ΔI_r2, und ΔI_r3 die Korrekturwerte, die als ein Offset an die Anodenströme angelegt werden müssen. Die Werte ΔM_r1, ΔM_r2 und ΔM_r3 sind die gemessenen Unterschiede zwischen der aktuellen Dicke und der Zieldicke an den Positionen r1, r2 und r3. Die Matrix S^–1 in Formel 9 ist die inverse Matrix von S in Formel 7 und 8. Formel 10 zeigt wieder die kurze Vektornotation von Formel 9. dI·t–1 = S–1·ΔM (10)
In der kontinuierlichen Betriebsart (erste Betriebsart) sind die Werte der Matrix S gegeben. Mit der gegebenen Matrix S können selbst kleine Prozessfluktuationen in aufeinanderfolgend prozessierten Substraten kompensiert werden.
Die Bestimmung der Matrix Werte S und der Startwerte für Anodenströme wird in dem Profilzielsteuerungsmodus (zweite Betriebsart) durchgeführt, die genauer unten beschrieben wird.
Zweite Betriebsart
In dem Profilzielsteuerungsmodus werden zwei Situationen unterschieden. In der ersten Situation gibt es bereits eine Datenbasis für eine Vielzahl von Prozesssituationen. Die Datenbasis kann in Form eines Expertensystems angelegt sein, das einen Satz von gespeicherten Daten, z. B. Messdaten wie z. B. Musterdichte für eine Vielzahl von Produkten und Schichten, Kammercharakteristiken, Werkzeugeinstel lungen und Profilmessdaten enthalten, oder diese Datenbasis kann bereits in dem fortschrittlichen Prozesssteuerungsmodell in Form von z. B. einer Empfindlichkeitsmatrix S implementiert sein (siehe Formel 5, 7, 8 , 9 und 10). Die Darstellung einer Vielzahl von Datensätzen in Form einer einzelnen Matrix kann als eine Datenreduktion betrachtet werden, die den Vorteil aufweist, dass keine zusätzliche Speicherkapazität bereitgestellt werden muss. Anzumerken ist, dass die Datenbasis eine Vielzahl von Empfindlichkeitsmatrizen umfassen kann, wobei jede davon einer bestimmten Produkt/Schichtkombination einschließlich relevanter Prozess- und Geräteparameter entspricht.
In einem bestimmten Fall, wo eine neue Schicht eines neuen Produkts hergestellt werden muss, müssen bestimmte Anfangswerte eingegeben werden, um geeignete Startwerte für den Plattierprozess zu bestimmen. Solche Werte können Substratcharakteristiken, wie z. B. Musterdichte, Ätztiefe, Grabenweite, Waferstepping, Material- und Kristallorientierung von darunter liegenden Materialien und ähnliches sein. Weitere Parameter könnten Kammercharakteristiken, wie Flussgeometrie für das Elektrolyt, Verbrauchsmaterialstatus, wie Konzentration des Elektrolyts, Elektrodenbedingungen, wie z. B. Elektrodenvorgeschichte und Zustand betreffend Korrosion und ähnliches sein. Weiterhin muss ein Zielprofil in die APC eingegeben werden. Die APC kann nach geeigneten Datensätzen in der Datenbasis suchen, die mit den eingegebenen Werten soweit wie möglich übereinstimmen und berechnet mit der gefundenen Empfindlichkeitsmatrix Anfangseinstellungen für die Anodenströme unter Verwendung eins mathematischen Modells gemäß der Formel 11, die einer inversen der Formel 7 entspricht.
In Formel 11 bezeichnen I_r1, I_r2 und I_r3 entsprechende Anfangswerte für Anodenströme. M_r1, M_r2 und M_r3 bezeichnen die Zieldicke für das Kupfer an den Anodenpositionen r1, r2 und r3.
Je besser das Modell ist, desto besser sind die Anfangswerte für die Anodenströme und desto besser ist das Ergebnis des Abscheideprofils. Das bedeutet, dass ohne die Verwendung von Testwafern es möglich ist, sehr schnell ein Prozessrezept zum Erreichen des beabsichtigten Resultats zu erzielen.
Falls keine Daten existieren, nimmt die APC-Anfangswerte für die Empfindlichkeitsmatrix S an. Z. B. kann sich die Einheitsmatrix als Empfindlichkeitsmatrix verwenden. Der erste Prozessdurchlauf führt zu bestimmten Abweichungen zwischen dem gemessen aktuellen Abscheideprofil und dem Abscheideprofilziel. Die APC berechnet nun eine neue Empfindlichkeitsmatrix basierend auf im aktuellen gemessenen Profil und den entsprechenden Anodenströmen, z. B. unter Verwendung der Formel 12.
In Formel 12 bezeichnen I_r1, I_r2 und I_r3 die aktuellen Werte der Anodenströme. M_r1, M_r2 und M_r3 bezeichnen die gemessene Dicke des Kupfers an den Anodenpositionen r1, r2 und r3.
Nachdem die neue inverse Matrix S^–1 berechnet wurde, werden ein neuer Satz von Anodenstromeinstellungen gemäß der Formel 13 berechnet, und ein neuer Prozessdurchlauf wird ausgeführt.
Dieses Verfahren wird wiederholt durchgeführt, bis der Unterschied zwischen dem Zielprofil und dem aktuellen gemessenen Profil einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
Sobald eine geeignete Matrix S für die Empfindlichkeitsmatrix gefunden wurde, wird sie in das APC-Modell zusammen mit den oben erwähnten Parametern (Musterdichte, Kammercharakteristiken, etc.) implementiert. Nachdem verschiedene Prozessrezepte für verschiedene Schichtproduktkombinationen, die auch bestimmte Empfindlichkeitsmatrizen einschließen, gefunden wurden, ist die APC in einem Zustand, wo Anfangseinstellungen für Anodenströme sehr schnell gefunden werden können, z. B. durch Interpolieren von Anfangsparametern und entsprechenden Anfangsempfindlichkeitsmatrizen.
Wenn es z. B. ein Prozessrezept für einen Wafer mit einer Musterdichte D1 und einer Musterdichte D2 sowie entsprechende Empfindlichkeitsmatrizen in der Datenbasis gibt, kann ein möglicher Startpunkt für ein neues Prozessrezept einer neuen Produkt/Schicht-Kombination sein, einen Mittelwert zwischen den Matrixkomponenten betreffend der Musterdichte D1 und D2 zu bilden. Basierend aus einer neuen mittleren Empfindlichkeitsmatrix können entsprechende Anfangseinstellungen für die Anodenströme berechnet werden.
Auf diese Weise führt das beschriebene Verfahren zu einem automatischen und sich selbst genügenden Prozess einer Abscheidezielsteuerung auf einer gegebenen Abscheide- und CMP-Anlage, worin manuelle Formgebungsexperimente vermieden werden können, und das verbesserte Starteinstellungen für das Plattierwerkzeug bereitstellt. Weiterhin erlaubt dieses Verfahren eine dynamische Nachjustierung bei Prozessfluktuationen und optimiert entsprechende Korrekturen.
Das obige Modell erlaubt auch die Berechnung eines virtuellen Testwaferziels und eines virtuellen Testwaferprofils. Um dies zu erreichen kann Formel 7 verwendet werden, virtuelle Waferprofile und virtuelle Waferziele unter Verwendung einer geeigneten Empfindlichkeitsmatrix zu berechnen. Eine entsprechende Matrix könnte z. B. durch Testwafermessungen erreicht werden, die nur ein mal ausgeführt werden müssten, um die Anlageneigenschaften zu charakterisieren. Eine andere Möglichkeit wäre, Daten von der Datenbasis zu interpolieren, um Wafereinflüsse von der Empfindlichkeitsmatrix zu eliminieren. Auf diese Weise kann ein theoretisches Profil auf einem Testwafer berechnet werden. Das APC-Modell kann durch Verarbeitung von Testwafern validiert oder, falls nötig, korrigiert und aktualisiert wer den. Darüber hinaus stellt die Berechnung von virtuellen Testwaferdaten einen benutzerfreundlichen Datensatz bereit, um die Leistungsfähigkeit des APC-Modells zu schätzen.
Man sollte verstehen, dass die oben präsentierte APC nur ein anschauliches Beispiel darstellt und die Offenbarung sollte nicht darauf beschränkt werden. Der Fachmann weiß, dass andere äquivalente Darstellungen des Modells möglich sind. Z. B. ist auch das Sammeln von Parametern und Messdaten in einem Expertensystem möglich, das die Interpolation zwischen Datenpunkten erlaubt und das Entscheidungsregeln implementiert hat. Alternativ kann man auch darüber nachdenken, die Daten als Polynom oder Spline-interpolierte Funktionen darzustellen.
Als ein Ergebnis stellt die vorliegende Offenbarung eine Technik bereit, die eine automatische Abscheideprofilzielsteuerung für elektrochemisches Abscheiden von Kupfer mit einem Multianodenplattierwerkzeug ermöglicht, das selbstkonsistent ist und das nicht zeitraubende Testwaferdurchläufe erfordert. Weiterhin erlaubt dieses Verfahren eine dynamische Kompensation von Prozessfluktuationen und ist in der Lage, Daten effizient und auf eine benutzerfreundliche Weise zu reduzieren.
Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann angesichts der Beschreibung offensichtlich. Deshalb sollte die Beschreibung nur als Veranschaulichung betrachtet werden und dient dem Fachmann nur dazu, das allgemeine Prinzip der Durchführung der vorliegenden Offenbarung zu lehren. Man sollte verstehen, dass die Formen der Offenbarung, die hier gezeigt und beschrieben werden, als die derzeit bevorzugten Ausführungsformen angesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6800494 B [0010]
- US 6630360 B [0010]

Claims

Verfahren zur automatischen Abscheideprofilzielsteuerung zum elektrochemischen Abscheiden von Kupfer mit einem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug, das folgende Schritte umfasst: Abscheiden von Kupfer auf einem strukturierten Produktwafer; Messen eines aktuellen Dickenprofils des abgeschiedenen Kupfers und Erzeugen entsprechender Messdaten; Weiterleiten der Messdaten an ein Modell einer fortgeschrittenen Prozesssteuerung (APC); Berechnung individueller Korrekturen für Plattierparameter in dem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Modell der fortgeschrittenen Prozesssteuerung (APC) mindestens eins der folgenden Modelle einschließt: eine Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofilziel und Charakteristiken eines Werkzeugs zum chemischmechanischen Polieren (CMP) und einer CMP-Werkzeugvorgeschichte, eine Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und darunter liegenden Produktwaferstrukturen, eine Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und Charakteristiken eines Plattierwerkzeuges und Kammercharakteristiken, eine Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und einer Plattierwerkzeugvorgeschichte und einer Kammervorgeschichte, und worin das Modell der fortgeschrittenen Prozesssteuerung (APC) das Plattierverhalten basierend auf diesen Modellen voraussagt.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Modell der Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und den darunter liegenden Produktwaferstrukturen mindestens eines der folgenden Produktparametern einschließt: Musterdichte, Ätztiefe, Grabenbreite, Waferstepping und Material- und Kristallorientierung der Unterschicht.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Modell der Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und den Charakteristiken des Plattierwerkzeuges und der Kammer mindestens eines der folgenden Werkzeugparameter einschließt: Verbrauchsmittelstatus, Hardwareeinstellungen, Kammergeometrie.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin das Berechnen eines virtuellen Testwaferziels und eines virtuellen Testwaferprofils unter Verwendung eines Modells berechnet, das in der APC implementiert ist, und das eine Beziehung zwischen einem unstrukturierten Testwafer und einem strukturierten Produktwafer beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die Korrekturen basierend auf einem Unterschied zwischen einem aktuellen Abscheideprofil und einem Abscheidprofilziel berechnet werden, und worin die Korrekturen zumindest positionsabhängige Offsets oder positionsunabhängige Offsets umfassen.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin umfasst: wiederholtes Neuberechnen und Aktualisieren des APC-Modells basierend auf den Korrekturen bis der Unterschied zwischen dem aktuellen Abscheideprofil und dem Zielabscheideprofil kleiner ist als ein vorbestimmter Wert; und Implementieren eines neuen Satzes von Modelldaten einschließlich relevanter Prozessparameter, wie sie in irgendeinem der Ansprüche 3 und 4 definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das aktuelle Abscheideprofil auf dem aktuell verarbeiteten Produktwafer gemessen wird und das Abscheidezielprofil ist das Zielprofil für den strukturierten Produktwafer.
Verfahren nach Anspruch 5 und 6, worin das aktuelle Abscheideprofil das berechnete virtuelle Testwaferprofil ist, und das Zielprofil ist das berechnete virtuelle Testwaferziel.
Verfahren nach Anspruch 6, worin die Korrekturen mindestens eins des folgenden umfassen: individuelle Offsets und Korrekturfaktoren für jeden Anodenstrom eines Multianodenplattierwerkzeuges in einem elektrochemischen Multianodenabscheideapparat.
Verfahren nach Anspruch 2, worin sich die APC in einer kontinuierlich aktiven Betriebswiese befindet, um Fluktuationen innerhalb eines Fertigungsloses zu kompensieren, und worin Korrekturen auf nachfolgend verarbeitete Wafer angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, worin sich die APC in einer Zielsteuerbetriebsweise befindet, um ein Zielprofil in aufeinanderfolgend verarbeiteten Produktionslosen zu erreichen, und worin die Korrekturen auf aufeinanderfolgend verarbeiteten Losen angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin das Sammeln von Daten von berechneten virtuellen Testwaferzielen und virtuellen Testwaferprofilen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin folgendes umfasst: Verarbeiten eines Testwafers, Messen eines Abscheideprofils, Vergleichen des gemessenen Profils mit den virtuellen Testwaferprofilen und Berechnen von Wafer zu Produktantwortfunktionen, um das Modell, das die Beziehung zwischen einem unstrukturierten Testwafer und dem strukturierten Produktwafer beschreibt, anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin die Validierung des APC-Modells durch Verarbeiten eines Testwafers und Vergleichen der gemessenen Testwaferprofile mit den berechneten virtuellen Testwaferprofilen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin die Berechnung aus den gesammelten Daten von zu mindestens einer Schicht zu Schicht Antwortfunktion oder einer Produkt zu Produkt Antwortfunktion umfasst.
Verfahren zur automatischen Abscheideprofilzielsteuerung zum Abscheiden eines Materials mit einem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug, das die folgenden Schritte umfasst: Abscheiden eines Materials auf einem strukturierten Produktwafer; Messen eines aktuellen Dickenprofils des abgeschiedenen Materials und Erzeugen von entsprechenden Messdaten; Weiterleiten der gemessenen Daten an ein Modell einer fortgeschrittenen Prozesssteuerung (APC), das zumindest eins des folgenden anschließt: ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofilziel und CMP-Werkzeugcharakteristiken und CMP-Werkzeugvorgeschichte, einem Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und darunter liegenden Produktwaferstrukturen, ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und Plattierwerkzeugcharakteristiken und Kammercharakteristiken, ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und einer Plattierwerkzeugvorgeschichte und Kammervorgeschichte, und ein Modell, das eine Beziehung zwischen einem unstrukturierten Testwafer und einem strukturierten Produktwafer beschreibt, wobei das Modell der fortgeschrittenen Prozesssteuerung (APC) das Plattierverhalten basierend auf diesen Modellen vorhersagt; und Berechnung individueller Korrekturen für Plattierparameter in dem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug.
Verfahren nach Anspruch 17, worin die Korrekturen basierend auf einem Unterschied zwischen einem tatsächlichen Abscheideprofil und einem Zielabscheideprofil berechnet, und worin die Korrekturen zumindest positionsabhängige Offsets und positionsunabhängige Offsets umfasst, und worin das Verfahren weiterhin umfasst: wiederholtes Neuberechnen und Aktualisieren des APC-Modells basierend auf den Korrekturen bis der Unterschied zwischen dem aktuellen Abscheideprofil und dem Zielabscheideprofil kleiner als ein vorbestimmter Wert ist; und Implementieren eines neuen Satzes von Modelldaten einschließlich relevanter Prozessparameter, die zumindest aus der Gruppe umfassend Musterdichte, Ätztiefe, Grabenbreite, Waferstepping, Material und Kristallorientierung von Unterschichten, Verbrauchsmaterialstatus, Hardwareeinstellungen, und Kammergeometrie ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 und 18, das weiterhin die Berechnung eines virtuellen Testwaferziels und eines virtuellen Testwaferprofils unter Verwendung des Mo dells, das eine Beziehung zwischen einem unstrukturierten Testwafer und einem strukturierten Produktwafer beschreibt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin folgendes umfasst: Verarbeitung eines Testwafers, Messen eines Abscheideprofils, Vergleichen des gemessenen Profils mit dem virtuellen Testwaferprofil und Berechnen von Testwafer zu Produktanwortfunktionen, um das Modell, das die Beziehung zwischen dem unstrukturierten Testwafer und dem strukturierten Produktwafer beschreibt, zu aktualisieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das weiterhin die Berechnung von Prozessparameterkorrekturen basierend auf einer Differenz zwischen dem virtuellen Testwaferprofil und dem virtuellen Testwaferziel umfasst, worin die Korrekturen zumindest positionsabhängige Offsets oder positionsunabhängige Offsets umfassen.
System zur automatischen Abscheideprofilzielsteuerung, das folgendes umfasst: ein positionsabhängig steuerbares Plattierwerkzeug zum elektrochemischen Abscheiden von Kupfer; ein Messgerät zum Bestimmen eines Abscheideprofils des abgeschiedenen Kupfers; ein Werkzeug zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP); und eine fortschrittliche Prozesssteuerung, die mit dem Messgerät und dem positionsabhängig steuerbaren Plattierwerkzeug verbunden ist, wobei mindestens eins der folgenden Modelle in der fortschrittlichen Prozesssteuerung implementiert ist: ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofilziel und CMP-Werkzeugcharakteristiken und CMP-Werkzeugvorgeschichte, ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und darunter liegenden Produktwaferstrukturen, ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und Plattierwerkzeugcharakteristiken und Kammercharakteristiken, ein Modell einer Abhängigkeit zwischen einem Abscheideprofil und einer Plattierwerkzeugvorgeschichte und Kammervorgeschichte, und ein Modell, das eine Beziehung zwischen einem unstrukturierten Testwafer und einem strukturierten Produktwafer beschreibt, worin die vorgeschrittene Prozesssteuerung konfiguriert ist, ein virtuelles Testwaferprofil und ein virtuelles Testwaferziel aus dem gemessenen Profil eines Produktwafers zu berechnen; worin die fortschrittliche Prozesssteuerung konfiguriert ist, Prozessparameterkorrekturen basierend auf einem Unterschied zwischen dem berechneten virtuellen Testwaferprofil und dem berechneten virtuellen Testwaferziel zu berechnen, um ein Prozessrezept des Plattierwerkzeugs zu aktualisieren; und worin die Korrekturen basierend auf einem Unterschied zwischen einem aktuellen Abscheideprofil und einem Zielabscheideprofil berechnet werden, und worin die Korrekturen zumindest positionsabhängige Offsets und positionsunabhängige Offsets umfassen, worin das APC-Modell wiederholt neu berechnet und aktualisiert wird basierend auf den Korrekturen bis der Unterschied zwischen dem aktuellen Abscheideprofil und dem Abscheideprofilziel kleiner ist als ein vorbestimmter Wert; und worin ein neuer Satz Modelldaten einschließlich relevanter Prozessparameter, die zumindest aus der Gruppe umfassend Musterdichte, Ätztiefe, Grabenbreite, Waferstepping, Material- und Kristallorientierung von Unterschichten, Verbrauchsmitteistatus, Hardwareeinstellungen und Kammergeometrie ausgewählt werden, implementiert wird.