Brevet FR2780552A1 — publié le 19991231

"Procédé de polissage de plaquettes de circuits intégrés" La présente invention concerne un procédé de polissage de plaquettes de circuits intégrés au cours de leur fabrication. Lors de la fabrication de circuits intégrés sur une plaquette de silicium, on réalise, en général par gravure, des motifs en saillie que l'on recouvre sur toute la surface de la plaquette d'un dépot d'une couche extérieure d'un matériau déterminé. Ensuite, on effectue une opération de polissage mécano-chimique afin d'obtenir une surface extérieure plane sur laquelle on poursuivra la fabrication des circuits intégrés. Dans des conditions de polissage particulières, c'est le temps de polissage qui détermine la position en fin de polissage de la surface extérieure polie par rapport au motif en saillie sous-jacent. Actuellement, ce temps de polissage est déterminé, avant de procéder au polissage d'un lot de plaquettes normalement identiques, par expériences ou par tâtonnements en effectuant successivement des polissages et des mesures de l'épaisseur restante du matériau de recouvrement. C'est en particulier ce qui est proposé dans le document de brevet EP 0 824 995. Il s'avère malheureusement qu'un pourcentage relativement important de plaquettes doit être rejeté du fait que la position de la surface extérieure polie par rapport au motif en saillie sous-jacent est en dehors de limites préfixées. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de polissage qui permet d'améliorer le positionnement de la surface extérieure polie par rapport au motif sous-jacent et en conséquence de réduire le pourcentage de plaquettes qui ne respecterait pas les caractéristiques dimensionnelles souhaitées. Ce procédé de polissage, sur une machine de polissage et dans des conditions de polissage déterminées, de la surface extérieure d'au moins une plaquette de circuits intégrés comprenant un motif en saillie recouvert sur toute la surface de la plaquette d'une couche extérieure d'un matériau, consiste selon l'invention: à calculer une épaisseur 1 équivalente principale égale au produit de la densité en surface principale dudit motif en saillie par l'épaisseur de ce dernier; à polir, selon lesdites conditions de polissage déterminées, une plaquette de référence comprenant une couche extérieure dudit matériau, d'épaisseur uniforme et recouvrant la surface de cette plaquette de référence de façon à déterminer la vitesse d'attaque de la machine de polissage correspondant au rapport entre l'épaisseur enlevée et le temps de polissage réalisé; à calculer un temps de polissage égale au rapport entre l'épaisseur équivalente précitée et la vitesse d'attaque précitée; et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale au temps de polissage précité ou fonction de ce temps. Le procédé selon l'invention consiste, de préférence: à calculer une épaisseur équivalente totale égale à la somme de ladite épaisseur équivalente principale et d'une épaisseur complémentaire de valeur préfixée; à calculer un temps de polissage égal au rapport entre cette épaisseur équivalente totale et la vitesse d'attaque précitée; et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale à ce temps de polissage précité ou fonction de ce temps. Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à mesurer l'épaisseur restante après polissage dudit matériau de recouvrement sur au moins une plaquette polie; à soustraire cette épaisseur mesurée à l'épaisseur souhaitée pour obtenir une épaisseur de correction; à calculer une épaisseur équivalente totale égale à la somme de ladite épaisseur de correction et desdites épaisseurs équivalentes; à calculer un temps de polissage égal au rapport entre cette épaisseur équivalente totale et ladite vitesse d'attaque; et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale à ce temps de polissage ou fonction de ce temps. Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à déterminer la densité en surface secondaire dans une zone limitée comprenant un plot de mesure dudit motif; à calculer une épaisseur de 1 correction égale au produit de cette densité en surface secondaire par la hauteur dudit motif; à calculer une épaisseur équivalente totale égale à la somme de cette épaisseur de correction et desdites épaisseurs équivalentes; à calculer un temps de polissage égal au rapport entre cette épaisseur équivalente totale et ladite vitesse d'attaque; et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale à ce nouveau temps de polissage précité ou fonction de ce temps. Selon l'invention, ladite épaisseur complémentaire est de préférence obtenue en mesurant l'épaisseur du matériau de recouvrement entre les parties en saillie du motif et en retranchant à cette épaisseur l'épaisseur de ce motif et l'épaisseur souhaitée devant rester au dessus de ce motif. Selon l'invention ladite épaisseur complémentaire est de préférence obtenue en mesurant l'épaisseur du matériau de recouvrement au dessus du motif en saillie et en retranchant à cette épaisseur l'épaisseur dudit motif en saillie. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un procédé de polissage mécano-chimique de plaquettes de circuits intégrés, décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement une vue extérieure en élévation d'une machine de polissage particulière sur laquelle peut être mis en oeuvre le procédé de polissage selon la présente invention; - la figure 2 représente une coupe d'une plaquette de circuits intégrés devant subir une opération de polissage; - la figure 3 représente une coupe d'une autre plaquette devant subir une opération de polissage; - la figure 4 représente une coupe d'une plaquette de référence; - la figure 5 représente une vue de dessus partielle d'une plaquette de circuits intégrés devant subir une opération de polissage; - et la figure 6 représente un diagramme schématique du procédé de polissage selon la présente invention. 1 En se reportant à la figure 1, on voit qu'on a représenté schématiquement une machine de polissage 1 qui comprend une tête rotative 2 qui est portée par un bras 3 d'un système de déplacement non représenté et qui est reliée à un système d'entraînement en rotation non représenté, ainsi qu'un plateau 4 qui est relié à un système d'entraînement en rotation non représenté et qui porte sur sa surface radiale 5 un tissu de polissage. L'axe vertical 6 de la tête rotative 2 est décalé par rapport à l'axe vertical 7 du plateau de polissage 4 et la tête rotative 2 ne s'étend que sur une partie située entre l'axe et le bord périphérique du plateau 4. La tête rotative 2 porte une plaquette 8 de circuits intégrés à polir et établit une pression déterminée et constante de cette plaquette 8 sur le tissu de polissage 5 du plateau 4. La tête 2 et le plateau 4 étant respectivement entraînés en rotation, un composant abrasif amené sur le tissu de polissage 5 permet de réaliser un polissage mécano-chimique de la surface de la plaquette 8 tournée vers le plateau 4. Bien entendu, la machine de polissage 1 pourrait présenter plusieurs têtes de polissage 2 réparties sur la surface 5 du plateau 4 afin de réaliser le polissage simultané de plusieurs plaquettes 8. En se reportant à la figure 2, on voit qu'on a représenté une première plaquette 9 en cours de fabrication qui comprend, sur une surface antérieure de base 10, un motif métallique en saillie 11 en forme de créneaux d'épaisseur Hi, par exemple obtenu par gravure, recouvert d'une couche d'oxyde 12 sur toute la surface de la plaquette 9, cette couche d'oxyde 12 présentant des parties en saillie 12a formées au- dessus du motif 11 et de forme correspondante. La plaquette 9 ainsi réalisée doit subir une opération de polissage de la couche de recouvrement 12 de manière à obtenir une surface plate polie située à un niveau Np, à une distance Ho de la surface supérieure du motif en saillie 11. Ainsi, l'opération de polissage doit supprimer les parties en saillie 12a et une épaisseur Hs complémentaire sur toute la surface de la plaquette 9. 1 Sur une telle plaquette 9, on peut en particulier mesurer l'épaisseur Hd de la couche 12 entre sa surface 12b s'étendant entre ses parties en saillie 12a et la surface de base 10, par exemple par réflectrométrie. Ainsi, Hs=Hd-Hi-Ho. En se reportant à la figure 3, on voit qu'on a représenté une seconde plaquette 13 en cours de fabrication, qui présente une surface antérieure de base 14 sur laquelle est formé un motif d'oxyde en saillie en forme de créneaux d'épaisseur Hi, qui est recouvert sur toute la surface de la plaquette 13 d'une couche métallique 16 qui présente, au- dessus du motif en saillie 15 des parties en saillie 16a de forme correspondante, arrondies dans leurs angles. - La plaquette 13 ainsi réalisée doit subir une opération de polissage de la couche de recouvrement 16 de manière à obtenir une surface extérieure plate située à un niveau Np qui s'étend au niveau de la surface d'extrémité du motif en saillie 15 de façon à mettre à nu les surfaces d'extrémité de ce motif 15. Ainsi, l'opération de polissage doit supprimer les parties en saillie 16a et une épaisseur Hs complémentaire sur toute la surface de la plaquette 13. Sur cette plaquette 13, on peut en particulier mesurer l'épaisseur Hd de la couche 16 entre la surface d'extrémité des parties en saillie 16a et la surface d'extrémité du motif en saillie 15, par exemple par mesure capacitive. Ainsi, Hs=Hd-Hi, l'épaisseur à atteindre Ho étant égale à l'épaisseur Hi. En référence aux figures 4 à 6, en particulier au diagramme 100 de la figure 6, on va maintenant décrire un procédé qui permet de réaliser le polissage de lots de plaquettes 9 ou 13 sur la machine de polissage 1 dans des conditions déterminées de fonctionnement de manière à atteindre des surfaces extérieures polies situées aux niveaux Np précités. Ces conditions de fonctionnement sont déterminées principalement par une vitesse particulière de rotation de la tête 2, une vitesse particulière de rotation du plateau 4, un composant abrasif particulier utilisé et la pression de la plaquette sur le plateau 7 et générée par la tête 2. D'une manière générale, le procédé consiste, dans ces conditions de fonctionnement particulières, à déterminer un temps de polissage Tp des plaquettes sur la machine de polissage 1, ce temps de polissage étant déterminé en fonction d'une épaisseur équivalente calculée He et d'une vitesse d'attaque V de la machine de polissage 1. Pour cela, comme le montre la figure 4, on prend des plaquettes de référence 8r ou 8r' qui comprennent sur toute leur surface une couche uniforme 17 respectivement de l'oxyde 12 ou du métal 16 identiques à l'oxyde ou au métal de lots de plaquettes à polir. On polit, dans les conditions de fonctionnement déterminées précitées, les plaquettes 8r ou 8r' pendant une durée déterminée de référence Tr et on mesure par tout moyen connu l'épaisseur Hr de matériau enlevé. Dans une étape 101 du procédé, on calcule la vitesse d'attaque V de la machine de polissage 1 de l'oxyde 12 ou du métal 16. Cette vitese d'attaque V est égale au rapport entre l'épaisseur enlevée Hr et le temps Tr, à savoir: V= Hr /Tr. Exemple 1 A partir du masque ayant servi à la réalisation des motifs en saillie 11 ou 15 sur les plaquettes 9 ou 13, on détermine la densité en surface Dsp de ces motifs. Cette densité est égale au rapport entre la surface occupée par les motifs en saillie 11 ou 15 et la surface totale des plaquettes 9 ou 13. Connaissant l'épaisseur Hi des motifs en saillie 11 ou 15, on calcule, dans une étape 102 du procédé, le produit de cette densité Dsp par l'épaisseur Hi de manière à obtenir une épaisseur équivalente principale Hea, à savoir: Hea=Dsp.Hi. Dans une étape 103 du procédé, on fixe les épaisseurs complémentaires Hs de matériau à enlever de façon à obtenir les niveaux Np précités, fixant ainsi une épaisseur équivalente complémentaire, à savoir: Heb=Hs. Dans une étape 104 du procédé, on calcule une épaisseur équivalente totale Hel en additionnant l'épaisseur équivalente Hea et 1 l'épaisseur complémentaire Heb et on divise cette épaisseur équivalente totale Hel par la vitesse d'attaque V. On obtient alors un temps calculé de polissage Tpl, à savoir Tpl=(Hea+Heb)/V. Ce temps de polissage Tpl est alors délivré à l'organe automatique 18 de mise en marche et d'arrêt de la machine de polissage 1. On peut alors effectuer le polissage du lot correspondant de plaquettes à polir 9 ou 13 sur la machine de polissage 1 en la faisant fonctionner pendant une durée égale au temps de polissage calculé Tp et dans les conditions de fonctionnement déterminées précitées. Lorsqu'un lot est poli, on peut recommencer les opérations et calculs décrits ci-dessus de manière à obtenir, pour un nouveau lot de plaquettes, un nouveau temps de polissage Tp. Exemple 2 Afin d'améliorer encore la détermination du temps de polissage Tp d'un lot de plaquettes de façon à obtenir un positionnement plus correct des niveaux Np, on peut introduire des facteurs de correction. Au cours des opérations de polissage des plaquettes d'un lot de plaquettes à polir, on peut effectuer des mesures de l'épaisseur Hn de la couche restante sur une plaquette échantillon polie. Si cette épaisseur Hn est différente de l'épaisseur Ho souhaitée, on calcule dans une étape du procédé leur différence de manière à obtenir une épaisseur de correction Hec, à savoir: Hec=Hn-Ho. L'étape 104 du procédé consiste alors à calculer une épaisseur équivalente totale He2 en additionnant les épaisseurs Hea, Heb et Hec et à diviser cette épaisseur équivalente totale He2 par la vitesse d'attaque V, de façon à obtenir un temps de polissage Tp2, à savoir Tp2=(Hea+Heb+Hec)/V. Ce temps de polissage corrigé Tp2 est alors délivré à l'organe de commande 18 de la machine de polissage 1 de manière à polir les plaquettes suivantes du lot pendant une durée égale à ce nouveau temps Tp2. Exemple 3 Dans le cas de certaines plaquettes 8a représentées sur la figure 5, on prévoit un motif qui comprend des plots 19 de mesure d'épaisseur dont la surface d'extrémité présente une largeur et une longueur largement supérieures à la largeur des lignes en saillie 20 constituant les motifs en saillie 11 et 15 réalisés sur les plaquettes 9 et 13. Il est alors avantageux de délimiter une zone 21 incluant le plot de mesure 21 et recouvrant en partie les quatre zones correspondant aux quatre circuits intégrés adjacents à ce plot de mesure 21. - A partir du masque correspondant au motif, on détermine la densité de surface secondaire Dss du motif dans la zone 21, qui est égale au rapport entre la surface du motif dans cette zone et la surface de cette zone. Dans une étape 106 du procédé, on calcule le produit de cette densité Dss par la hauteur Hi du motif de façon à obtenir une épaisseur de correction Hed, à savoir: Hed=Dss.Hi. L'étape 104 du procédé consiste alors à calculer une épaisseur équivalente totale He3 en additionnant les épaisseurs Hea, Heb et Hed et à diviser cette épaisseur équivalente totale He3 par la vitesse d'attaque V de façon à obtenir un temps de polissage Tp3, à savoir Tp3=(Hea+Heb+Hed)/V. On délivre alors ce temps de polissage Tp3 à l'organe de commande 18 de la machine de polissage 1 et on réalise le polissage des plaquettes à polir du lot auquel s'applique ce temps de polissage Tp3. Exemple 4 Selon une variante complémentaire tenant compte de mesures d'épaisseurs sur des plaquettes échantillons au cours d'opérations de polissage des plaquettes d'un lot, combinant les calculs précités, on peut déterminer un temps de polissage Tp4 égal au rapport entre une épaisseur équivalente totale He4 résultant de l'addition des épaisseurs équivalentes précitées Hea, Heb, Hec et Hed et la vitesse d'attaque V, à savoir: Tp4=(Hea+Heb+Hec+Hed)/V. On peut ainsi faire varier avantageusement le temps de polissage au cours des opérations de polissage d'un lot de plaquettes à polir. Exemple 5 Selon une variante simplifiée, l'opération de polissage pourrait consister à uniquement faire disparaître les parties en saillie 12a et 16a des plaquettes 9 ou 13. Dans ce cas, le temps de polissage Tp5 calculé serait égal au rapport entre l'épaisseur équivalent principale Hea et la vitesse d'attaque V, à savoir: Tp5=Hea/V, et ce temps serait appliqué à la machine de polissage 1. 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de polissage, sur une machine de polissage et dans des conditions de polissage déterminées, de la surface extérieure d'au moins une plaquette de circuits intégrés comprenant un motif en saillie recouvert sur toute la surface de la plaquette d'une couche extérieure d'un matériau, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à calculer une épaisseur équivalente principale (Hea) égale au produit de la densité en surface principale (Dsp) dudit motif en saillie par l'épaisseur (Hi) de ce dernier, - à polir, selon lesdites conditions de polissage déterminées, une plaquette de référence comprenant une couche extérieure dudit matériau, d'épaisseur uniforme et recouvrant la surface de cette plaquette de référence de façon à déterminer la vitesse d'attaque (V) de la machine de polissage correspondant au rapport entre l'épaisseur enlevée (Hr) et le temps de polissage réalisé (Tr), - à calculer un temps de polissage (Tp) égal au rapport entre l'épaisseur équivalente précitée (Hea) et la vitesse d'attaque précitée (V), - et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale au temps de polissage précité (Tp) ou fonction de ce temps. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à calculer une épaisseur équivalente totale (Hel) égale à la somme de ladite épaisseur équivalente principale (Hea) et d'une épaisseur complémentaire de valeur préfixée (Heb), - à calculer un temps de polissage (Tpl) égal au rapport entre cette épaisseur équivalente totale (He 1) et la vitesse d'attaque précitée (V), - et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale à ce temps de polissage précité (Tpl) ou fonction de ce temps. 1 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à mesurer l'épaisseur restante (Hn) après polissage dudit matériau de recouvrement sur au moins une plaquette polie, - à soustraire cette épaisseur (Hn) mesurée à l'épaisseur souhaitée (Ho) pour obtenir une épaisseur de correction (Hec), - à calculer une épaisseur équivalente totale (He2) égale à la somme de ladite épaisseur de correction (Hec) et desdites épaisseurs équivalentes, - à calculer un temps de polissage (Tp2) égal au rapport entre cette épaisseur équivalente totale (He3) et ladite vitesse d'attaque (V), - et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale à ce temps de polissage (Tp2) ou fonction de ce temps. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à déterminer la densité en surface secondaire (Dss) dans une zone limitée comprenant un plot de mesure (19) dudit motif, - à calculer une épaisseur de correction (Hed) égale au produit de cette densité en surface secondaire par la hauteur (Hi) dudit motif, - à calculer une épaisseur équivalente totale (He3) égale à la somme de cette épaisseur de correction et desdites épaisseurs équivalentes, - à calculer un temps de polissage (Tp3) égal au rapport entre cette épaisseur équivalente totale (He3) et ladite vitesse d'attaque (V), - et à effectuer, dans lesdites conditions de polissage, l'opération de polissage sur au moins une plaquette à polir pendant une durée égale à ce nouveau temps de polissage précité (Tp3) ou fonction de ce temps. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite épaisseur complémentaire 1 (Hs) est obtenue en mesurant l'épaisseur du matériau de recouvrement entre les parties en saillie du motif et en retranchant à cette épaisseur l'épaisseur (Hi) de ce motif et l'épaisseur souhaitée (Ho) devant rester au dessus de ce motif. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite épaisseur complémentaire (Hs) est obtenue en mesurant l'épaisseur (Hd) du matériau de recouvrement au dessus du motif en saillie et en retranchant à cette épaisseur l'épaisseur (Hi) dudit motif en saillie.