Brevet FR2810915A1 — publié le 20020104

Procédé de détermination de la durée de polissage de la surface d'une plaquette de circuits intégrés La présente invention concerne un procédé de détermination de la durée de polissage de la surface d'une plaquette de circuits intégrés comprenant une couche d'un matériau à polir sur une machine de polissage mécano-chimique. Actuellement, cette durée de polissage est déterminée empiriquement en effectuant des essais successifs sur des plaquettes à polir qui, en conséquence se trouvent être par la suite inutilisables et donc jetées. La présente invention a pour but d'apporter une aide à la détermination de la durée de polissage d'une plaquette de circuits intégrés, en particulier d'une série de plaquettes identiques à polir de la même manière, de façon à enlever sur sa couche à polir, en particulier une couche d'un matériau diélectrique, une épaisseur moyenne prédéterminée lui conférant une topographie finale déterminée. Pour cela, la présente invention considère que la ou les plaquettes à polir le seront sur une machine de polissage présentant des caractéristiques constitutionnelles et de réglage déterminées, en particulier sur une machine de polissage dans laquelle la plaquette à polir est prise sous une pression déterminée (Po) entre une tête rotative et un tissu de polissage porté par un plateau rotatif et recouvert d'un matériau abrasif. Le procédé selon l'invention consiste à fabriquer une plaquetteéchantillon en déposant une couche dudit matériau à polir de façon que cette couche forme au moins un plateau haut et un plateau bas qui se rejoignent par une transition abrupte; et à effectuer un relevé topographique sur la surface de cette plaquette-échantillon d'au moins un profil initial de ladite couche incluant ladite transition. Le procédé selon l'invention consiste ensuite à effectuer une opération de polissage de la surface de cette plaquette-échantillon sur ladite machine de polissage sous une pression de polissage (Po) déterminée et pendant une durée de polissage (t) déterminée; et à 1 effectuer un relevé topographique sur la surface de cette plaquette- échantillon d'un profil final de ladite couche ainsi polie, sur la zone correspondant audit profil initial. Le procédé selon l'invention consiste ensuite à transformer le relevé topographique initial et le relevé topographique final de cette plaquette-échantillon en séries de Fourier. Le procédé selon l'invention consiste également à effectuer un relevé topographique de la surface de la plaquette à polir; et à transformer le relevé topographique de la plaquette à polir en série de Fourier. Le procédé selon l'invention consiste par la suite à calculer la durée de polissage (T) de la plaquette à polir à partir desdites séries de Fourier et de l'épaisseur moyenne (em) à enlever. Connaissant cette durée, le procédé selon l'invention consiste à polir la plaquette à polir, ou la série de plaquettes à polir, sur ladite machine pendant cette durée (T) de telle sorte que la topographie finale de la surface de cette plaquette polie corresponde à la topographie souhaitée. Les caractéristiques de la présente invention seront mieux comprises et complétées à l'étude d'un procédé de détermination de la durée de polissage de la surface d'une plaquette de circuits intégrés comprenant une couche d'un matériau à polir sur une machine de polissage mécanochimique, décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin sur lequel: - la figure 1 représente une vue schématique d'une machine de polissage; - la figure 2 représente une plaquette-échantillon en vue de dessus; - la figure 3 représente une coupe partielle de cette plaquette-échantillon - la figure 4 représente une vue de dessus d'une plaquette à polir 1 - et la figure 5 représente une coupe partielle de cette plaquette à polir. En se reportant à la figure 1, on voit que la machine de polissage mécanochimique 1 représentée comprend, classiquement, un plateau rotatif 2 recouvert d'un tissu de polissage 3, une tête rotative de polissage 4 et une buse 5 d'amenée d'un matériau abrasif sur le tissu de polissage 3. Une plaquette à polir 6 est prise entre la tête rotative 4 et le plateau rotatif 2 de telle sorte que sa face 7 à polir soit en contact avec le tissu de polissage 3. La machine de polissage 1 peut donc présenter des caractéristiques structurelles, fonctionnelles et de réglage déterminées, constituées notamment par les vitesses de rotation de la tête 4 et du plateau 2, le tissu de polissage 3 qui présente des qualités mécaniques particulières, le matériau constituant l'abrasif amené par la buse 5 et une pression de polissage Po déterminée. Ainsi, l'épaisseur enlevée ou l'épaisseur moyenne enlevée sur la plaquette 6 ou la topographie finale, après polissage, de la surface de cette plaquette 6 peut résulter de la durée pendant laquelle cette plaquette est polie sur la machine 1. On va maintenant décrire comment il est possible de déterminer la durée de polissage d'une plaquette de circuits intégrés 8 représentée sur les figures 4 et 5, qui comprend une multiplicité de zones identiques 9 correspondant à des circuits intégrés à fabriquer. La surface de cette plaquette 8 comprend d'une couche 10 par exemple d'un matériau diélectrique, qui épouse les formes de motifs sous- jacents par exemple métalliques, non représentés, prévus notamment dans chaque zone 9 de façon identique, cette surface présentant des parties en saillie et des parties en creux. Première étape. Tout d'abord, on fabrique une plaquette-échantillon 11, représentée sur les figures 2 et 3, qui comprend une multiplicité de motifs parallèlépipédiques 12, régulièrement répartis et constitués par exemple par un métal. La surface de la plaquette échantillon 11 est 1 recouverte par une couche 13 constituée par un matériau identique à celui de la couche 10 de la plaquette à polir 8, en particulier un matériau diélectrique. Cette couche 13 présente ainsi des plateaux hauts 14 et des plateaux bas 15 qui se rejoignent par des transitions abruptes 16 de telle sorte que la surface de la plaquette-échantillon a l'apparence d'un damier, les plateaux hauts 14 étant situés au-dessus des motifs 12. Dans un exemple, les carreaux constituant ce damier peuvent présenter un côté égal à dix huit millimètres et la différence d'altitude entre les plateaux hauts et les plateaux bas peut être égale à un micron. On procède alors à un relevé topographique sur la surface de la plaquetteéchantillon 11, par exemple par mesures optiques mettant en oeuvre des appareillages connus de réflectrométrie et de profilométrie, d'un profil initial 17 de la couche incluant une transition 16, en effectuant des mesures en différents points d'une ligne d'abcisse 18 perpendiculaire à une transition 16 et sur le plateau bas 14 et le plateau haut 15 situés de part et d'autre de cette transition, de façon à constituer une matrice Me(initiale) associant des abcisses x aux altitudes v(x,0) correspondantes. Dans un exemple, on peut effectuer un relevé sur deux cents points répartis sur neuf millimètres de part et d'autre de la transition 16. Deuxième étape. Après quoi, on dispose la plaquette-échantillon 11 sur la machine 1 et on procède à une opération de polissage de sa surface, en affectant à cette machine une pression de polissage déterminée Po et une durée t de polissage. Ensuite, on procède à un relevé topographique sur la surface de la plaquette-échantillon 11, par exemple également par mesures optiques mettant en oeuvre des appareillages connus de réflectrométrie et de profilométrie, d'un profil final 19 en effectuant des mesures en différents points de la ligne d'abcisse 17 précitée, de façon à constituer une matrice Me(finale) associant des abcisses x aux 1 altitudes v(x,t) correspondantes. Troisième étape. Disposant d'un calculateur programmé dans lequel sont enregistrées les matrices Me(initiale) et Me(finale), ainsi que les conditions opérationnelles de la machine 1 telles que la pression de polissage Po, la vitesse d'attaque Va et la durée de polissage t de la plaquetteéchantillon, on procède alors à la transformation de ces matrices de relevés en séries de Fourier en appliquant les formules suivantes v(x, O) =E Ai(0). cos27 'X ( i (.i et V(x, t) =A i(t) cos2-x (II) id Dans les formules ci-dessus,)i représente des longueurs d'ondes des séries de Fourier et Ai représente les amplitudes des composantes des séries de Fourier, décrivant les profils précités. Ayant préfixé au moins deux longueurs d'ondes particulières k1 et,2 ' le calculateur calcule alors, pour ces longueurs d'ondes déterminées, les amplitudes A1(o) et A2(o) des composantes de la série de Fourier correspondant au profil initial 17 de ladite plaquette- échantillon 11 et les amplitudes A1(t) et A2(t) des composantes de la série de Fourier correspondant au profil final 18 de cette plaquette- échantillon 11. Dans un exemple, ces longueurs d'ondes peuvent être choisies égales à un millimètre et à dix millimètres. QOuatrième étape. 1 Cette étape consiste à calculer les valeurs de deux coefficients fonctionnels k et D. Avantageusement, ces coefficients sont représentatifs des déformations locales du tissu de polissage 3 installé sur la machine 1, sous l'effet de l'opération de polissage. Pour cela, le calculateur est programmé pour ensuite poser le système de deux équations à deux inconnues k et D suivant: A l(t) = exp - k + D* -iJ) a (IIIa) Ai1(0) et A2(0) = exp -k +D À 22) a (IIIb) Dans ces équations, "a" est égal au rapport de l'épaisseur moyenne em enlevée sur la plaquette-échantillon 11 divisée par la pression de polissage Po, l'épaisseur moyenne em enlevée étant égale à la vitesse d'attaque Va multipliée par la durée de polissage t de la plaquette-échantillon 11. Le calculateur résoud ce système d'équations et fournit les valeurs des coefficients k et D. Dans un exemple, l'épaisseur em peut être égale à 0,7 microns et la pression Po peut être égale à 3.104 Pa. Dans ces conditions, le coefficient k calculé peut être égal à 106 Pa.mm1 et le coefficient D calculé peut être égal à 3,9.107 Pa.mm3. Cinquième étape. Ayant calculé les coefficients fonctionnels k et D associés à la machine 1, l'opération suivante consiste à calculer la durée de polissage (T) de la plaquette ou d'une série de plaquettes identiques 8 l à polir sur la machine 1. Pour cela, on effectue un relevé topographique de la surface de la plaquette à polir 8 sur deux directions orthogonales x et y afin de constituer une matrice Mp(initiale 3D). Puis, le calculateur transforme cette matrice représentant la surface initiale de la plaquette à polir 8 en série de Fourier en appliquant la formule suivante: v(x,y, O) =A(, A)cos iR -cost Y) (IV) Dans cette formule, x et y représentent les deux directions sur lesquelles lesdits relevés sont effectués sur la plaquette à polir 8. Ai(o) et Aj(o) sont les amplitudes des composantes associées aux longueurs d'onde i et j selon les directions x et y sur la plaquette à polir 8. Le calculateur résoud cette formule et délivre les valeurs des composantes Ai(o) et Aj(o). Connaissant ces valeurs, le calculateur est programmé pour utliser la formule suivante, qui termine la topographie finale simulée de la surface de la plaquette 8 après polissage (V) v(x,y, 7=TAi(O)Aj(O)exp- k+D(27r)41 + 2 VaT cos(2 x)cos( i 2 PO).j I-j) P ij2 Les paramètres intervenant dans cette formule étant définis, ou indiqués plus haut, le calculateur calcule alors la durée de polissage T de la plaquette à polir 8, qu'il conviendra de mettre en oeuvre de façon que la topographie finale souhaitée de la plaquette 8 soit atteinte après une telle durée de polissage sur la machine 1. Cette durée T étant calculée, il suffit alors de programmer le système de pilotage de la machine de polissage 1 de telle sorte que, pour chaque plaquette à polir 8 installée entre le tissu de polissage 3 et la tête de polissage 4, l'opération de polissage de chaque plaquette 8 s'effectue pendant une durée égale à la valeur T calculée, les autres conditions opérationnelles de la machine 1, ayant servi à effectuer l'opération précitée de polissage de la plaquette-échantillon 11 restant inchangées. 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la durée de polissage de la surface d'une plaquette de circuits intégrés comprenant une couche d'un matériau à polir sur une machine de polissage mécano-chimique (1) présentant des caractéristiques constitutionnelles et de réglage déterminées, en particulier sur une machine de polissage dans laquelle la plaquette à polir est prise sous une pression déterminée (Po) entre une tête rotative et un tissu de polissage porté par un plateau rotatif et recouvert d'un matériau abrasif, de façon à enlever sur ladite couche une épaisseur moyenne prédéterminée lui conférant une topographie finale déterminée, caractérisé par le fait qu'il consiste - à fabriquer une plaquetteéchantillon (11) en déposant une couche (13) dudit matériau à polir de façon que cette couche forme au moins un plateau haut (14) et un plateau bas (15) qui se rejoignent par une transition abrupte (16); - à effectuer un relevé topographique sur la surface de cette plaquette-échantillon d'au moins un profil initial (17) de ladite couche incluant ladite transition; - à effectuer une opération de polissage de la surface de cette plaquette-échantillon sur ladite machine de polissage sous une pression de polissage (Po) déterminée et pendant une durée de polissage (t) déterminée; - à effectuer un relevé topographique sur la surface de cette plaquette-échantillon d'un profil final (19) de ladite couche ainsi polie, sur la zone correspondant audit profil initial; - à transformer le relevé topographique initial et le relevé topographique final de cette plaquette-échantillon en séries de Fourier; - à effectuer un relevé topographique de la surface de la plaquette à polir (8); - à transformer le relevé topographique de la plaquette à polir en série de Fourier; - à calculer la durée de polissage (T) de la plaquette à polir (8) à partir desdites séries de Fourier et de l'épaisseur moyenne (em) à 1 enlever - et à appliquer cette durée de polissage (T) lors de l'opération de polissage de la plaquette à polir, de telle sorte que la topographie finale de la surface de cette plaquette polie corresponde à la topographie souhaitée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à transformer le relevé topographique initial et le relevé topographique final de cette plaquette-échantillon en séries de Fourier en appliquant les formules suivantes: v(x, O) A i(0). cos( (2) et v(x, t) =Ai(t) - cos(27x) (I) i dans lesquelles - x et v représente l'abcisse et l'altitude des points desdits profils relevés, - Xi représente des longueurs d'ondes des séries de Fourier et Ai représente les amplitudes des composantes des séries de Fourier, décrivant les profils précités, - à calculer, pour au moins deux longueurs d'ondes déterminées (X1,,2), les amplitudes Al(o) et A2(o) des composantes de la série de Fourier correspondant au profil initial de ladite plaquette- échantillon et les amplitudes Al(t) et A2(t) des composantes de la série de Fourier correspondant au profil final de cette plaquette-échantillon il - à calculer des coefficients k et D d'ajustement en résolvant ce système d'équations suivant A, (0) - exp[- + D a] (IIa) et /i20)=exp -k + D. a.;j1Àba A2 exP-Lk+D. C)4j. a] (IIJb) - à décomposer la surface initiale de la plaquette à polir en série de Fourier en appliquant la formule suivante v(x,Y, 0) Ai(O)Aj(O) - cos)2x (IV) i j k, cos dans laquelle - x et y représentent deux directions sur lesquelles lesdits relevés sont effectués, - Ai(o) et Aj(o) sont les amplitudes des composantes associées aux longueurs d'onde ki et Xj selon les directions x et y, - et à calculer la durée de polissage (T) de la plaquette à polir à partir de la formule suivante (V) (Xy,7T) =Ai(O)Aj(0)exPxp-t +D(27r)4 + 1 VaJ. T1 (j7rco i '35 P cos cos 3 5