CN111185845A - 用于研磨基板的设备、用于操作研磨系统的方法及用于研磨制程的研磨系统 - Google Patents

Abstract

一种用于研磨基板的设备、用于操作研磨系统的方法及用于研磨制程的研磨系统。本揭示案的实施例描述一种用以在研磨制程期间侦测研磨垫轮廓并基于该侦测到的轮廓来调整研磨制程的设备及方法。设备可包括经配置以研磨基板的研磨垫、经配置以保持基板抵靠研磨垫的基板载体，以及经配置以侦测研磨垫的轮廓的侦测模块。侦测模块可包括经配置以量测研磨垫上的一或多个区域的厚度的探针以及经配置以支撑探针的横梁，其中探针可进一步经配置以沿着横梁移动。

Description

用于研磨基板的设备、用于操作研磨系统的方法及用于研磨 制程的研磨系统

技术领域

本揭示案涉及一种用于研磨基板的设备、一种用于操作研磨系统的方法及一种用于研磨制程的研磨系统。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业已经历了迅速增长。IC材料及设计的技术进步已产生了几代IC，其中每代具有比前一代更小且更复杂的电路。然而，此些进步增加了处理及制造IC的复杂性，且为了实现此些进步，需要IC处理及制造中的类似发展。在IC进化过程中，功能密度(亦即，单位晶片面积的互连元件的数目)大体增大，而几何大小(亦即，可使用制造制程生成的最小部件(或接线))已减小。此缩小过程通常通过增大生产效率及降低相关联成本而提供了益处。

用以平坦化IC的层的制造制程为化学机械研磨(CMP)。CMP制程组合了化学移除与机械研磨。CMP制程研磨材料并自晶圆移除材料，且可用以平坦化多材料表面。另外，CMP制程不使用有害气体且可为低成本制程。

发明内容

本揭示案的实施例提供一种用于研磨基板的设备，其包括研磨垫、基板载体与侦测模块。研磨垫经配置以研磨基板。基板载体经配置以来保持基板抵靠研磨垫。侦测模块经配置以侦测研磨垫的轮廓，其中侦测模块包括探针与横梁。探针经配置以量测研磨垫上的一或多个区域的厚度。横梁经配置以支撑探针，其中探针进一步经配置以沿着横梁移动。

本揭示案的实施例提供一种用于操作研磨系统的方法，其包括：决定在研磨制程期间研磨系统的研磨垫的一或多个区域的轮廓；比较轮廓与参考轮廓；以及基于该比较来调整研磨制程的一或多个参数。

本揭示案的实施例提供一种用于研磨制程的研磨系统，其包括研磨设备与计算机系统。研磨设备包括研磨垫与侦测模块。侦测模块经配置以在研磨制程期间侦测研磨垫的一或多个区域的轮廓。计算机系统经配置以与研磨设备通讯，计算机系统包括记忆体与处理器。记忆体经配置以储存用于调整研磨制程的一或多个参数的指令。处理器经配置以接收来自研磨设备的轮廓，比较该轮廓与参考轮廓，且基于该轮廓与参考轮廓的比较来更新指令。

附图说明

当结合随附诸图阅读时，自以下详细描述最佳地理解本揭示案的态样。根据工业上的一般实务，各种特征并未按比例绘制。事实上，为了图示及论述的清楚，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。

图1绘示根据本揭示案的一些实施例的研磨系统的示意图；

图2绘示根据本揭示案的一些实施例的研磨设备的示意图；

图3绘示根据本揭示案的一些实施例的侦测模块及研磨垫的区域的横截面图；

图4A至图4C绘示根据本揭示案的一些实施例的各种侦测模块；

图5绘示根据本揭示案的一些实施例的研磨设备的示意图；

图6绘示根据本揭示案的一些实施例的研磨设备的示意图；

图7绘示根据本揭示案的一些实施例的用于操作研磨系统的方法；

图8绘示根据本揭示案的一些实施例的实例计算机系统的概括性方块图。

【符号说明】

100 研磨系统

110 研磨设备

120 通讯链路

130 计算机系统

200 研磨设备

210 基板载体

220 平台

230 半导体基板

250 浆料施配器

260 侦测模块

261 探针

263 横梁

270 衬垫调节器

280 调节盘

290 研磨垫

300 局部区域

302 顶表面

304 底表面

410 接触型侦测模块

411 接触探针

412 探针轨道

414 压力探针

416 限位开关

418 移动机构

420 非接触型侦测模块

421 光学模块

422 光学发射器

423 光学信号

424 光学接收器

425 光学信号

430 侦测模块

431 声波模块

432 声波发射器

433 声波信号

434 声波接收器

435 声波信号

500 研磨设备

600 研磨设备

660 独立侦测模块

662 基座

700 方法

710 操作

720 操作

730 操作

800 实例计算机系统

802 显示界面

803 输入与输出装置

804 处理器

806 通讯基础架构

808 主要记忆体

810 次要记忆体

812 硬盘驱动器

814 可移动储存器驱动器

818 可移动储存单元

820 接口

822 可移动储存单元

824 通讯接口

826 通讯路径

828 组件

具体实施方式

以下揭示内容提供用于实施所提供标的的不同特征的许多不同实施例或实例。以下描述元件及布置的特定实例以简化本揭示案的实施例。当然，此些仅为实例，且并不意欲为限制性的。举例而言，在以下描述中第一特征在第二特征之上或在第二特征上形成可包括其中第一特征及第二特形成为直接接触的实施例，且亦可包括其中可将额外特征安置在第一特征与第二特征之间而使得第一特征与第二特征不直接接触的实施例。另外，本揭示案的实施例可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复其自身并不表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。

另外，为了描述简单，可在本文中使用诸如“在……之下”、“低于”、“下部”、“在……上方”、“上部”以及其类似术语的空间相对术语，以描述如诸图中所绘示的一个组件或特征与另一(其他)组件或特征的关系。除了诸图中所描绘的定向以外，空间相对术语意欲涵盖元件在使用中或操作中的不同定向。设备可以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，且可同样相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。

如本文中所使用，术语“标称”代表在产品或制程的设计阶段期间设定的部件或制程操作的特性或参数的期望值或目标值，以及高于及/或低于期望值的值的范围。值的范围可归因于制造制程或容限的微小变化。

如本文中所使用，术语“垂直”意谓标称地垂直于水准地面。

如本文中所使用，术语“大体上”指示可基于与标的半导体元件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。在一些实施例中，基于特定技术节点，术语“大体上”可指示在目标(或预期)值的(例如)±5％内变化的给定量的值。

如本文中所使用，术语“约”指示可基于与标的半导体元件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。在一些实施例中，基于此特定技术节点，术语“约”可指示在给定量的值的(例如)5％至30％内变化(例如，值的±5％、±10％、±20％或±30％)的给定量的值。

CMP制程包括以倒置的位置将基板置放在基板载体中，其中表面将面向研磨垫而被研磨。当向基板施加向下压力抵靠研磨垫时，基板载体及基板旋转。将称作“CMP浆料”的化学溶液沉积在研磨垫的表面上以辅助平坦化制程。因此，可使用机械(打磨)力及化学(CMP浆料)力来平坦化基板的表面。

作为CMP制程的一部分，可使用衬垫调节器来调节研磨垫。衬垫调节器可包括具有粗糙表面的调节盘。调节盘可通过一组螺杆附接至调节臂。调节制程可使研磨垫的表面粗糙化及纹理化以提供较粗糙表面，获得较佳的浆料分布及研磨。调节制程亦可自研磨垫移除累积的碎屑堆积及过量的浆料。

CMP制程使研磨垫变薄且磨损研磨垫。研磨垫磨损可包括沿研磨垫表面的厚度变化，其中研磨垫的一或多个局部区域可表现出侵蚀性的厚度损失。此些局部厚度损失可为机械应力弱点且可导致研磨垫失效。此外，研磨垫厚度变化亦可影响CMP制程的良率及可靠性。

本揭示案的实施例针对用于CMP制程的设备及方法，此CMP制程使用侦测模块来量测在CMP制程期间研磨垫的一或多个区域的厚度。基于量测来调整CMP制程的一或多个参数。此些CMP设备实施例可减少研磨垫磨损，因而防止CMP制程失效并改良基板良率。

图1为根据本揭示案的一些实施例的用于研磨制程的研磨系统100的示意图。如图1中所绘示，研磨系统100可包括研磨设备110、通讯链路120及计算机系统130，其中研磨设备110及计算机系统130可经配置以经由通讯链路120彼此通讯。研磨设备110可经配置以基于自计算机系统130接收的指令来执行研磨制程。研磨设备110可包括研磨垫(图1中未示出)及经配置以在研磨制程期间侦测研磨垫的轮廓的侦测模块(图1中未示出)，其中轮廓可包括关于研磨垫的一或多个区域的厚度、表面粗糙度及/或表面等高线的信息。研磨设备110可进一步经配置以将与侦测到的轮廓相关联的数据发送至计算机系统130。在一些实施例中，研磨设备110可为化学机械研磨(CMP)设备。在一些实施例中，通讯链路120可为研磨设备110与计算机系统130之间的有线或无线链路。

计算机系统130可经配置以储存研磨制程指令，研磨制程指令可包括一或多个研磨制程参数。计算机系统130可进一步经配置以经由通讯链路120将指令发送至研磨设备110。计算机系统130可自研磨设备110接收侦测到的轮廓的数据，且可经配置以产生对研磨制程的一或多个参数的调整。计算机系统130可进一步经配置以基于此调整来更新指令。

图2绘示根据本揭示案的一些实施例的研磨设备200的示意图。研磨设备200可包括基板载体210、研磨垫290、经配置以支撑并旋转研磨垫290的平台220、定位在研磨垫290之上的浆料施配器250、定位在研磨垫290之上的衬垫调节器270，以及附接至浆料施配器250的侦测模块260。基板载体210可经配置以保持并旋转半导体基板230。研磨垫290可经配置以研磨半导体基板230。在一些实施例中，研磨垫290及基板载体210中的一者或其两者在研磨制程期间旋转。浆料施配器250可经配置以传递浆料并将浆料施配至研磨垫290上。在一些实施例中，浆料可为CMP浆料。衬垫调节器270可经配置以调节研磨垫290(例如，使研磨垫290的表面粗糙化及纹理化)。侦测模块260可经配置以侦测研磨垫290的轮廓。在一些实施例中，侦测模块260可经配置以侦测研磨垫290的一或多个区域的轮廓，其中轮廓可包括研磨垫290的一或多个区域的厚度、表面粗糙度或表面等高线。

在一些实施例中，研磨设备200可为CMP设备。研磨制程可为CMP制程。在一些实施例中，研磨制程可包括基板研磨制程或调节制程。

基板载体210可经配置以保持并旋转半导体基板230。可以倒置的位置来安装半导体基板230，使得表面面向研磨垫290而被研磨。可施加真空以将半导体基板230固持在基板载体210上。基板载体210可使半导体基板230与旋转的研磨垫290接触，借此研磨半导体基板230的表面。在一些实施例中，基板载体210可进一步包括可旋转轴(图2中未示出)以使半导体基板230旋转。

基板载体210可包括固持环，以将半导体基板230保持在预定位置处且防止半导体基板230与基板载体210脱离。固持环可用以减小半导体基板230在研磨制程期间的横向移动。在一些实施例中，用于固持环的合适材料可包括但不限于聚乙烯醇(PV)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)或其组合。在一些实施例中，固持环由非多孔材料制成。在一些实施例中，固持环由多孔材料制成。在一些实施例中，固持环中的孔大小范围为自约0.5μm至约100μm。在一些实施例中，固持环的孔隙率等于或小于约70％。在一些实施例中，固持环的可压缩性范围为自约1％至约50％。

在一些实施例中，半导体基板230包括半导体主体，以及上覆介电材料层(例如，氧化物)及上覆金属层。在一些实施例中，半导体主体可包括但不限于硅、锗、第III-V族半导体材料(例如，一或多个III族元素与一或多个V族元素的组合)。介电材料层及金属层可共用面向旋转研磨垫290的共同界面。在一些实施例中，金属层可包括但不限于锗、铜或铝。在一些实施例中，介电材料层可包括但不限于二氧化硅。在一些实施例中，半导体基板230可为晶圆(例如，硅晶圆)。在一些实施例中，半导体基板230可为：(i)包括硅及/或锗的纯元素半导体；(ii)化合物半导体，包括碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、砷化镓磷化物(GaAsP)、砷化铝铟(AlInAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、砷化镓铟(GaInAs)、磷化镓铟(GaInP)、磷化镓铟(GaInAsP)及锑化铟(InSb)；(iii)包含硅锗(SiGe)的合金半导体；或(iv)其组合。在一些实施例中，半导体基板230可为绝缘体上半导体(SOI)。在一些实施例中，半导体基板230可为磊晶材料。

研磨垫290可经配置以研磨半导体基板230。在一些实施例中，研磨垫290位于平台220的顶表面上，平台220使研磨垫290在研磨制程期间围绕旋转轴旋转。可通过粘合剂将研磨垫290安装在平台220上。在研磨制程期间，可以特定压力按压研磨垫290并使其与半导体基板230的表面接触。在一些实施例中，研磨垫290可为半导体基板230的直径的几倍，且半导体基板230可在研磨制程期间保持偏离研磨垫290中心，以防止将非平面的表面研磨至半导体基板230上。

研磨垫290可为具有预定的厚度、粗糙度(例如，孔大小)、表面等高线、硬度、重力及/或衬垫可压缩性的板材。在一些实施例中，研磨垫290可为圆形板材。研磨垫290可视待研磨的表面而为坚硬的、不可压缩的研磨垫，或为软的研磨垫。举例而言，可将坚硬且僵硬的研磨垫用于氧化物研磨以达成平面度。在一些实施例中，坚硬研磨垫材料可包括但不限于聚氨酯、胺基甲酸酯、聚合物、填充材料或其组合。可将较软的研磨垫用于其他研磨制程(例如，用于铜及多晶硅研磨)以达成改良均匀性及光滑表面。软研磨垫材料可包括但不限于聚氨酯浸渍毡或毡。亦可以堆叠衬垫的布置来组合坚硬研磨垫与软研磨垫，用于定制应用。在一些实施例中，研磨垫290可包括多孔聚合物材料，其中孔大小介于约30μm与约50μm之间。

衬垫可压缩性可指定研磨垫290如何贴合经历研磨的半导体基板230。为了获得在半导体基板230表面上均匀的研磨速率，研磨垫290应在长距离范围内贴合半导体基板230表面。在一些实施例中，长距离范围可在约30cm与约50cm之间变化。在一些实施例中，相对高的可压缩性的研磨垫材料可具有约2至约50之间的可压缩性。

在一些实施例中，研磨垫290可进一步包括表面凹槽(图2中未示出)，以促进浆料溶液的均匀分布，且帮助捕获由凝结的浆料溶液或在研磨制程中落在研磨垫290上的任何其他外来微粒所形成的不当微粒。

研磨制程消耗研磨垫290且因而导致研磨垫290上的磨损。侦测模块260可经配置以侦测研磨垫290的轮廓，以估算研磨垫290上的磨损量。侦测模块260可包括探针261，探针261经配置以量测轮廓，轮廓可包括研磨垫290的一或多个区域的信息－诸如，厚度、表面粗糙度及/或表面等高线。侦测模块260亦可包括横梁263，横梁263经配置以支撑探针261，其中探针261可经配置以沿着横梁263移动。因为侦测模块260可附接至浆料施配器250，所以探针261可在研磨垫290的表面上延伸并在研磨垫290的表面上扫过。在一些实施例中，横梁263可经配置以在研磨垫290上延伸并在研磨垫290的表面上扫过。

平台220可经配置以支撑并旋转研磨垫290。在一些实施例中，平台220可接收来自安置在下部基座(图2中未示出)中的马达(图2中未示出)的旋转力。平台220可因此围绕垂直于平台220的顶表面的假想旋转轴旋转。在一些实施例中，平台220使研磨垫290沿顺时针方向旋转。在一些实施例中，平台220使研磨垫290沿逆时针方向旋转。基板载体210及研磨垫290可以相同或不同的旋转速度沿着同一方向或不同方向独立地旋转。

浆料施配器250可经配置以传递浆料并将浆料施配至研磨垫290上。浆料的成分取决于经历研磨制程的半导体基板表面上的材料类型。在一些实施例中，浆料可包括第一反应物、磨料、第一界面活性剂及溶剂。

第一反应物可为与半导体基板230的材料(例如，导电材料)反应以辅助研磨垫290研磨掉材料的化学物质，此材料诸如氧化剂。在半导体基板230的表面上的材料为钨的一些实施例中，第一反应物可包括但不限于过氧化氢、羟胺、高碘酸、过硫酸铵、其他高碘酸盐、碘酸盐、过氧化单氮、硫酸盐、过氧单硫酸、过硼酸盐、丙二酰胺或其组合。在半导体基板的表面上的材料为氧化物的实施例中，第一反应物可包括硝酸(HNO₃)反应物。

磨料可为任何合适的微粒，其结合研磨垫290来辅助半导体基板230的平坦化。在一些实施例中，磨料可为胶体二氧化硅(例如，硅氧化物)或烟雾状二氧化硅。可使用任何其他合适的磨料，诸如，氧化铝、氧化铈、多晶金刚石、诸如聚甲基丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸的聚合物微粒，或其组合。在一些实施例中，浆料可为无磨料的(亦即，浆料不包括磨料微粒)。

可利用第一界面活性剂来降低浆料的表面张力，且将第一反应物及磨料施配在浆料内，且亦防止或减少磨料在研磨制程期间凝聚。在一些实施例中，第一界面活性剂可包括但不限于聚丙烯酸的钠盐、油酸钾、磺基琥珀酸盐、磺基琥珀酸盐衍生物、磺化胺、磺化酰胺、醇的硫酸盐、烷基芳基磺酸盐、羧化醇、烷基氨基丙酸、烷基亚氨基二丙酸、油酸钾、磺基琥珀酸盐、磺基琥珀酸盐衍生物、醇的硫酸盐、烷基磺酸盐、羧化醇、磺化胺、磺化酰胺、烷基氨基丙酸、烷基亚氨基二丙酸或其组合。

可利用溶剂来组合第一反应物、磨料与第一界面活性剂，且允许混合物移动并被施配至研磨垫290上。在一些实施例中，溶剂可为去离子水、乙醇或其组合。

根据本揭示案的一些实施例，衬垫调节器270可包括调节盘280，调节盘280经由螺杆安装在调节臂上。在一些实施例中，调节臂可在研磨垫280的顶部上延伸，以在研磨垫290的整个表面上扫过(例如，成弧形运动)。当平台220旋转时，研磨垫290的不同区域可被馈送在基板载体210下方，并用以研磨基板。在一些实施例中，平台220将研磨垫290的先前与半导体基板230接触的区域移动至衬垫调节器270。调节臂使衬垫调节器270在先前用以研磨半导体基板230的区域之上扫过，并调节此些区域。平台220接着使此些区域移回至基板载体210及半导体基板230下方。以此方式，在研磨半导体基板230的同时，可调节研磨垫290－例如，同时调节。

调剂盘280可具有不同成分。在一些实施例中，调节盘280可包括钎焊网格型调节盘、金刚石网格型调节盘或其组合。可通过以随机间距将金刚石微粒嵌入或嚢封在不锈钢基板的表面上而形成焊焊网格型调节盘。可通过以规则间距将切割金刚石嵌入于涂布在不锈钢基板的表面上的镍膜中而形成金刚石网格型调节盘。金刚石涂布有类金刚石碳(DLC)层。可使用调节盘280来粗糙化及调节研磨垫290的表面。归因于调节盘280的调节，研磨垫290的表面得以再新，且可维持研磨速率。衬垫调节制程可在研磨制程期间(亦即，称作并发调节)抑或在研磨制程之后进行。

根据一些实施例，图3为研磨垫290的在侦测模块260下方的局部区域300的横截面图。局部衬垫区域300可为调节器270所执行的调节制程的结果，调节器270向研磨垫290的顶表面302施加下压力。局部衬垫区域300亦可为基板载体210所执行的基板研磨制程的另一结果，基板载体210保持基板230并向研磨垫290的顶表面302施加另一下压力。因此，局部衬垫区域300的顶表面302随时间发展出局部形貌(例如，局部不均匀性)，其特征在于在衬垫区域300上具有不同厚度T1及T2的特征，其中T2比T1厚(例如，T2>T1)。在一些实施例中，顶表面302上的厚(例如，T2)特征与薄(例如，T1)特征之间的厚度差可高达1mm(例如，T2–T1≤1mm)。若前述调节制程或基板研磨制程继续处理衬垫区域300，则衬垫区域300的形貌将变得更加明显。举例而言，分别具有厚度T1及T2的厚特征与薄特征之间的厚度差将增大，且衬垫300的均匀性将进一步恶化。作为此制程的结果，研磨垫290将失去其研磨能力。

在调节制程及/或基板研磨制程期间，可通过侦测模块260来侦测衬垫区域300的轮廓。举例而言，探针261可量测探针261与顶表面302上的厚特征之间的距离T3。通过自先前已知的探针261与研磨垫290的底表面304之间的距离T4减去距离T3，侦测模块260可量测衬垫区域300上的厚特征的厚度T2(T2＝T4-T3)。通过沿着横梁263移动探针261，可量测整个衬垫区域300的厚度并由侦测模块260收集。在一些实施例中，侦测模块260可通过量测每一特征与探针261之间的距离(例如，仅量测T3而不与T4比较)来侦测衬垫区域300的表面等高线。在一些实施例中，侦测模块260可侦测衬垫区域300的表面粗糙度，其中探针261可经配置以量测衬垫区域300的表面粗糙度。在一些实施例中，侦测模块260可重构衬垫区域300的表面形态，其中探针261可经配置以记录衬垫区域300的表面的视觉影像，或侦测与衬垫区域300相关联的光学特征(例如，光学相位干涉或偏振)。

图4A至图4C绘示根据本揭示案的一些实施例的各种类型的侦测模块。除非另有说明，否则对侦测模块260的论述适用于图4A至图4C中所绘示的每一侦测模块。

图4A示出根据本揭示案的一些实施例的接触型侦测模块410。作为探针261的实施例，侦测模块410可包括接触探针411，其中接触探针411可经配置以感测机械信号。在一些实施例中，机械信号可包括与量测研磨垫290的一或多个区域的轮廓相关联的机械压力信号。接触探针411可包括探针轨道412；压力探针414，其经配置以感测压力探针414与研磨垫290的顶表面302之间的机械压力；限位开关416，其经配置以决定压力探针414的位置上限；以及移动机构418，其经配置以使压力探针414沿着探针轨道412移动。在一些实施例中，移动机构418可在压力探针414开始量测研磨垫290的轮廓之前将压力探针414置放在位置上限处，其中先前已知位置上限与衬垫290的底表面304之间的距离(例如，先前已知图3中的T2+T3)。在一些实施例中，移动机构418可自位置上限朝向顶表面302垂直地(例如，沿z方向)移动压力探针414，并记录压力探针414的相应垂直移动距离。压力探针414与顶表面302之间的实体接触可产生相应机械压力。回应于相应机械压力高于预定压力阈值，侦测模块410可决定压力探针414的实际移动距离(例如，图3中的T3)。举例而言，压力探针414可为经配置以沿着探针轨道412垂直地移动的触笔。回应于触笔的尖端接触顶表面302，可通过侦测模块410侦测自顶表面300压靠触笔的力。触笔可经配置以继续按压顶表面302，直至达到与此力相关联的特定扭矩(例如，预定压力阈值)为止。因此，上限位置与接触顶表面302的触笔尖端之间的垂直分离可决定压力探针414的实际移动距离(例如，图3中的T3)。通过压力探针414所量测或先前已知的上述距离，侦测模块410可扫描并重构研磨垫290的一或多个区域的轮廓－包括厚度、表面等高线及/或表面粗糙度。在一些实施例中，与预定压力阈值相关联的力可在约0.1mg与约30mg之间。在一些实施例中，与预定压力阈值相关联的力可在约1mg与约15mg之间。在一些实施例中，压力探针414的触笔的外径可在约20nm与约50μm之间。在一些实施例中，压力探针414的触笔的外径可在约50nm与约25μm之间。

图4B示出根据本揭示案的一些实施例的非接触型侦测模块420。作为探针261的实施例，侦测模块420可包括光学模块421，其中光学模块421可经配置以发射及接收与量测研磨垫290上的一或多个区域的轮廓相关联的一或多个光学信号。光学模块421可包括光学发射器422，其经配置以朝向顶表面302发射光学信号423；及光学接收器424，其经配置以接收自顶表面302反射、偏转或折射的光学信号425。归因于光学模块421与顶表面302之间的距离(例如，图3中的T3)，光学信号423可具有与光学信号425的相位或光学路径的相应相位差或相应光学路径差。侦测模块420可经配置以侦测光学信号423与425之间的相应相位差或光学差，以决定光学模块421与顶表面302之间的实际距离。举例而言，光学模块421可为光学表面光度仪且可进一步包括分束器(图4B中未示出)。分束器可经配置以组合光学信号423与425，以便在光学接收器424处生成干涉图案。此些干涉图案可包括与顶表面302的表面等高线/轮廓相关联的信息。在一些实施例中，光学模块421可为数位全息设备，其经配置以基于光学信号423及425的振幅、相位及极化来构建顶表面302的全息影像。在一些实施例中，光学模块421可为共焦显微镜设备，其经配置以记录在不同焦平面上顶表面302的多个二维影像。因此，类似于侦测模块410，侦测模块420可扫描并重构研磨垫290的一或多个区域的轮廓－包括影像、厚度、表面等高线及/或表面粗糙度。在一些实施例中，光学信号423及425的波长可在300nm与750nm之间。在一些实施例中，光学信号423及425的波长可在450nm与700nm之间。在一些实施例中，光学接收器424可包括光侦测器或电荷耦合元件相机。

图4C示出根据本揭示案的一些实施例的非接触型侦测模块430。作为探针261的实施例，侦测模块430可包括声波模块431，其中声波模块431可经配置以发射及接收与量测研磨垫290上的一或多个区域的轮廓相关联的一或多个声波信号。声波模块431可包括声波发射器432，其经配置以朝向顶表面302发射声波信号433；及声波接收器434，其经配置以接收自顶表面302反射、偏转或折射的声波信号435。侦测模块430可经配置以侦测声波信号433与435之间的相位差，以决定声波模块431与顶表面302之间的实际距离，且因此可侦测研磨垫290的一或多个区域的轮廓。在一些实施例中，声波模块431可为基于超音波的装置或基于声纳的设备。

图5为根据本揭示案的一些实施例的研磨设备500的示意图。除非另有说明，否则对研磨设备200的论述适用于研磨设备500。如图5中所绘示，研磨设备500可包括附接至调节器270的侦测模块260。因此，探针261可在研磨垫290的表面之上延伸并在研磨垫290的表面上扫过。在一些实施例中，探针261为非接触型探针(例如，光学型或声波型)，且可侦测研磨垫290的大体上对调节盘280封闭的一或多个区域的轮廓。

图6为根据本揭示案的一些实施例的研磨设备600的示意图。除非另有说明，否则对研磨设备200的论述适用于研磨设备600。如图6中所绘示，研磨设备600可包括独立侦测模块660，其中除非另有说明，否则对侦测模块260的论述适用于独立侦测模块660。独立侦测模块660可包括探针261、横梁263，及经配置以支撑横梁263的基座662。基座662可被定位于邻近研磨垫290，且因此使得横梁263能够在研磨垫290之上延伸。在一些实施例中，基座662可进一步经配置以使横梁263旋转，且因此使得横梁263能够在研磨垫190的表面上扫过。在一些实施例中，基座662可邻近浆料施配器250或调节器270。

图7为根据本揭示案的一些实施例的用于操作研磨系统的方法700。方法700中所示的操作并非穷尽的；亦可在所绘示操作中的任一者之前、之后或其间执行其他操作。在一些实施例中，可以不同次序来执行方法700的操作。方法700的变化在本揭示案的实施例的范畴内。

方法700开始于操作710，此处决定在研磨制程期间研磨系统的研磨垫的一或多个区域的轮廓，研磨制程包括基板研磨制程或调节制程。可通过研磨系统的侦测模块来决定研磨垫的轮廓。在轮廓的决定期间，研磨垫可旋转或静止。侦测模块可基于量测研磨垫的一或多个区域的相应厚度来决定轮廓。在一些实施例中，侦测模块可基于量测研磨垫的一或多个区域的相应表面等高线或表面粗糙度来决定轮廓。在一些实施例中，侦测模块可基于量测研磨垫的一或多个区域的已记录影像来决定轮廓。在一些实施例中，研磨垫的轮廓的决定可参考图2至图6的描述。

在操作720中，比较研磨垫的一或多个区域的轮廓与参考轮廓。参考轮廓可为参考研磨垫的预定轮廓。举例而言，预定轮廓可为表现出整个参考研磨垫上的均匀厚度的研磨垫的衬垫轮廓。在一些实施例中，预定轮廓亦可为参考研磨垫的衬垫轮廓，可通过数学方程(例如，关于研磨垫的外径的单调函数)来描述参考研磨垫的厚度分布。在一些实施例中，预定轮廓可为未曾用于任何研磨制程的新研磨垫的轮廓。在一些实施例中，预定轮廓可为参考研磨垫的表面的一或多个影像，其中参考研磨垫可为新研磨垫或具有均匀厚度的研磨垫。轮廓与参考轮廓的比较可包括自参考轮廓减去轮廓。在一些实施例中，比较可包括自参考轮廓的平均属性(例如，厚度或表面粗糙度)减去此轮廓。在一些实施例中，比较可包括自参考研磨垫的一或多个影像逐个像素减去此轮廓。在一些实施例中，可通过图1中所述的计算机系统来执行比较。

在一些实施例中，参考轮廓可为研磨垫的模拟轮廓。可通过数学过程产生模拟轮廓，用于预测由研磨制程引起的研磨垫的预计磨损。举例而言，研磨制程可为调节制程，其中数学过程可通过考虑研磨系统的调节盘的模拟移动轨迹以及调节制程沿着移动轨迹的相应模拟研磨强度来预测研磨垫磨损。在一些实施例中，可通过研磨垫的半径、研磨垫的旋转速度以及调节盘的旋转速度来决定调节制程的模拟研磨强度。

在一些实施例中，模拟轮廓可通过机器学习过程产生，其中用于机器学习过程的训练数据可包括在先前研磨制程中所使用的另一研磨垫的历史特性。举例而言，其他研磨垫可表现出在用于先前调节制程之后的所得轮廓。训练数据中可包括所得轮廓及先前调节制程的一或多个参数。训练数据可遵循训练程序以训练机器学习过程。经训练的机器学习过程(例如，配置有最佳化的参数)可基于当前正进行的研磨制程的一或多个参数来产生模拟轮廓。在一些实施例中，机器学习过程可包括有监督机器学习过程，诸如，线性回归、决策树、随机森林、支持向量机、人工神经网络、卷积神经网络、递回神经网络或深度学习，其中有监督机器学习过程可通过经由与有监督机器学习过程相关联的一或多个训练程序(例如，梯度下降演算法)引入训练数据来训练或最佳化有监督机器学习过程。

在一些实施例中，可通过大数据挖掘过程产生模拟轮廓，大数据挖掘过程考虑到先前研磨制程中所使用的其他研磨垫的历史特性。举例而言，模拟轮廓可为其他研磨垫的平均轮廓。在一些实施例中，模拟轮廓可为通过对其他研磨垫中第一组的轮廓进行平均并将其他研磨垫中第二组排除为离群值而得到的轮廓。

在操作730中，基于轮廓与参考轮廓之间的比较来调整研磨制程的一或多个参数，其中可通过图1中所述的计算机系统来执行调整。比较可指示研磨垫的一或多个区域的现有磨损，同时调整可最小化由正进行的或过去研磨制程所引起的研磨垫的一或多个区域上的另外磨损。举例而言，在调节制程期间，轮廓与参考轮廓之间的比较可指示研磨垫的第一区域(例如，中心区域)大体上比研磨垫的其他区域(例如，边缘区域)薄。因此，调节盘可经调整以移动远离研磨垫的第一区域，同时调节制程可继续。类似地，在研磨制程期间，计算机系统可调整基板载体的位置以移动远离研磨垫的重度磨损区域。在一些实施例中，基于轮廓与参考轮廓之间的比较，可调整研磨垫的旋转速度、研磨系统的基板载体的位置、基板载体的旋转速度、基板载体所施加的压力、研磨系统的浆料供应器的流动速率、浆料供应器的位置、调节器的旋转速度及/或调节器所施加的压力，以最小化研磨垫上的另外磨损。

可以软件、硬件或其组合来实施实施例的各种态样。图8为实例计算机系统800的绘示，在此实例计算机系统800中可将本揭示案的实施例或实施例的部分实施为计算机可读程序码。依据此实例计算机系统800(诸如，图1的计算机系统130)来描述本揭示案的各种实施例。

计算机系统800可为计算机系统130的实例，且可包括一或多个处理器，诸如，处理器804。处理器804连接至通讯基础架构806(例如，汇流排或网络)。

计算机系统800亦包括主要记忆体808(诸如，随机存取记忆体(RAM))，且亦可包括次要记忆体810。次要记忆体810可包括(例如)硬盘驱动器812、可移动储存器驱动器814及/或记忆棒。可移动储存器驱动器814可包括软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、快闪记忆体或其类似者。可移动储存器驱动器814以熟知方式自可移动储存单元818读取及/或向可移动储存单元818写入。可移动储存单元818可包括由可移动储存器驱动器814读取或写入至可移动储存器驱动器814的软盘、磁带、光盘、快闪驱动器等等。可移动储存单元818包括其中储存有计算机软件及/或数据的计算机可读储存媒体。计算机系统800包括自通讯基础架构806(或自未绘示的图框缓存器)转递图形、文本及其他数据的显示界面802(其可包括输入与输出装置803，诸如，键盘、鼠标等)。

在替代实施中，次要记忆体810可包括用于允许将计算机程序或其他指令载入至计算机系统800中(例如，载入至主要记忆体808中)的其他类似装置。此些装置可包括(例如)可移动储存单元822及接口820。此些装置的实例可包括程序匣与匣接口(诸如，在视讯游戏装置中找到的程序匣及匣接口)、可移动记忆体晶片(例如，EPROM或PROM)与相关联插座，以及允许将软件及数据自可移动储存单元822传送至计算机系统800的其他可移动储存单元822与接口820。

计算机系统800亦可包括通讯接口824。通讯接口824允许在计算机系统800与外部装置之间传送软件及数据。通讯接口824可包括数据机、网络接口(诸如，乙太网络卡)、通讯端口或其类似者。经由通讯接口824传送的软件及数据呈信号的形式，信号可为电信号、电磁信号、光学信号或能够被通讯接口824接收的其他信号。经由通讯路径826将此等信号提供至通讯接口824。通讯路径826携载信号，且可使用导线或缆线、光纤、电话线、蜂巢式电话链路、RF链路或其他通讯频道来实施。

在此文件中，术语“计算机程序储存媒体”及“计算机可读储存媒体”大体用以代表非暂时性媒体，诸如，可移动储存单元818、可移动储存单元822及安装在硬盘驱动器812中的硬盘。计算机程序储存媒体及计算机可读储存媒体亦可代表可为半导体记忆体(例如，DRAM，等等)的记忆体，诸如，主要记忆体808及次要记忆体810。本揭示案的实施例可采用现在已知或将来知晓的任何计算机可读媒体。计算机可读储存媒体的实例包括但不限于非暂时性主储存装置(例如，任何类型的随机存取记忆体)及非暂时性次储存装置(例如，硬盘驱动器、软盘、CD ROM、ZIP磁盘、磁带、磁性储存装置、光学储存装置、MEMS、纳米技术储存装置，等等)。

此些计算机程序产品向计算机系统800提供软件。本揭示案的实施例亦针对包括储存在任何计算机可读储存媒体上的软件的计算机程序产品。当在一或多个数据处理装置中执行时，此软件使(若干)数据储存装置如本文中所述地操作。

计算机程序(本文中亦称作“计算机控制逻辑”)被储存在主要记忆体808及/或次要记忆体810中。亦可经由通讯接口824接收计算机程序。当被执行时，此些计算机程序使得计算机系统800能够实施本揭示案的各种实施例。详言的，当被执行时，计算机程序使得处理器804能够实施本揭示案的实施例的制程，诸如，图7所绘示的方法700中的操作。在使用软件来实施本揭示案的实施例的情况下，可将软件储存在计算机程序产品中，并使用可移动储存器驱动器814、接口820、硬盘812或通讯接口824将其载入至计算机系统800中。

可以多种配置及架构来实施前面实施例中的功能/操作。因此，前面实施例中的一些或所有操作－例如，图1中所述的研磨系统100的功能、研磨设备200的功能及图7中所述的方法700－可以计算机系统800(例如，通过处理器804)执行，以硬件执行，以软件执行或以其组合执行。在一些实施例中，包括其上储存有控制逻辑(软件)的有形计算机可用或可读媒体的有形设备或制品在本文中亦称作计算机程序产品或程序储存装置。此计算机程序产品或程序储存装置包括但不限于计算机系统800、主要记忆体808、次要记忆体810及可移动储存单元818与822，以及采用前述各者的任何组合的有形制品。当由一或多个数据处理装置(诸如，计算机系统800)执行时，此控制逻辑使得此些数据处理装置能够如本文中所述地操作。举例而言，硬件/设备可连接至计算机系统800的组件828((若干)远程装置、(若干)网络、(若干)实体828)或为组件828的部件。

本揭示案的实施例提供了用于研磨制程的研磨设备及方法，其使用侦测模块在研磨制程期间侦测研磨垫的一或多个区域的轮廓。侦测模块可包括经配置以量测研磨垫的轮廓的探针，及经配置以支撑探针的横梁。可基于侦测到的轮廓与参考轮廓之间的比较来调整研磨制程的一或多个参数。此研磨设备可提供在研磨制程期间对研磨垫的磨损的原位侦测，从而减少了用以评估研磨垫的状况的时间，并延长了研磨垫的寿命。

在一些实施例中，一种用于研磨基板的设备可包括经配置以研磨基板的研磨垫、经配置以保持基板抵靠研磨垫的基板载体以及经配置以侦测研磨垫的轮廓的侦测模块。侦测模块可包括经配置以量测研磨垫上的一或多个区域的厚度的探针以及经配置以支撑探针的横梁，其中探针可进一步经配置以沿着横梁移动。在一些实施例中，设备进一步包括浆料施配器，浆料施配器经配置以将CMP浆料施配至研磨垫的表面上，其中侦测模块附接至浆料施配器。在一些实施例中，设备进一步包括衬垫调节器，衬垫调节器经配置以调节研磨垫，其中侦测模块附接至衬垫调节器。在一些实施例中，侦测模块进一步包括基座，基座经配置以支撑横梁，且其中基座被定位于邻近研磨垫。在一些实施例中，横梁进一步经配置以在研磨垫之上延伸，且在研磨垫的表面上扫过。在一些实施例中，侦测模块经配置以在研磨制程期间侦测研磨垫的轮廓。在一些实施例中，探针包括光学模块，光学模块经配置以发射及接收与研磨垫上的一或多个区域的厚度量测相关联的一或多个光学信号。在一些实施例中，探针包括声波模块，声波模块经配置以发射及接收与研磨垫上的一或多个区域的厚度量测相关联的一或多个声波信号。在一些实施例中，探针包括接触探针，接触探针经配置以感测与研磨垫上的一或多个区域的厚度量测相关联的机械压力信号。

在一些实施例中，一种用于操作研磨系统的方法可包括决定在研磨制程期间研磨系统的研磨垫的一或多个区域的轮廓，比较轮廓与参考轮廓，以及基于比较来调整研磨制程的一或多个参数。在一些实施例中，决定轮廓包括收集与研磨垫的一或多个区域相关联的厚度数据。在一些实施例中，决定轮廓包括在研磨垫旋转的同时量测研磨垫的一或多个区域的厚度。在一些实施例中，比较轮廓与参考轮廓包括比较轮廓与通过数学过程、机器学习过程、大数据挖掘过程或神经网络过程所产生的模拟轮廓。在一些实施例中，研磨制程包括基板研磨制程或调节制程。在一些实施例中，调整一或多个参数包括调整下列各者中的至少一者：研磨垫的旋转速度、研磨系统的基板载体、基板载体的旋转速度、基板载体所施加的压力、研磨系统的浆料供应器的流动速率、浆料供应器的位置、研磨系统的调节器的位置、调节器的旋转速度，及调节器所施加的压力。

在一些实施例中，一种用于研磨制程的研磨系统可包括研磨设备，及经配置以与研磨设备通讯的计算机系统。研磨设备可包括研磨垫，及经配置以在研磨制程期间侦测研磨垫的一或多个区域的轮廓的侦测模块。计算机系统可包括经配置以储存用于调整研磨制程的一或多个参数的指令的记忆体，以及处理器，处理器经配置以接收来自研磨设备的轮廓，比较轮廓与参考轮廓，且基于轮廓与参考轮廓的比较来更新指令。在一些实施例中，侦测模块包括接触探针、光学探针或声波探针。在一些实施例中，研磨制程包括基板研磨制程或调节制程。在一些实施例中，研磨设备进一步包括平台，平台经配置以支撑并旋转研磨垫。在一些实施例中，研磨设备进一步包括调节器，调节器经配置以调节研磨垫。

应了解，意欲使用实施方式部分而非揭示案的摘要来解释申请专利范围。揭示案的摘要部分可阐述预期的一或多个但非所有的实施例，且因此并不意欲限制附加申请专利范围。

前述揭示内容概述了若干实施例的特征，使得熟悉此项技术者可较佳地理解本揭示案的态样。熟悉此项技术者应了解，他们可容易地使用本揭示案的实施例作为设计或修改用于实现相同目的及/或达成本文中所介绍的实施例的相同优势的其它制程及结构的基础。熟悉此项技艺者亦应认识到，此等等效构造并不脱离本揭示案的实施例的精神及范畴，且他们可在不脱离附加申请专利范围的精神及范畴的情况下进行各种改变、代替及替换。

Claims (10)

1.一种用于研磨一基板的设备，其特征在于，包括：

一研磨垫，该研磨垫经配置以研磨该基板；

一基板载体，该基板载体经配置以来保持该基板抵靠该研磨垫；以及

一侦测模块，该侦测模块经配置以侦测该研磨垫的一轮廓，其中该侦测模块包括：

一探针，该探针经配置以量测该研磨垫上的一或多个区域的一厚度；以及

一横梁，该横梁经配置以支撑该探针，其中该探针进一步经配置以沿着该横梁移动。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括一衬垫调节器，该衬垫调节器经配置以调节该研磨垫，其中该侦测模块附接至该衬垫调节器。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该侦测模块进一步包括一基座，该基座经配置以支撑该横梁，且其中该基座被定位于邻近该研磨垫。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该探针包括一光学模块，该光学模块经配置以发射及接收与该研磨垫上的该一或多个区域的厚度量测相关联的一或多个光学信号。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该探针包括一声波模块，该声波模块经配置以发射及接收与该研磨垫上的该一或多个区域的厚度量测相关联的一或多个声波信号。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该探针包括一接触探针，该接触探针经配置以感测与该研磨垫上的该一或多个区域的厚度量测相关联的一机械压力信号。

7.一种用于操作一研磨系统的方法，其特征在于，包括：

决定在一研磨制程期间一研磨系统的一研磨垫的一或多个区域的一轮廓；

比较该轮廓与一参考轮廓；以及

基于该比较来调整该研磨制程的一或多个参数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该决定该轮廓包括收集与该研磨垫的该一或多个区域相关联的厚度数据。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该决定该轮廓包括在该研磨垫旋转的同时量测该研磨垫的一或多个区域的一厚度。

10.一种用于一研磨制程的研磨系统，其特征在于，包括：

一研磨设备，包括：一研磨垫；以及一侦测模块，该侦测模块经配置以在该研磨制程期间侦测该研磨垫的一或多个区域的一轮廓；以及

一计算机系统，该计算机系统经配置以与该研磨设备通讯，该计算机系统包括：一记忆体，该记忆体经配置以储存用于调整该研磨制程的一或多个参数的指令；以及一处理器，该处理器经配置以接收来自该研磨设备的该轮廓，比较该轮廓与一参考轮廓，且基于该轮廓与该参考轮廓的该比较来更新所述指令。

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