CN111421468A - 具有集成传感器的化学机械抛光保持环 - Google Patents

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Abstract

本文中提供一种用于化学机械抛光承载头的保持环，具有用于基板的固定表面。在一些实施方式中，该保持环可以包括具有中央开口的环形主体、被形成在该主体中的通道，其中该通道的第一端邻近该中央开口；以及被设置在该通道内并邻近该第一端的传感器，其中该传感器配置为检测来自在该基板上进行的工艺的声波及/或振动发射。

Description

具有集成传感器的化学机械抛光保持环
本申请是申请日为2015年5月28日、申请号为201580030103.5、名称为“具有集成传感器的化学机械抛光保持环”的发明专利申请的分案申请。
领域
本公开内容的实施方式一般涉及基板的化学机械抛光(CMP)。
背景
集成电路通常通过连续沉积导体、半导体或绝缘体层而被形成在基板(特别是硅晶片)上。在每个层被沉积之后，该层被蚀刻以产生电路特征。由于一系列的层被依序沉积和蚀刻，基板的外表面或最上面的表面(即基板的暴露表面)变得越来越非平面的。此非平面的表面在集成电路制造工艺的光刻步骤中带来问题。因此，需要定期平坦化基板表面。
化学机械抛光(CMP)是一种公认的平坦化方法。在平坦化期间，基板通常被固定在载体或抛光头上。基板的暴露表面被对着旋转的抛光垫放置。抛光垫可以是“标准的”或固定的研磨垫。标准的抛光垫具有耐用的粗糙表面，而固定的研磨垫具有被保持在容载介质中的研磨颗粒。承载头在基板上提供可控制的负载(即压力)，以对着抛光垫推压基板。包括至少一种化学反应剂和研磨颗粒(若使用标准垫的话)的抛光浆料被供应到抛光垫的表面。
CMP工艺的有效性可以通过CMP工艺的抛光速率及通过所得的基板表面修整度(没有小尺度粗糙度)和平坦度(没有大尺度形貌)来测量。抛光速率、修整度及平整度是由垫和浆料的组合、基板和垫之间的相对速度、及对着垫按压基板的力来决定。
CMP保持环的功能是在抛光期间保持基板。CMP保持环也允许在基板下方输送浆料及影响均匀度的边缘表现。然而，典型的CMP保持环没有可用于工艺期间的闭环控制、在化学机械抛光工艺的终点和灾难性事件(例如基板损坏或滑出)上诊断或提供反馈的集成传感器。
因此，发明人认为，完成准确和可靠的化学机械抛光工艺的终点及灾难性事件检测的结构和方法是期望的。
概述
本文中提供一种用于化学机械抛光承载头的保持环，具有用于基板的固定表面。在一些实施方式中，该保持环可以包括具有中央开口的环形主体、被形成在该主体中的通道，其中该通道的第一端邻近该中央开口；以及被设置在该通道内并邻近该第一端的传感器，其中该传感器配置为检测来自在该基板上进行的工艺的声波及/或振动发射。
在一些实施方式中，一种用于化学机械抛光设备的承载头可以包括基座；被连接到该基座的保持环，其中该保持环包括具有中央开口的环形主体、被形成在该主体中的通道，其中该通道的第一端邻近该中央开口、及被设置在该通道内并邻近该第一端的传感器，其中该传感器配置为检测来自化学机械抛光工艺的声波及/或振动发射；由弯曲件连接到该基座的支撑结构，该弯曲件可独立于该基座和该保持环移动；以及界定可加压腔室的边界的柔性膜，该膜被连接到该支撑结构并具有用于基板的固定表面。
在一些实施方式中，一种用于判断化学机械抛光状况的方法可以包括以下步骤：在化学机械抛光设备中提供保持环，该保持环具有集成传感器；在基板上进行化学机械抛光工艺，该基板被设置在该化学机械抛光设备中；经由该传感器撷取来自所进行的化学机械抛光工艺的声波及/或振动发射；传输与撷取的声波及/或振动发射相关的信息；以及基于传输信息分析判断化学机械抛光状况。
以下描述本公开内容的其他的和进一步的实施方式。
附图简要说明
可以参照附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式来了解以上简要总结和以下更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而，应当注意的是，附图只说明本公开内容的典型实施方式，因此不应被视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容也可承认其他同等有效的实施方式。
图1为依据本公开内容的一些实施方式的化学机械抛光设备的分解立体图。
图2为依据本公开内容的一些实施方式的承载头的示意性截面图。
图3为依据本公开内容的一些实施方式的图2承载头的放大图，本图图示出保持环。
图4为依据本公开内容的一些实施方式的保持环之示意图。
图5为依据本公开内容的一些实施方式用于判断化学机械抛光状况的方法之流程图。
图6绘示依据本公开内容的一些实施方式的示出在化学机械抛光工艺期间检测到的机械故障的电压对时间图。
为了便于理解，已在可能之处使用相同的元件符号来指称对附图而言相同的元件。附图并非依比例绘制，而且为了清楚起见可以被简化。构思的是，一个实施方式的元件和特征可以被有利地并入其他实施方式中而无需进一步详述。
具体描述
本公开内容的实施方式包括允许在CMP工艺中检测终点、异常状况、以及其他诊断信息的设备和方法。具体来说，由CMP工艺在基板上产生的声波及/或振动发射信息是使用具有集成声波/振动传感器302的CMP保持环进行监测。在一些实施方式中，本发明具有集成声波/振动传感器302的保持环将能够实时分析由CMP工艺产生的声波/振动信号。那些CMP声波/振动信号可被用于工艺控制，例如终点检测、异常状况(例如基板滑落)检测、基板装卸问题、CMP头及其他为CMP抛光的组成部分的相关机械组件的机械性能预测、及类似者。所记录的声波/振动信息可以被解析为声波/振动特征，该声波/振动特征被监测变化并与声波/振动特征库相比较。声波频谱的特征变化可以揭示工艺终点、异常状况、及其他诊断信息。因此，符合本公开内容的各个实施方式有利提供的故障检测与分类(FDC)系统和方法能够针对预配置的限制使用统计分析技术来连续地监测设备参数，以提供有关设备正常状态的主动和快速反馈。这种FDC系统和方法有利地排除了非计划的停机时间、提高工具利用率及减少报废。
在一些实施方式中，CMP声波/振动信号/记录将被使用短距离无线方法从CMP头传输出，该短距离无线方法例如BLUETOOTH(蓝牙)或其他无线通信方法。在一些实施方式中，传感器电子组件可以由可充电电池供电，该可充电电池可以在抛光周期中的头转动期间被持续充电。
参照图1，一个或更多个基板10将被化学机械抛光(CMP)设备20抛光。CMP设备20包括具有台面23的下机器基座22及可拆卸的上外罩(未图示)，台面23被安装在下机器基座22上。台面23支撑一系列的抛光站25a、25b及25c、以及用于装载和卸除基板的传送站27。传送站27与三个抛光站25a、25b及25c可以形成大致正方形配置。
每个抛光站25a-25c都包括上面放置抛光垫32的可旋转平台30。假使基板10是直径8英寸(200毫米)或12英寸(300毫米)的圆盘，则平台30和抛光垫32的直径将分别为约20或30英寸。平台30可以被连接到位于机器基座22内的平台驱动马达(未图标)。对于大多数的抛光工艺来说，平台驱动马达以每分钟30至200转驱动平台30，但也可以使用较低或较高的旋转速度。每个抛光站25a-25c可以进一步包括相关的垫调整设备40，以保持抛光垫的抛光状态。
可以由组合的浆料/清洗臂52将含有反应试剂(例如用于氧化物抛光的去离子水)和化学反应催化剂(例如用于氧化物抛光的氢氧化钾)的浆料50供应到抛光垫32的表面。假使抛光垫32是标准垫，则浆料50还可以包括研磨颗粒(例如用于氧化物抛光的二氧化硅)。通常情况下，提供足够的浆料来覆盖和润湿整个抛光垫32。浆料/清洗臂52包括数个喷嘴(未图示)，所述喷嘴在每次抛光和调整周期结束时提供抛光垫32高压清洗。
包括转盘支撑板66和盖68的可旋转多头转盘60位于下机器基座22上方。转盘支撑板66被中心柱62支撑并被位在机械基座22内的转盘马达组件环绕转盘轴64在中心柱62上旋转。多头转盘60包括被以环绕转盘轴64等角度的间隔安装在转盘支撑板66上的四个承载头系统70a、70b、70c、及70d。其中三个承载头系统接收并固持基板，以及通过对着抛光站25a-25c的抛光垫按压基板来抛光基板。其中一个承载头系统从传送站27接收基板并将基板递送到传送站27。转盘马达可以使承载头系统70a-70d及附着于承载头系统70a-70d的基板在抛光站和传送站之间环绕转盘轴64盘旋。
每个承载头系统70a-70d都包括抛光或承载头100。每个承载头100独立地环绕自身的轴旋转，并独立地在形成于转盘支撑板66内的径向槽72中横向摆动。承载驱动轴74延伸穿过槽72，以将承载头旋转马达76(通过移去四分之一的盖68来图示)连接到承载头100。每个头有一个承载驱动轴和马达。每个马达和驱动轴可以被支撑在滑件(未图示)上，滑件可以被径向驱动马达沿着槽线性驱动，以横向摆动承载头。
在实际的抛光过程中，其中三个承载头，例如承载头系统70a-70c的那些承载头被定位于各抛光站25a-25c处及上方。每个承载头100将基板降低而与抛光垫32接触。一般来说，承载头100将基板固持在对着抛光垫的位置并将力分配于整个基板背面。承载头也从驱动轴传送扭矩到基板。
参照图2，承载头100包括壳体102、基座104、平衡环机构106、装载腔室108、保持环110、及基板背衬组件112。壳体102可以被连接到驱动轴74，以在环绕旋转轴107抛光的过程中随驱动轴74旋转，在抛光过程中旋转轴107大致垂直于抛光垫的表面。装载腔室108位于壳体102和基座104之间以施加负载(即向下的压力)到基座104。基座104相对于抛光垫32的垂直位置也可以由装载腔室108控制。
基板背衬组件112包括支撑结构114、将支撑结构114连接到基座104的弯曲隔膜116、及连接到支撑结构114的柔性构件或膜118。柔性膜118延伸于支撑结构114下方，以提供用于基板的固定表面120。加压位于基座104与基板背衬组件112之间的腔室190迫使柔性膜118对着抛光垫向下按压基板。
壳体102通常是圆形的形状，以对应将被抛光的基板的圆形结构。圆柱形轴衬122可以被适配地装入延伸穿过壳体的垂直孔124中，而且两个通道126和128可以延伸穿过壳体用于气动控制承载头。
基座104通常是位于壳体102下方的环状主体。基座104可以由刚性材料形成，该刚性材料例如铝、不锈钢或纤维增强塑料。通道130可以延伸穿过基座，而且两个固定装置132和134可以提供连接点来连接壳体102与基座104之间的柔性管，以将通道128流体耦接到通道130。
可以由夹持环142将弹性和柔性膜140附接于基座104的下表面，以界定囊144。夹持环142可以由螺钉或螺栓(未图示)固定于基座104。可以将第一泵(未图示)连接到囊144，以将流体(例如气体，诸如空气)引入囊中或从囊引出，从而控制在支撑结构114和柔性膜118上的向下压力。
平衡环机构106允许基座104相对于壳体102枢转，使得该基座可以保持大致上与抛光垫的表面平行。平衡环机构106包括平衡环杆150及柔性环152，平衡环杆150适配装入穿过圆柱形轴衬122的通道154，柔性环152被固定于基座104。平衡环杆150可以沿着通道154垂直滑动，以提供基座104的垂直移动，但平衡环杆150阻止基座104相对于壳体102的任何侧向移动。
旋转隔膜160的内缘可以被内夹持环162夹持到壳体102，而外夹持环164可以将旋转隔膜160的外缘夹持到基座104。因此，旋转隔膜160密封壳体102和基座104之间的空间，以界定装载腔室108。旋转隔膜160可以是大致呈环形的60密耳厚硅树脂片。第二泵(未图示)可以被流体连接到装载腔室108，以控制装载腔室中的压力及被施加到基座104的负载。
基板背衬组件112的支撑结构114位于基座104下方。支撑结构114包括支撑板170、环形下夹钳172、及环形上夹钳174。支撑板170可以是大致为圆盘状的刚性构件，该刚性构件具有穿过其中的多个孔176。此外，支撑板170可以在外缘具有向下突出的唇缘178。
基板背衬组件112的弯曲隔膜116是大致平面的环形环。弯曲隔膜116的内缘被夹在基座104和保持环110之间，而弯曲隔膜116的外缘被夹在下夹钳172和上夹钳174之间。弯曲隔膜116是柔性和弹性的，但弯曲隔膜116在径向和切线方向上也可以是刚性的。弯曲隔膜116可以由橡胶(例如氯丁橡胶)、涂布弹性体的织物(例如NYLON或NOMEX)、塑料、或复合材料(例如玻璃纤维)形成。
柔性膜118是由柔性和弹性材料(例如氯丁二烯或乙烯丙烯橡胶)形成的、大致为圆形的薄片。柔性膜118的一部分围绕支撑板170的边缘延伸以被夹在支撑板与下夹钳172之间。
柔性膜118、支撑结构114、弯曲隔膜116、基座104、及平衡环机构106之间的密闭空间界定可加压腔室190。第三泵(未图示)可以流体连接到腔室190，以控制该腔室中的压力，并从而控制柔性膜在基板上的向下力。
保持环110可以是例如由螺栓194(在图2的截面图中仅图示出一个)被固定在基座104外缘、大致为环形的环。当流体被泵入装载腔室108并且基座104被向下推动时，保持环110也被向下推动以对抛光垫32施加负载。保持环110的内表面188连同柔性膜118的固定表面120界定出基板接收凹槽192。保持环110防止基板从该基板接收凹槽跑出。
参考图3，保持环110包括多个部分，包括具有底表面182(可接触抛光垫)的环形下部180、及连接到基座104的环形上部184。下部180可以使用粘着层186粘着于上部184。
在一些实施方式中，保持环110具有通道304，其中声波/振动传感器302被设置在通道304中。在一些实施方式中，声波/振动传感器302可以是麦克风。其他类型的声波传感器可以与符合本公开内容的实施方式一起使用。在一些实施方式中，声波/振动传感器302可以是加速计，例如微电子机械系统(MEMS)加速计，用于检测/测量振动。在一些实施方式中，声波/振动传感器302是可以进行表面声波(SAW)的原位检测/测量的被动传感器，表面声波是沿着表现出弹性的材料的表面行进的声波，且该声波具有通常随着进入基板的深度呈指数衰减的振幅。在一些实施方式中，声波/振动传感器302可以检测、撷取及/或测量从基板上进行的工艺产生的声波发射和振动两者。由CMP工艺在基板上产生的声波/振动发射信息是由声波/振动传感器302撷取。本发明的具有集成声波/振动传感器302的保持环将能够实时分析由CMP工艺产生的、由声波/振动传感器302撷取的声波信号。由声波/振动传感器302撷取的CMP声波/振动信号可被用于工艺控制，例如终点检测、异常情况(例如晶片滑落)检测、基板装卸问题、CMP头及其他为CMP抛光的组成部分的相关机械组件的机械性能预测、及类似者。在一些实施方式中，撷取的声波/振动信息可以被解析为声波/振动特征，该声波/振动特征被监测变化并与声波/振动特征库相比较。声波/振动频谱的特征变化可以揭示工艺终点、异常状况、及其他诊断信息。撷取的声波/振动信息可以被分析以揭示机械故障，例如由抛光工艺、浆料臂和头碰撞、头损耗(例如密封件、平衡环等)、有缺陷的轴承、调整头致动、过度致动、及类似者造成的基板刮痕检测。图6绘示的电压对时间图示出例如由声波/振动传感器302检测到的浆料臂碰撞。电压是从被监测的工艺发射出的声波/振动能量的测量并由声波/振动传感器302检测。
在一些实施方式中，声波/振动传感器302可以包括转换器，该转换器设配置以检测在抛光垫32物理接触到并磨擦基板10时发射的振动机械能。由声波/振动传感器302接收的声波/振动发射信号被转换成电信号，然后经由电导线308以电子形式传送到发送器310。
发送器310可以将接收到的声波/振动信号发送到控制器/计算机340进行分析，并用以控制CMP设备20。在一些实施方式中，发送器310可以是具有传输天线312的无线发送器。因此，在一些实施方式中，由声波/振动传感器302检测到的CMP声波/振动信号将被使用短距离无线方法从CMP头发送出，该短距离无线方法例如BLUETOOTH、射频识别(RFID)信令和标准、近场通讯(NFC)信令和标准、电气和电子工程师协会(IEEE)的802.11x或802.16x信令和标准、或其他经由发送器310的无线通信方法。接收器将接收到信号，所述信号将如以上讨论被进行分析。在一些实施方式中，传感器电子组件可以由可充电电池供电，可充电电池可以在抛光周期中的头转动期间被持续充电。
控制器/计算机340可以是一个或更多个计算机系统，所述计算机系统以通信方式耦接在一起，用于分析由发送器310传送的、且与由声波/振动传感器302撷取的声波/振动发射相关的信息。控制器/计算机340通常包含中央处理单元(CPU)342、存储器344、及用于CPU 342的支持电路346，并有利于判断CMP处理状况(即工艺终点、异常状况等)及基于判断的CMP处理状况来控制CMP设备20的部件。
为了便利上述CMP设备20的控制，控制器/计算机340可以是任何形式的、可在工业设定中使用于控制各种CMP设备和子处理器的通用计算机处理器之一。CPU 342的存储器344或计算机可读介质可以是一个或更多个容易取得的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的、本地或远程的数字存储器。支持电路346被耦接到CPU 342，用于以传统方式支持处理器。这些电路包括高速缓存、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路和子系统、及类似电路。本文所述的发明方法通常作为软件程序被存储在存储器344中。该软件程序也可以被第二CPU(未图示)存储及/或执行，该第二CPU位于由CPU 342控制的硬件的远程。
在一些实施方式中，发送器310可以被耦接到保持环110的外表面。可以将密封件314设置在发送器310与保持环110的外径表面之间，以密封通道304的最外部径向开口。
密封件306可以被沿着通道304的直径最内部设置，以将声波/振动传感器302与CMP工艺环境分离。密封件306防止CMP处理材料和环境状况进入通道304，同时提供高水平的声波/振动传导率。在一些实施方式中，密封件306可以被挤压配入通道304，而且可以像是柱塞被推进通道304的直径最内部。在一些实施方式中，密封件306可以是硅膜。在其他实施方式中，密封件306可以是保持环110壁尚未被钻孔或机械加工的部分。密封件306可以是约1mm至约10mm厚。在一些实施方式中，声波/振动传感器302可以包括湿度或压力传感器，用以检测密封件306是否已故障/破裂。在其他实施方式中，可以使用由声波/振动传感器302检测到的声波/振动信号的分析来判断密封件306是否已故障。
在一些实施方式中，通道304可以被枪钻孔或以其他方式机械加工，以容纳声波/振动传感器302。如图3所图示，在一些实施方式中，通道304可以被整个设置在保持环110内。通道304可以从保持环110的外表面延伸到保持环110接近中央开口的内表面(例如内表面188)。在一些实施方式中，通道304可以被整个设置在环形下部180、环形上部184、或上述两者的组合内。图4绘示至少一个其他的实施方式，其中通道402被设置在保持环110与基座104中，且电导线308附接到发送器310，发送器310被设置在基座104的上表面上。在图4中，密封件404被设置在基座104与保持环110的交面、在通道402和电导线308的周围。
在操作中，可以使用本公开内容的实施方式来判断化学机械抛光状况，如参照图5的方法500所述。方法500开始于502并前进到504，在504具有集成声波/振动传感器302的保持环110被设置在化学机械抛光设备20中。在506，可以在被设置于化学机械抛光设备20中的基板10上进行化学机械抛光工艺。在一些实施方式中，化学机械抛光工艺可以包括抛光处理、基板装卸处理、清洁处理、及类似处理。
方法500前进到508，在508，嵌入保持环110中的声波/振动传感器302撷取来自进行的化学机械抛光工艺的声波/振动发射。
在510，与声波/振动传感器302撷取的声波/振动发射相关的信息被发送器310传输。在一些实施方式中，与声波/振动发射相关的信息被发送器310无线传输到控制器/计算机340。
在512，基于传输信息的分析来判断一种或更多种化学机械抛光状况。例如，在一些实施方式中，所判断的状况可以包括CMP工艺终点检测、异常状况(例如基板滑落)检测、基板装卸问题、CMP头及其他为CMP抛光的组成部分的相关机械组件的机械性能状况、及类似状况。在一些实施方式中，控制器/计算机340可以分析由发送器310传输的信息，以判断一种或更多种CMP工艺状况。
在514，控制器/计算机340可以基于所判断的化学机械抛光状况来控制化学机械抛光设备。方法500在516结束。
参照图3，下部180是由在CMP工艺中化学惰性的材料所形成。此外，下部180应当具有足够的弹性，使得基板边缘对保持环的接触不会导致基板碎裂或破裂。另一方面，下部180不应具有太大的弹性，使得在保持环上的向下压力导致下部180挤入基板接收凹槽192中。具体来说，下部180的材料可以具有在肖氏(Shore)D等级上约80-95的硬度计测量值。一般来说，下部180的材料的弹性模数可以在约0.3-1.0 106磅/平方英寸(psi)的范围中。该下部也应是耐用的，并具有低的磨损率。然而，下部180被逐渐磨损掉是可以接受的，因为这表示可以防止基板边缘切割出进入内表面188的深沟。例如，下部180可以由塑料制成，例如可向DSM Engineering Plastics of Evansville,Ind.以商品名称TechtronTM购得的聚苯硫醚(PPS)。其他的塑料，例如可向Dupont of Wilmington,Delaware购得的DELRINTM、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、或诸如也可购自杜邦(Dupont)的ZYMAXXTM等复合材料也可以是适合的。
下部180的厚度T1应大于基板10的厚度TS。具体来说，下部应该足够厚，使得当基板被承载头夹紧时基板不会刷到粘着层。另一方面，假使下部太厚，则由于下部的柔性性质，保持环的底表面将会经受形变。下部180的初始厚度可为约200至400密耳(具有深度100至300密耳的沟槽)。当沟槽已被磨掉时，可以更换下部。因此，下部180的厚度T1可以在约400密耳(假设初始厚度为400密耳)和约100密耳(假设300密耳深的沟槽被磨掉)之间变化。假使保持环不包括沟槽，则当保持环下部的厚度等于基板厚度时可以更换下部。
下部180的底表面可以是大致平坦的，或该底表面可以具有多个通道或沟槽，以促进浆料从保持环外侧输送到基板。
保持环110的上部184是由刚性材料形成的，该刚性材料例如金属(诸如不锈钢、钼、或铝)、或陶瓷(例如氧化铝)、或其他例示性材料。上部的材料可以具有约10-50 106psi的弹性模数，即下部材料的弹性模数的约10至100倍。例如，下部的弹性模数可为约0.6106psi，上部的弹性模数可为约30 106psi，所以比例为约50：1。上部184的厚度T2应大于下部180的厚度T1。具体来说，上部可以具有约300-500密耳的厚度T2。
粘着层186可以是两部分的缓慢固化环氧树脂。缓慢固化通常表示环氧树脂花费等级在几小时至几天的时间来固定。环氧树脂可以是购自Magnolia Plastics ofChamblee,Ga.的Magnobond-6375TM。或者，不是被粘附，而是下层可以被使用螺钉或压配连接到上部。
保持环的底表面的平面度可以承受边缘效应。具体来说，假使底表面非常平，则边缘效应会降低。假使保持环是相对柔性的，则保持环会变形，其中保持环例如由螺栓194被结合到基部。这种变形产生非平面的底表面，从而增加了边缘效应。虽然保持环可以在安装在承载头上之后被研磨或机械加工，但研磨倾向于在底表面中嵌入杂物，此会损坏基板或污染CMP工艺，而且机械加工是耗时且不方便的。另一方面，完全刚性的保持环(例如不锈钢环)会导致基板破裂或污染CMP工艺。
与完全由诸如PPS的柔性材料形成的保持环相比，在使用本公开内容的保持环之下，保持环110的上部184的刚性将保持环的整体弯曲刚性增加了30-40倍。由刚性上部提供的增加刚性减少或消除了由于将保持环附着于基座所导致的这种变形，从而减轻了边缘效应。此外，在保持环被固定于承载头之后，保持环不需要被研磨。此外，PPS下部在CMP工艺中是惰性的，并具有足够的弹性，以防止基板边缘碎裂或破裂。
本公开内容的保持环刚性增加的另一个效益在于，增加的保持环刚性降低了抛光工艺对于垫压缩性的灵敏度。不受限于任何特别的理论，对于边缘效应(特别是对于柔性保持环)的一个可能的贡献是可被称为保持环“偏转”者。具体来说，在承载头的后缘，基板边缘在保持环的内表面上的力可能会导致保持环偏转，即局部轻微地围绕平行于抛光垫表面的轴扭转。这迫使保持环的内径更深入抛光垫、在抛光垫上产生增加的压力、并使抛光垫材料“流动”而朝向基板边缘移位。抛光垫材料的移位取决于抛光垫的弹性。因此，相对柔性的保持环(可以偏转入垫中)使得抛光工艺对于垫材料的弹性极为敏感。然而，由刚性上部提供的增加刚性减少了保持环的偏转，从而减轻垫的变形、对于垫压缩性的灵敏度、及边缘效应。
虽然上述实施方式聚焦于具有内嵌用于CMP工艺的声波/振动传感器302的保持环，但相同的设计也可被用于边缘环及基板处理腔室中的类似物。此外，一些实施方式可以包括被设置在基板处理腔室的各部分中的一个或更多个声波/振动传感器302，以检测来自不同有利点的各种处理状况，从而创造出“智能腔室”。
虽然前述涉及本公开内容的实施方式，但也可在不偏离本公开内容的基本范围下设计出本公开内容的其他的和进一步的实施方式。

Claims (16)

1.一种用于承载头的保持环，具有用于基板的固定表面，包含：
环形主体，所述环形主体具有中央开口；
通道，所述通道被形成在所述主体中；以及
传感器，被设置在所述通道内，其中所述传感器配置为检测来自在所述基板上进行的工艺的声波及/或振动发射。
2.如权利要求1所述的保持环，进一步包含：
密封件，被设置在所述通道内介于所述传感器与所述中央开口之间。
3.如权利要求2所述的保持环，其中所述密封件为将所述中央开口与所述传感器分离的硅膜。
4.如权利要求2至3中任一项所述的保持环，其中所述通道从所述保持环的外表面延伸到所述保持环的内表面。
5.如权利要求2至3中任一项所述的保持环，其中所述密封件为约1mm至约10mm厚。
6.如权利要求2至3中任一项所述的保持环，进一步包含：
第二传感器，用以检测所述密封件是否故障，其中所述第二传感器为湿度传感器或压力传感器中的一者。
7.如权利要求1至3中任一项所述的保持环，其中所述传感器为用以检测来自在所述基板上进行的工艺的声波发射的麦克风或用以检测从在所述基板上进行的工艺产生的振动的微电子机械系统(MEMS)加速计中的一者。
8.如权利要求1至3中任一项所述的保持环，其中所述传感器经由一条或更多条电导线耦接到发送器。
9.如权利要求8所述的保持环，其中所述发送器为无线发送器，所述无线发送器配置为无线传输与从所述传感器获得的声波及/或振动发射相关的信息。
10.如权利要求8所述的保持环，其中所述发送器被设置在所述保持环的外表面上。
11.一种用于化学机械抛光设备的承载头，包含：
基座；
保持环，被连接到所述基座，其中所述保持环包含：
环形主体，所述环形主体具有中央开口；
通道，所述通道被形成在所述主体中；以及
传感器，被设置在所述通道内，其中所述传感器配置为检测来自化学机械抛光工艺的声波及/或振动发射；
支撑结构，由弯曲件连接到所述基座，所述弯曲件可独立于所述基座和所述保持环移动；以及
柔性膜，界定可加压腔室的边界，所述膜被连接到所述支撑结构并具有用于基板的固定表面。
12.如权利要求11所述的承载头，其中所述保持环进一步包含密封件，所述密封件被设置在所述通道内介于所述传感器与所述中央开口之间。
13.如权利要求12所述的承载头，其中所述密封件为将所述中央开口与所述传感器分离的硅膜。
14.如权利要求11至13中任一项所述的承载头，其中所述通道从所述保持环的外表面延伸到所述保持环的内表面。
15.如权利要求11至13中任一项所述的承载头，其中所述传感器经由一条或更多条电导线耦接到发送器。
16.如权利要求15所述的承载头，其中所述发送器为无线发送器，所述无线发送器配置为无线传输与从所述传感器获得的声波及/或振动发射相关的信息。
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