CN115008334A - 用于化学机械抛光的声学监控和传感器 - Google Patents

Abstract

化学机械抛光装置包括：工作台，该工作台用于支撑抛光垫；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；原位声学监控系统；以及控制器。在一些实现中，原位声学监控系统包括：声学信号发生器，该声学信号发生器用于发射声学信号；以及声学信号传感器，该声学信号传感器接收从基板的表面反射的声学信号。控制器被配置为基于来自原位声学监控系统的测量结果来检测由于对基板的抛光而导致的下卧层的暴露。

Description

用于化学机械抛光的声学监控和传感器

技术领域

本公开涉及对化学机械抛光的原位监控。

背景技术

集成电路通常通过在硅晶片上顺序沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成于基板上。一个制造步骤涉及在非平坦表面上沉积填料层并使该填料层平坦化。对于某些应用，填料层被平坦化，直到经图案化的层的顶表面被暴露。例如，导电填料层可被沉积在经图案化的绝缘层上以填充该绝缘层中的沟槽或孔洞。在平坦化之后，金属层保留在绝缘层的凸起图案之间的部分形成通孔、插塞和线路，这些通孔、插塞和线路在基板上的薄膜电路之间提供导电路径。对于其他应用(诸如氧化物抛光)，填料层被平坦化，直到在非平坦表面之上保留预定的厚度。此外，基板表面的平坦化对于光刻通常是必需的。

化学机械抛光(CMP)是一种公认的平坦化方法。这种平坦化方法通常需要将基板安装在承载头或抛光头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转的抛光垫放置。承载头提供基板上的可控负载，从而将基板推至抵靠抛光垫。研磨抛光浆料通常被供应至抛光垫的表面。

CMP中的一个问题是确定抛光过程是否完成，即，基板层是否已经被平坦化到期望平坦度或厚度，或者何时已经去除期望的材料量。浆料分布、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度、以及基板上的负载的变化可能引起材料去除速率的变化。这些变化以及基板层的初始厚度的变化引起到达抛光终点所需的时间的变化。因此，抛光终点通常不能仅仅因变于抛光时间而确定。

在一些系统中，基板在抛光期间被原位监控，例如，通过监控电机旋转工作台或承载头所需的扭矩来监控。还提出了对抛光的声学监控。

发明内容

在一个方面，一种化学机械抛光装置包括：工作台，该工作台用于支撑抛光垫；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；原位声学监控系统，该原位声学监控系统包括声学信号发生器和声学信号传感器，该声学信号发生器用于发射声学信号，该声学信号传感器接收从基板的表面反射的声学信号；以及控制器，该控制器被配置为基于来自原位声学监控系统的测量结果来检测由于对基板的抛光而导致的下卧层的暴露。

在另一个方面，一种化学机械抛光装置包括：工作台，该工作台用于支撑抛光垫；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；原位声学监控系统，该原位声学监控系统包括声学信号传感器，该声学信号传感器接收由基板的应力能生成的声学信号；以及控制器，该控制器被配置为基于来自原位声学监控系统的测量结果、基于所述信号与先前的由测试基板的应力能生成的声学信号的测量结果的比较来检测由于对基板的抛光而导致的下卧层的暴露。

在另一个方面，一种化学机械抛光装置包括：工作台；抛光垫，该抛光垫被支撑在工作台上，且具有穿过其中的孔；液体源，该液体源用于将液体递送到孔中；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；以及原位声学监控系统，该原位声学监控系统包括声学信号传感器，该声学信号传感器被支撑在工作台上并且被定位在孔下方以从基板接收传播通过孔中的液体的声学信号。

在另一个方面，一种化学机械抛光装置包括：工作台；被支撑在工作台上的抛光垫；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；以及原位声学监控系统，该原位声学监控系统包括声学信号传感器。抛光垫包括抛光层，该抛光层具有抛光表面和插入件，该插入件具有比抛光垫的其余部分更低的孔隙度。声学信号传感器包括接合抛光层中的插入件的波导。

实施方式可以包括以下特征中的一项或多项。控制器可被配置为响应于所述确定而确定抛光终点、调整承载头的当前压力或调整新的基板的后续抛光的基线压力。所述流体可包括水。声学信号传感器可以直接与孔中的液体对接而不需要波导。声学信号传感器可以是压电声学传感器。控制器可被配置为从声学信号传感器接收信号并检测抛光终点。控制器可被配置为通过将从所述传感器接收的信号与发生器的输出功率进行比较来归一化该信号。控制器可被配置为通过将该归一化的信号与阈值进行比较来检测终点。插入件和抛光垫的其余部分可以是聚氨酯。

以下可能的优点中的一项或多项可以被实现。可以增加声学传感器的信号强度。可以更可靠地检测下卧层的暴露。可以更可靠地停止抛光以及可以改善晶片间均匀性。

在以下所附附图和描述中阐述一个或多个实施方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他方面、特征以及优点将显而易见。

附图说明

图1示出抛光装置的示例的示意性横截面视图。

图2A示出接合抛光垫一部分的声学监控传感器的示意性横截面视图。

图2B示出具有穿过抛光垫的孔的声学监控传感器的另一实现的示意性横截面视图。

图2C示出接合抛光垫中的插入件的声学监控传感器的另一实现的示意性横截面视图。

图3示出具有声学监控传感器的工作台的示意性俯视图。

各个附图中相同的附图标记指示相同的要素。

具体实施方式

在一些半导体芯片制造工艺中，上覆层(例如，金属、氧化硅或多晶硅)被抛光，直到下卧层(例如，电介质，诸如氧化硅、氮化硅或高K电介质)被暴露为止。对于一些应用，当下卧层被暴露时，来自基板的声学发射将改变。抛光终点可以通过检测声学信号中的此改变来确定。然而，现有监控技术可能无法满足对半导体器件制造的不断增加的需求。

要监控的声学发射可由基板材料经历变形时的能量引起，并且所得的声学频谱与基板的材料性质相关。在不受任何特定理论的限制的情况下，这种能量(也称为“应力能”)的可能来源及其特征频率包括：化学键的断裂、特征声子频率、滑粘机构等。可以注意到，这种应力能声学效应不同于由基板抵靠抛光垫的摩擦引起的振动而产生的噪声(其有时也被称为声学信号)或者由基板上的开裂、碎裂、断裂或类似缺陷生成所产生的噪声。用于这种能量的可能频率范围是50kHz到10MHz，例如100kHz到700kHz，例如400kHz到700kz。可以通过适当的滤波将应力能与其他声学信号区分开，例如，与基板抵靠抛光垫的摩擦或由基板上的缺陷生成所产生的噪声区分开。例如，可以将来自声学传感器的信号与从测试基板测量的已知来表示应力能的信号进行比较。

然而，声学监控的一个潜在问题是将声学信号传输到传感器。即使在使用波导时，抛光垫也倾向于抑制声学信号。由此，使传感器处于声学信号衰减低的位置将是有利的。

另一个问题是由应力能引起的声学发射可能受到显著噪声的影响。下卧层将倾向于具有与上覆层不同的声学性质(例如，反射和衰减)。通过主动地生成声学信号并测量该声学信号从基板的反射，可能降低噪声。

图1示出抛光装置100的示例。抛光装置100包括可旋转盘形工作台120，抛光垫110位于该可旋转盘形工作台120上。抛光垫110可以是具有外抛光层112和较软背衬层114的双层抛光垫。工作台可操作以围绕轴线125旋转。例如，电机121(例如，DC感应电机)可以转动传动轴124以旋转工作台120。

抛光装置100可包括端口130以将抛光液132(诸如研磨浆料)分配到抛光垫110上到垫。抛光装置还可包括抛光垫调节器以研磨抛光垫110，从而将抛光垫110维持在一致的研磨状态。

抛光装置100包括至少一个承载头140。承载头140可操作以将基板10固持抵靠在抛光垫110上。每个承载头140可具有对与每个相应基板相关联的抛光参数(例如，压力)的独立控制。

承载头140可包括保持环142以将基板10保持在柔性膜144下方。承载头140还包括由所述膜定义的一个或多个独立可控的可加压腔室(例如，三个腔室146a-146c)，所述腔室可以将独立可控的加压施加到柔性膜144上的相关联的区，从而施加到基板10上(参见图1)。尽管为了便于说明，图1中仅示出了三个腔室，但也可以有一个或两个腔室，或者四个或更多个腔室，例如，五个腔室。

承载头140从支撑结构150(例如，转盘或轨道)悬挂，并通过传动轴152连接到承载头旋转电机154(例如，DC感应电机)，使得承载头可以绕轴线155旋转。可选地，每个承载头140可以横向地振荡，例如，在转盘150上的滑块上、或通过转盘本身的旋转振荡、或通过沿着轨道滑动而横向地振荡。在典型操作中，使工作台围绕其中心轴线125旋转，并且使每个承载头围绕其中心轴线155旋转并跨抛光垫的顶表面横向地平移。

控制器190(诸如可编程计算机)连接到电机121、154，以控制工作台210和承载头140的旋转速率。例如，每个电机可包括测量相关联传动轴的旋转速率的编码器。反馈控制电路(其可以是在电机本身中、是控制器的一部分或是单独的电路)从编码器接收测得的旋转速率，并且调整向电机供应的电流以确保传动轴的旋转速率与从控制器接收的旋转速率匹配。

抛光装置100包括至少一个原位声学监控系统160。原位声学监控系统160包括一个或多个声学信号传感器162，并且在一些实现中包括一个或多个声学信号发生器163，该一个或多个声学信号发生器163各自配置成向基板10的较靠近抛光垫110的一侧主动传输声能。每个声学信号传感器或声学信号发生器可被安装在上部工作台120上的一个或多个位置处。特别地，原位声学监控系统可配置为检测在基板10的材料经历变形时由应力能引起的声学发射，以及在包括声学信号发生器163的实现中，配置为检测主动生成的声学信号自基板10的表面的反射。

位置传感器(例如，连接到工作台边缘的光学断续器或旋转编码器)可用于感测工作台120的角位置。这允许仅将在传感器162接近基板时(例如，当传感器162在承载头或基板下方时)测量的信号部分用于终点检测。

在图1所示的实现中，声学信号传感器162定位在工作台120中的凹槽164中，并且定位成从基板的较靠近抛光垫110的一侧接收声学信号。类似地，声学信号发生器163定位在工作台120中的凹槽164中，并且定位成从基板的较靠近抛光垫110的一侧生成(即，发射)声学信号。声学信号传感器162和声学信号发生器163可以由电路系统168通过旋转耦合器(例如，水银滑环)连接到电源和/或其他信号处理电子器件166。信号处理电子器件166可以进而连接到控制器190，控制器190可以附加地配置为例如通过可变地增加或降低供应到发生器163的电流来控制由发生器163传输的声能的幅度或频率。

在一些实现中，原位声学监控系统160是无源声学监控系统。在这种情况下，由声学信号传感器162监控信号，而不从声学信号发生器163生成信号(或者可从系统中完全省略声学信号发生器163)。由声学信号传感器162监控的被动声学信号可以在50kHz到1MHz范围中，例如，200kHz到400kHz或200Khz到1MHz。例如，为了监测浅槽隔离(STI)中的层间电介质(ILD)的抛光，可以监控225kHz到350kHz的频率范围。

在一些实现中，原位声学监控系统160是有源声学监控系统。由声学信号发生器163生成的主动声学信号可具有从5MHz到50MHz的频率范围。

在任一情况下，来自传感器162的信号可由内置的内部放大器以40-60dB的增益放大。如果需要，来自传感器162的信号随后可被进一步放大和滤波，并通过A/D端口数字化到(例如，电子器件166中的)高速数据采集板。可以以与发生器163的范围类似的范围或不同的(例如，更高的)范围(例如，1MHz到10MHz，例如，1-3MHz或6-8MHz)记录来自传感器162的数据。

如果被定位在工作台120中，则声学信号传感器162、声学信号发生器163或这两者可以位于工作台120的中心处(例如，旋转轴线125处)、工作台120的边缘处或中点(例如，对于20英寸直径的工作台，与旋转轴线相距5英寸)处。尽管图1将声学信号传感器162和声学信号发生器163示出为彼此耦合，但这不是必需的。传感器162和发生器163可以解耦并彼此物理分离。

在一些实现中，气体可以被引导到凹槽164中。例如，气体(例如，空气或氮气)可以从压力源180(例如，泵或气体供应管线)通过由工作台120中的管道和/或通道提供的导管182被引导到凹槽164中。出口端口184可以将凹槽164连接到外部环境并且允许气体从凹槽164逸出。该气流可以对凹槽164加压以减少浆料泄漏到凹槽164中和/或将泄漏到凹槽164中的浆料通过出口端口184清除掉，以降低损坏电子器件或其他部件或污染传感器162和发生器163的可能性。

在一些实现中，声学信号传感器162、声学信号发生器163或这两者可以与相应探针170耦合，该相应探针170提供用于传输声能的波导。探针170可以突出到支撑抛光垫110的工作台120的顶表面128上方。探针170可以是例如具有尖锐尖端的针状主体(例如，参见图2A)，该针状主体从传感器162的主体延伸到抛光垫110中。探针可由任何致密材料制造并且理想地由耐腐蚀不锈钢制成。

对于波导所耦合的传感器162，可以使用具有在50kHz与1MHz之间(例如，在125kHz与1MHz之间，例如，在125kHz与550kHz之间)的操作频率的可商购的声学发射传感器(诸如物理声学纳米(Physical Acoustics Nano)30)。有利地，可以使用能够高效地检测高频声能的压电声学传感器。传感器可以附接到波导的远端并且例如用夹具或通过螺纹连接到工作台120而固持在适当位置。

对于波导所耦合的发生器163，可以使用可商购的声学信号发生器。该发生器可以附接到波导的远端并且例如用夹具或通过螺纹连接到工作台120而固持在适当位置。

替代地，在一些其他实现中，孔138可形成在抛光垫110中，并且可以完全延伸穿过抛光层112的厚度和背衬层114的厚度。在多个浆料输送槽116形成在抛光垫110的抛光层112的顶表面中的实现中，孔138可以与槽116中的一个槽116对准，即，孔138可以形成在抛光垫110中、位于槽的正下方、穿过留在槽116下方的抛光层112的薄部分并穿过抛光垫110的背衬层114(例如，参见图2B)。

液体(例如，水)可被引导到孔138中。例如，液体可以从液体源139(例如，液体供应管线)通过由工作台120中的管道和/或通道提供的导管引导到孔138中。作为另一示例，声学信号传感器162本身可包括流体清除端口，例如，通过传感器162的主体的一个或多个通道，液体可以通过该一个或多个通道被引导到孔138中。在任一示例中，延伸穿过抛光垫110的厚度的孔138允许液体直接接触浆料，即，存在于抛光垫110的顶表面上、槽116中或这两者中的浆料。

在此类实现中，声学信号传感器162定位在工作台120中、在孔138下方，以接收从基板10反射的传播通过孔138中的液体的声学信号。孔138的水平横截面尺寸可取决于(例如，等于或小于)声学信号传感器162的主体的确切尺寸，使得传感器162延伸跨过孔138的底部开口以密封上面的容积，从而有效地保持孔138密封并减少液体或浆料通过孔138的泄漏。

参考图2A，在一些实现中，多个浆料输送槽116形成在抛光垫110的抛光层112的顶表面中。槽116部分地但不完全延伸穿过抛光层112的厚度。在图2A所示的实现中，探针170延伸穿过抛光层172，例如，穿过留在槽116下方的抛光垫的薄部分，使得尖端172定位在槽116中的一个槽116中。这允许探针170直接感测传播通过存在于槽116中的浆料的声学信号。与简单地延伸到抛光层中的探针相比，这可以改善声学发射传感器与来自基板10的声学发射的耦合。

探针170的尖端172应当定位在槽116中足够低的位置，使得当抛光垫110被基板10压缩时，尖端不接触基板10。

尽管图2A中未示出，但声学信号发生器163可以类似地耦合到相同或不同类型的探针，使得由发生器163生成的主动声学信号可以直接传播到存在于槽116中的浆料中。

通过向基板10主动地发射声学信号并监控反射的声学信号(例如，代替被动地监控在基板材料经历变形时由应力能引起的声学发射)，可以降低不期望的噪声，同时增强信号强度。这可以提供对终点检测的更精确的监控。

在一些实现中，探针的尖端172的垂直位置是可调整的。这允许感测尖端172的垂直位置相对于抛光垫110的槽的底部精确定位。例如，声学信号传感器162可包括圆柱形主体，该圆柱形主体装配到穿过工作台120一部分的孔中。主体外表面上的螺纹可以与工作台120中的孔的内表面上的螺纹啮合，使得对尖端172的垂直位置的调整可通过主体的旋转来实现。然而，可使用用于垂直调整的其他机构，诸如压电致动器。探针尖端172的垂直定位可以与图1和图2A所示的实现组合。

探针170可以延伸穿过背衬层114并接触背衬层114。替代地，孔118可以形成在背衬层114中，使得探针170延伸穿过孔118并且不与背衬层114直接接触。使用刺穿抛光层112的细针状探针170可以有效地保持抛光层112密封并减少浆料通过由探针170创建的孔的泄漏。另外，波导可以穿透背衬层114而不机械地折损背衬层114的物理性质。

由于将探针170与槽116对准可能是困难的，所以声学信号传感器162、声学信号发生器163或这两者可以与多个探针170耦合。例如，探针可以是多个平行的针。假设探针170延伸跨过至少等于槽116之间的节距的区域，当抛光垫放置在工作台120上时，探针170的尖端172中的至少一个尖端172应当定位在槽116中。

参考图2B，在一些实现中，抛光垫110具有穿过其中的孔138，孔138可被显著地填充有通过液体源139递送的液体。因为声学信号现在可以传播通过孔138中的液体(例如，代替或附加于传播通过抛光垫110内受到显著噪声影响的材料)，所以不再需要通过将传感器162耦合到抛光垫110中的槽中的浆料来降低噪声的波导(在其他情况下需要该波导)。特别地，传感器162与孔138中的液体之间的接触表面的尺寸基本上相当于传感器162(的测量头)的尺寸。例如，如果传感器162具有带有钝的(例如，平坦的)顶端的圆柱形主体，则接触表面尺寸可以等于圆柱形传感器主体的整个水平横截面区域，例如，与包括波导的实现不同，在包括波导的实现中，接触表面(例如，探针的尖端)的尺寸要小得多。

在操作中，被引导到孔138中的诸如水之类的液体可以改善传感器162到基板10的声学耦合。另外，这可以防止浆料在孔138中累积。这种配置允许传感器162通过与基板直接接触的液体和浆料接收声学信号。这可以改善声学信号到传感器162的传输。

参考图2C，在一些实现中，探针170可以穿过抛光垫110的部分，所述部分具有穿过抛光垫的孔138，孔138可被显著地填充有通过液体源139递送的液体。探针170不需要延伸到抛光垫中的槽中。

为了改善声学耦合，抛光层112的部分119可以由具有比抛光垫的其余部分更高的声学传输的材料的插入件代替。插入件119仍与抛光工艺兼容(例如，对抛光工艺惰性)。特别地，尽管抛光层112可以是微孔聚合物层，但插入件可以是无孔聚合物材料。如果插入件119可以是与抛光层112的其余部分相同的碱性聚合物，例如，两者都可以是聚氨酯。插入件119可以具有与抛光层112的其余部分相同的槽。该槽可以帮助避免插入件119上的打滑。

在一些实现中，插入件119具有与抛光层112的其余部分相同的压缩性是有用的。在这种情况下，可通过聚合度或通过聚合物中的成分的特定比率来调整压缩性。在一些实现中，插入件被形成为具有与抛光流体相同的声学阻抗。插入件119不需要是光学透明的。

如图3所描绘的，在一些实现中，多个声学信号传感器162和可选地多个声学信号发生器163可以安装在工作台120中。每个传感器162或发生器163可以以针对图1和图2A-2B中任一者描述的方式来配置。来自传感器162的信号可由控制器190用于计算在抛光期间发生在基板10上的声学发射事件的位置分布。在一些实现中，多个传感器162可定位在围绕工作台120的旋转轴线的不同角位置处，但在与旋转轴线相距相同径向距离处。在一些实现中，多个传感器162定位在与工作台120的旋转轴线相距不同径向距离处，但在相同角位置处。在一些实现中，多个传感器162定位在围绕工作台120的旋转轴线的不同角位置处并且在与工作台120的旋转轴线相距不同径向距离处。

现在转向来自前述实现中任一者的传感器162的信号，该信号(例如，在放大、初步滤波和数字化之后)可以(例如，在控制器190中)经受数据处理，以用于终点检测或反馈或前馈控制。

在一些实现中，控制器190被配置为监控声学损耗。例如，将所接收信号的强度与发射的信号的强度进行比较以生成归一化信号，并且可以随时间监控该归一化信号以检测改变。此类改变可以指示抛光终点，例如，信号是否超过阈值。

在一些实现中，执行对信号的频率分析。例如，频域分析可用于确定频谱频率的相对功率的改变，并且用于确定何时在特定半径处发生膜转变(film transition)。关于按半径的转变时间的信息可用于触发终点。作为另一示例，可以对信号执行快速傅里叶变换(FFT)以生成频率频谱。可以监视特定频带，并且如果该频带中的强度超过阈值，则这可以指示下卧层的暴露，此可用于触发终点。替代地，如果选定频率范围中的局部最大值或最小值的位置(例如，波长)或带宽超过阈值，则这可以指示下卧层的暴露，此可用于触发终点。例如，为了监测浅槽隔离(STI)中的层间电介质(ILD)的抛光，可以监控225kHz到350kHz的频率范围。

作为另一示例，可以对信号执行小波包变换(WPT)以将信号分解成低频分量和高频分量。如果需要，可以迭代该分解以将信号分成较小分量。可以监视频率分量中的一者的强度，并且如果该分量中的强度超过阈值，则这可以指示下卧层的暴露，此可用于触发终点。

假设传感器162相对于基板10的位置是已知的(例如，使用附接到工作台120的电机编码器信号或光学断续器)，则可以计算基板上的声学事件的位置(例如，可以计算该事件与基板的中心相距的径向距离)。在美国专利第6,159,073号和美国专利第6,296,548号中讨论了确定传感器相对于基板的位置，上述文献通过引用结合于此。

各种对工艺有意义的声学事件包括微刮擦、膜转变破裂和膜清除。各种方法可用于分析来自波导的声学发射信号。傅里叶变换和其他频率分析方法可用于确定在抛光期间发生的峰值频率。根据实验确定的阈值和在定义的频率范围内进行的监控被用于识别抛光期间的预期的和意外的改变。预期的改变的示例包括在膜硬度上在转变期间突然出现峰值频率。意外的改变的示例包括与耗材组(consumable set)有关的问题(诸如垫上釉或其他引起工艺漂移的机器健康问题)。

在操作中，当器件基板10在抛光站100处被抛光时，从原位声学监控系统160收集声学信号。监控所述信号以检测基板10的下卧层的暴露。例如，可以监控特定频率范围，并且可以监控强度并将强度与根据实验确定的阈值进行比较。

检测到抛光终点触发抛光的停止，但是抛光可以在终点触发之后继续预定时间量。替代地或附加地，收集的数据和/或终点检测时间可以被前馈用于控制后续处理操作中对基板的处理(例如，在后续站处的抛光)，或者可被反馈用于控制在同一抛光站处对后续基板的处理。例如，检测到抛光终点可以触发对抛光头的当前压力的修改。作为另一示例，检测到抛光终点可以触发对新的基板的后续抛光的基线压力的修改。

本说明书中描述的实现和所有功能性操作可以以数字电子电路系统、或以计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置或其结构等效物)、或以它们的组合实现。本文描述的实现可以实现为一个或多个非瞬态计算机程序产品，即，有形地体现在机器可读存储设备中的一个或多个计算机程序，以用于由数据处理装置(例如，可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机)执行或控制所述数据处理装置的操作。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)可以以包括编译或解释语言的任何形式的编程语言来编写，并且可以以包括作为独立程序或者作为模块、组件、子例程或适于在计算环境中使用的其他单元的任何形式来部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可以被存储在保有其他程序或数据的文件的一部分中、在专用于所讨论的程序的单个文件中、或在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的各文件)中。计算机程序可被部署成在一个计算机上或在一个站点或跨多个站点分布并通过通信网络互连的多个计算机上执行。

本说明书中描述的过程和逻辑流可由一个或多个可编程处理器执行，该一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路系统来执行，并且装置也可以作为专用逻辑电路系统来实现，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)等等。

术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器，例如包括可编程处理器、计算机或者多个处理器或计算机。除了硬件之外，所述装置还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码(例如，构成处理器固件的代码)、协议栈、数据库管理系统、操作系统、或它们中的一者或多者的组合。作为示例，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机中的任何一个或多个处理器。

适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括各种形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，例如包括：半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM和闪存存储器设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路系统补充和/或并入到专用逻辑电路系统中。

可以在各种抛光系统中应用上述的抛光装置和方法。抛光垫、或承载头、或这两者可移动以提供抛光表面与晶片之间的相对运动。例如，工作台可以沿轨道运行，而不是旋转。抛光垫可以是固定到工作台的圆形的(或一些其他形状的)垫。终点检测系统的一些方面可适用于线性抛光系统(例如，其中抛光垫是线性移动的连续的或卷对卷的带)。抛光层可以是标准(例如，具有或不具有填料的聚氨酯)抛光材料、软材料或固定研磨材料。使用相对定位的术语；应当理解，抛光表面和基板能固持在垂直取向或一些其他取向。

尽管本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解读为是对可要求保护的内容的范围的限制，而应被解读为是对具体发明的具体实施例可特有的特征的描述。在一些实现中，所述方法可应用于上覆材料和下卧层材料的其他组合，以及应用于来自其他种类的原位监控系统(例如，光学监控或涡流监控系统)的信号。

Claims (20)

1.一种化学机械抛光装置，包括：

工作台，所述工作台用于支撑抛光垫；

承载头，所述承载头用于将基板的表面固持抵靠在所述抛光垫上；

电机，所述电机用于生成所述工作台与所述承载头之间的相对运动，以便抛光所述基板上的上覆层；

原位声学监控系统，所述原位声学监控系统包括声学信号传感器，所述声学信号传感器接收由所述基板的应力能生成的声学信号；以及

控制器，所述控制器被配置为基于来自所述原位声学监控系统的测量结果、基于所述信号与先前的由测试基板的应力能生成的声学信号的测量结果的比较来检测由于对所述基板的所述抛光而导致的下卧层的暴露。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述声学信号发生器被配置为监控200KHz到1MHz频率处的声能。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述声学信号发生器被配置为监控200KHz到400kHz频率处的声能。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为执行频域分析以确定频谱频率的相对功率的改变。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述控制器被配置为确定所述声学信号传感器相对于所述承载头的中心的径向位置，并且基于所检测到的相对功率的改变来确定何时在特定半径处发生膜转变。

6.一种化学机械抛光装置，包括：

工作台；

被支撑在所述工作台上的抛光垫，所述抛光垫具有穿过其中的孔；

液体源，所述液体源用于将液体递送到所述孔中；

承载头，所述承载头用于将基板的表面固持抵靠在所述抛光垫上；

电机，所述电机用于生成所述工作台与所述承载头之间的相对运动，以便抛光所述基板上的上覆层；以及

原位声学监控系统，所述原位声学监控系统包括声学信号传感器，所述声学信号传感器被支撑在所述工作台上并且被定位在所述孔下方以从所述基板接收传播通过所述孔中的所述液体的声学信号。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述声学信号传感器延伸跨过所述孔以密封所述孔。

8.如权利要求6所述的装置，其中所述抛光垫具有抛光层和在所述抛光层的抛光表面中的多个浆料输送槽，并且其中所述孔延伸穿过所述抛光垫并延伸到所述槽中。

9.一种化学机械抛光装置，包括：

工作台；

被支撑在所述工作台上的抛光垫，所述抛光垫包括具有抛光表面的抛光层，所述抛光层具有插入件，所述插入件具有比所述抛光层的其余部分更低的孔隙度；

承载头，所述承载头用于将基板的表面固持抵靠在所述抛光垫上；

电机，所述电机用于生成所述工作台与所述承载头之间的相对运动，以便抛光所述基板上的上覆层；

原位声学监控系统，所述原位声学监控系统包括声学信号传感器，所述声学信号传感器包括接合所述抛光层中的所述插入件的波导。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述插入件具有与所述抛光垫的其余部分相同的压缩性。

11.如权利要求9所述的装置，其中所述插入件具有与所述抛光垫的所述其余部分相同的组分。

12.如权利要求9所述的装置，其中所述插入件是与所述抛光垫的所述其余部分相同的材料，但聚合程度比所述抛光垫的所述其余部分更低。

13.如权利要求9所述的装置，其中所述插入件没有孔隙。

14.如权利要求9所述的装置，其中槽图案延伸跨过所述插入件和所述抛光垫的所述其余部分这两者。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述槽图案包括同心圆形槽。

16.如权利要求14所述的装置，其中所述波导在所述插入件中的槽之间接合所述插入件中的平台。

17.一种化学机械抛光装置，包括：

工作台，所述工作台用于支撑抛光垫；

承载头，所述承载头用于将基板的表面固持抵靠在所述抛光垫上；

电机，所述电机用于生成所述工作台与所述承载头之间的相对运动，以便抛光所述基板上的上覆层；

原位声学监控系统，所述原位声学监控系统包括：声学信号发生器，所述声学信号发生器用于发射声学信号；以及声学信号传感器，所述声学信号传感器接收从所述基板的所述表面反射的声学信号；以及

控制器，所述控制器被配置为基于来自所述原位声学监控系统的测量结果来检测由于对所述基板的所述抛光而导致的下卧层的暴露。

18.如权利要求17所述的装置，其中所述原位声学监控系统包括波导，所述波导定位成将所述声学信号传感器耦合到所述抛光垫中的槽中的浆料。

19.如权利要求18所述的装置，包括所述抛光垫，并且其中所述抛光垫具有抛光层和在所述抛光层的抛光表面中的多个浆料输送槽，并且其中所述波导延伸穿过所述抛光垫并延伸到所述槽中。

20.如权利要求17所述的装置，其中所述声学信号发生器被配置为生成5kHz到50kHz频率处的声能。

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