CN117615879A - 用于化学机械抛光的声学传感器的耦合 - Google Patents

Abstract

一种化学机械抛光装置包括：用于支撑抛光垫的平台、用于保持基板的表面抵靠抛光垫的承载头、用于在平台与承载头之间产生相对运动以便抛光基板上的上覆层的电机、包括具有顶表面以接触基板的声学窗口的原位声学监测系统，以及被配置为基于来自原位声学监测系统的已接收到的声学信号来检测抛光终点的控制器。

Description

用于化学机械抛光的声学传感器的耦合

技术领域

本公开涉及化学机械抛光的原位监测，且具体地涉及声学监测。

背景技术

通常通过将导电层、半导体层或绝缘层依序沉积在硅晶片上而在基板上形成集成电路。一个制造步骤涉及在非平面表面上方沉积填料层并平坦化所述填料层。对于某些应用而言，平坦化填料层直到经图案化的层的顶表面被暴露为止。例如，可在已图案化的绝缘层上沉积导电填料层以填充绝缘层中的沟槽或孔。在平坦化之后，在绝缘层的凸起图案之间剩余的金属化层的部分形成通孔、插塞和接线，它们提供基板上的薄膜电路之间的导电路径。对于其他应用(诸如氧化物抛光)而言，(例如通过抛光达预定时段来)平坦化填料层，以在非平面表面上方留下填料层的一部分。另外，光刻通常需要基板表面的平坦化。

化学机械抛光(CMP)是一种被接受的平坦化方法。这种平坦化方法通常需要将基板安装在载体或抛光头上。通常将基板的已暴露表面放置成抵靠旋转的抛光垫。承载头在基板上提供可控负载以将基板推抵抛光垫。通常将研磨抛光浆料供应至抛光垫的表面。

CMP的一个问题在于确定抛光工艺是否完成，即，是否已将基板层平坦化至所期望的平整度或厚度，或在何时已移除了所期望的量的材料。浆料分布、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度和基板上的负载的变化可导致材料移除速率的变化。这些变化以及基板层的初始厚度的变化会导致达到抛光终点所需的时间的变化。因此，通常无法仅作为抛光时间的函数来确定抛光终点。

在一些系统中，在抛光期间例如通过监测电机使平台或承载头旋转所需的扭矩来原位监测基板。也已提出对抛光的声学监测。

发明内容

在一个方面中，一种化学机械抛光装置包括：用于支撑抛光垫的平台、用于保持基板的表面抵靠抛光垫的承载头、用于在平台与承载头之间产生相对运动以便抛光基板上的上覆层的电机、包括具有顶表面以接触基板的声学窗口的原位声学监测系统，以及被配置为基于来自原位声学监测系统的已接收到的声学信号来检测抛光终点的控制器。

在另一方面中，一种化学机械抛光装置包括：平台、支撑在平台上的抛光垫、用于保持基板的表面抵靠抛光垫的承载头、用于在平台与承载头之间产生相对运动以便抛光基板上的上覆层的电机、包括从基板的表面接收声学信号的声学传感器的原位声学监测系统，以及被配置为基于来自原位声学监测系统的已接收到的声学信号来检测抛光终点的控制器。声学传感器以黏合方式附接至抛光垫的底表面。

实施方式可包括以下特征中的一者或多者。传感器可(例如通过黏合剂)紧固至抛光垫。声学窗口可具有比声学传感器小的直径。声学传感器可为压电声学传感器。抛光终点可为下卧层由于基板的抛光而暴露。控制器可被配置为响应于检测而调整承载头的压力或调整新基板的后续抛光的基线压力。

可实现以下可能优势中的一者或多者。可增加声学传感器的信号强度。可更可靠地建立抛光层与传感器之间的声学耦合。可更可靠地检测下卧层的暴露。可更可靠地停止抛光，且可改良晶片至晶片的均匀性。可在检测到平坦化(即，使基板表面平滑)后改变抛光参数，这可改良均匀性或增大抛光速率。可在检测到平坦化后或在检测到平坦化之后的预设时间期满后停止抛光。这可提供替代的终点技术。

在附图和以下描述中阐述一个或多个实施方式的细节。其他方面、特征和优势将从实施方式和图示以及从权利要求书显而易见。

附图说明

图1图示抛光装置的示例的示意性横截面图。

图2A图示接合抛光垫的一部分的声学监测传感器的示意性横截面图。

图2B图示具有声学透射层的声学监测传感器的另一实施的示意性横截面图。

图2C图示声学监测传感器的另一实施的示意性横截面图。

图2D图示声学监测传感器的另一实施的示意性横截面图，其中在抛光层中形成声学窗口且在抛光垫的背衬层中形成声学透射层。

图3图示具有多个声学监测传感器窗口的平台的示意性俯视图。

图4图示具有围绕声学监测传感器窗口的平面部分的平台的示意性俯视图。

图5A至图5C图示基板表面的平坦化。

图6图示在频率范围上的频谱功率密度的总和作为时间的函数的曲线图。

在各图示中，相同附图标记指示相同要素。

具体实施方式

在一些半导体芯片制造工艺中，抛光上覆层(例如，金属、氧化硅或多晶硅)，直到下卧层(例如，介电质，诸如氧化硅、氮化硅或高介电常数介电质)被暴露为止。对于一些应用而言，当下卧层被暴露时，来自基板的声学发射将改变。可通过检测声学信号的这种变化来确定抛光终点。然而，现有监测技术可能无法满足半导体器件制造商日益增长的需求。

待监测的声学发射可能由基板材料经历变形时所释放的能量引起，且所得声学频谱与基板的材料性质有关。在不受任何特定理论限制的情况下，这种能量(也称为“应力能量”)及其特性频率的可能来源包括化学键断裂、特征声子频率、滑黏机制等。可注意，这种应力能量声学效应不同于由基板与抛光垫摩擦引起的振动所产生的噪声(其有时也称作声学信号)，或由开裂、碎裂、断裂或基板上的类似缺陷产生所产生的噪声。通过适当滤波，可将应力能量与其他声学信号区分开，例如，与基板对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，可将来自声学传感器的信号与从测试基板测量的信号(已知其用于表示应力能量)进行比较。

然而，关于声学监测的潜在问题是将声学信号传输至传感器。一些抛光垫具有不良的声能传输。另外，抛光垫与传感器之间的不良耦合倾向于减弱声学信号。此外，可能难以建立从传感器至传感器的一致耦合。

因此，使声学传感器与具有声学信号的低衰减的声学“窗口”接触将是有利的。在一些实施中，将第二层透射材料添加至原位声学监测系统，以进一步增加耦合至声学传感器的声学信号。

例如，通过黏合剂将声学传感器黏合至耦合窗口可减少声学信号中与声学传感器在外壳内的移动相关联的噪声。黏合剂可提供传感器与抛光垫的优异耦合，并在传感器至传感器的基础上提供更可靠的声学衰减。

这些特征中的任一者可独立于其他特征加以使用。

图1图示抛光装置100的示例。抛光装置100包括可旋转的盘形平台120，抛光垫110安置在所述可旋转的盘形平台120上。抛光垫110可为具有外抛光层112和较软背衬层114的双层抛光垫。平台可操作以围绕轴线125旋转。例如，电机121(例如，DC感应电机)可转动驱动轴124以使平台120旋转。

抛光装置100可包括端口130以将抛光液体132(诸如，研磨浆料)分配至抛光垫110上，再分配至垫上。抛光装置也可包括抛光垫调节器以研磨抛光垫110以便使抛光垫110维持在一致的研磨状态下。

抛光装置100包括至少一个承载头140。承载头140可操作以保持基板10抵靠抛光垫110。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固定在柔性膜144下方。承载头140也包括由膜限定的一个或多个独立可控可加压的腔室(例如，三个腔室146a-146c)，所述腔室可将可独立控制的加压施加至柔性膜144上的相关联区且进而施加至基板10上(参见图1)。尽管为了易于说明而仅在图1中图示三个腔室，但可能存在一个或两个腔室，或四个或更多个腔室，例如，五个腔室。

承载头140从支撑结构150(例如，转盘或轨道)悬垂，且通过驱动轴152连接至承载头旋转电机154(例如，DC感应电机)，以使得承载头可围绕轴线155旋转。可选地，每个承载头140可横向地(例如，在转盘150上的滑块上)或通过转盘自身的旋转振荡或通过沿轨道滑动而振荡。在典型操作中，平台围绕其中心轴线155旋转，且每个承载头围绕其中心轴线155旋转并在抛光垫的顶表面上横向地平移。

控制器190(诸如，可程序化计算机)连接至电机121、154，以控制平台120和承载头140的旋转速率。例如，每个电机可包括编码器，所述编码器测量相关联驱动轴的旋转速率。反馈控制电路(其可在电机自身、控制器的一部分或单独电路中)从编码器接收已测量的旋转速率并调整供应至电机的电流以确保驱动轴的旋转速率匹配从控制器接收到的旋转速率。

抛光装置100包括至少一个原位声学监测系统160。原位声学监测系统160包括一个或多个声学信号传感器162。可将每个声学信号传感器安装在上部平台120上的一个或多个位置处。具体地，原位声学监测系统可被配置为检测当基板10的材料经历变形时由应力能量引起的声学发射。

可使用位置传感器(例如，连接至平台轮缘的光学断续器或旋转编码器)来感测平台120的角位置。这准许当传感器162靠近基板时(例如，当传感器162在承载头或基板下方时)仅将已测量信号的部分用于终点检测。

在图1中所示实施中，声学监测系统160包括声学传感器162，声学传感器162被定位为被平台120支撑以通过抛光垫110从基板10接收声学信号。声学传感器162可部分或全部在平台120的顶表面中的凹槽164中。在一些实施中，声学传感器162的顶表面与平台120的顶表面共面。

抛光垫的直接在声学传感器162上方的部分可包括声学窗口119。声学窗口119可比声学传感器162窄(例如，如图2A中所示)，或所述两者可具有基本相等的宽度(例如，10％以内)，例如，如图2C中所示。在声学窗口119比声学传感器119窄的情况下，传感器也可邻接抛光层112的底部。

声学传感器162为接触声学传感器，其具有连接至(例如，直接接触或仅具有黏合层)抛光层112和/或声学窗口119的一部分的表面。例如，声学传感器162可为电磁声学换能器或压电声学换能器。压电传感器可包括被放置成与待监测的主体接触的刚性接触板(例如，为不锈钢等)，以及在接触板的背侧上的压电组件(例如，夹在两个电极之间的压电层)。

在一些实施中，声学传感器162定位在外壳163中的凹槽169内。可选弹簧165可布置在外壳163与支撑件167之间，提供抵靠外壳163的压力。外壳163上的压力将声学传感器162按压至与抛光垫110的一部分接触。或者，弹簧165可直接压抵声学传感器162，例如，若未使用外壳。在一些实施中，弹簧165为长行程弹簧165，其在较大压缩范围内供应与强力弹簧165类似的压力。

声学传感器162可通过电路系统168通过旋转耦合(例如，汞滑环)连接至电源供应器和/或其他信号处理电子器件166。

在一些实施中，原位声学监测系统160为被动式声学监测系统。在这种情形下，信号受声学传感器162监测而不会从声学信号生成器产生信号(或可从系统将声学信号生成器整个省略)。受声学传感器162监测的被动式声学信号可在50kHz至1MHz范围中，例如，200kHz至400kHz，或200kHz至1MHz。例如，为了监测对浅沟槽隔离(STI)中的层间介电质(ILD)的抛光，可监测225kHz至350kHz的频率范围。

可通过内置式内部放大器来放大来自传感器162的信号。在一些实施中，放大增益在40dB与60dB之间(例如，50dB)。可在必要时接着进一步放大并滤波来自声学传感器162的信号，并通过A/D端口数字化至高速数据采集板(例如，在电子器件166中)。可以与生成器163的范围类似的范围或不同(例如，更高)的范围(例如，从1MHz至10MHz，例如，1MHz至3MHz或6MHz至8MHz)记录来自声学传感器162的数据。在其中声学传感器162为被动式声学传感器的实施中，可监测从100kHz至2MHz的频率范围，诸如，500kHz至1MHz(例如，750kHz)。

若定位在平台120中，则声学传感器162可位于平台120的中心处(例如，在旋转轴线125处)，在平台120的边缘处，或在中点处(例如，对于20英寸直径的平台而言在距旋转轴线5英寸处)。

现参考图2A，示出声学监测系统160的另外细节。声学传感器162可被保持在外壳163的顶表面中的凹槽169内。外壳163可辅助传感器162的适当定位。外壳163由刚性、耐用材料组成，所述材料足以保护声学传感器162免受损坏。然而，在一些实施中(例如，如图2C和图2D中所示)，外壳并非必要的，例如，传感器162可简单地装配在凹槽169的侧壁之间并由所述侧壁紧固。描述为使用外壳的各种实施可将外壳省略。

在一些实施中(例如，如图2B中所示)，外壳163延伸穿过背衬层114，且在一些实施中(例如，如图2A中所示)，外壳163延伸穿过抛光层112的一部分。然而，在一些实施中，外壳163整个装配在平台120中的凹槽164内，例如，若传感器163的顶表面与平台120的顶表面共面并接触抛光垫110的底表面。

在一些实施中，外壳163材料为声波减弱的，以减少声学传感器162从与外壳163(诸如，外壳163延伸穿过的背衬层114或抛光层112)接触的表面接收到的噪声。外壳163可由金属(例如，铝或不锈钢)或聚合物材料(例如，聚碳酸酯、聚氯乙烯(PVC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))组成。

假设使用弹簧，则弹簧165的一个端部在与声学传感器162相对的表面上与外壳163接触。在一些实施中，弹簧165的另一端部与搁置在平台120上的支撑件167接触。这种支撑件可为弹簧165的压缩所产生的力提供稳定基础。在一些实施中，弹簧165的另一端部与凹槽164的底表面接触，即，与平台直接接触。弹簧165将外壳163压向抛光层112的抛光表面112a，这促使声学传感器162与抛光层112的底表面接触。这可改良抛光层与传感器之间的声学耦合。然而，描述为使用弹簧的各种实施可省略弹簧，例如，假设传感器以黏合方式附接至声学窗口119和/或抛光垫110的底部。

在一些实施中，支撑件167布置在弹簧165下方，这提供了静止块，弹簧165可将所述静止块推抵外壳163的对面。支撑件167可为足以刚性地支撑弹簧165和外壳163而不会移动或压缩屈曲的任何材料。

除了弹簧以外或替代于弹簧，可通过黏合层170将声学传感器162紧固至抛光层112的一部分(和/或紧固至以下所述的声学窗口119)。黏合层170增大声学传感器162与抛光层112和/或声学窗口119之间的接触面积，减少声学传感器162在抛光操作期间的非所期望的运动，且可减少声学传感器162与抛光层112和/或声学窗口119之间的气体囊袋的存在，从而改良对传感器的耦合，从而减少声学传感器162所接收的声学信号中的噪声。黏合层170可为涂覆在声学传感器162与抛光层112和/或声学窗口119之间的胶水，或黏合带(例如，胶带)。例如，黏合层170可为氰基丙烯酸酯、压敏黏合剂、热熔黏合剂等。

返回图2A，抛光层112包括布置在黏合层170和声学传感器162上方的声学窗口119。然而，在一些实施中，声学传感器162直接接触声学窗口119。

在具有声学窗口的实施中，声学窗口119由与抛光层112不同的材料形成。声学窗口的材料具有足够的声学传输特性，例如，在1兆瑞利(MRayl)与4兆瑞利之间的声阻抗和低于2(例如，低于1、低于0.5)的声学衰减系数，以为声学监测提供信号满意度。

材料的声阻抗是材料对由施加至材料的声压引起的声流所呈现出的反作用的测量。声学衰减系数对已传输的声学幅值如何作为特定材料的频率的函数而减小进行量化。在不希望受理论束缚的情况下，声学窗口119的比声阻抗(AI_window)使液体132和抛光表面112a耦合至声学信号传感器162，声学窗口119的比声阻抗可有益地在范围约等于3-6(AI_slurry即为AI_浆料)内。

具体地，窗口119可具有比周围抛光层112低的声学衰减。这准许抛光层112由更广泛的材料组成，以满足CMP操作的需要。所述窗口可由非多孔材料(例如，固体主体)组成。对比而言，抛光层112可为多孔的(例如，微孔的)，诸如，其中内嵌有中空塑料微球的聚合物基质。

声学窗口119延伸穿过抛光层112，使得一个表面(例如，上表面)与抛光层112的抛光表面112a共面。相对表面(例如，底表面)可与抛光层112的下表面112b共面。在一些实施中，在与抛光表面112a相对的下表面112b中形成凹部118。抛光层112的所述部分(包括凹部118)形成抛光层112的薄部，其具有比其余抛光层112小的厚度，且声学窗口119位于所述薄部中。

声学窗口119可由非多孔材料组成。大体而言，与多孔材料相比较而言，非多孔材料以减少的噪声和分散传输声学信号。声学窗口119材料可具有在周围抛光层112材料的可压缩性范围内的压缩率，其减小了声学窗口119对基板上的抛光表面的抛光特性的影响。在一些实施中，声学窗口119压缩率在抛光层112压缩率的10％内(例如，在8％内、在5％内、在3％内)。在一些实施中，声学窗口119不透光(例如，可视光)。声学窗口119可由聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯或具有低声阻抗和低声学衰减的其他聚合物中的一者或多者组成。

参考图2C，声学窗口119被示为延伸穿过抛光层112的总厚度，使得下表面112b为平面的。传感器162延伸穿过背衬层114中的孔隙114a以接触窗口119的下侧。

在一些实施中，声学监测系统160包括与黏合层170接触的声学透射层172。透射层172为指数匹配材料，其在与透射层172接触的元件之间提供增加的声学信号耦合。透射层172可布置在声学窗口119与黏合层170之间，或在黏合层170与声学传感器162之间，如图2B中所示。在一些实施中，声学监测系统160包括黏合层170、透射层172，或所述两者。例如，透射层172可为Aqualink^TM、Rexolite或Aqualene^TM的层。在一些实施中，透射层172具有在声学窗口119的声学衰减的20％内(例如，10％)的声学衰减。声学透射层172可具有小于周围背衬层114的声学衰减的声学衰减。

声学透射层172可被选择为具有类似于背衬层114的压缩率的压缩率，例如，在周围背衬层114的压缩率的20％内，例如，在10％内。

图2D为一种实施，其中声学窗口119延伸穿过抛光层112的厚度且透射层172延伸穿过背衬层114的厚度。然而，透射层172可比背衬层114薄。在这种情形下，传感器162可在平台120的顶表面上方突出以接合透射层172。

另外，声学信号传感器162被示为具有足以接触透射层172和凹槽164的相对表面的尺寸。在这些实施中，凹槽164为声学信号传感器162提供支撑，同时抛光操作的压力使声学信号传感器162与透射层172接触。如本文中所描述，在透射层172与声学窗口119之间布置黏合层170。在一些实施中，额外的黏合剂固定声学信号传感器162与透射层172之间的接触表面。

在一些实施中，声学监测系统160包括主动式声学监测系统。此类实施包括声学信号生成器和声学传感器，诸如，声学传感器162。

声学信号生成器从基板的更靠近抛光垫110的一侧产生(即，发射)声学信号。声学信号生成器可通过电路系统168通过旋转耦合(例如，汞滑环)连接至电源供应器和/或其他信号处理电子器件166。信号处理电子器件166可进而连接至控制器190，所述控制器190可另外被配置为控制由生成器传输的声能的幅值或频率，例如，通过可变地增大或减小供应至生成器的电流。声学信号生成器163和声学传感器162可彼此耦合，尽管这并非必需的。传感器162和生成器可彼此解耦并物理地分离。对于生成器，可使用市售的声学信号生成器。生成器可附接至平台120并(例如，通过夹具或通过到平台120的螺纹连接来)保持就位。

如图3中所描绘，在一些实施中，可在平台120中安装多个声学信号传感器162，每个声学传感器162与声学窗口119相关联。可以针对图1和图2A至图2B中的任一者所描述的方式来配置每个传感器162。控制器190可使用来自传感器162的信号来计算在抛光期间在基板10上发生的声学发射事件的位置分布。在一些实施中，多个传感器162可围绕平台120的旋转轴线以不同角度位置定位，但距旋转轴线的径向距离相同。在一些实施(诸如，图3的实施)中，多个传感器162定位在距平台120的旋转轴线的不同径向距离处，但在相同角度位置处。在一些实施中，多个传感器162可定位在围绕平台120的旋转轴线的不同角度位置处且在距平台120的旋转轴线的不同径向距离处。

在一些实施中，声学窗口119被抛光层112的平滑部分174围绕。平滑部分174无凹槽116且与声学窗口119的上表面共面。包括围绕声学窗口119的平滑部分174的实施可减少与在抛光操作期间与抛光层112的凹槽116相互作用的基板10相关联的噪声。

通过将导电层、半导体层或绝缘层依序沉积在硅晶片上而形成基板10。填料层沉积在非平面表面上方且经平坦化，以使得填料和非平面表面(诸如，经图案化的层)具有共同的共面表面和/或非平面表面被暴露。在一些实施中，原位声学监测系统160检测层之间的过渡，或与基板10的一个或多个层有关的形貌信息。这提供了将在工艺步骤之间使用的信息。例如，包括填料层的基板10可具有来自沉积工艺的不均匀的表面粗糙度，例如，形貌。检测何时已将形貌平坦化允许系统基于过渡来修改一个或多个工艺条件。例如，一旦填料层表面已平坦化，装置100便可停止高承载头140压力步进。

图5A至图5C描绘存在于基板500的平坦化工艺中的中间层过渡。图6描绘比较跨y轴上的频率范围的总计功率频谱密度(power spectral density；PSD)与以秒(s)为单位的时间的示例性声学信号600。声学信号600具有不同区域，诸如，第一区域602、第二区域604和第三区域606。在一些实施中，区域602、604和606对应于基板500中的层过渡，诸如，在图5A至图5C中所描绘的那些。

图5A示出在抛光之前的示例性基板10。基板10包括晶片502(例如，硅晶片)、经图案化的层504，以及填料层508。在平坦化步骤之前，填料层508为非平面的且包括形貌509。形貌509可由填料层508在经图案化的层504上方的沉积引起，且具有特征大小(例如，金属接线宽度)数量级的尺寸。

在操作期间，承载头保持基板10并在抛光层112与基板10之间产生相对运动。声学信号传感器基于抛光表面112a和基板10的最外层的接触接收声学信号，诸如，声学信号600。在图5A中，在抛光起始时，形貌509与抛光层112接触。

在不希望受理论束缚的情况下，基于改变填料层508材料和抛光层112材料的接触表面而改变声学信号600。具体地，最初，不均匀的形貌可能产生明显的声学信号。然而，随着抛光进行和填料层508的形貌509经平坦化，抛光表面110与基板10之间的界面变得更平滑，且声学信号可减小。形貌509的抛光可对应于图6中的信号600的第一区域602。

再次在不希望受理论束缚的情况下，当已通过装置100移除了形貌509时，层过渡发生。如图5B中所示，剩余填料层508的表面为基本平面的。平面表面的抛光可对应于声学信号600的第二区域604。在信号600的第二区域604中，声学信号600为基本恒定的(尽管受噪声影响)。

仍在不希望受理论束缚的情况下，第二区域604在时间上持续，直到在经图案化的层504上方延伸的填料层508已被移除为止。如图5C中所示，经图案化的层504由与填料层508不同的材料组成，且以不同方式与抛光层112表面和材料相互作用，从而产生声学信号600的第三区域606。另外，持续抛光可形成蝶形凹陷，且这种拓扑可再次增大声学信号。第三区域606不恒定，例如，可增大或减小。

在一些实施中，区域602、604和606之间的区分(例如，对层过渡的检测)可通过声学监测系统160和/或装置100的控制器190来实现。所述检测可通过本领域已知用于检测斜率变化的各种计算来实现，但可包括计算一种或多种微分、滚动平均、开窗口或框逻辑算法。

在额外实施中，在应用斜率变化检测算法之前，可使用额外步骤来处理声学信号600。例如，声学信号600可经受一个或多个滤波器(例如，带通滤波器)和/或一种或多种变换(例如，快速傅立叶变换)。例如，带通滤波器可用于在处理之前隔离声学信号600的优选频率，诸如，在从50kHz至500kHz的范围中或在从200kHz至700kHz的范围中的频率。

在一些实施中，装置100响应于区分区域602、604和606来修改一个或多个抛光参数。例如，在其中形貌509被移除的第一区域602期间，装置100可分配第一研磨抛光液体132以用于快速移除形貌509。一旦检测到从第一区域602至第二区域604的过渡，便可将具有较低抛光速率或较低选择性的不同抛光液体132分配至垫110。

替代地或附加地，一旦检测到从第二区域604至第三区域606的过渡，便可减少由承载头140施加的压力。这可减少填料层508蝶形凹陷或腐蚀的危险。

现转向先前实施中任一者的来自于传感器162的信号，所述信号(例如，在放大、初级滤波和数字化之后)可经历数据处理(例如，在控制器190中)，以用于终点检测或反馈或前馈控制。

在一些实施中，控制器190被配置为监测声学损失。例如，将接收到的信号强度与发射信号强度进行比较以产生归一化信号，且可以随时间监测所述归一化信号以检测变化。这些变化可指示抛光终点，例如，若信号超过阈值。

在一些实施中，执行信号的频率分析。例如，频域分析可用于确定频谱频率的相对功率的变化，并确定何时在特定半径处已发生膜过渡。有关按半径的过渡时间的信息可用于触发终点。作为另一示例，可对信号执行快速傅里叶变换(FFT)以产生频谱。可监测特定频带，且若频带中的强度超过阈值，则这可指示下卧层的暴露，这可用于触发终点。或者，若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，则这可指示下卧层的暴露，其可用于触发终点。例如，为了监测对浅沟槽隔离(STI)中的层间介电质(ILD)的抛光，可监测225kHz至350kHz的频率范围。

作为另一示例，可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。必要时可迭代所述分解以将信号分解成更小的分量。可监测频率分量中的一者的强度，且若所述分量中的强度超过阈值，则这可指示下卧层的暴露，这可用于触发终点。

假设传感器162相对于基板10的位置为已知的(例如，使用电机编码器信号或附接至平台120的光学断续器)，则可计算基板上的声学事件的位置，例如，可计算所述事件距基板中心的径向距离。在美国专利第6,159,073号和美国专利第6,296,548号中论述了传感器相对于基板的位置的确定，所述专利以引用方式并入本文。

各种对工艺有意义的声学事件包括微划痕、膜过渡突破和膜清除。可使用各种方法来分析来自波导的声学发射信号。可使用傅立叶变换和其他频率分析方法来确定在抛光期间出现的峰值频率。使用实验确定的阈值和定义频率范围内的监测来标识抛光期间的预期和非预期变化。预期变化的示例包括在膜硬度的过渡期间突然出现峰值频率。非预期变化的示例包括关于耗材组的问题(诸如，垫上釉或其他导致工艺漂移的机器健康问题)。

在操作中，当组件基板10在抛光站点100处抛光时，从原位声学监测系统160收集声学信号。监测所述信号以检测基板10的下卧层的暴露。例如，可监测特定频率范围，且可监测强度并将其与实验确定的阈值进行比较。

抛光终点的检测触发抛光的暂停，尽管抛光可在终点触发后持续达预定时间量。替代地或附加地，所收集的数据和/或终点检测时间可经前馈以控制后续处理操作中对基板的处理(例如，在后续站点进行抛光)，或可经反馈以在同一抛光站点处控制后续基板的处理。例如，对抛光终点的检测可触发对抛光头的当前压力的修改。作为另一示例，对抛光终点的检测可触发对新基板的后续抛光的基线压力的修改。

实施以及在本说明书中所描述的所有功能操作可在数字电子电路系统中实现，或在计算机软件、固件或硬件中(包括本说明书中所公开的结构构件及其结构等效物)实现，或在其组合中实现。可将本文所述的实施实现为一个或多个非暂态计算机程序产品，即，有形地体现在机器可读存储设备中用于由数据处理装置(例如，可程序化处理器、计算机，或多个处理器或计算机)执行或用于控制所述数据处理装置的操作的一个或多个计算机程序。

可以用包括编译或解译语言的任何形式的程序化语言来写入计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)，且可以用任何形式来部署所述计算机程序，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程，或适合于用于计算环境中的其他单元。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保持其他程序或数据的文件的一部分中，在专用于所述程序的单个文件中，或在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的一部分的文件)中。可将计算机程序部署为在一个计算机上或在一个位点上的多个计算机上执行，或分布在多个位点上并通过通信网络互连。

本说明书中所述的工艺和逻辑流可由一个或多个可程序化处理器执行，所述一个或多个可程序化处理器通过对输入数据进行操作并产生输出来执行一个或多个计算机程序以执行功能。工艺和逻辑流也可由专用逻辑电路系统执行，且也可将装置实现为专用逻辑电路系统，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

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，例如包括可程序化处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件以外，装置可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、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统或其中一者或多者的组合的代码。适合于执行计算机程序的处理器包括(例如)通用和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。

适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有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和闪存设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移除磁盘)；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM磁盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路系统补充或并入专用逻辑电路系统中。

上述抛光装置和方法可应用于各种抛光系统中。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，平台可绕轨道运动而非旋转。抛光垫可为紧固至平台的圆形(或某个其他形状)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，其中抛光垫为连续的或线性地移动的卷到卷皮带)。抛光层可为标准(例如，具有填料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；应理解，抛光表面和晶片可被保持在垂直定向或一些其他定向上。

虽然本说明书含有许多细节，但不应将这些解释为对可要求保护的内容的范畴的限制，而应解释为对可能特定于特定发明的特定实施例的特征的描述。在一些实施中，所述方法可应用于上覆和下卧材料的其他组合，并应用于来自其他类型的原位监测系统的信号，例如，光学监测或涡流监测系统。

Claims (20)

1.一种化学机械抛光装置，包括：

平台；

抛光垫，支撑在所述平台上，所述抛光垫具有抛光层；

承载头，用于保持基板的表面抵靠所述抛光垫；

电机，用于在所述平台与所述承载头之间产生相对运动以便抛光所述基板上的上覆层；

原位声学监测系统，包括在所述抛光垫中的声学窗口和以声学方式耦合至所述声学窗口的声学传感器，其中所述声学窗口具有比所述抛光层更低的声学衰减，且其中所述声学窗口具有与所述抛光表面共面以接触所述基板的顶表面；以及

控制器，被配置为基于来自所述原位声学监测系统的已接收到的声学信号来检测抛光终点。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述声学窗口的底表面与所述抛光层的下表面共面。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述抛光垫具有在所述抛光垫下方的背衬层。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述声学窗口的所述底表面与所述背衬层的顶表面共面。

5.如权利要求4所述的装置，其中孔隙穿过所述背衬层形成。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述传感器至少部分地定位在所述孔隙中以接触所述声学窗口的所述底表面。

7.如权利要求5所述的装置，进一步包括声学透射层，所述声学透射层定位在穿过所述声学传感器与所述声学窗口之间的所述背衬层的孔隙中，其中所述声学透射层具有比所述背衬层更低的声学衰减。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述声学透射层的底表面与所述抛光垫的底表面共面。

9.如权利要求1所述的装置，其中在所述抛光层的下侧中形成凹部以形成所述抛光层的薄部，所述声学窗口定位在所述抛光层的所述薄部中，且所述传感器至少部分地定位在所述凹部中。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述声学窗口为非多孔材料。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述抛光层为多孔的且所述声学窗口为固体。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述声学窗口的压缩率在所述抛光层的压缩率的20％以内。

13.如权利要求1所述的装置，其中所述声学传感器以黏合方式附接至所述声学窗口以从所述基板接收声学信号。

14.如权利要求1所述的装置，进一步包括声学透射层，所述声学透射层布置在所述声学传感器与所述声学窗口之间。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述声学透射层以黏合方式附接至所述声学窗口。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述声学传感器以黏合方式附接至所述声学透射层。

17.如权利要求1所述的装置，其中所述原位声学监测系统包括：外壳，所述外壳用于支撑所述声学传感器；以及弹簧，所述弹簧被布置为使所述外壳和所述声学传感器压抵所述抛光层的一部分。

18.如权利要求17所述的装置，其中所述弹簧包括强力弹簧或长行程弹簧。

19.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变化。

20.一种化学机械抛光装置，包括：

平台；

抛光垫，支撑在所述平台上；

承载头，用于保持基板的表面抵靠所述抛光垫；

电机，用于在所述平台与所述承载头之间产生相对运动以便抛光所述基板上的上覆层；

原位声学监测系统，包括声学传感器，所述声学传感器从所述基板的所述表面接收声学信号，所述声学传感器以黏合方式附接至所述抛光垫的底表面；以及

控制器，被配置为基于来自所述原位声学监测系统的已接收到的声学信号来检测抛光终点。