CN117769478A - 化学机械抛光设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种化学机械抛光设备及其控制方法。该化学机械抛光设备包括抛光平台，适于承载抛光垫并带动抛光垫运动；抛光头，适于带动所述待抛光对象在所述抛光头和所述抛光垫之间绕所述抛光头的中心轴旋转；金属检测件，被布置为金属检测件相对于所述抛光头的轴向位置保持固定；以及传感器，被布置在所述抛光平台上，并且适于至少获取所述金属检测件在所述传感器由涡流效应所引起的信号值。通过设置金属检测件，可以实时确定抛光垫的厚度。在抛光垫厚度能够被精确确定后，金属膜的厚度就能够被准确且精确地获得，所获得金属膜的厚度进一步用于闭环控制，从而能够显著提高硅片的平坦化均匀性和精度。此外，增加金属检测件并不需要对原有的化学机械抛光设备进行大的结构上的调整，就能够以低成本的方式显著提高硅片的平坦化均匀性和精度。此外，以此方式，不需要再每次更换抛光垫、抛光液后再对传感器参数进行标定，从而提高了设备的易用性。

Description

化学机械抛光设备及其控制方法 技术领域

本公开总体上涉及芯片制造领域，并且具体地涉及一种用于抛光硅片的化学机械抛光设备及其控制方法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing,CMP)，又称化学机械平坦化(Chemical-Mechanical Planarization,CMP)，最初是用于获取高质量的玻璃表面，如军用望远镜。CMP技术后来逐渐应用于半导体器件制造，目前普遍应用于在集成电路(Integrated Circuit,IC)和超大规模集成化(Ultra Large Scale Integration,ULSI)电路中对基体材料硅晶片的抛光，即，用来对正在加工中的晶圆或硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。

区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法，CMP通过化学的和机械的综合作用，从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即，用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。在一定压力及抛光液存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面。目前普遍认为，当器件特征尺寸在0.35μm以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术，其应用范围正日益扩大。

发明内容

本公开涉及一种化学机械抛光的技术方案，并且具体提供了一种用于抛光晶圆的化学抛光设备及其控制方法。

在本公开的第一方面，提供了一种化学机械抛光设备。该化学机械抛光设备包括抛光平台，适于承载抛光垫并带动抛光垫运动；抛光头，适于带动所述待抛光对象在所述抛光头和所述抛光垫之间绕所述抛光头的中心轴旋转；金属检测件，被布置为所述金属检测件相对于所述抛光头的轴向位置保持固定；以及传感器，被耦合至所述抛光平台，并且适于至少获取所述金属检测件在所述传感器由涡流效应所引起的信号值。通过设置金属检测件，在金属检测件经过传感器时，由于涡流效应会引起传感器的检测线圈中的阻抗发生变化，最终体现为传感器的输出的信号值发生变化。在这种情况下，只需要确定抛光垫的厚度与信号值的关系，就可以实时确定抛光垫的厚度。在抛光垫厚度能够被精确确定后，金属膜的厚度就能够被准确且精确地获得，所获得金属膜的厚度进一步用于闭环控制，从而能够显著提高硅片的平坦化均匀性和精度。此外，增加金属检测件并不需要对原有的化学机械抛光设备进行大的结构上的调整，就能够以低成本的方式显著提高硅片的平坦化均匀性和精度。此外，抛光垫的厚度和信号值的关系只需要在首次使用时进行标定并存储即可，不需要每次更换抛光垫后再对传感器参数进行标定，从而提高了设备的易用性。

在一些实现方式中，化学机械抛光设备还包括修整器，适于在所述抛光垫的预定范 围内可旋转地运动，以修整所述抛光垫。以此方式，能够对抛光垫进行实时修整，从而提高抛光和修整效率。

在一种实现方式中，所述金属检测件被固定地附接至所述抛光头或所述修整器的至少一个的外周。以此方式，能够有效地提高布置金属检测件的灵活性。

在一些实现方式中，金属检测件呈环形。环形的金属检测件能够避免因抛光头经过传感器的路径不一致而导致的无效感应，从而能够提高实时确定抛光垫厚度的可靠性。

在一些实现方式中，化学机械抛光设备还包括容纳部，被固定地附接至所述抛光头或所述修整器的至少一个的外周，并且适于密封地容纳所述金属检测件。容纳部能够有效地避免金属检测件被抛光液所侵蚀，从而提高寿命和可靠性。

在一些实现方式中，容纳部包括：开口，适于供所述金属检测件进入到所述容纳部中；以及盖，适于密封所述开口。以此方式，能够便于金属检测件的装配以及维护。

在一些实现方式中，所述传感器被布置在所述抛光平台的与承载所述抛光垫的表面相对的下表面上。以此方式，传感器能够在对抛光过程产生任何影响的情况下实时获取抛光垫以及待抛光对象的金属膜的厚度。

根据本公开的第二方面，提供了一种控制化学机械抛光设备的方法。所述方法包括在所述化学机械抛光设备的运行期间从传感器实时获取第一信号值，其中所述第一信号值是被布置为相对于所述抛光头的轴向位置保持固定的金属检测件在所述化学机械抛光设备的传感器由涡流效应所引起的；根据所获取的第一信号值以及厚度-信号值关系来确定所述抛光垫的实时厚度，其中所述厚度-信号值关系表示所述抛光垫的厚度和信号值之间的关系；以及根据所确定的所述实时厚度来对由化学机械抛光设备抛光的对象的金属膜的测量厚度进行修改以确定修正厚度。以此方式，能够提高化学机械抛光设备实施抛光的精度和可靠性。

在一些实现方式中，方法还包括根据所确定的所述修正厚度调整所述化学机械抛光设备的控制参数，直至所述修正厚度在阈值范围内。以此方式，能够通过闭合控制方法进一步提高化学机械抛光设备的精度。

在一些实现方式中，方法还包括确定所述金属膜的所述测量厚度的步骤：在所述化学机械抛光设备的运行期间实时获取第二信号值，其中所述第二信号值是金属膜经过所述传感器时由涡流效应所引起的；以及根据所述第二信号值确定所述金属膜的所述测量厚度。

在一些实现方式中，方法还包括确定所述厚度-信号值关系的步骤：在使用不同厚度的多个抛光垫运行所述化学机械抛光设备期间获取在金属检测件经过所述传感器时由涡流效应所引起的对应的多个信号值；以及根据所述多个信号值和所述多个抛光垫的对应的厚度来确定所述厚度-信号值关系。以此方式，能够避免在每次更换抛光垫、抛光液等时修正传感器，由此提高了化学机械抛光设备的易用性和可靠性。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其他特征通过以下的描述将变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得容易理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施 例。

图1示出了传统方案中的化学机械抛光设备的简化立体示意图；

图2示出了传统方案中的化学机械抛光设备的简化侧视示意图；

图3示出了不同的抛光垫厚度对应的传感器信号值和金属膜厚度的关系；

图4示出了根据本公开实施例的化学机械抛光设备的简化侧视示意图；

图5示出了根据本公开的实施例的化学机械抛光设备的抛光头的俯视图；

图6示出了根据本公开的实施例的化学机械抛光设备的抛光头的侧视剖面示意图；

图7示出了根据本公开的实施例的化学机械抛光设备的抛光头的局部的侧视剖面示意图；以及

图8示出了根据本公开的实施例的控制化学机械抛光设备的方法的流程图。

贯穿所有附图，相同或者相似的参考标号被用来表示相同或者相似的组件。

具体实施方式

下文将参考附图中示出的若干示例性实施例来描述本公开的原理和精神。应当理解，描述这些具体的实施例仅是为了使本领域的技术人员能够更好地理解并实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。在以下描述和权利要求中，除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与所属领域的普通技术人员通常所理解的含义。

如本文所使用的，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象，并且仅用于区分所指代的对象，而不暗示所指代的对象的特定空间顺序、时间顺序、重要性顺序，等等。在一些实施例中，取值、过程、所选择的项目、所确定的项目、设备、装置、手段、部件、组件等被称为“最佳”、“最低”、“最高”、“最小”、“最大”，等等。应当理解，这样的描述旨在指示可以在许多可使用的功能选择中进行选择，并且这样的选择不需要在另外的方面或所有方面比其他选择更好、更低、更高、更小、更大或者以其他方式优选。如本文所使用的，术语“确定”可以涵盖各种各样的动作。例如，“确定”可以包括运算、计算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一数据结构中查找)、查明等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。再者，“确定”可以包括解析、选择、选取、建立等。

本文使用的术语“电路”是指以下的一项或多项：(a)仅硬件电路实现方式(诸如仅模拟和/或数字电路的实现方式)；以及(b)硬件电路和软件的组合，诸如(如果适用)：(i)模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合，以及(ii)硬件处理器的任何部分与软件(包括一起工作以使装置，诸如通信设备或其他电子设备等，执行各种功能的数字信号处理器、软件和存储器)；以及(c)硬件电路和/或处理器，诸如微处理器或者微处理器的一部分，其要求软件(例如固件)用于操作，但是在不需要软件用于操作时可以没有软件。电路的定义适用于此术语在本申请中(包括权利要求中)的所有使用场景。作为另一示例，在此使用的术语“电路”也覆盖仅硬件电路或处理器(或多个处理器)、或者硬件电路或处理器的一部分、或者随附软件或固件的实现方式。例如，如果适用于特定权利要求元素，术语“电路”还覆盖基带集成电路或处理器集成电路、 网络设备、终端设备或其他设备中的类似集成电路。

多层金属技术是早在20世纪70年代就已经出现的集成电路制造技术。多层金属技术使单个集成电路中上百万晶体管和支持元件的内部互连成为可能。而且，此技术有效利用了芯片的垂直空间，使它能够进一步提高器件的集成密度。但是随之而来的较大的表面起伏成为亚微米图形制作的不利因素，因为更多层的加入使硅片表面变得不平整。不平整的硅片表面形貌是不理想的，它导致了一些其他的问题，其中最严重的是无法在硅片表面进行图形制作，因为它受到光学光刻中步进透镜焦距深度的限制。为了解决这些问题，提出了化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)技术。作为一种全局平坦和方法，CMP技术是实现多层集成的关键技术，目前在集成电路制造领域有着不可或缺的作用。可以说没有CMP，进行甚大规模集成电路芯片生产基本就不可能。

从宏观上来说，化学机械抛光技术是机械研磨和化学腐蚀的组合技术，基本过程为：将旋转的被抛光对象W(例如硅片或晶圆)压在与其同方向旋转的抛光垫201上，而抛光液在硅片与抛光垫201之间连续流动。抛光头102和抛光平台101高速反向运转，被抛光硅片表面的反应产物被不断地剥离，新抛光液补充进来，反应产物随抛光液带走。新裸露的硅片平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，借助于纳米粒子的抛光作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，将被抛光对象W上的金属膜抛光到预定的厚度。为了得到高精度的抛光工件，在抛光工序后通常要对被抛光对象W进行清洗和检测，检验是否达到精度要求，以指导后续工序。

CMP技术所采用的设备及消耗品包括：化学机械抛光设备100、抛光液1061、抛光垫201、清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、抛光液分布系统、废物处理和检测设备等。图1和图2示出了前期抛光阶段化学机械抛光设备100的示意性立体视图和侧视图。化学机械抛光设备100简称为抛光机，通常包括前面提到的抛光平台101和抛光头102，所使用的耗材为上面提到的抛光液1061和抛光垫201。在抛光过程中，诸如硅片等的被抛光对象W布置在抛光头102上，并面向抛光平台101上布置的抛光垫201。通过硅片和抛光垫201之间的相对运动来完成抛光。大部分化学机械抛光设备都采用旋转运动或轨道运动。

抛光头102又被成为磨头，是使硅片保持在抛光平台101表面抛光垫201上方的工具。在对硅片进行抛光时，会施加朝向抛光平台101的轴向向下的力，如图1和图2所示。抛光垫201向下的力和抛光平台101的旋转运动影响着抛光的均匀性。在抛光过程中，抛光头102往往用真空来吸住硅片。在有的抛光过程中，真空也可能会被关掉或者相反地施加一个正压力。在一些抛光头102中，硅片和抛光头102之间装有多层结构的衬膜，用来适应硅片的背面，补偿硅片背面和颗粒带来的不平整性。有的衬膜像海绵，具有用于通气的小孔。

抛光液1061又被称为磨料，是精细研磨颗粒和化学品的混合物，在CMP中用来磨掉硅片表面的特殊材料。它是CMP中一种重要的消耗品，因为它包含平坦化所需的化学成分和抛光颗粒。抛光液1061有时通过抛光液喷嘴106喷出。抛光液1061的精确混合和批次之间的一致对获得硅片与硅片、批与批以及可重复性是非常关键的。在抛光过程中，抛光液1061均匀地分布在硅片表面也是重要的。抛光液1061的质量是避免在抛光过程中产生表面擦痕的一个因素。

抛光垫201粘附在抛光平台101的上表面，它是在CMP中决定抛光速率和平坦化 能力的一个重要部件。为了能保持抛光液1061，抛光垫201通常用聚亚胺脂做成，因为聚亚胺脂有像海绵一样的机械特性和多孔吸水特性，抛光垫201中的小孔能帮助传输磨料和提高抛光均匀性。在抛光一些硅片之后，抛光垫201厚度会逐渐变薄，并且表面会变得平坦和光滑，达到一种称为光滑表面的状态，这种光滑表面的抛光垫201不能保持抛光磨料，因而会显著降低抛光速率。

抛光垫201需要进行定期修整来降低光滑表面的影响。修整的目的是要在抛光垫201的寿命期间获得一致的抛光性能。抛光垫201通过一些技术进行修整，如机械式摩擦或用去离子水喷溅，修整后重新产生粗糙的表面。另一种方法是用修整器105，如图1和图2所示。修整器105又叫钻石轮，转动它并与抛光垫201表面接触。修整工艺去除抛光垫201表面的材料，因而是一个对抛光垫201寿命有重要影响的因素。图1中所示的CMP设备可以对抛光垫201进行原位(实时)修整，即，当在抛光垫201的一个位置用修整轮做修整时，在抛光垫201的另一个位置进行硅片的抛光。还有一种修整工艺被称为离位抛光垫201修整。在离位抛光垫201修整时，修整不是在抛光过程中进行的，而只在特定数目的硅片被抛光以后进行。下文将主要以图1中所示出的CMP设备为例来描述本公开的构思，应当理解的是，对于其他类型的CMP设备也是类似的，在下文中将不再分别赘述。

在抛光完预定数目的硅片以后或者在抛光垫201的厚度等参数指示抛光垫201不能再继续使用时，抛光垫201需要更换。经过更换以及修整后的抛光垫201会与原来的抛光垫201存在厚度差异，该厚度差异是影响抛光对象W的质量的重要因素。为了确定是否已将抛光对象W的金属膜抛光到了正确的厚度，一般CMP设备都提供金属膜终点检测(Metal Endpoint Detection,M-EPD)功能，用来实时检测CMP过程中硅片上的金属膜后的变化状态。该终点检测与抛光头102控制形成闭环控制，来更加准确、有效地实现硅片的平坦化。

用于M-EPD功能的传感器104被耦合至抛光平台101，例如，传感器104通常被集成在抛光平台101的下表面上，如图2所示。这里的下表面是指抛光平台101的轴向上与承载抛光垫201的表面相对的表面。这种传感器104通常设置有测量线圈来根据涡流原理检测硅片上的金属膜的厚度。具体而言，由于测量线圈产生的交变磁场在硅片的金属膜上产生电涡流，引起测量线圈的阻抗发生变化。通过测量相应的阻抗变化产生的信号(例如电流信号等)，可以计算出相应的硅片表面金属薄膜的厚度。

在实际应用中，M-EPD的传感器104与硅片距离的变化会影响检测结果。也就是说，在传感器104以及被测金属膜厚度都不变的情况下，两者间距的变化会导致传感器104感应到信号大小的不同。传感器104和被测金属膜之间的间距的变化主要由抛光垫201的厚度变化引起。也就是说，传感器104所感测到的信号值不但与金属膜的厚度有关，还和抛光垫201的厚度有关系。图3示出了对应于多种抛光垫201的厚度下的金属膜厚度和传感器104的信号值之间的关系，其中的横坐标示出了金属膜的厚度，纵坐标示出了传感器104的信号值。如图3所示，在抛光垫201厚度不同的情况下，例如，当抛光垫201厚度分别在3.0mm、3.3mm和3.5mm的情况下，金属膜厚度和传感器104信号值之间的关系也存在着差异。因此，在通过传感器104信号值确定金属膜的厚度时，抛光垫201的厚度是一个关键影响因素。

前文中提到的由于抛光垫201本身属于耗材，随着所抛光的硅片的数目的增加，抛 光垫201的厚度逐渐变薄，例如从3.5mm变到3.0mm。同时抛光垫201的厚度也受抛光垫201上的含水量的不同的影响。因此，在实时确定金属膜厚度的过程中，如果不考虑抛光垫201厚度的变化，所得出的金属膜的厚度也是不准确的。

在传统的解决方案中，为了解决上述问题，所采取的措施通过获取抛光垫201的初始厚度以及厚度和所抛光的硅片数目的关系来大致估算抛光垫201在抛光了预定数目的硅片后的厚度。通过将估算的厚度反馈至最终检测模块，并最终通过该估算的厚度来修正金属膜后的的检测结果。然而由于每张抛光垫201的初始厚度有一定误差，并且每次使用抛光垫201抛光硅片可能存在差异，造成所估算的抛光垫201的厚度并不准确，即，硅片以及传感器104之间的距离也存在偏差，从而导致最终检测所获得的金属膜的厚度不准确。

此外，由于修整器105的修整效果存在差异，造成一张抛光垫201上的厚度也不是均匀的，从而导致硅片与传感器104之间的距离发生变化，并最终影响金属膜厚度检测的准确性。此外，这种估算抛光垫201厚度的方法在每次抛光垫201、抛光液1061、修整器105以及离子水流速等发生变化后，都需要重新标定传感器104，这严重地影响了检测的准确性和CMP设备的易用性。

鉴于传统方案中存在的上述问题以及其他潜在的问题，本公开的实施例提供了一种化学机械抛光设备100及其控制方法。通过该化学机械抛光设备100和相应的控制方法，能够准确地确定抛光垫201的厚度，并因此能够对金属膜的厚度进行更精确地检测。

图4示出了根据本公开实施例的化学机械抛光设备100的侧视示意图。如图4所示，总体上，根据本公开实施例的化学机械抛光设备100包括抛光平台101、抛光头102、传感器104和金属检测件103。抛光平台101适于承载抛光垫201并带动抛光垫201运动。图4示出了抛光平台101承载抛光垫201做绕其主轴的旋转运动。应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的运动也是可能的。例如，在一些实施例中，有的抛光平台101也可以承载抛光垫201做直线往复运动或其他任意适当形式的运动。下文中将主要以图4中所示出的抛光平台101承载抛光垫201做旋转运动为例来描述本公开的构思。应当理解的是，其他运动方式也是类似的，在下文中将不再分别赘述。

抛光头102用于带动诸如硅片的抛光对象W在抛光头102和抛光垫201之间绕抛光头102的中心轴1022旋转。在这个过程中，通过适当的喷嘴106施加在抛光垫201上的抛光液1061在抛光对象W与抛光垫201之间连续流动。抛光头102和抛光平台101高速反向运转，被抛光对象W的表面的反应产物被不断地剥离，新抛光液1061补充进来，反应产物随抛光液1061带走。新裸露的被抛光对象W的平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，使得被抛光对象W的金属膜能够达到预定的厚度。

传感器104可以采用前文中提到的进行终点检测功能的涡流传感器104，其通常可以被布置在抛光平台101的下表面上。在被抛光对象W的金属膜经过传感器104时，传感器104中的测量线圈产生的交变磁场在硅片金属薄膜上产生电涡流会引起测量线圈的阻抗发生变化。这里的“经过”是指被抛光对象W的运动过程中，其上的金属膜和传感器104在轴向上至少部分地重叠的过程。通过测量相应的阻抗变化对应的信号值(例如电流值或阻抗值)，可以计算出相应的抛光对象W的金属薄膜的厚度。图4中还示出 了在一些实施例中，根据本公开实施例的化学机械抛光设备100包括修整器105，其能够在运动范围内做旋转运动，来对抛光垫201进行在线修整。

不同于传统的化学机械抛光设备，根据本公开实施例的化学机械抛光设备100包括金属检测件103。金属检测件103被布置为金属检测件相对于抛光头102的轴向位置保持固定。这里的“轴向位置保持固定”是指对于抛光头102而言，金属检测件103在轴向上的位置是固定不变的。这例如可以通过将金属检测件103固定在抛光头102上来实现。“轴向位置保持固定”还有一个含义表示金属检测件103相对于抛光头102的其他方向(例如径向)上的位置是可以是任意情况，例如可以是变化或不变的。例如，替代地或附加地，在一些实施例中，金属检测件103还可以被布置在修整器105上。当被固定地布置在修整器105上时，在轴向方向上，金属检测件103与及抛光头102之间的相对位置是基本固定的，而径向上的相对位置会发生变化，但也满足“轴向位置保持固定”的条件。也就是说，只要满足“轴向位置保持固定”的条件，金属检测件103可以被布置在任意适当的位置，例如，金属检测件103在一些实施例中被固定地附接至抛光头102或修整器105的至少一个的外周。在下文中，将以图4中所示的金属检测件103被固定地附接至抛光头102为例来描述根据本公开的构思。应当理解的是，其他适当的布置方式也是可能的，在下文中将不再分别赘述。

通过设置金属检测件103，在金属检测件103经过传感器104时，与金属膜的情况类似，由于涡流效应会引起传感器104的检测线圈中的阻抗变化，并体现为所检测的信号值的变化。由于金属检测件103相对于抛光头102的轴向位置是固定的，并且金属检测件103的厚度和形状不会发生变化，对应于金属检测件103的信号值基本只受到抛光垫201厚度的影响。只需要获得抛光垫的厚度和信号值之间的关系，就可以实时确定抛光垫201的厚度。因为前面提到了在测量金属膜的厚度时，金属膜在传感器所引起的信号值不但受金属膜自身厚度的影响，其还受抛光垫201厚度(实际上是金属膜和传感器的检测线圈之间的距离)的影响，因此通过实时确定抛光垫201的厚度能够通过所获得的抛光垫201厚度来修正金属膜的厚度。也就是说，在抛光垫201厚度能够被精确确定后，金属膜的厚度就能够被准确且精确地获得。此外，所获得金属膜的厚度进一步用于闭环控制，从而能够显著提高硅片的平坦化均匀性和精度。

另外，金属检测件103可以以任意适当的方式布置在抛光头102或修整器105的至少一个的外周，并且该方案不需要增加额外的传感器，直接使用化学机械抛光设备100上既有的传感器就能实现上述功能。也就是说，增加金属检测件103并不需要对原有的化学机械抛光设备100进行大的结构上的调整，就能够以低成本的方式显著提高硅片的平坦化均匀性和精度。

由于抛光头102不断旋转并且抛光平台101也不断旋转，金属检测件103每次经过传感器104时的路径和位置可能不同。因此，在有些实施例中，为了确保抛光头102经过传感器104时金属检测件103都能够与传感器104的检测线圈产生有效且一致的涡流效应，在一些实施例中，金属检测件103可以呈环形，如图5所示。图5示出了抛光头102的俯视示意图，其中示出了金属检测件103被固定地布置在抛光头102的外周。以此方式，能够确保对抛光垫201厚度的持续的实时检测，并由此进一步提高被抛光对象W的平坦化均匀性和精度。

当然，应当理解的是，金属检测件103具有图5所示的环形形状的实施例只是示意 性的，并不旨在限制本公开的保护范围，只要能够通过金属检测件103能够获得准确的抛光垫201的厚度，其他任意适当的形状或者结构也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，金属检测件103也可以采用其他适当的封闭结构，例如多边形等。

在一些实施例中，为了避免抛光液1061对金属检测件103可能造成的腐蚀，化学机械抛光设备100可以进一步包括容纳部1025。容纳部1024可以被固定地附接至抛光头102或修整器105的至少一个的外周上，来密封地容纳金属检测件103，如图6所示。图6示出了根据本公开实施例的抛光头102的侧视剖面示意图。如图6所示，抛光头102包括壳体1021、中心轴1022、金属部件1023和非金属部件1024。诸如硅片的被抛光对象W被保持在抛光头102中。在一些实施例中，容纳部1025通过适当的手段被固定地附接至抛光头102的外周上。

在一些实施例中，容纳部1025由诸如塑料等的非金属材料制成。金属检测件103可以在容纳部1025形成的过程中被一体地模制在容纳部1025中，从而有效地避免抛光液1061对金属检测件103所造成的腐蚀。在一些实施例中，容纳部1025也可以采用分体结构以利于金属检测件103的装配和更换。具体而言，容纳部1025可以包括开口和盖1026，如图7所示。金属检测件103可以经由开口而被放入到容纳部1025中，盖1026用来密封该开口。以此方式，金属检测件103能够免受抛光液1061的腐蚀并易于装配和更换。

容纳部1025可以通过任意适当的方式而被布置在抛光头102或修整器105的至少一个的外周。如图7所示，在一些实施例中，容纳部1025可以通过卡扣连接方式而被布置在抛光头102的外周。例如，在一些实施例中，在抛光头102的壳体1021的外周间隔地布置有预定数目的卡接部1027。对应地，容纳部1025的内表面设置有能够耦合至卡接部1027的卡接槽。通过将卡接部1027容纳在卡接槽中，能够容易地将容纳部1025固定至抛光头102的壳体1021。当然应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的方式或者结构也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，容纳部1025也可以通过粘接、过盈配合等方式而被固定地布置在抛光头102或修整器105的至少一个的外周。

当然，应当理解的是，金属检测件103通过容纳部而被布置在抛光头102或修整器105的至少一个上的实施例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围，其他任意适当的布置方式也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，金属检测件103也可以通过适当的方式而被一体地集成在抛光头102的壳体1021中或其他任意适当的位置。这样，能够在不改变原有化学机械抛光设备100的外观的情况下实现对被抛光对象W的金属膜厚度的精确控制。

在一些实施例中，化学机械抛光设备100还可以包括处理单元(未示出)。处理单元能够根据由传感器104所获得信号值来确定抛光垫201的厚度，并进而根据该厚度来修正金属膜的厚度来使得所得到的金属膜的厚度更精确。该处理单元可以是化学机械抛光设备100用于控制化学机械抛光设备100的各项参数等的总的控制单元。在一些替代的实施例中，该处理单元也可以是独立于化学机械抛光设备100的其他处理单元。该独立的处理单元能够与化学机械抛光设备100的控制单元进行通信来交换数据，由此能够进一步提高确定抛光垫201厚度的实时性并降低控制单元的负担，来提高化学机械抛光设备100的稳定性。

根据本公开实施例的另一方面还提供了一种用于控制前述的化学机械抛光设备100的方法。图8示出了该方法的流程图。该方法可以由前文中提到的处理单元来执行来相应地控制化学机械抛光设备100。如图8所示，在610，该处理单元在化学机械抛光设备100的运行期间从传感器104实时获取第一信号值。该第一信号值是金属检测件103经过化学机械抛光设备100的传感器104时由涡流效应所引起的，并能够有传感器104所获取。该第一信号值可以是电流值或者阻抗值等。在获取到第一信号值后，在620，根据所获取的第一信号值以及表示抛光垫201的厚度与信号值之间关系的厚度-信号值关系来确定抛光垫201的实时厚度。

该厚度-信号值关系是信号值与抛光垫201的厚度之间的函数关系，在一些实施例中，其可以通过以下过程来确定。具体而言，在使用不同厚度的多个抛光垫201运行化学机械抛光设备100期间在金属检测件103经过化学机械抛光设备100的传感器104时由涡流效应所引起的对应的多个信号值。通过对多个抛光垫201的厚度和信号值进行一次或二次拟合来确定厚度-信号值关系。该过程一般只需要在初始设置化学机械抛光设备100时进行，确定好的厚度-信号值关系可以被存储在存储器中来供后续确定抛光垫201的实时厚度时使用。也就是说，根据本公开实施例的化学机械抛光设备100，并不需要在抛光垫201、抛光液1061等发生变化的情况对传感器104进行重新标定，而只需要在开始时设置一次即可，这提高了化学机械抛光设备100的易用性。

在630，根据前文中所提到的确定好的实时厚度来对被抛光对象W的金属膜的测量厚度进行修正以获得修正厚度。前文中提到的该测量厚度的值受到金属膜本身厚度的影响和抛光垫201厚度(即，金属膜和传感器的检测线圈之间的距离)的影响。通过所获得的准确的抛光垫201的实时厚度，能够有效地修正测量厚度，从而获得准确且精确地修正厚度。该修正厚度接下来可以被用于闭环控制。例如，在一些实施例中，处理单元可以进一步根据该修正厚度调整化学机械抛光设备100的各项控制参数，直至所获取的修正厚度在预定的阈值范围内，则表示被抛光对象W已经被精确地平坦化。

在一些实施例中，金属膜的测量厚度可以通过以下方式来获得，即，处理单元在化学机械抛光设备100的运行期间实时获取第二信号值。该第二信号值是金属膜经过传感器104时由涡流效应所引起的。类似于第一信号值，该第二信号值也可以是电流值或阻抗值等。接下来，处理单元根据该第二信号值来确定金属膜的测量厚度。所确定的测量厚度可以通过所确定的抛光垫201的实时厚度来修正，从而更精确地对被抛光对象W进行抛光。

另外，尽管上述步骤以特定顺序被描绘，但这并不应该理解为要求这些步骤以示出的特定顺序或以相继顺序完成，或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下，多任务或并行处理会是有益的。同样地，尽管上述论述包含了某些特定的实施细节，但这并不应解释为限制任何发明或权利要求的范围，而应解释为对可以针对特定发明的特定实施例的描述。本说明书中在分离的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任何合适的子组合中实施。

尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反，上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。

Claims (12)

1. 一种化学机械抛光设备，包括：

   抛光平台，适于承载抛光垫并带动抛光垫运动；

   抛光头，适于带动所述待抛光对象在所述抛光头和所述抛光垫之间绕所述抛光头的中心轴旋转；

   金属检测件，被布置为所述金属检测件相对于所述抛光头的轴向位置保持固定；以及

   传感器，被耦合至所述抛光平台，并且适于至少获取所述金属检测件在所述传感器由涡流效应所引起的信号值。
2. 根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，还包括：

   修整器，适于在所述抛光垫的预定范围内可旋转地运动，以修整所述抛光垫。
3. 根据权利要求2所述的化学机械抛光设备，其中所述金属检测件被固定地附接至所述抛光头或所述修整器的至少一个的外周。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的化学机械抛光设备，其中所述金属检测件呈环形。
5. 根据权利要求2或3所述的化学机械抛光设备，还包括：

   容纳部，被固定地附接至所述抛光头或所述修整器的至少一个的外周，并且适于密封地容纳所述金属检测件。
6. 根据权利要求5所述的化学机械抛光设备，其中所述容纳部包括：

   开口，适于供所述金属检测件进入到所述容纳部中；以及

   盖，适于密封所述开口。
7. 根据权利要求1-6中的任一项所述的化学机械抛光设备，还包括：

   处理单元，被配置为至少根据所述信号值来确定所述抛光垫的厚度。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的化学机械抛光设备，其中所述传感器被布置在所述抛光平台的与承载所述抛光垫的表面相对的下表面上。
9. 一种控制化学机械抛光设备的方法，包括：

   在所述化学机械抛光设备的运行期间从传感器实时获取第一信号值，其中所述第一信号值是被布置为相对于所述抛光头的轴向位置保持固定的金属检测件在所述化学机械抛光设备的传感器由涡流效应所引起的；

   根据所获取的第一信号值以及厚度-信号值关系来确定所述抛光垫的实时厚度，其中所述厚度-信号值关系表示所述抛光垫的厚度和信号值之间的关系；以及

   根据所确定的所述实时厚度来对由化学机械抛光设备抛光的对象的金属膜的测量厚度进行修改以确定修正厚度。
10. 根据权利要求9所述的方法，还包括：

    根据所确定的所述修正厚度调整所述化学机械抛光设备的控制参数，直至所述修正厚度在阈值范围内。
11. 根据权利要求9或10所述的方法，还包括确定所述金属膜的所述测量厚度的步骤：

    在所述化学机械抛光设备的运行期间实时获取第二信号值，其中所述第二信号值是金属膜经过所述传感器时由涡流效应所引起的；以及

    根据所述第二信号值确定所述金属膜的所述测量厚度。
12. 根据权利要求9-11中任一项所述的方法，还包括确定所述厚度-信号值关系的步骤：

    在使用不同厚度的多个抛光垫运行所述化学机械抛光设备期间获取在金属检测件经过所述传感器时由涡流效应所引起的对应的多个信号值；以及

    根据所述多个信号值和所述多个抛光垫的对应的厚度来确定所述厚度-信号值关系。