TW202241639A - 用於化學機械拋光的聲學監控和感測器 - Google Patents

Abstract

化學機械拋光裝置包括：工作臺，該工作臺用於支撐拋光墊；承載頭，該承載頭用於將基板的表面固持抵靠在拋光墊上；電機，該電機用於生成工作臺與承載頭之間的相對運動，以便拋光基板上的上覆層；原位聲學監控系統；以及控制器。在一些實現中，原位聲學監控系統包括：聲學信號發生器，該聲學信號發生器用於發射聲學信號；以及聲學信號感測器，該聲學信號感測器接收從基板的表面反射的聲學信號。控制器被配置為基於來自原位聲學監控系統的測量結果來偵測由於對基板的拋光而導致的下臥層的暴露。

Description

用於化學機械拋光的聲學監控和感測器

本公開涉及對化學機械拋光的原位監控。

積體電路通常藉由在矽晶圓上順序沉積導電層、半導體層或絕緣層而形成於基板上。一個製造步驟涉及在非平坦表面上沉積填料層並使該填料層平坦化。對於某些應用，填料層被平坦化，直到經圖案化的層的頂表面被暴露。例如，導電填料層可被沉積在經圖案化的絕緣層上以填充該絕緣層中的溝槽或孔洞。在平坦化之後，金屬層保留在絕緣層的凸起圖案之間的部分形成通孔、插塞和線路，這些通孔、插塞和線路在基板上的薄膜電路之間提供導電路徑。對於其他應用（諸如氧化物拋光），填料層被平坦化，直到在非平坦表面之上保留預定的厚度。此外，基板表面的平坦化對於光刻通常是必需的。

化學機械拋光（CMP）是一種公認的平坦化方法。這種平坦化方法通常需要將基板安裝在承載頭或拋光頭上。基板的暴露表面通常抵靠旋轉的拋光墊放置。承載頭提供基板上的可控負載，從而將基板推至抵靠拋光墊。研磨拋光漿料通常被供應至拋光墊的表面。

CMP中的一個問題是決定拋光過程是否完成，即，基板層是否已經被平坦化到期望平坦度或厚度，或者何時已經去除期望的材料量。漿料分佈、拋光墊條件、拋光墊與基板之間的相對速度、以及基板上的負載的變化可能引起材料去除速率的變化。這些變化以及基板層的初始厚度的變化引起到達拋光終點所需的時間的變化。因此，拋光終點通常不能僅僅因變於拋光時間而決定。

在一些系統中，基板在拋光期間被原位監控，例如，藉由監控電機旋轉工作臺或承載頭所需的扭矩來監控。還提出了對拋光的聲學監控。

在一個態樣，一種化學機械拋光裝置包括：工作臺，該工作臺用於支撐拋光墊；承載頭，該承載頭用於將基板的表面固持抵靠在拋光墊上；電機，該電機用於生成工作臺與承載頭之間的相對運動，以便拋光基板上的上覆層；原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括聲學信號發生器和聲學信號感測器，該聲學信號發生器用於發射聲學信號，該聲學信號感測器接收從基板的表面反射的聲學信號；以及控制器，該控制器被配置為基於來自原位聲學監控系統的測量結果來偵測由於對基板的拋光而導致的下臥層的暴露。

在另一個態樣，一種化學機械拋光裝置包括：工作臺，該工作臺用於支撐拋光墊；承載頭，該承載頭用於將基板的表面固持抵靠在拋光墊上；電機，該電機用於生成工作臺與承載頭之間的相對運動，以便拋光基板上的上覆層；原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括聲學信號感測器，該聲學信號感測器接收由基板的應力能生成的聲學信號；以及控制器，該控制器被配置為基於來自原位聲學監控系統的測量結果、基於所述信號與先前的由測試基板的應力能生成的聲學信號的測量結果的比較來偵測由於對基板的拋光而導致的下臥層的暴露。

在另一個態樣，一種化學機械拋光裝置包括：工作臺；拋光墊，該拋光墊被支撐在工作臺上，且具有穿過其中的孔；液體源，該液體源用於將液體遞送到孔中；承載頭，該承載頭用於將基板的表面固持抵靠在拋光墊上；電機，該電機用於生成工作臺與承載頭之間的相對運動，以便拋光基板上的上覆層；以及原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括聲學信號感測器，該聲學信號感測器被支撐在工作臺上並且被定位在孔下方以從基板接收傳播通過孔中的液體的聲學信號。

在另一個態樣，一種化學機械拋光裝置包括：工作臺；被支撐在工作臺上的拋光墊；承載頭，該承載頭用於將基板的表面固持抵靠在拋光墊上；電機，該電機用於生成工作臺與承載頭之間的相對運動，以便拋光基板上的上覆層；以及原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括聲學信號感測器。拋光墊包括拋光層，該拋光層具有拋光表面和插入件，該插入件具有比拋光墊的其餘部分更低的孔隙度。聲學信號感測器包括接合拋光層中的插入件的波導。

實施方式可以包括以下特徵中的一項或多項。控制器可被配置為回應於所述決定而決定拋光終點、調整承載頭的當前壓力或調整新的基板的後續拋光的基線壓力。所述流體可包括水。聲學信號感測器可以直接與孔中的液體對接而不需要波導。聲學信號感測器可以是壓電聲學感測器。控制器可被配置為從聲學信號感測器接收信號並偵測拋光終點。控制器可被配置為藉由將從所述感測器接收的信號與發生器的輸出電力進行比較來歸一化該信號。控制器可被配置為藉由將該歸一化的信號與閾值進行比較來偵測終點。插入件和拋光墊的其餘部分可以是聚氨酯。

以下可能的優點中的一項或多項可以被實現。可以增加聲學感測器的信號強度。可以更可靠地偵測下臥層的暴露。可以更可靠地停止拋光以及可以改善晶圓間均勻性。

在以下所附附圖和描述中闡述一個或多個實施方式的細節。根據說明書和附圖以及申請專利範圍，其他態樣、特徵以及優點將顯而易見。

在一些半導體晶圓製造製程中，上覆層（例如，金屬、氧化矽或多晶矽）被拋光，直到下臥層（例如，介電質，諸如氧化矽、氮化矽或高介電常數介電質）被暴露為止。對於一些應用，當下臥層被暴露時，來自基板的聲學發射將改變。拋光終點可以藉由偵測聲學信號中的此改變來決定。然而，現有監控技術可能無法滿足對半導體元件製造的不斷增加的需求。

要監控的聲學發射可由基板材料經歷變形時的能量引起，並且所得的聲學頻譜與基板的材料性質相關。在不受任何特定理論的限制的情況下，這種能量（也稱為「應力能」）的可能來源及其特徵頻率包括：化學鍵的斷裂、特徵聲子頻率、滑黏機構等。可以注意到，這種應力能聲學效應不同於由基板抵靠拋光墊的摩擦引起的振動而產生的雜訊（其有時也被稱為聲學信號）或者由基板上的開裂、碎裂、斷裂或類似缺陷生成所產生的雜訊。用於這種能量的可能頻率範圍是50 kHz到10 MHz，例如100 kHz到700 kHz，例如400 kHz到700kz。可以藉由適當的濾波將應力能與其他聲學信號區分開，例如，與基板抵靠拋光墊的摩擦或由基板上的缺陷生成所產生的雜訊區分開。例如，可以將來自聲學感測器的信號與從測試基板測量的已知來表示應力能的信號進行比較。

然而，聲學監控的一個潛在問題是將聲學信號傳輸到感測器。即使在使用波導時，拋光墊也傾向於抑制聲學信號。由此，使感測器處於聲學信號衰減低的位置將是有利的。

另一個問題是由應力能引起的聲學發射可能受到顯著雜訊的影響。下臥層將傾向於具有與上覆層不同的聲學性質（例如，反射和衰減）。藉由主動地生成聲學信號並測量該聲學信號從基板的反射，可能降低雜訊。

圖1示出拋光裝置100的示例。拋光裝置100包括可旋轉盤形工作臺120，拋光墊110位於該可旋轉盤形工作臺120上。拋光墊110可以是具有外拋光層112和較軟背襯層114的雙層拋光墊。工作臺可操作以圍繞軸線125旋轉。例如，電機121（例如，DC感應電機）可以轉動傳動軸124以旋轉工作臺120。

拋光裝置100可包括埠130以將拋光液132（諸如研磨漿料）分配到拋光墊110上到墊。拋光裝置還可包括拋光墊調節器以研磨拋光墊110，從而將拋光墊110維持在一致的研磨狀態。

拋光裝置100包括至少一個承載頭140。承載頭140可操作以將基板10固持抵靠在拋光墊110上。每個承載頭140可具有對與每個相應基板相關聯的拋光參數（例如，壓力）的獨立控制。

承載頭140可包括保持環142以將基板10保持在撓性膜144下方。承載頭140還包括由所述膜定義的一個或多個獨立可控的可加壓腔室（例如，三個腔室146a-146c），所述腔室可以將獨立可控的加壓施加到撓性膜144上的相關聯的區，從而施加到基板10上（參見圖1）。儘管為了便於說明，圖1中僅示出了三個腔室，但也可以有一個或兩個腔室，或者四個或更多個腔室，例如，五個腔室。

承載頭140從支撐結構150（例如，轉盤或軌道）懸掛，並藉由傳動軸152連接到承載頭旋轉電機154（例如，DC感應電機），使得承載頭可以繞軸線155旋轉。可選地，每個承載頭140可以橫向地振盪，例如，在轉盤150上的滑塊上、或藉由轉盤本身的旋轉振盪、或藉由沿著軌道滑動而橫向地振盪。在典型操作中，使工作臺圍繞其中心軸線125旋轉，並且使每個承載頭圍繞其中心軸線155旋轉並跨拋光墊的頂表面橫向地平移。

控制器190（諸如可程式設計電腦）連接到電機121、154，以控制工作臺210和承載頭140的旋轉速率。例如，每個電機可包括測量相關聯傳動軸的旋轉速率的編碼器。回饋控制電路（其可以是在電機本身中、是控制器的一部分或是單獨的電路）從編碼器接收測得的旋轉速率，並且調整向電機供應的電流以確保傳動軸的旋轉速率與從控制器接收的旋轉速率匹配。

拋光裝置100包括至少一個原位聲學監控系統160。原位聲學監控系統160包括一個或多個聲學信號感測器162，並且在一些實現中包括一個或多個聲學信號發生器163，該一個或多個聲學信號發生器163各自配置成向基板10的較靠近拋光墊110的一側主動傳輸聲能。每個聲學信號感測器或聲學信號發生器可被安裝在上部工作臺120上的一個或多個位置處。特別地，原位聲學監控系統可配置為偵測在基板10的材料經歷變形時由應力能引起的聲學發射，以及在包括聲學信號發生器163的實現中，配置為偵測主動生成的聲學信號自基板10的表面的反射。

位置感測器（例如，連接到工作臺邊緣的光學斷續器或旋轉編碼器）可用於感測工作臺120的角位置。這允許僅將在感測器162接近基板時（例如，當感測器162在承載頭或基板下方時）測量的信號部分用於終點偵測。

在圖1所示的實現中，聲學信號感測器162定位在工作臺120中的凹槽164中，並且定位成從基板的較靠近拋光墊110的一側接收聲學信號。類似地，聲學信號發生器163定位在工作臺120中的凹槽164中，並且定位成從基板的較靠近拋光墊110的一側生成（即，發射）聲學信號。聲學信號感測器162和聲學信號發生器163可以由電路系統168藉由旋轉耦合器（例如，水銀滑環）連接到電源和/或其他信號處理電子元件166。信號處理電子元件166可以進而連接到控制器190，控制器190可以附加地配置為例如藉由可變地增加或降低供應到發生器163的電流來控制由發生器163傳輸的聲能的幅度或頻率。

在一些實現中，原位聲學監控系統160是無源聲學監控系統。在這種情況下，由聲學信號感測器162監控信號，而不從聲學信號發生器163生成信號（或者可從系統中完全省略聲學信號發生器163）。由聲學信號感測器162監控的被動聲學信號可以在50 kHz到1 MHz範圍中，例如，200 kHz到400 kHz或200 Khz到1 MHz。例如，為了監測淺槽隔離（STI）中的層間介電質（ILD）的拋光，可以監控225 kHz到350kHz的頻率範圍。

在一些實現中，原位聲學監控系統160是有源聲學監控系統。由聲學信號發生器163生成的主動聲學信號可具有從5 MHz到50 MHz的頻率範圍。

在任一情況下，來自感測器162的信號可由內置的內部放大器以40-60 dB的增益放大。如果需要，來自感測器162的信號隨後可被進一步放大和濾波，並藉由A/D埠數位化到（例如，電子元件166中的）高速資料獲取板。可以以與發生器163的範圍類似的範圍或不同的（例如，更高的）範圍（例如，1 MHz到10 MHz，例如，1-3 MHz或6-8 MHz）記錄來自感測器162的資料。

如果被定位在工作臺120中，則聲學信號感測器162、聲學信號發生器163或這兩者可以位於工作臺120的中心處（例如，旋轉軸線125處）、工作臺120的邊緣處或中點（例如，對於20吋直徑的工作臺，與旋轉軸線相距5吋）處。儘管圖1將聲學信號感測器162和聲學信號發生器163示出為彼此耦合，但這不是必需的。感測器162和發生器163可以解耦並彼此物理分離。

在一些實現中，氣體可以被引導到凹槽164中。例如，氣體（例如，空氣或氮氣）可以從壓力源180（例如，泵或氣體供應管線）通過由工作臺120中的管道和/或通道提供的導管182被引導到凹槽164中。出口埠184可以將凹槽164連接到外部環境並且允許氣體從凹槽164逸出。該氣流可以對凹槽164加壓以減少漿料洩漏到凹槽164中和/或將洩漏到凹槽164中的漿料通過出口埠184清除掉，以降低損壞電子元件或其他部件或污染感測器162和發生器163的可能性。

在一些實現中，聲學信號感測器162、聲學信號發生器163或這兩者可以與相應探針170耦合，該相應探針170提供用於傳輸聲能的波導。探針170可以突出到支撐拋光墊110的工作臺120的頂表面128上方。探針170可以是例如具有尖銳尖端的針狀主體（例如，參見圖2A），該針狀主體從感測器162的主體延伸到拋光墊110中。探針可由任何緻密材料製造並且理想地由耐腐蝕不銹鋼製成。

對於波導所耦合的感測器162，可以使用具有在50 kHz與1 MHz之間（例如，在125 kHz與1 MHz之間，例如，在125 kHz與550 kHz之間）的操作頻率的可商購的聲學發射感測器（諸如物理聲學奈米（Physical Acoustics Nano）30）。有利地，可以使用能夠高效地偵測高頻聲能的壓電聲學感測器。感測器可以附接到波導的遠端並且例如用夾具或藉由螺紋連接到工作臺120而固持在適當位置。

對於波導所耦合的發生器163，可以使用可商購的聲學信號發生器。該發生器可以附接到波導的遠端並且例如用夾具或藉由螺紋連接到工作臺120而固持在適當位置。

替代地，在一些其他實現中，孔138可形成在拋光墊110中，並且可以完全延伸穿過拋光層112的厚度和背襯層114的厚度。在複數個漿料輸送槽116形成在拋光墊110的拋光層112的頂表面中的實現中，孔138可以與槽116中的一個槽116對準，即，孔138可以形成在拋光墊110中、位於槽的正下方、穿過留在槽116下方的拋光層112的薄部分並穿過拋光墊110的背襯層114（例如，參見圖2B）。

液體（例如，水）可被引導到孔138中。例如，液體可以從液體源139（例如，液體供應管線）藉由由工作臺120中的管道和/或通道提供的導管引導到孔138中。作為另一示例，聲學信號感測器162本身可包括流體清除埠，例如，通過感測器162的主體的一個或多個通道，液體可以藉由該一個或多個通道被引導到孔138中。在任一示例中，延伸穿過拋光墊110的厚度的孔138允許液體直接接觸漿料，即，存在於拋光墊110的頂表面上、槽116中或這兩者中的漿料。

在此類實現中，聲學信號感測器162定位在工作臺120中、在孔138下方，以接收從基板10反射的傳播通過孔138中的液體的聲學信號。孔138的水平橫截面尺寸可取決於（例如，等於或小於）聲學信號感測器162的主體的確切尺寸，使得感測器162延伸跨過孔138的底部開口以密封上面的容積，從而有效地保持孔138密封並減少液體或漿料通過孔138的洩漏。

參考圖2A，在一些實現中，複數個漿料輸送槽116形成在拋光墊110的拋光層112的頂表面中。槽116部分地但不完全延伸穿過拋光層112的厚度。在圖2A所示的實現中，探針170延伸穿過拋光層172，例如，穿過留在槽116下方的拋光墊的薄部分，使得尖端172定位在槽116中的一個槽116中。這允許探針170直接感測傳播通過存在於槽116中的漿料的聲學信號。與簡單地延伸到拋光層中的探針相比，這可以改善聲學發射感測器與來自基板10的聲學發射的耦合。

探針170的尖端172應當定位在槽116中足夠低的位置，使得當拋光墊110被基板10壓縮時，尖端不接觸基板10。

儘管圖2A中未示出，但聲學信號發生器163可以類似地耦合到相同或不同類型的探針，使得由發生器163生成的主動聲學信號可以直接傳播到存在於槽116中的漿料中。

藉由向基板10主動地發射聲學信號並監控反射的聲學信號（例如，代替被動地監控在基板材料經歷變形時由應力能引起的聲學發射），可以降低不期望的雜訊，同時增強信號強度。這可以提供對終點偵測的更精確的監控。

在一些實現中，探針的尖端172的垂直位置是可調整的。這允許感測尖端172的垂直位置相對於拋光墊110的槽的底部精確定位。例如，聲學信號感測器162可包括圓柱形主體，該圓柱形主體裝配到穿過工作臺120一部分的孔中。主體外表面上的螺紋可以與工作臺120中的孔的內表面上的螺紋嚙合，使得對尖端172的垂直位置的調整可藉由主體的旋轉來實現。然而，可使用用於垂直調整的其他機構，諸如壓電致動器。探針尖端172的垂直定位可以與圖1和圖2A所示的實現組合。

探針170可以延伸穿過背襯層114並接觸背襯層114。替代地，孔118可以形成在背襯層114中，使得探針170延伸穿過孔118並且不與背襯層114直接接觸。使用刺穿拋光層112的細針狀探針170可以有效地保持拋光層112密封並減少漿料通過由探針170創建的孔的洩漏。另外，波導可以穿透背襯層114而不機械地折損背襯層114的物理性質。

由於將探針170與槽116對準可能是困難的，所以聲學信號感測器162、聲學信號發生器163或這兩者可以與複數個探針170耦合。例如，探針可以是複數個平行的針。假設探針170延伸跨過至少等於槽116之間的節距的區域，當拋光墊放置在工作臺120上時，探針170的尖端172中的至少一個尖端172應當定位在槽116中。

參考圖2B，在一些實現中，拋光墊110具有穿過其中的孔138，孔138可被顯著地填充有藉由液體源139遞送的液體。因為聲學信號現在可以傳播通過孔138中的液體（例如，代替或附加於傳播通過拋光墊110內受到顯著雜訊影響的材料），所以不再需要藉由將感測器162耦合到拋光墊110中的槽中的漿料來降低雜訊的波導（在其他情況下需要該波導）。特別地，感測器162與孔138中的液體之間的接觸表面的尺寸基本上相當於感測器162（的測量頭）的尺寸。例如，如果感測器162具有帶有鈍的（例如，平坦的）頂端的圓柱形主體，則接觸表面尺寸可以等於圓柱形感測器主體的整個水平橫截面區域，例如，與包括波導的實現不同，在包括波導的實現中，接觸表面（例如，探針的尖端）的尺寸要小得多。

在操作中，被引導到孔138中的諸如水之類的液體可以改善感測器162到基板10的聲學耦合。另外，這可以防止漿料在孔138中累積。這種配置允許感測器162藉由與基板直接接觸的液體和漿料接收聲學信號。這可以改善聲學信號到感測器162的傳輸。

參考圖2C，在一些實現中，探針170可以穿過拋光墊110的部分，所述部分具有穿過拋光墊的孔138，孔138可被顯著地填充有藉由液體源139遞送的液體。探針170不需要延伸到拋光墊中的槽中。

為了改善聲學耦合，拋光層112的部分119可以由具有比拋光墊的其餘部分更高的聲學傳輸的材料的插入件代替。插入件119仍與拋光製程相容（例如，對拋光製程惰性）。特別地，儘管拋光層112可以是微孔聚合物層，但插入件119可以是無孔聚合物材料。如果插入件119可以是與拋光層112的其餘部分相同的鹼性聚合物，例如，兩者都可以是聚氨酯。插入件119可以具有與拋光層112的其餘部分相同的槽。該槽可以幫助避免插入件119上的打滑。

在一些實現中，插入件119具有與拋光層112的其餘部分相同的壓縮性是有用的。在這種情況下，可藉由聚合度或藉由聚合物中的成分的特定比率來調整壓縮性。在一些實現中，插入件被形成為具有與拋光流體相同的聲學阻抗。插入件119不需要是光學透明的。

如圖3所描繪的，在一些實現中，複數個聲學信號感測器162和可選地複數個聲學信號發生器163可以安裝在工作臺120中。每個感測器162或發生器163可以以針對圖1和圖2A-2B中任一者描述的方式來配置。來自感測器162的信號可由控制器190用於計算在拋光期間發生在基板10上的聲學發射事件的位置分佈。在一些實現中，複數個感測器162可定位在圍繞工作臺120的旋轉軸線的不同角位置處，但在與旋轉軸線相距相同徑向距離處。在一些實現中，複數個感測器162定位在與工作臺120的旋轉軸線相距不同徑向距離處，但在相同角位置處。在一些實現中，複數個感測器162定位在圍繞工作臺120的旋轉軸線的不同角位置處並且在與工作臺120的旋轉軸線相距不同徑向距離處。

現在轉向來自前述實現中任一者的感測器162的信號，該信號（例如，在放大、初步濾波和數位化之後）可以（例如，在控制器190中）經受資料處理，以用於終點偵測或回饋或前饋控制。

在一些實現中，控制器190被配置為監控聲學損耗。例如，將所接收信號的強度與發射的信號的強度進行比較以生成歸一化信號，並且可以隨時間監控該歸一化信號以偵測改變。此類改變可以指示拋光終點，例如，信號是否超過閾值。

在一些實現中，執行對信號的頻率分析。例如，頻域分析可用於決定頻譜頻率的相對電力的改變，並且用於決定何時在特定半徑處發生膜轉變（film transition）。關於按半徑的轉變時間的資訊可用於觸發終點。作為另一示例，可以對信號執行快速傅裡葉變換（FFT）以生成頻率頻譜。可以監視特定頻帶，並且如果該頻帶中的強度超過閾值，則這可以指示下臥層的暴露，此可用於觸發終點。替代地，如果選定頻率範圍中的局部最大值或最小值的位置（例如，波長）或頻寬超過閾值，則這可以指示下臥層的暴露，此可用於觸發終點。例如，為了監測淺槽隔離（STI）中的層間介電質（ILD）的拋光，可以監控225 kHz到350kHz的頻率範圍。

作為另一示例，可以對信號執行小波包變換（WPT）以將信號分解成低頻分量和高頻分量。如果需要，可以反覆運算該分解以將信號分成較小分量。可以監視頻率分量中的一者的強度，並且如果該分量中的強度超過閾值，則這可以指示下臥層的暴露，此可用於觸發終點。

假設感測器162相對於基板10的位置是已知的（例如，使用附接到工作臺120的電機編碼器信號或光學斷續器），則可以計算基板上的聲學事件的位置（例如，可以計算該事件與基板的中心相距的徑向距離）。在美國專利第6,159,073號和美國專利第6,296,548號中討論了決定感測器相對於基板的位置，上述文獻藉由引用結合於此。

各種對製程有意義的聲學事件包括微刮擦、膜轉變破裂和膜清除。各種方法可用於分析來自波導的聲學發射信號。傅裡葉變換和其他頻率分析方法可用於決定在拋光期間發生的峰值頻率。根據實驗決定的閾值和在定義的頻率範圍內進行的監控被用於識別拋光期間的預期的和意外的改變。預期的改變的示例包括在膜硬度上在轉變期間突然出現峰值頻率。意外的改變的示例包括與耗材組（consumable set）有關的問題（諸如墊上釉或其他引起製程漂移的機器健康問題）。

在操作中，當元件基板10在拋光站100處被拋光時，從原位聲學監控系統160收集聲學信號。監控所述信號以偵測基板10的下臥層的暴露。例如，可以監控特定頻率範圍，並且可以監控強度並將強度與根據實驗決定的閾值進行比較。

偵測到拋光終點觸發拋光的停止，但是拋光可以在終點觸發之後繼續預定時間量。替代地或附加地，收集的資料和/或終點偵測時間可以被前饋用於控制後續處理操作中對基板的處理（例如，在後續站處的拋光），或者可被回饋用於控制在同一拋光站處對後續基板的處理。例如，偵測到拋光終點可以觸發對拋光頭的當前壓力的修改。作為另一示例，偵測到拋光終點可以觸發對新的基板的後續拋光的基線壓力的修改。

本說明書中描述的實現和所有功能性操作可以以數位電子電路系統、或以電腦軟體、固件或硬體（包括本說明書中公開的結構裝置或其結構等效物）、或以它們的組合實現。本文描述的實現可以實現為一個或多個非瞬態電腦程式產品，即，有形地體現在機器可讀存放裝置中的一個或多個電腦程式，以用於由資料處理裝置（例如，可程式設計處理器、電腦、或多個處理器或電腦）執行或控制所述資料處理裝置的操作。

電腦程式（也稱為程式、軟體、軟體應用或代碼）可以以包括編譯或解釋語言的任何形式的程式設計語言來編寫，並且可以以包括作為獨立程式或者作為模組、元件、子常式或適於在計算環境中使用的其他單元的任何形式來部署。電腦程式不一定對應於檔。程式可以被存儲在保有其他程式或資料的檔的一部分中、在專用於所討論的程式的單個檔中、或在多個協調檔（例如，存儲一個或多個模組、副程式或部分代碼的各檔）中。電腦程式可被部署成在一個電腦上或在一個網站或跨多個網站分佈並藉由通信網路互連的多個電腦上執行。

本說明書中描述的過程和邏輯流可由一個或多個可程式設計處理器執行，該一個或多個可程式設計處理器執行一個或多個電腦程式以藉由對輸入資料進行操作並生成輸出來執行功能。過程和邏輯流程也可以由專用邏輯電路系統來執行，並且裝置也可以作為專用邏輯電路系統來實現，例如，FPGA（現場可程式設計閘陣列）或ASIC（專用積體電路）等等。

術語「資料處理裝置」涵蓋用於處理資料的所有裝置、設備和機器，例如包括可程式設計處理器、電腦或者多個處理器或電腦。除了硬體之外，所述裝置還可以包括為所討論的電腦程式創建執行環境的代碼（例如，構成處理器固件的代碼）、協定棧、資料庫管理系統、作業系統、或它們中的一者或多者的組合。作為示例，適於執行電腦程式的處理器包括通用微處理器和專用微處理器兩者，以及任何類型的數位電腦中的任何一個或多個處理器。

適於存儲電腦程式指令和資料的電腦可讀媒體包括各種形式的非易失性記憶體、介質和記憶體設備，例如包括：半導體記憶體設備（例如，EPROM、EEPROM和快閃記憶體記憶體設備）；磁片（例如，內部硬碟或可移動盤）；磁光碟；以及CD ROM和DVD-ROM盤。處理器和記憶體可由專用邏輯電路系統補充和/或併入到專用邏輯電路系統中。

可以在各種拋光系統中應用上述的拋光裝置和方法。拋光墊、或承載頭、或這兩者可移動以提供拋光表面與晶圓之間的相對運動。例如，工作臺可以沿軌道運行，而不是旋轉。拋光墊可以是固定到工作臺的圓形的（或一些其他形狀的）墊。終點偵測系統的一些態樣可適用於線性拋光系統（例如，其中拋光墊是線性移動的連續的或卷對卷的帶）。拋光層可以是標準（例如，具有或不具有填料的聚氨酯）拋光材料、軟材料或固定研磨材料。使用相對定位的術語；應當理解，拋光表面和基板能固持在垂直取向或一些其他取向。

儘管本說明書包含許多細節，但是這些細節不應被解讀為是對可要求保護的內容的範圍的限制，而應被解讀為是對具體發明的具體實施例可特有的特徵的描述。在一些實現中，所述方法可應用於上覆材料和下臥層材料的其他組合，以及應用於來自其他種類的原位監控系統（例如，光學監控或渦流監控系統）的信號。

10:基板 100:拋光裝置 110:拋光墊 112:外拋光層 114:背襯層 116:漿料輸送槽 118:孔 119:部分 120:可旋轉盤形工作臺 121:電機 124:傳動軸 125:軸線 128:頂表面 130:埠 132:拋光液 138:孔 139:液體源 140:承載頭 142:保持環 144:撓性膜 150:支撐結構 152:傳動軸 154:承載頭旋轉電機 155:軸線 160:原位聲學監控系統 162:感測器 163:發生器 164:凹槽 166:信號處理電子元件 168:電路系統 170:探針 172:拋光層 180:壓力源 182:導管 184:出口埠 190:控制器 146a:腔室 146b:腔室 146c:腔室

圖1示出拋光裝置的示例的示意性橫截面視圖。

圖2A示出接合拋光墊一部分的聲學監控感測器的示意性橫截面視圖。

圖2B示出具有穿過拋光墊的孔的聲學監控感測器的另一實現的示意性橫截面視圖。

圖2C示出接合拋光墊中的插入件的聲學監控感測器的另一實現的示意性橫截面視圖。

圖3示出具有聲學監控感測器的工作臺的示意性俯視圖。

各個附圖中相同的附圖標記指示相同的要素。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

10:基板

110:拋光墊

112:外拋光層

114:背襯層

116:漿料輸送槽

118:孔

120:可旋轉盤形工作臺

128:頂表面

162:感測器

163:發生器

170:探針

172:拋光層

Claims (20)

1. 一種化學機械拋光裝置，包括： 一工作臺，該工作臺用於支撐一拋光墊； 一承載頭，該承載頭用於將一基板的一表面固持抵靠在該拋光墊上； 一電機，該電機用於生成該工作臺與該承載頭之間的相對運動，以便拋光該基板上的一上覆層； 一原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括一聲學信號感測器，該聲學信號感測器接收由該基板的應力能生成的聲學信號；以及 一控制器，該控制器被配置為基於來自該原位聲學監控系統的測量結果、基於該信號與先前的由測試基板的應力能生成的聲學信號的測量結果的比較來偵測由於對該基板的該拋光而導致的一下臥層的暴露。
2. 如請求項1所述的裝置，其中該聲學信號發生器被配置為監控200 KHz到1 MHz一頻率處的聲能。
3. 如請求項2所述的裝置，其中該聲學信號發生器被配置為監控200 KHz到400 kHz一頻率處的聲能。
4. 如請求項1所述的裝置，其中該控制器被配置為執行頻域分析以決定頻譜頻率的相對電力的改變。
5. 如請求項4所述的裝置，其中該控制器被配置為決定該聲學信號感測器相對於該承載頭的一中心的一徑向位置，並且基於所偵測到的相對電力的改變來決定何時在一特定半徑處發生一膜轉變。
6. 一種化學機械拋光裝置，包括： 一工作臺； 一拋光墊，被支撐在該工作臺上，該拋光墊具有穿過其中的一孔； 一液體源，該液體源用於將液體遞送到該孔中； 一承載頭，該承載頭用於將一基板的一表面固持抵靠在該拋光墊上； 一電機，該電機用於生成該工作臺與該承載頭之間的相對運動，以便拋光該基板上的一上覆層；以及 一原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括一聲學信號感測器，該聲學信號感測器被支撐在該工作臺上並且被定位在該孔下方以從該基板接收傳播通過該孔中的該液體的聲學信號。
7. 如請求項6所述的裝置，其中該聲學信號感測器延伸跨過該孔以密封該孔。
8. 如請求項6所述的裝置，其中該拋光墊具有一拋光層和在該拋光層的一拋光表面中的複數個漿料輸送槽，並且其中該孔延伸穿過該拋光墊並延伸到該槽中。
9. 一種化學機械拋光裝置，包括： 一工作臺； 一拋光墊，被支撐在該工作臺上，該拋光墊包括具有一拋光表面的拋光層，該拋光層具有一插入件，該插入件具有比該拋光層的一其餘部分更低的孔隙度； 一承載頭，該承載頭用於將一基板的一表面固持抵靠在該拋光墊上； 一電機，該電機用於生成該工作臺與該承載頭之間的相對運動，以便拋光該基板上的一上覆層； 一原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括一聲學信號感測器，該聲學信號感測器包括接合該拋光層中的該插入件的一波導。
10. 如請求項9所述的裝置，其中該插入件具有與該拋光墊的一其餘部分相同的壓縮性。
11. 如請求項9所述的裝置，其中該插入件具有與該拋光墊的該其餘部分相同的一組分。
12. 如請求項9所述的裝置，其中該插入件是與該拋光墊的該其餘部分相同的一材料，但聚合程度比該拋光墊的該其餘部分更低。
13. 如請求項9所述的裝置，其中該插入件沒有孔隙。
14. 如請求項9所述的裝置，其中一槽圖案延伸跨過該插入件和該拋光墊的該其餘部分這兩者。
15. 如請求項14所述的裝置，其中該槽圖案包括同心圓形槽。
16. 如請求項14所述的裝置，其中該波導在該插入件中的槽之間接合該插入件中的一平臺。
17. 一種化學機械拋光裝置，包括： 一工作臺，該工作臺用於支撐一拋光墊； 一承載頭，該承載頭用於將一基板的一表面固持抵靠在該拋光墊上； 一電機，該電機用於生成該工作臺與該承載頭之間的相對運動，以便拋光該基板上的一上覆層； 一原位聲學監控系統，該原位聲學監控系統包括：一聲學信號發生器，該聲學信號發生器用於發射聲學信號；以及一聲學信號感測器，該聲學信號感測器接收從該基板的該表面反射的聲學信號；以及 一控制器，該控制器被配置為基於來自該原位聲學監控系統的測量結果來偵測由於對該基板的該拋光而導致的一下臥層的暴露。
18. 如請求項17所述的裝置，其中該原位聲學監控系統包括一波導，該波導定位成將該聲學信號感測器耦合到該拋光墊中的一槽中的漿料。
19. 如請求項18所述的裝置，包括該拋光墊，並且其中該拋光墊具有一拋光層和在該拋光層的一拋光表面中的複數個漿料輸送槽，並且其中該波導延伸穿過該拋光墊並延伸到該槽中。
20. 如請求項17所述的裝置，其中該聲學信號發生器被配置為生成5 kHz到50 kHz一頻率處的聲能。

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