TW202315708A - 使用光學感測器來進行化學機械研磨振動測量 - Google Patents

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Abstract

一種化學機械研磨設備包括：平台，用以支撐研磨墊；承載頭，用以相抵於研磨墊的研磨表面保持基板；馬達，用以在平台與承載頭之間產生相對運動以便研磨基板上的上覆層；原位振動監測系統，包括用於發射光束的光源及感測器，該感測器接收來自研磨墊的反射表面的光束的反射；及控制器，經配置以基於來自原位墊振動監測系統的感測器的測量值來偵測歸因於基板研磨的底層暴露。

Description

使用光學感測器來進行化學機械研磨振動測量
本說明書係關於化學機械研磨，且更特定言之係關於測量化學機械研磨墊振動以偵測層轉變。
積體電路通常藉由在矽晶圓上順序沉積導電層、半導電層，或絕緣層於基板上形成。一種製造步驟涉及在非平坦表面上沉積填料層並且平坦化該填料層。對於某些應用，該填料層經平坦化直至暴露圖案化層的頂表面。例如，導電填料層可經沉積在圖案化絕緣層上，以填充絕緣層中的溝槽或孔。在平坦化之後，剩餘在絕緣層的凸起圖案之間的金屬層部分形成通孔、插塞及線路，該等通孔、插塞及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，諸如氧化研磨，填料經平坦化，直至在非平坦表面上留下預定厚度為止。此外，對於光微影通常需要基板表面的平坦化。
化學機械研磨(Chemical mechanical polishing; CMP)為一種公認的平坦化方法。該平坦化方法通常要求基板安裝在承載頭或研磨頭上。基板的經暴露表面通常相抵於旋轉研磨墊置放。承載頭在基板上提供可控負載，以將基板推靠在研磨墊上。研磨漿通常經供應至研磨墊的表面。
CMP的一個問題是確定研磨製程是否完成，例如，是否基板層已經平坦化至所需平坦度或厚度，或者何時已移除所需量的材料。漿料分佈、研磨墊條件、研磨墊與基板之間的相對速度，以及基板上的負載的變化可導致材料移除速率的變化。該等變化，以及在基板層的初始厚度中的變化導致到達研磨終點所需的時間變化。因此，研磨終點通常無法僅作為研磨時間的函數確定。
在一些系統中，基板在研磨期間經原位監測，例如藉由監測由馬達旋轉平台或承載頭所需的扭矩監測。然而，現有的監測技術可能無法滿足半導體裝置製造者的不斷增加的需求。
在一個態樣中，一種化學機械研磨設備包括：平台，用以支撐研磨墊；承載頭，用以相抵於研磨墊的研磨表面保持基板；馬達，用以在平台與承載頭之間產生相對運動以便研磨基板上的上覆層；原位振動監測系統，包括用於發射光束的光源及感測器，該感測器接收來自研磨墊的反射表面的光束的反射；及控制器，經配置以基於來自原位墊振動監測系統的感測器的測量值來偵測歸因於基板研磨的底層暴露。
實施的優點可包括但不限於以下一或多者。
本文揭示了一種用於使用原位位移監測系統的設備及方法，該原位位移監測系統包括偵測化學機械研磨設備的研磨墊中的振動的光源及感測器。偵測到的振動對應於在研磨墊的開槽上表面上移動的基板與漿料之間摩擦（例如，釋放的應力能量）引起的振動。振動頻域分析係基於經偵測的振動來確定，並且頻域分析經監測以確定研磨終點，諸如偵測底層的暴露。
在高取樣速率下監測位移在振動輪廓中提供了廣泛的頻譜解析度。例如，監測高達350 kHz的位移可提供從低於1 Hz至175 kHz之範圍內的振動輪廓解析度。即時頻域分析能夠精確和準確地偵測與暴露底層相對應的振動輪廓變化。
可實現一或多個以下可能的優點。可更可靠地偵測底層的暴露。可更可靠地停止研磨，並且可提高晶圓間均勻性。
在附圖及以下描述中闡述一或多個實施例的細節。其他特徵、態樣，及優點將從實施方式、附圖，以及申請專利範圍中顯而易見。
在一些半導體晶圓製程中，上覆層（例如金屬、氧化矽或多晶矽）經研磨直至暴露底層（例如介電層）為止，該底層諸如氧化矽、氮化矽或高介電常數介電層。在上覆層的研磨期間，漿料、基板與研磨之間的摩擦產生振動。對於一些應用，當底層暴露時，振動頻譜發生變化。研磨轉變點可藉由偵測此振動變化來確定。例如，聲學感測器可經機械耦合至研磨墊。然而，該監測技術可能無法滿足半導體裝置製造者的不斷增加的需求。特定地，研磨墊與聲學感測器之間一致的低損耗聲學耦合可能是困難或昂貴的。
藉由產生光束且藉由測量來自研磨墊的光束的反射，有可能以較小的衰減，且從而以降低的雜訊測量研磨墊的振動。
第1圖圖示研磨設備100的實例。研磨設備100包括研磨墊110位於其上的可旋轉盤形平台120。平台可操作以圍繞軸125旋轉。例如，馬達121（例如直流感應馬達）可轉動驅動軸124以旋轉平台120。
研磨墊110可為兩層研磨墊，具有外研磨層112及較軟背襯層114。在一些實施中，複數個漿料輸送槽116（見第2A圖）形成在研磨墊110的研磨層112的頂表面中。凹槽116部分但並非完全地延伸穿過研磨層112的厚度。通常，凹槽具有距研磨墊110的研磨表面（例如，頂表面）25密耳至30密耳（例如0.025”至0.030”）的範圍內的深度，並且在取決於研磨墊在數個研磨操作之後的磨損，該深度可能更低。
研磨設備100可包括埠130以分配研磨液132（諸如研磨漿料）至研磨墊110上。研磨設備亦可包括研磨墊調節器以磨損研磨墊110，以將研磨墊110保持在一致的研磨狀態。
研磨設備100包括至少一個承載頭140。承載頭140可操作以抵靠研磨墊110保持基板10。每個載具頭140可獨立控制與每個相應基板相關的研磨參數，例如壓力。
承載頭140可包括固定環142以將基板10固定在可撓性膜144下方。承載頭140亦包括一或多個由膜界定的獨立可控加壓腔室，例如三個腔室146a至146c，上述腔室可將獨立可控的壓力施加至可撓性膜144上及從而施加至基板10上的相關區域。雖然為了便於說明，在第1圖中僅示出了三個腔室，但可存在一個或兩個腔室，或者四個或更多個腔室，例如五個腔室。
承載頭140懸掛在支撐結構150上，例如轉盤或軌道上，並且藉由驅動軸152連接至承載頭旋轉馬達154，例如直流感應馬達，以便承載頭可圍繞軸線155旋轉。視情況，每一承載頭140可例如在轉盤150上的滑塊上橫向振盪，或藉由轉盤本身的旋轉振盪，或藉由沿軌道滑動。在典型操作中，平台圍繞其中心軸線125旋轉，並且每一承載頭圍繞其中心軸線155旋轉並且橫向平移跨過研磨墊的頂表面。
諸如可程式電腦的控制器190經連接至馬達121、154以控制平台120和承載頭140的旋轉速率。例如，每一馬達可以包括測量相關驅動軸的旋轉速率的編碼器。反饋控制電路（可在馬達本身、控制器的一部分或單獨的電路中）接收來自編碼器的測量旋轉速率並調整提供給馬達的電流，以確保驅動軸的轉速與從控制器接收到的旋轉速率相匹配。
當漿料、研磨墊或基板材料在研磨期間經歷變形時，所要監測的研磨墊的振動可能是由聲學能量釋放引起的，並且所得振動頻譜與漿料、研磨墊及/或基板的材料特性有關。不受任何特定理論的限制，此能量（亦稱為「應力能量」）及其特徵頻率的可能來源包括化學鍵斷裂、特徵聲子頻率、滑黏機制等。在研磨期間產生的振動可包括由基板與研磨墊的摩擦產生的雜訊（有時亦稱為聲信號），或由基板上的裂紋、碎裂、斷裂或類似缺陷產生所產生的雜訊。
振動可藉由光學監測研磨墊的一部分的位移來監測。使用光源（例如雷射）測量位移提供了對振動的高精度和高頻監測。光學監測系統可以高取樣速率（例如，大於300 kHz）偵測研磨墊表面的微小位移，如此有助於精確重建研磨墊振動。此外，在投射光與嵌件118的底表面之間無中介介質或機械耦合，允許直接測量振動而幾乎損耗或沒有來自凹槽117內空氣的增加的雜訊。
位置感測器，例如連接到平台邊緣的光斷續器或旋轉編碼器，可用於感測平台120的角度位置。如此僅允許在光源162接近基板時（例如，當光源162在承載頭或基板下方時）測量的信號的一部分用於終點偵測。
研磨設備100包括至少一個原位振動監測系統160。特定地，原位振動監測系統160可經配置以偵測當基板10的材料經歷變形時由應力能量引起的研磨墊110中的振動。振動行進穿過研磨墊110的背襯層114和研磨層112並且可由原位墊振動監測系統160偵測到。
原位振動監測系統160包括位移感測器組件，該位移感測器組件包括定位成將光引導至研磨墊底表面上的位置的光源162，及偵測來自研磨墊的光的反射的偵測器164。在一些實施中，原位振動監測系統160包括多個位移感測器組件，以便可在研磨墊上的多個位置，例如，在與旋轉軸125等距及/或圍繞旋轉軸125均勻間隔的多個位置監測振動。
在第1圖及第2A圖中所示的實施中，研磨墊110包括固定在研磨層112中並延伸穿過研磨層112的嵌件118，以使得嵌件118的上表面119與研磨層112的最上表面（例如研磨表面112a）共面，因此上表面119將在操作中接觸基板10。在一些實施中，如第2圖中所示，嵌件118延伸穿過研磨層和背襯層114。在一些實施中，諸如第2B圖的實施中，嵌件延伸穿過研磨層112，但不延伸至背襯層114中。相反，背襯層114中的孔隙114a位於嵌件118下方。
嵌件118通常是圓柱形的，儘管其他形狀亦是可能的。如第2A圖中所示，嵌件118可為鼓形的，具有隔膜118a和從隔膜118a的外邊緣向下延伸的環形側壁118b。隔膜118a可比研磨層112更薄。隔膜118a的厚度可在研磨層112的厚度的20%與90%之間。側壁119b的底部邊緣可靠在平台120的頂部。
視情況，如第2B圖中所示，凸緣118c（例如，環形凸緣）可從環形側壁118b的底部邊緣徑向向外延伸。環形凸緣118b可夾陷在研磨層112與背襯層114之間，或在背襯層114與平台120之間。在一些實施中，凸緣118b係用黏合劑或膠帶固定至背襯層114以增加嵌件118相對於背襯層114的穩定性。
在一些實施中，嵌件118的外徑（例如，邊緣到邊緣）在從10 mm至20 mm（例如，12 mm、14 mm、16 mm或18 mm）的範圍內。嵌件118包括凹槽117。凹槽117的直徑小於嵌件118的外徑並且在嵌件118內界定了孔隙。凹槽117的直徑可在從8 mm至18 mm的範圍內（例如，10 mm、12 mm、14 mm或16 mm）。嵌件118由硬度與周圍的背襯層114及/或研磨層112相似的材料組成，當基板10在研磨操作期間經過嵌件118時，如此可減少研磨差異。在一些實施中，嵌件118由硬度與背襯層114及/或研磨層112相同的材料構成。在一些實施中，嵌件118由抵抗化學交互作用的材料組成，諸如存在於液體132中的化學物質。
在一些實施中，研磨墊110的一或多層是多孔的，例如背襯層114及/或研磨層112。在該等實施中，嵌件118為大體上無孔的固體材料，以使得在上表面119處引起的振動經傳輸至反射表面115而無聲學損失，例如行進穿過多孔介質的振動。
凹部117的上內表面包括塗層，或由構成反射表面115的材料組成。反射表面115可由凹槽117的上內表面上的金屬箔、金屬化塗層等提供。在一些實施中，反射表面115反射接觸由原位振動監測系統160使用的光學波長範圍（例如，至少90%、至少92%、至少95%）中的反射表面115的光的至少90%。嵌件118的構造在結構上將上表面119連接至反射表面115，以使得由應力能量引起的振動從上表面119傳輸至反射表面115。
隔膜118a的厚度（例如上表面119與反射表面115之間的距離）可在從10密耳至30密耳（例如，0.010，到0.030”）的範圍內。在一些實施中，上表面119的厚度為20密耳（例如，0.020”）。隔膜118a的減小厚度增加了振動偵測靈敏度，而增加的厚度增加了嵌件118的耐用性及產品壽命。
反射表面115是平坦的，並且跨越與研磨層及研磨墊110下表面平行的凹槽117上表面的至少一部分。反射面115可跨越凹部117上表面，其範圍為表面積的10%至100%（例如，10%或更大、30%或更大、50%或更大、70%或更大、90%或更少、70%或更少、50%或更少、30%或更少、20%或更少，或100%）。在一些實施中，反射表面115可具有在從8 mm至18 mm（例如，10 mm、12 mm、14 mm或16 mm）之範圍內的寬度。
光源162發射指向反射表面115的光束163。在一些實施中，光束163是連續的，並且在替代實施中，光束163是不連續的，例如脈衝的。在一些實施中，光源162發射單波長的準直光束163，例如，光源162是雷射器。原位振動監測系統160包括感測器164，感測器164定位成接收從反射表面115散射的光163。來自隔膜118a的振動轉化為反射表面115的位移。該位移改變感測器164接收光163的位置。感測器164基於接收到的光束163產生信號。感測器164與電路系統168進行電子通信並將信號傳輸至電路系統168。
感測器164可藉由電路系統168經由旋轉耦合（例如，水銀滑環）連接至電源及/或其他信號處理電子設備166。信號處理電子設備166可進而連接至控制器190。在一些實施中，來自感測器164的信號可藉由內置的內部放大器放大。若需要，則來自感測器164的信號隨後可經進一步放大和濾波，並且經由A/D埠數位化至例如在電子設備166中的高速資料採集板。來自感測器164的資料可以100 kHz至400 kHz的頻率記錄。在一些實施中，來自感測器164的資料係以392 kHz的頻率收集。以較高速率（例如，大於100 kHz）收集的資料提供了有關較高頻率振動的資訊，並且增加了振動中較低頻率分量的再現。
在一些實施中，光源162、感測器164、電路系統168及/或信號處理電子設備166經包括在單個儀器中，諸如例如由Keyence製造的LK-G5000感測器頭和控制器。
在第2C圖中，在研磨層112本身中製造凹槽117，而在非單獨的嵌件中。凹槽117的上內表面設有反射表面115。在該等實施中，反射表面115和凹槽117上方的研磨層112是連續的。凹槽117的深度介於研磨層112厚度的10%與80%之間。較低的值提供了凹槽117上方的研磨層112的增加的耐久性，而較高的值提供來自如由感測器164偵測的光束163的增加的信號。在一些實施中，研磨墊110包括位於凹部117上方的部分，該部分由無孔材料構成以例如經由反射和衰減來降低振動信號雜訊。
另外，參照第3圖，研磨墊110的俯視圖經圖示為包括凹槽116、嵌件118及圍繞嵌件118的研磨層112的一部分180。在一些實施中，部分180是平坦的，即無凹槽，並且與周圍研磨層112的頂表面共面。歸因於與剩餘研磨墊110的凹槽116的邊緣相互作用，包括圍繞嵌件118的部分180的實施可減少經由嵌件118傳輸的振動。在一些實施中，部分180由與嵌件118相同的材料組成。在一些替代實施中，部分180由無孔材料組成，該材料諸如嵌件118的材料。
嵌件118及其下方的原位墊振動監測系統160可位於平台120的中心，例如在旋轉軸125處、在平台120的邊緣處，或在中點處（例如，對於20吋直徑的平台，距旋轉軸5吋）。
當研磨墊的部分180在基板10下方旋轉時，參見第1圖及第3圖，部分180與基板10之間的黏/滑動作（例如應力能量釋放）將導致振動特性。然而，由於部分180及感測器162獨立於研磨墊110和平台120的其餘部分，感測器可選擇性地從墊部分180拾取振動行為。
感測器164從光源162接收到的信號（例如在放大、初步濾波和數位化之後）可例如在控制器190中經歷資料處理，用於終點偵測或反饋或前饋控制。在一些實施中，控制器190確定底層的暴露。
在一些實施中，執行信號的頻率分析。例如，可對信號執行快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform; FFT)以產生頻譜。可監測特定的頻帶，並且若頻帶中的強度超過閾值，則可指示底層的暴露，如此可用於觸發終點。或者，若選定頻率範圍內的局部最大值或最小值的寬度超過閾值，則此可指示底層的暴露，如此可用於觸發終點。
作為另一實例，可對信號執行小波封包變換(wavelet packet transform; WPT)以將信號分解為低頻分量及高頻分量。若需要，分解可經迭代以將信號分解成更小的分量。可監測其中一個頻率分量的強度，若該分量中的強度超過閾值，則可表明底層暴露，如此可用於觸發終點。
研磨終點的檢測觸發研磨的停止，儘管研磨可在終點觸發後持續預定量的時間。替代地或另外地，收集的資料及/或終點偵測時間可經前饋以控制在後續處理操作中的基板處理，例如，在後續站的研磨，或者可經反饋以在同一研磨站控制後續基板的處理。
第4圖為圖示使用反射的光學信號確定基板上覆層暴露的步驟的流程圖。基板係藉由研磨墊研磨（步驟402）。此步驟包括將基板保持在承載頭中並使基板與研磨表面接觸，以及例如藉由旋轉平台和承載頭，在基板與研磨墊之間產生相對運動。當基板與研磨墊發生相對運動時，能量在漿料、研磨墊之間釋放，或基板材料在研磨期間發生變形，且由此產生的振動頻譜從研磨表面傳輸至研磨層的下側。
光源產生光束（步驟404），該光束指向研磨墊110底部的反射表面115。感測器接收反射光束（步驟406）並基於經接收的反射光束產生信號。
控制器190基於振動頻譜確定基板10的底層的暴露（步驟408）。該確定可包括對信號執行快速傅里葉變換(FFT)或小波封包變換(WPT)以確定振動頻譜。例如，可監測預設波長範圍內的總功率。若控制器190偵測到經監測的功率超過預設閾值，則控制器190可產生指示底層暴露的信號。響應於該信號，控制器190修改處理製程，例如停止研磨，改變施加至基板的壓力，或修改供應的研磨液。原位墊振動監測系統160及/或控制器190可對信號或如本文所述的振動頻譜執行附加或替代的資料處理。
本說明書中描述的實施及所有功能操作可在數位電子電路系統或電腦軟體、韌體或硬體中實施，包括本說明書中揭示的結構構件及其結構等效物，或上述各者的組合。本文所述的實施可實現為一或多個非暫時性電腦程式產品，即有形地實施在機器可讀儲存設備中的一或多個電腦程式，用於由資料處理裝置執行或控制資料處理裝置的操作，該資料處理裝置例如可程式處理器、電腦或多個處理器或電腦。
電腦程式（亦稱為程式、軟體、軟體應用程式或代碼）可以任何形式的程式設計語言編寫，包括編譯或解釋語言，並且電腦程式可以任何形式部署，包括作為獨立程式或作為適合在計算環境中使用的模組、元件、子常式或其他單元。電腦程式不一定對應於檔案。程式可儲存在包含其他程式或資料的檔案的一部分中，可儲存在專用於所討論程式的單個檔案中，亦可儲存在多個協調檔案中（例如，儲存一或多個模組、子程式或部分代碼的檔案）。電腦程式可經部署以在一台電腦或一位點的多台電腦上執行，或分佈在多個位點並藉由通信網路互連。
本說明書中描述的製程和邏輯流程可由一或多個可程式處理器執行，該一或多個可程式處理器藉由對輸入資料進行操作並產生輸出來執行一或多個電腦程式以執行功能。製程及邏輯流程亦可由專用邏輯電路系統執行，並且裝置亦可實現為專用邏輯電路系統，例如現場可程式閘陣列(field programmable gate array; FPGA)或特殊應用積體電路(application specific integrated circuit; ASIC)。
術語「資料處理設備」涵蓋用於處理資料的所有設備、裝置及機器，包括例如可程式處理器、電腦或多個處理器或電腦。除了硬體之外，該設備亦可包括為所討論的電腦程式創建執行環境的代碼，例如，構成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、操作系統或其一或多者的組合的代碼。適合於執行電腦程式的處理器包括，例如，通用及專用微處理器，以及任何類型的數位電腦的任何一或多個處理器。
適用於儲存電腦程式指令及資料的電腦可讀媒體包括所有形式的非揮發性記憶體、媒體及記憶體設備，例如包括半導體記憶體裝置，例如可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)和快閃記憶體裝置；磁碟，例如內部硬碟或可移除磁碟；磁光碟；及緊密光碟-唯讀記憶體(CD-ROM)和數位化通用光碟-唯讀記憶體(DVD-ROM)碟。處理器及記憶體可由專用邏輯電路補充或併入在專用邏輯電路系統中。
上述研磨設備和方法可以應用於各種研磨系統。研磨墊或承載頭或兩者都可移動以提供研磨表面與晶圓之間的相對運動。例如，平台可繞軌道而行而非旋轉。研磨墊可為固定至平台上的圓形（或一些其他形狀）墊。終點偵測系統的某些態樣可適用於線性研磨系統（例如，其中研磨墊是連續的或線性移動的捲對捲帶）。研磨層可為標準的（例如，具有或不具有填料的聚氨酯）研磨材料、軟材料或固定磨料材料。使用相對定位術語；應該理解，研磨表面和晶圓可保持在垂直方向或一些其他方向。
儘管本說明書包含許多特定的實施細節，但該等細節不應被解釋為對任何發明的範圍或可主張的範圍的限制，而是對可能特定於特定發明的特定實施例的特徵的描述。在本說明書中於單獨實施例的上下文中描述的某些特徵亦可在單個實施例中組合實施。相反，在單個實施例的上下文中描述的各種特徵亦可在多個實施例中單獨地或以任何合適的子組合來實施。此外，儘管特徵可能在上文描述為在某些組合中起作用，甚至最初被主張，但在某些情況下，來自主張的組合的一或多個特徵可以從組合中刪除，並且主張的組合可針對子組合或子組合的變化。
類似地，雖然操作在附圖中經描繪並且在申請專利範圍中以特定順序敘述，但這不應被理解為要求該等操作以所示的特定順序或按順序執行，或者所有所示的操作皆經執行以達成期望的結果。在某些情況下，多任務和並列處理可為有利的。此外，上述實施例中各個系統模組和元件的分離不應理解為在所有實施例中皆需要此類分離，而應該理解的是，所描述的程式元件及系統通常可整合在單個軟體產品中，或者封裝成多個軟體產品。
已描述了本標的的特定實施例。其他實施例在以下申請專利範圍的範疇內。例如，申請專利範圍中記載的動作可以不同的順序執行，但仍能達成期望的結果。作為一實例，附圖中所示的製程不必需要所示的特定順序或順序來達成期望的結果。在某些情況下，多任務和並列處理可為有利的。
10:基板 100:研磨設備 110:研磨墊 112:外研磨層 112a:研磨表面 114:背襯層 115:反射表面 116:凹槽 117:凹槽 118:嵌件 118a:隔膜 118b:環形側壁 118c:凸緣 119:上表面 120:可旋轉盤形平台 121:馬達 124:驅動軸 125:中心軸線 130:埠 132:研磨液 140:承載頭 142:固定環 144:可撓性膜 146a:腔室 146b:腔室 146c:腔室 150:支撐結構 152:驅動軸 154:馬達 155:軸線 160:原位振動監測系統 162:光源 163:光束 164:位移改變感測器 166:信號處理電子設備 168:電路系統 180:部分 190:控制器 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟
第1圖圖示研磨設備的實例的示意橫截面圖。
第2A圖圖示監測研磨墊中的嵌件的振動監測感測器的示意橫截面圖。
第2B圖圖示監測通過研磨墊的嵌件的振動監測感測器的另一實施的示意橫截面圖。
第2C圖圖示接合研磨墊中的一部分的振動監測感測器的另一實施的示意橫截面圖。
第3圖圖示具有聲學監測感測器的平台的示意俯視圖。
第4圖圖示聲學監測的方法的流程圖。
相同的元件符號及代表在各圖中指示相同元件。
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:研磨墊
112:外研磨層
114:背襯層
115:反射表面
116:凹槽
117:凹槽
118:嵌件
118a:隔膜
118b:環形側壁
118c:凸緣
119:上表面
120:可旋轉盤形平台
162:光源
163:光束
164:位移改變感測器

Claims (18)

  1. 一種化學機械研磨設備，包含： 一平台，用以支撐一研磨墊； 一承載頭，用以相抵於該研磨墊的一研磨表面保持一基板； 一馬達，用以在該平台與該承載頭之間產生相對運動，以便研磨該基板上的一上覆層； 一原位振動監測系統，包括用於發射一光束的一光源及一感測器，該感測器接收來自該研磨墊的一反射表面的該光束的一反射；以及 一控制器，經配置以基於來自該原位墊振動監測系統的該感測器的測量值來偵測歸因於該基板研磨的一底層的暴露。
  2. 如請求項1所述之設備，包含該研磨墊，並且其中該反射表面從該研磨墊的該下表面凹陷。
  3. 如請求項2所述之設備，其中該研磨墊包含一嵌件，並且該嵌件的一上表面與該研磨墊的一上表面共面，並且該反射表面封閉在該嵌件之內。
  4. 如請求項3所述之設備，其中該研磨墊包含一多孔材料，並且該嵌件包含一無孔材料。
  5. 如請求項3所述之設備，其中該嵌件的該上表面與該反射表面之間的該距離在10密耳至30密耳之間的一範圍內。
  6. 如請求項3所述之設備，其中該嵌件的該反射表面具有範圍在8 mm至18 mm之間的一寬度。
  7. 如請求項3所述之設備，其中該嵌件包含在該研磨墊硬度值的10肖氏硬度值範圍內的一硬度。
  8. 如請求項3所述之設備，其中該研磨墊具有一研磨層及在該研磨層的一研磨表面中的複數個漿料輸送槽，並且其中該嵌件位於缺少一漿料輸送槽的該研磨墊的一部分中。
  9. 如請求項1所述之設備，其中該控制器經配置以： 對從該原位墊振動監測系統的該感測器接收到的該等測量值進行一頻域分析。
  10. 如請求項8所述之設備，其中該控制器經配置以基於該頻域分析偵測一研磨終點。
  11. 如請求項1所述之設備，其中該控制器經配置以，回應於來自該原位墊振動監測系統的該感測器的該等測量值，進行以下操作： 調整該承載頭的一當前壓力；或者 調整一新基板的一後續研磨的一基線壓力。
  12. 如請求項1所述之設備，其中該感測器經配置以接收在250 kHz或更大的一頻率下的該反射光束。
  13. 如請求項1所述之設備，其中該感測器經配置以接收在395 kHz的一頻率下的該反射光束。
  14. 一種方法，包含以下步驟： 在一基板與一化學機械研磨設備的一研磨墊之間產生相對運動； 產生一光束，其中光束係從該研磨墊的一反射表面反射； 利用該化學機械研磨設備的一感測器接收該反射光束；以及 基於該反射光束確定由該化學機械研磨設備支撐的一基板的一研磨終點。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：確定該反射光束的一頻域分析。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該確定該研磨終點之步驟係基於該頻域分析。
  17. 如請求項15所述之方法，其中該確定一頻域分析之步驟包含以下步驟：執行一快速傅里葉變換(FFT)，或一小波封包變換(WPT)。
  18. 如請求項15所述之方法，進一步包含以下步驟： 調整該承載頭的一當前壓力；或 基於該頻域分析調整一新基板的一後續研磨的一基線壓力。
TW111125317A 2021-07-06 2022-07-06 使用光學感測器來進行化學機械研磨振動測量的設備及方法 TWI858348B (zh)

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