TW202417182A - 利用平台中的感測器進行載體頭音波監測 - Google Patents

Abstract

一種化學機械拋光裝置，具有：平台，用於支撐拋光墊，該平台具有凹部；載體頭，用於將基板的表面保持抵著該拋光墊，並且包括固位環，該固位環用於將該基板固定在該載體頭下方；馬達，用於在該平台與該載體頭之間產生相對運動，以便對該基板進行拋光；原位音波監測系統，包括佈置在該凹部中的音波感測器，該音波感測器接收來自該基板與該拋光墊之間的摩擦和來自該固位環與該拋光墊之間的摩擦的音能；以及控制器，被配置為：基於從該原位音波監測系統收到的音波訊號，產生載體頭狀態參數的值，以及基於該載體頭狀態參數，改變或拋光參數或產生警報。

Description

利用平台中的感測器進行載體頭音波監測

本揭示內容涉及化學機械拋光，更具體地說，涉及根據化學機械拋光期間收到的音波訊號決定拋光參數。

通常藉由在矽晶圓上依序沉積導電的、半導電的或絕緣的層來將積體電路形成於基板上。一個製造步驟涉及在非平面表面上沉積填料層，並將填料層平坦化。對於某些應用，填料層會被平坦化，直到暴露出圖案化層的頂表面。例如，導電填料層可以沉積在圖案化的絕緣層上，以填充絕緣層中的溝槽或孔洞。平坦化後，導電層在絕緣層的凸起圖案之間的剩餘部分形成導孔、插頭和線路，這些導孔、插頭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，例如氧化物拋光，填料層會被平坦化，直到在非平面表面上留下預定的厚度。此外，光微影術通常需要對基板表面進行平坦化。

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要求將基板安裝在載體或拋光頭上。基板的暴露表面通常被放置在旋轉的拋光墊上。載具頭在基板上提供了可控制的負載以將基板推抵拋光墊。磨料拋光漿通常被供應到拋光墊的表面。

本文揭露了一種化學機械拋光裝置，該化學機械拋光裝置包括：載體頭，用於將基板保持抵著拋光墊。在該拋光墊與該載體頭之間產生相對運動，以對該基板的暴露面進行拋光。該裝置包括原位音波監測系統，該原位音波監測系統從該基板和該載體頭接收音波訊號。該音波監測系統產生對應的電子訊號，該等電子訊號被傳輸到控制器。該控制器接收該等電子訊號，並基於該等電子訊號，產生載體頭狀態參數。該控制器被配置為基於該載體頭狀態參數，改變一個或多個拋光參數，或產生警報。

在一個態樣中，一種化學機械拋光裝置具有：平台，用於支撐拋光墊，該平台具有凹部；載體頭，用於將基板的表面保持抵著該拋光墊，並且包括固位環，該固位環用於將該基板固定在該載體頭下方；馬達，用於在該平台與該載體頭之間產生相對運動，以便對該基板進行拋光；原位音波監測系統，包括佈置在該凹部中的音波感測器，該音波感測器接收來自該基板與該拋光墊之間的摩擦和來自該固位環與該拋光墊之間的摩擦的音能；以及控制器，被配置為：基於從該原位音波監測系統收到的音波訊號，產生載體頭狀態參數的值，以及基於該載體頭狀態參數，改變或拋光參數或產生警報。

在另一個態樣中，一種拋光方法包括以下步驟：用載體頭將基板保持抵著拋光墊的拋光表面；在該基板與該拋光墊之間產生相對運動，使得原位音波監測系統經過該載體頭下方；用定向在該拋光墊下方的原位音波監測系統監測該載體頭，以產生訊號，該訊號包括一系列片段；識別來自該系列片段的第一片段，該第一片段與該感測器位於該載體頭的第一部分下方對應；識別來自該系列片段的第二片段，該第二片段與該感測器位於該載體頭的第二部分下方對應；決定該第一片段與該第二片段之間的差異；以及基於該經決定的差異，改變拋光參數或產生警報。

一個或多個實施例的詳情會在附圖和下面的描述中闡述。其他的特徵和優點將根據描述和附圖以及請求項而顯而易見。

CMP的一個問題是驗證拋光系統是否以所需的控制參數（如所需的轉速或腔室壓力）操作。理想情況下，適當的物理部件（如馬達或壓力調節器）只是由控制器依據具有所需的控制參數值的配方進行操作。然而，實際上，由於暫態效應或系統錯失，實際值（如實際轉速或腔室壓力）可能與所需的值不同。

然而，如果音波訊號與控制參數（如腔室壓力或轉速）相關，那麼根據音波訊號決定的控制參數值可以用作對另一個控制參數感測器（如壓力感測器或馬達編碼器）的驗證或錯失偵測，可能使其他感測器變得不必要。

CMP的另一個問題是決定「系統健康狀況」。拋光期間出現的故障（例如晶圓從載體頭滑落、無法對基板進行卡緊或去卡緊、載體頭中各膜之間的黏滯、基板或載體頭的意外側向運動等）可能導致對正在拋光的基板的直接損壞，並需要大量停機時間進行系統維護。傳統上，這種故障只有在它們發生後才會被偵測到。例如，目視檢查或攝影機可能會偵測到基板從載體下方滑落，或者拋光速率的變化可能表明出現了錯失。

然而，如果音波訊號與即將發生的錯失條件相關，就有可能診斷出問題，使得在故障發生前採取改正動作。

CMP的另一個問題是，在腔室壓力提升操作期間，基板與撓性膜之間會產生氣泡。在操作中，每個可加壓腔室中的壓力會依據可以儲存在控制器中的配方逐區增加。如果在壓力提升過程中出現誤差，那麼基板與撓性膜之間就可能會夾帶氣泡。這些氣泡會改變施加到基板的壓力曲線，並降低晶圓的均勻性。沒有實時技術來識別導致膜與晶圓之間出現氣泡的壓力提升過程。

然而，如果音波訊號與不當的壓力提升過程相關，就有可能決定是否存在氣泡或不當的壓力提升過程，使得可以在氣泡影響對基板的拋光之前採取改正動作。

CMP的另一個問題是萬向連接機構（gimbal mechanism）潤滑不當。一般來說，萬向連接機構被潤滑，例如塗油脂，以減少當向載體頭施加力而導致萬向連接（gimbaling）時，移動部件之間的摩擦（例如由於載體頭騎在厚度不均勻的拋光墊上引起的摩擦）。如果撓性萬向連接機構潤滑不當，那麼導致萬向連接所需的力就會增加，並且可能導致不理想的拋光結果，對基板造成直接損害，並增加對拋光系統的維護。

然而，如果對音波訊號進行長期監測，就會有可能決定對萬向連接機構進行的塗油脂是否不當，使得可以在萬向連接機構發生損壞或基板在拋光期間受損之前採取改正動作。

當基板和載體頭的固位環與拋光墊的拋光層交互作用時，拋光過程會至少基於兩個表面之間的摩擦接觸產生音能。音波感測器可以接收音能並進行處理，以產生一系列音波測量，即音波訊號。

依據環組件或基板的哪些表面正在產生音波資訊對音波訊號進行分段有助於偵測氣泡或有誤的其他拋光參數（如壓力或萬向連接位置）。偵測這種誤差會提高系統可靠性，並減少系統錯失和拋光操作失敗。

本文所述的技術可以獨立地或一起解決這些問題中的任何一者或多者。

圖1說明了化學機械拋光系統20的拋光站的一個例子。拋光系統20包括可旋轉的圓盤形平台24，拋光墊30位於該平台上。平台24可用於圍繞軸25旋轉。例如，馬達26可以轉動驅動軸28以旋轉平台24。拋光墊30可以是雙層拋光墊，帶有外拋光層32和較軟的背襯層34。拋光層32的拋光表面可以包括凹槽35，例如用於輸送漿料。

拋光系統20可以包括供應端口或組合的供應-沖洗臂36，以將拋光液38（如磨料漿）分配到拋光墊30上。拋光系統20還可以包括帶有調節盤42的墊調節裝置40，以保持拋光墊30的表面粗糙度。調節盤42可以定位在臂44的端部處，該臂可以擺動，以便使調節盤42徑向地掃過拋光墊30。

載體頭70可用於將基板10保持抵著拋光墊30。載體頭70懸掛在支撐結構50（例如旋轉料架或軌道）上，並藉由驅動軸54與載體頭旋轉馬達56連接，使得載體頭可以圍繞軸58旋轉。可選地，載體頭70可以側向擺動，例如在旋轉料架上的滑件上擺動，藉由沿著軌道的移動來擺動，或藉由旋轉料架本身的旋轉擺動來擺動。

載體頭70包括殼體72、基板背襯組件74（其包括基部76和撓性膜78，該撓性膜界定了複數個可加壓腔室80）、萬向連接（gimbal）機構82（其可以視為組件74的一部分）、裝載腔室84、固位環100和致動器122。

殼體72一般可以是圓形的形狀，並且可以與驅動軸54連接，以便在拋光期間與該驅動軸一起旋轉。可以有通道（未圖示）延伸通過殼體72，以對載體頭70進行氣動控制。基板背襯組件74是可垂直移動的組件，位於殼體72下方。萬向連接機構82允許基部76相對於殼體72進行萬向連接，同時防止基部76相對於殼體72進行側向運動。裝載腔室84位於殼體72與基部76之間，以向基部76施加負載（即向下的壓力或重量），從而向基板背襯組件施加負載。基板背襯組件74相對於拋光墊的垂直位置也由裝載腔室84控制。撓性膜78的下表面為基板10提供了安裝表面。

在將基板10從載體頭70上安裝或移除的期間，拋光系統20會依據配方命令載體頭70改變可加壓腔室80內的氣壓，以便將基板10「卡緊」（例如安裝）到載體頭70上或「去卡緊」（例如解除安裝）該基板。一般來說，撓性膜78包括同心可加壓腔室80，其中每個腔室80都可個別加壓。為了將基板10卡緊到載體頭70上，壓力從中央腔室向外同心地依次增加到越來越遠的腔室。為了將基板10從載體頭70去卡緊，可加壓腔室80中的壓力從最外側的同心腔室到中央腔室依序降低。

卡緊過程的順序加壓會將基板10與可加壓腔室80之間夾帶的空氣向外排出，直到基板10被真空固持在撓性膜78上。相反地，去卡緊過程會從最外側的腔室向內依序降低可加壓腔室80與基板10之間的壓力，使得空氣侵入撓性膜78與基板10之間，直到基板10不再被真空固持在撓性膜78上。

拋光系統20包括至少一個原位音波監測系統160。原位音波監測系統160包括一個或多個音波感測器162，這些音波感測器佈置在基板10靠近拋光墊30的一側下方。每個音波感測器可以安裝在平台24上的一個位置。特別是，原位音波監測系統可以被配置為感測音能，例如，由拋光墊、基板或固位環中的應力引起的音波發射。一般來說，這種音能是以壓縮波的形式藉由材料傳播的（而不是整體運動（bulk motion））。

音波感測器162定位在平台24中的凹部164中，並被定位為接收通過拋光墊30（例如通過拋光墊30中的音窗118）的音能。音波感測器162可以藉由電路系統168藉由旋轉耦合（例如汞滑環）與電源供應器和/或其他訊號處理電子元件166連接。訊號處理電子元件166可以轉而連接到控制器190。

原位音波監測系統160可以是被動音波監測系統。音波感測器162監測的被動音波訊號的範圍可以是50 kHz至1 MHz，例如200至400 kHz，或200 KHz至1 MHz。例如，為了監測淺溝槽隔離（STI）中的層間介電質（ILD）的拋光，可以監測225 kHz至350 kHz的頻率範圍。作為另一個例子，被動模式的感興趣頻率範圍為500 kHz至900 kHz。

背襯層34位於音波感測器162正上方的部分可以包括音窗118。音窗118的音波衰減係數低於周圍的背襯層34。音窗118的材料具有足夠低的音波衰減係數，以例如為音波監測提供令人滿意的訊號。一般來說，該音波衰減係數應儘可能低（即無吸收），例如，低於2的音波衰減係數，以便為音波監測提供令人滿意的訊號。

在一些實施例中，音窗118由與背襯層34不同的材料形成。這允許背襯層34由範圍更廣的材料組成，以滿足CMP操作的需要。音窗118可以由無孔材料組成，例如固體。例如，音波材料可以是聚合物，如聚氨酯。

音窗118可以比音波感測器162更寬，例如如圖1所示，或者兩者的寬度可以實質相等（如相差10%以內）。當音窗118比音波感測器162窄時，感測器也可以鄰接背襯層34的底部。

音波感測器162是一種接觸式音波感測器162，其表面與背襯層34和/或音窗118的一部分連接（例如直接接觸，或僅有一個黏著層）。例如，音波感測器162可以是電磁音波傳感器或壓電音波傳感器。壓電感測器可以包括剛性接觸板（其例如為不銹鋼或類似材料），該接觸板被放置成與要監測的主體接觸，以及在該接觸板的背面的壓電組件（如夾在兩個電極之間的壓電層）。

音波感測器162可以藉由黏著層固定在背襯層34的一部分和/或音窗118上。黏著層增加了音波感測器162與背襯層34和/或音窗118之間的接觸面積，減少了拋光操作期間音波感測器162的不理想運動，並且可以減少音波感測器162與背襯層34之間氣穴的存在。然而，在一些實施例中，音波感測器162會直接與音窗118接觸。

音窗118延伸通過背襯層34，使得一個表面（如上表面）與拋光層32的下表面接觸。相對表面（例如底表面）可以與背襯層34的下表面共面。

音窗118可以由無孔材料組成。一般來說，與多孔材料相比，無孔材料在傳輸音能時的雜訊和擴散較少。音窗118材料的可壓縮性可以在周圍基質材料204的可壓縮性的一定範圍內，從而降低音窗118對拋光層32的拋光特性的影響。音窗118可以由聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯或具有足夠低的音阻抗係數的另一種聚合物中的一者或多者組成。音窗118被顯示為延伸通過背襯層34的總厚度。音波感測器162延伸通過平台24中的孔，以與窗118的底面接觸。

在一些實施例中，並且如圖1所示，音窗118延伸通過墊子30的厚度。如圖2C所示，音窗118延伸通過拋光層32和背襯層34兩者。在這裡，音窗118的音阻抗低於周圍的拋光層32和背襯層34。音窗118被定位為使得音窗118的頂表面與拋光表面112a共面，音窗的底表面與背襯層34的下表面（如下表面114b）共面，該背襯層的該下表面與平台24接觸。音波感測器162與音窗118的暴露表面接觸，並接收傳輸的音能。

音窗118由不同於拋光層32的材料形成。這允許背襯層34由範圍更廣的材料組成，以滿足CMP操作的需要。在一些實施例中，拋光層32和背襯層34兩者的透音率都足夠高，因此不需要音窗。在這種情況下，音波感測器162可以被放置為直接與背襯層34的下表面接觸。

現在參考圖2，圖中顯示了平台24和被支撐的拋光墊30的俯視圖，其中基板10被固位環100所約束。在拋光操作期間，墊子30與基板10之間的相對運動是由平台24的旋轉、壓在基板10上的載體頭70的旋轉或直線運動或組合產生的。圖中顯示了感測器162（和窗118，如果有的話），當平台24和被支撐的墊子30在方向124上旋轉時，感測器162會相對於圖2的參考框架遵循路徑102移動。在拋光操作期間，當感測器162遵循路徑102移動時，感測器162會在環組件100和基板10的各個部分下方移動，例如，當路徑102與基板10的一部分或固位環100的一部分相交時。

音波感測器162與窗118接觸，並在拋光操作期間產生音波資料。音波感測器162在沿路徑102行進時會產生一系列音波測量。這個系列包括當感測器162（或窗118）不在固位環100或基板10下方或與之接觸時的測量。在感測器162經過固位環100下方之前產生的資料稱為「前導晶圓外資料（leading off wafer data）」，例如，在進入路徑部分106之前和包括進入路徑部分106的資料。收集前導晶圓外資料的示例路徑部分被顯示為路徑部分110。

當感測器162經過載體頭70、固位環100或基板10下方時，音波感測器162會測量載體頭70、固位環100或基板10與拋光墊30和窗118之間的接觸所產生的音能。路徑部分104和108對應於感測器162位於固位環100的兩個部分下方，路徑部分106對應於感測器162位於基板10下方。當感測器162位於基板10（如路徑部分106）下方時產生的資料稱為「晶圓上（on wafer）資料」。由於音能在通過拋光墊30和窗118時會發生衰減，因此到達感測器162的音能主要是由拋光墊30（包括窗118）與感測器162正上方的特定部件（如固位環100或基板10）之間的摩擦力造成的。藉由分析與一個部件相對應的訊號的路徑部分，可以獲得關於該部件的資訊。

感測器162經過固位環100的第二部分（例如，離開路徑部分108）下方後產生的資料稱為「尾隨晶圓外資料（trailing off-wafer data）」。收集尾隨晶圓外資料的示例路徑部分被顯示為路徑部分112。

音波監測系統160的控制器190從音波感測器162接收音波資料。在一些實施方式中，控制器會將測得的音波訊號顯示在顯示器（例如電腦監視器）上。

現在參考圖2和3，圖中顯示了示例性音波訊號300。音波監測系統160處理音波訊號300，並將音波訊號300細分為與感測器162位於載體頭70下方（如環組件100或基板10下方）相對應的片段。音波監測系統160依據測量的位置（即感測器的位置，例如根據平台的角度位置決定的位置）將音波訊號300細分為多個片段。在一些實施方式中，可以基於音波訊號300的平均振幅來區分不同的訊號片段。該系列片段是一個時間相關的序列，與音波感測器162在一段時間內依序產生的音波資料相對應。

在一些實施方式中，音波監測系統160會對音波感測器162產生的音波資料進行訊號處理，以便在將音波資料傳遞到控制器190之前對音波資料進行濾波（例如去噪）。濾波可以是低通濾波器或移動窗平均（running window average），以使來自感測器162的測得訊號平滑化。在一些例子中，音波監測系統160會為每個片段內的測得訊號產生一個平均值。

在圖3的例子中，音波訊號300包括：與「前導晶圓外資料」相對應的晶圓外片段322；與窗118位於固位環100下方相對應的片段324和332，例如在路徑部分106和108上收集的資料；與窗118位於載體頭70下方且未接觸環組件100或基板10相對應的片段326；與窗118位於基板10下方相對應的晶圓上片段328，例如「晶圓上資料」；以及與「尾隨晶圓外資料」相對應的晶圓外片段334。在拋光操作期間，摩擦力將基板10推抵固位環100的尾部內表面，使得晶圓上片段328在音波訊號300中與載體頭區段332相鄰。在一些例子中，片段326可能不會出現在音波監測系統160接收到的音波訊號300中。一般來說，基板10與環部件100在路徑102的前導側之間的間隙可以是2毫米至3毫米，這可能比感測器162更小，因此實際上無法從音波訊號300的其餘部分偵測到，例如，無法區分。

音波監測系統160將音波訊號300傳遞給控制器190。控制器190處理接收到的音波訊號300，以將訊號300的特性值與預定閾值進行比較，或決定訊號300的特性變化。訊號特性的例子包括訊號片段的平均振幅、訊號片段內的最大或最小振幅、訊號片段頻譜中某個頻率的強度、訊號片段頻譜中某個頻寬範圍內的總功率、頻率加權平均功率或訊號片段頻譜中峰值或谷值的位置（頻率）。在一些實施方式中，控制器190會決定替代資料參數，例如音波訊號300、音波訊號300的一個或多個片段的導數、平均值、頻率加權平均功率、積分、標準差或方差。

作為一個例子，控制器190會決定音波訊號300的一個或多個片段的特性值之間的差異，如晶圓上片段328與晶圓外片段322和/或334之間的差異，前導載體頭片段324與尾隨載體頭片段332之間的差異，或晶圓上片段328與載體頭片段324和/或332之間的差異。控制器190還可以決定音波訊號300的特性值隨時間變化的差異，例如平台的連續旋轉之間的差異，兩個或多個基板10之間的差異，或拋光系統20的操作時間段內（例如數周或數月）音波訊號300的差異。

在一些實施方式中，控制器190會將音波訊號300的特性值與一個或多個閾值進行比較。例如，控制器190會將音波訊號300的一個或多個片段的最大值（如最大振幅）與相比的最大閾值進行比較。

一般來說，音波監測系統160藉由將音波訊號300的一個或多個片段與另一個片段進行比較，藉由將音波訊號300與用不同基板產生的歷史音波訊號進行比較，或兩者兼而有之，從而根據音波訊號300決定是否存在缺陷、不正確或不理想的拋光參數，或組合。如果音波訊號的兩個片段的特性值之間的差異超過了閾值，那麼可能表明其中一個問題。如果晶圓上訊號功率明顯低於預期，或者訊號功率出現明顯下降，但與在該訊號區域對晶圓施加的預期壓力的等效降低無關，則可能存在氣泡。如果前導邊緣環訊號功率（324）與尾隨邊緣環訊號功率（332）之間的差異超出了所表徵的可接受範圍，則萬向連接位置（gimbal position）可能超線（out of line）。

控制器190基於收到的音波訊號300的一個或多個片段產生載體頭狀態參數值。載體頭狀態參數的例子包括一個或多個可加壓腔室80中的壓力，或萬向連接機構82的萬向連接位置（例如高度或角度偏差）。控制器190會將載體頭狀態值與控制器190中儲存的閾值狀態值進行比較。控制器190可以回應於載體頭狀態值超過對應閾值的情況，產生警報或改變拋光系統20的操作值。

在一個例子中，控制器190會決定前導載體頭片段324與尾隨載體頭片段332之間的平均振幅差。這種振幅差可能表明一個或多個腔室80中的壓力不當而可能導致載體頭70的萬向連接不當。控制器190可以回應於這個決定產生警報。

控制器190可以決定在多個基板10拋光操作中，前導載體頭片段324與尾隨載體頭片段332之間的平均振幅差。決定振幅差超過閾值，或平均振幅出現變化，可以表明萬向連接機構82的潤滑不當。控制器190會回應於表明萬向連接機構82應該要維修的決定產生警報。

在另一個例子中，控制器190會決定片段326或330或晶圓上片段328的變化。該變化可以被計算為相應片段內的訊號標準差，也可以被計算為相應片段內的最大值與最小值之差。可以將該變化與儲存的變化閾值進行比較。在一些例子中，晶圓上片段328中的高變化（即超過閾值）可以表明基板10與拋光層32之間存在氣泡。氣泡會減少基板10與拋光層32的接觸面積，從而降低拋光效果。偵測氣泡有助於調整一個或多個拋光參數以移除氣泡，從而改進晶圓內（within-wafer）拋光。控制器190可以回應於決定氣泡存在而產生警報，或終止拋光過程，或兩者兼而有之。

在一些實施方式中，控制器190會回應於收到的音波訊號300（例如訊號300中的片段322-324中的一者或多者）產生警報。警報的例子可以包括在使用者設備上顯示的音訊或視覺警報。警報的附加或替代示例可以包括傳送到與拋光系統20連接的聯網設備的通知。

圖4是描述拋光方法400的流程圖，該方法用於回應於音波訊號300的偵測到的片段差異改變拋光參數或產生警報。

基板10被保持抵著由平台24支撐的拋光墊30的拋光層32（步驟402），例如由載體頭70的可加壓腔室80加壓。在拋光操作期間，基板10藉由與拋光層32接觸的固位環100固位在載體頭70下方。

在基板10與拋光層32之間產生相對運動（步驟404）。例如，拋光系統20可以藉由操作馬達26使平台24圍繞軸25旋轉來產生至少一部分相對運動。附加性地或替代性地，拋光系統20藉由操作載體頭旋轉馬達56使載體頭70旋轉來產生一部分相對運動。在一些實施方式中，拋光系統20包括線性致動器，該線性致動器用於使驅動軸54沿支撐結構50運動，從而產生基板10與拋光層32之間的一部分相對運動。拋光液38從供應-沖洗臂36添加到拋光層32，以加強對接觸拋光層32的基板10表面的拋光。

原位音波監測系統160（步驟406）在拋光操作期間監測載體頭70。音波監測系統160包括音波感測器162，該音波感測器佈置在平台24內，例如平台24的凹部164內。音波感測器162與拋光墊30的一部分（例如背襯層34的表面）接觸。在一些實施方式中，音波感測器162與拋光層32的表面接觸。附加性地或替代性地，拋光層32和/或背襯層34包括音波感測器162接觸的音窗118。

當音波感測器162沿路徑102掃過載體頭70下方時，音波感測器162會接收與固位環100或基板10與拋光層32之間的接觸相對應的音能。該音能被音波監測系統160接收，該音波監測系統產生音波訊號300，該音波訊號被傳遞給控制器190。

控制器190接收音波訊號300，並基於收到的音波訊號300產生載體頭狀態參數值（步驟408）。控制器190可以藉由將收到的音波訊號300分成一系列片段，並決定各片段之間的差異，來產生載體頭狀態參數值。替代性或附加性地，控制器190藉由決定從不同基板10接收的不同音波訊號300之間的差異來產生載體頭狀態參數值。產生值可以包括以下步驟410-414。

音波訊號300被控制器190或音波監測系統160分成一系列片段，例如片段322-334。決定各片段之間的差異包括控制器190從該系列片段322-334中識別與感測器162位於載體頭70或基板10的一部分下方對應的第一片段（步驟410）。片段322-334具有音波參數值，如振幅值或變化值。將片段322-334中的每一者的振幅/變化值與從載體頭70、環組件100或基板10接收的音波訊號的相應閾值進行比較。

控制器190從與音波感測器162位於載體頭70的第二部分下方對應的該系列片段322-334中識別第二片段（步驟412）。第二片段對應於與第一片段不同的片段。

控制器190決定所選片段之間的差異（步驟414）。控制器190比較所選的第一片段和第二片段並決定差異。在一些例子中，控制器190決定的差異包括減法、加權平均法或對片段執行數學過程並決定數學過程的結果之間的差異。

控制器190基於所決定的差異來改變拋光參數、產生警報或兩者兼而有之（步驟416）。控制器190決定所選片段之間的差異，並決定拋光過程的哪個問題與該差異相關聯。每個問題可以與不同的差異相關聯，而關聯性被儲存在控制器190中。例如，拋光過程的問題可能是環組件100或基板10與墊子30的拋光層32之間捕獲了氣泡。在一個例子中，基板10與載體頭72之間捕獲的氣泡可能會導致晶圓上片段328與控制器190中儲存的來自先前拋光操作的歷史晶圓上片段出現差異。作為一個替代性或附加性的例子，拋光過程的問題可能在於萬向連接機構82的萬向連接。萬向連接的問題可能會導致前導載體頭區段324與尾隨載體頭區段332的平均值和/或最大值之間出現差異。

在一些實施方式中，控制器190會決定與相關問題對應的拋光參數。例如，在氣泡位於環組件100和拋光層32之間的情況下，控制器190會決定要將載體頭70對拋光層32的壓力值降低到足以使氣泡離開環組件100與拋光層32之間的空間。

在一些例子中，控制器190會決定前導載體頭片段324與尾隨載體頭片段332之間的差異。例如，如果控制器190決定前導載體頭片段324與尾隨載體頭片段332的振幅存在差異，那麼控制器190就會聯想到萬向連接機構82的萬向連接位置存在誤差。在一個例子中，控制器190會增加腔室84中的壓力，以改變組件74的高度。在另一個例子中，控制器190會增加一個或多個可加壓腔室80中的氣體壓力，以間接改變組件74相對於殼體72的角定向。

在附加性或替代性的例子中，控制器190會基於所決定的差異產生警報，該警報可以包括傳遞給使用者設備、聯網設備或拋光系統20的部件的視覺、音訊、文本或命令警報。

圖5是示例電腦系統500的方塊圖。系統500包括處理器510、記憶體520、儲存設備530和一個或多個輸入/輸出介面設備540。部件510、520、530和540中的每一者可以相互連接，例如使用系統匯流排550。

處理器510能夠處理指令，以便在系統500內執行。這裡使用的用語「執行」指的是程式碼導致處理器實現一個或多個處理器指令的技術。在一些實施方式中，處理器510是單緒處理器。在一些實施方式中，處理器510是多緒處理器。處理器510能夠處理儲存在記憶體520中或儲存設備530上的指令。處理器510可以執行諸如使用本文所述的音波監測系統來監測拋光過程之類的操作。

記憶體520儲存系統500內的資訊。在一些實施方式中，記憶體520是電腦可讀取媒體。在一些實施方式中，記憶體520是易失性記憶體單元。在一些實施方式中，記憶體520是非易失性記憶體單元。

儲存設備530能夠為系統500提供大量儲存器。在一些實施方式中，儲存設備530是非暫時性電腦可讀取媒體。在各種不同的實施方式中，儲存設備530可以包括例如硬碟設備、光碟設備、固態硬碟、快閃碟、磁帶或某種其他大容量儲存設備。在一些實施方式中，儲存設備530可以是雲端儲存設備，例如包括分佈在網路上並使用網路來存取的一個或多個物理儲存設備的邏輯儲存設備。

輸入/輸出介面設備540為系統500提供輸入/輸出操作。在一些實施方式中，輸入/輸出介面設備540可以包括網路介面設備（如乙太網路介面）、串列通訊設備（如RS-232介面）和/或無線介面設備（如802.11介面、3G無線數據機、4G無線數據機等）中的一者或多者。網路介面設備允許系統500進行通訊，例如傳輸和接收資料。在一些實施方式中，輸入/輸出設備可以包括驅動設備，這些驅動設備被配置為接收輸入資料並向其他輸入/輸出設備（如鍵盤、印表機和顯示設備）發送輸出資料。在一些實施方式中，可以使用行動計算設備、行動通訊設備和其他設備。

軟體可以藉由指令來實現，這些指令在執行時會導致一個或多個處理設備實現上述的過程和功能，例如，使用本文所述的音波監測系統監測拋光過程。例如，這些指令可以包括腳本指令等經解譯的指令，或可執行代碼，或儲存在電腦可讀取媒體中的其他指令。

在一些例子中，系統500被包含在單個積體電路封裝內。處理器510和一個或多個其他部件被包含在單個積體電路封裝內和/或作為單個積體電路製造的此類系統500有時稱為微控制器。在一些實施方式中，積體電路封裝包括與輸入/輸出端口相對應（例如，可以用於向一個或多個輸入/輸出介面設備540和從一個或多個輸入/輸出介面設備540傳遞訊號）的接腳。

儘管圖5中已經描述了一個示例處理系統，但上述標的和功能操作的實施方式也可以在其他類型的數位電子電路系統中實現，或在電腦軟體、韌體或硬體（包括本說明書中揭露的結構和其結構等效物）中實現，或在一個或多個上述項目的組合中實現。本說明書中所述的標的的實施方式（例如儲存、保持或顯示人造物）可以被實施為一個或多個電腦程式產品，即編碼在有形程式載體（例如電腦可讀取媒體）上的一個或多個電腦程式指令模組，用於由處理系統執行或控制處理系統的操作。電腦可讀取媒體可以是機器可讀取儲存設備、機器可讀取儲存基板、記憶體設備或上述一個或多個項目的組合。

術語「系統」可以包含用於處理資料的所有裝置、設備和機器，舉例來說，包括可程式處理器、電腦、多個處理器或電腦。除硬體外，處理系統還可以包括為有關電腦程式創造執行環境的代碼，例如構成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、作業系統或一個或多個上述項目的組合的代碼。

電腦程式（也稱為程式、軟體、軟體應用程式、腳本、可執行邏輯或代碼）可以以任何形式的程式設計語言（包括經編譯或經解譯的語言，或者宣告式或程序式語言）編寫，並且它可以以任何形式部署，包括作為獨立的程式或作為模組、部件、子常式或其他適合在計算環境中使用的單元。電腦程式並不一定與檔案系統中的檔案相對應。程式可以儲存在包含其他程式或資料（例如儲存在標記語言文件中的一個或多個腳本）的檔案的一部分中，儲存在專用於所討論的程式的單個檔案中，或儲存在多個協調檔案（例如儲存一個或多個模組、子程式或部分代碼的檔案）中。電腦程式可以被部署為在一個電腦上執行，也可以被部署為在位在一個地點或橫跨多個地點分佈並由通訊網路相互連接的多個電腦上執行。

適合儲存電腦程式指令和資料的電腦可讀取媒體包括所有形式的非易失性或易失性記憶體、媒體和記憶體設備，舉例來說，包括半導體記憶體設備，如EPROM、EEPROM和快閃記憶體設備；磁碟，如內部硬碟或抽取式磁碟或磁帶；磁光碟；以及CD-ROM、DVD-ROM和藍光光碟。可以由特殊用途邏輯電路系統輔助處理器和記憶體，或將處理器和記憶體併入該特殊用途邏輯電路系統中。伺服器有時是通用電腦，有時是定制的特殊用途電子設備，有時是這些東西的組合。

雖然本說明書包含許多細節，但這些細節不應被理解為對可以請求保護的範圍的限制，而應被理解為特定於特定例子的特徵描述。本說明書中在各別的實施方式的背景脈絡下描述的某些特徵也可以結合起來。相反地，在單一的實施方式的背景脈絡下描述的各種特徵也可以在多個實施例中單獨實施或以任何合適的子組合實施。

10:基板 20:拋光系統 24:平台 25:軸 26:馬達 28:驅動軸 30:拋光墊 32:拋光層 34:背襯層 35:凹槽 36:供應-沖洗臂 38:拋光液 40:墊調節裝置 42:調節盤 44:臂 50:支撐結構 54:驅動軸 56:載體頭旋轉馬達 58:軸 70:載體頭 72:殼體 74:組件 76:基部 78:撓性膜 80:可加壓腔室 82:萬向連接機構 84:裝載腔室 100:固位環 102:路徑 104:路徑部分 106:路徑部分 108:路徑部分 110:路徑部分 112:路徑部分 118:窗 124:方向 160:音波監測系統 162:音波感測器 164:凹部 166:訊號處理電子元件 168:電路系統 190:控制器 300:音波訊號 322:片段 324:片段 326:片段 328:片段 332:片段 334:片段 400:方法 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟 412:步驟 414:步驟 416:步驟 500:系統 510:處理器 520:記憶體 530:儲存設備 540:輸入/輸出介面設備 550:系統匯流排

圖1是包括原位音波監測系統的拋光系統的示意側視圖。

圖2是在拋光墊上進行拋光的基板的示意俯視圖，以及音波感測器在拋光操作期間遵循的示意路徑和在感測器在該示意路徑上移動時產生的示意音波訊號。

圖3是示例音波訊號和與環組件或基板的不同部分對應的片段的圖解。

圖4是拋光過程的示例方法的流程圖。

圖5是示例計算系統的系統圖。

在圖式中，類似的參考符號表示類似的元素。

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

24:平台

30:拋光墊

100:固位環

102:路徑

104:路徑部分

106:路徑部分

108:路徑部分

110:路徑部分

112:路徑部分

124:方向

162:音波感測器

300:音波訊號

Claims (18)

1. 一種化學機械拋光裝置，包括： 一平台，用於支撐一拋光墊，該平台具有一凹部； 一載體頭，用於將一基板的一表面保持抵著該拋光墊，其中該載體頭包括一固位環，該固位環用於將該基板固定在該載體頭下方； 一馬達，用於在該平台與該載體頭之間產生相對運動，以便對該基板進行拋光； 一原位音波監測系統，包括佈置在該凹部中的一音波感測器，該音波感測器接收來自該基板與該拋光墊之間的摩擦和來自該固位環與該拋光墊之間的摩擦的音能；以及 一控制器，被配置為： 基於從該原位音波監測系統收到的音波訊號，產生一載體頭狀態參數的一值，以及 基於該載體頭狀態參數，改變或拋光參數或產生一警報。
2. 如請求項1所述的裝置，其中該拋光參數包括以下一項或多項：該載體頭的一萬向連接（gimbaling）量，該載體頭中的一腔室是否被正確加壓，該基板與該載體頭之間存在一氣泡，或者該基板是否被卡緊在該載體頭上。
3. 如請求項1所述的裝置，其中該音波感測器與該拋光墊的一底表面附接。
4. 如請求項1所述的裝置，其中該拋光墊包括一音窗，並且該音波感測器接觸該音窗的一底表面。
5. 如請求項1所述的裝置，其中該控制器被進一步配置為決定該音波訊號的至少兩個不同部分之間的一差異。
6. 如請求項5所述的裝置，其中該控制器被進一步配置為基於該差異超過一閾值，產生一警報。
7. 如請求項6所述的裝置，其中該控制器被進一步配置為決定該音波訊號與來自一先前基板的一歷史音波訊號之間的一差異，其中該歷史音波訊號被儲存在該控制器上。
8. 如請求項1所述的裝置，其中該控制器被進一步配置為決定來自該環組件的該表面的一第一部分和一第二部分的該音波訊號的一差異。
9. 一種拋光方法，包括以下步驟： 用一載體頭將一基板保持抵著一拋光墊的一拋光表面； 在該基板與該拋光墊之間產生相對運動，使得一原位音波監測系統經過該載體頭下方； 用定向在該拋光墊下方的一原位音波監測系統監測該載體頭，以產生一訊號，該訊號包括一系列片段； 識別來自該系列片段的一第一片段，該第一片段與該感測器位於該載體頭的一第一部分下方對應； 識別來自該系列片段的一第二片段，該第二片段與該感測器位於該載體頭的一第二部分下方對應； 決定該第一片段與該第二片段之間的一差異；以及 基於該經決定的差異，改變一拋光參數或產生一警報。
10. 如請求項9所述的方法，其中該載體頭的該第一部分和該第二部分是該載體頭的一環組件的一第一部分和一第二部分。
11. 如請求項9所述的方法，其中該拋光參數是該載體頭的一壓力。
12. 如請求項9所述的方法，進一步包括以下步驟：基於該訊號，偵測該基板離開該拋光墊的該拋光表面。
13. 如請求項9所述的方法，進一步包括以下步驟：基於該訊號，偵測一氣泡的一存在。
14. 一種電腦程式產品，包括一非暫時性電腦可讀取媒體，該非暫時性電腦可讀取媒體具有指令，該等指令用於使一個或多個電腦： 用一載體頭將一基板保持抵著一拋光墊的一拋光表面； 在該基板與該拋光墊之間產生相對運動，使得該原位監測系統經過該載體頭下方； 用定向在該拋光墊下方的一原位音波監測系統監測該載體頭，以產生一訊號，該訊號包括一系列片段； 識別來自該系列片段的一第一片段，該第一片段與該感測器位於該載體頭的一第一部分下方對應； 識別來自該系列片段的一第二片段，該第二片段與該感測器位於該載體頭的一第二部分下方對應； 決定該第一片段與該第二片段之間的一差異；以及 基於該經決定的差異，改變一拋光參數或產生一警報。
15. 如請求項14所述的電腦程式產品，其中該載體頭的該第一部分和該第二部分是該載體頭的該固位環的一第一部分和一第二部分。
16. 如請求項14所述的電腦程式產品，其中該拋光參數是該載體頭的一壓力。
17. 如請求項14所述的電腦程式產品，進一步包括以下步驟：基於該訊號，偵測該基板離開該拋光墊的該拋光表面。
18. 如請求項14所述的電腦程式產品，進一步包括以下步驟：基於該訊號，偵測一氣泡的存在。