TWI833270B

TWI833270B - 化學機械拋光設備

Info

Publication number: TWI833270B
Application number: TW111125088A
Authority: TW
Inventors: 尼可拉斯Ａ魏斯威爾; 愛瑞克Ｓ朗登; 班傑明傑瑞安; 索拉布波爾曼德; 湯瑪士Ｈ歐斯特海德; 傑古魯薩米; 張壽松
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2024-02-21
Also published as: TW202426178A; WO2023283525A1; JP2024525537A; KR20240023190A; US20230009048A1; TW202313249A; CN117615879A

Abstract

一種化學機械拋光設備包括用以支撐拋光墊之平臺、用以保持基板的表面抵靠拋光墊之承載頭、用以在平臺與承載頭之間產生相對運動以便拋光基板上之上覆層的馬達、包括具有頂表面以接觸基板之聲學窗口的原位聲學監控系統，及經配置以基於來自原位聲學監控系統之已接收到的聲學信號來偵測拋光終點之控制器。

Description

化學機械拋光設備

本揭示案係關於化學機械拋光的原位監控，且特定言之係關於聲學監控。

通常藉由將導電層、半導體層或絕緣層依序沉積在矽晶圓上而在基板上形成積體電路。一個製造步驟涉及在非平面表面之上沉積填料層並平坦化該填料層。對於某些應用而言，平坦化填料層直至經圖案化的層之頂表面被暴露為止。舉例而言，可在已圖案化之絕緣層上沉積導電填料層以填充絕緣層中之溝槽或孔。在平坦化之後，在絕緣層的凸起圖案之間剩餘的金屬化層之部分形成介層窗、插塞及接線，其提供基板上之薄膜電路之間的導電路徑。對於其他應用(諸如，氧化物拋光)而言，(例如)藉由拋光來平坦化填料層歷時預定時間週期，以在非平面表面之上留下填料層的一部分。另外，光微影通常需要基板表面之平坦化。

化學機械拋光(CMP)為一種公認的平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基板安裝在載體或拋光頭上。通常將基板之已暴露表面放置成抵靠旋轉的拋光墊。承載頭在基板上提供可控負載以將基板推向拋光墊。通常將磨蝕性拋光漿料供應至拋光墊之表面。

CMP的一個問題在於確定拋光製程是否完成，亦即，是否已將基板層平坦化至所需平整度或厚度，或在何時已移除了所需量的材料。漿料分佈、拋光墊條件、拋光墊與基板之間的相對速度及基板上之負載的變化可能導致材料移除速率的變化。此些變化以及基板層之初始厚度的變化會導致達到拋光終點所需時間的變化。因此，通常無法僅根據拋光時間來確定拋光終點。

在一些系統中，在拋光期間(例如)藉由監控馬達使平臺或承載頭旋轉所需之扭矩來原位監控基板。亦已提出對拋光的聲學監控。

在一個態樣中，一種化學機械拋光設備包括用以支撐拋光墊之平臺、用以保持基板的表面抵靠拋光墊之承載頭、用以在平臺與承載頭之間產生相對運動以便拋光基板上之上覆層的馬達、包括具有頂表面以接觸基板之聲學窗口的原位聲學監控系統，及經配置以基於來自原位聲學監控系統之已接收到的聲學信號來偵測拋光終點之控制器。

在另一態樣中，一種化學機械拋光設備包括平臺、支撐在平臺上之拋光墊、用以保持基板的表面抵靠拋光墊之承載頭、用以在平臺與承載頭之間產生相對運動以便拋光基板上之上覆層的馬達、包括自基板的表面接收聲學信號之聲學感測器的原位聲學監控系統，及經配置以基於來自原位聲學監控系統之已接收到的聲學信號來偵測拋光終點之控制器。聲學感測器以黏合方式附接至拋光墊之底表面。

實施方式可包括以下特徵中之一或更多者。感測器可(例如)藉由黏合劑緊固至拋光墊。聲學窗口可具有比聲學感測器小的直徑。聲學感測器可為壓電聲學感測器。拋光終點可為下伏層由於基板的拋光而暴露。控制器可經配置以響應於偵測而調整承載頭之壓力或調整新基板之後續拋光的基線壓力。

可實現以下可能優勢中之一或更多者。可增加聲學感測器之信號強度。可更可靠地建立拋光層與感測器之間的聲學耦合。可更可靠地偵測下伏層的暴露。可更可靠地暫停拋光，且可改良晶圓至晶圓之均勻性。可在偵測到平坦化(亦即，使基板表面平滑)後改變拋光參數，此可改良均勻性或增大拋光速率。可在偵測到平坦化後或在偵測到平坦化之後的預設時間期滿後暫停拋光。此可提供替代終點技術。

在隨附圖式及以下描述中闡述一或更多個實施方式之細節。其他態樣、特徵及優勢將自實施方式及圖式以及自申請專利範圍顯而易見。

10:基板

100:拋光設備

110:拋光墊

112:外拋光層

112a:拋光表面

112b:下表面

114:背托層

114a:孔隙

116:凹槽

118:凹痕

119:聲學窗口

120:可旋轉的盤形平臺

121:馬達

124:驅動軸

125:軸線

130:埠

132:拋光液體

140:承載頭

142:固定環

144:可撓性膜狀物

146a:腔室

146b:腔室

146c:腔室

150:支撐結構

152:驅動軸

154:承載頭旋轉馬達

155:軸線

160:原位聲學監控系統

162:聲學信號感測器

163:外殼

164:凹槽

165:彈簧

166:信號處理電子器件

167:支撐件

168:電路系統

169:凹槽

170:黏合層

172:聲學透射層

174:平滑部分

190:控制器

502:晶圓

504:經圖案化的層

508:填料層

509:形貌

600:聲學信號

602:第一區域

604:第二區域

606:第三區域

第1圖圖示拋光設備之實例的示意性橫截面圖。

第2A圖圖示接合拋光墊的一部分之聲學監控感測器的示意性橫截面圖。

第2B圖圖示具有聲學透射層之聲學監控感測器的另一實施之示意性橫截面圖。

第2C圖圖示聲學監控感測器之另一實施的示意性橫截面圖。

第2D圖圖示聲學監控感測器之另一實施的示意性橫截面圖，其中在拋光層中形成聲學窗口且在拋光墊之背托層中形成聲學透射層。

第3圖圖示具有多個聲學監控感測器窗口之平臺的示意性俯視圖。

第4圖圖示具有環繞聲學監控感測器窗口之平面部分的平臺之示意性俯視圖。

第5A圖至第5C圖圖示基板表面之平坦化。

第6圖圖示在頻率範圍上之頻譜功率密度的總和作為時間之函數的曲線圖。

在各圖式中，相同元件符號指示相同元件。

在一些半導體晶片製造製程中，拋光上覆層(例如，金屬、氧化矽或多晶矽)，直至下伏層(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。對於一些應用而言，當下伏層被暴露時，來自基板之聲學發射將改變。可藉由偵測聲學信號之此變化來確定拋光終點。然而，現有監控技術可能無法滿足半導體元件製造商日益增長的需求。

待監控之聲學發射可能由基板材料經歷變形時所釋放之能量引起，且所得聲學頻譜與基板之材料性質有關。在不受任何特定理論限制的情況下，此種能量(亦稱為「應力能量」)及其特徵頻率之可能來源包括化學鍵斷裂、特徵聲子頻率、滑黏機制，等。可注意，此種應力能量聲學效應不同於由基板與拋光墊摩擦引起之振動所產生的雜訊(其有時亦稱作聲學信號)，或由開裂、碎裂、破損或基板上的類似缺陷產生所產生之雜訊。經由適當濾波，可將應力能量與其他聲學信號區分開，例如，與基板對拋光墊之摩擦或由基板上之缺陷產生所產生的雜訊區分開。舉例而言，可將來自聲學感測器之信號與自測試基板量測之信號(已知其用以表示應力能量)進行比較。

然而，關於聲學監控之潛在問題為將聲學信號傳輸至感測器。一些拋光墊具有不良的聲能傳輸。另外，拋光墊與感測器之間的不良耦合傾向於衰減聲學信號。此外，可能難以建立自感測器至感測器之一致耦合。

因此，使聲學感測器與具有聲學信號的低衰減之聲學「窗口」接觸將為有利的。在一些實施中，將第二層透射材料添加至原位聲學監控系統，以進一步增加耦合至聲學感測器之聲學信號。

舉例而言，藉由黏合劑將聲學感測器黏合至耦合窗口可減少聲學信號中與聲學感測器在外殼內的移動相關聯之雜訊。黏合劑可提供感測器與拋光墊之優越耦合，並在感測器至感測器的基礎上提供更可靠之聲學衰減。

此些特徵中之任一者可獨立於其他特徵加以使用。

第1圖圖示拋光設備100之實例。拋光設備100包括可旋轉的盤形平臺120，拋光墊110位於該可旋轉的盤形平臺120上。拋光墊110可為具有外拋光層112及較軟背托層114之兩層拋光墊。平臺可操作以圍繞軸線125旋轉。舉例而言，馬達121(例如，DC感應馬達)可轉動驅動軸124以使平臺120旋轉。

拋光設備100可包括埠130以將拋光液體132(諸如，磨蝕性漿料)施配至拋光墊110上，再施配至襯墊上。拋光設備亦可包括拋光墊調節器以磨蝕拋光墊110以便使拋光墊110維持在一致的磨蝕狀態下。

拋光設備100包括至少一個承載頭140。承載頭140可操作以保持基板10抵靠拋光墊110。每一承載頭140可具有對與每一相應基板相關聯之拋光參數(例如，壓力)的獨立控制。

承載頭140可包括固定環142，以將基板10固定在可撓性膜狀物144下方。承載頭140亦包括由膜狀物限定之一或更多個獨立可控可加壓的腔室(例如，三個腔室146a~146c)，該等腔室可將可獨立控制之加壓施加至可撓性膜狀物144上之相關聯區且繼而施加至基板10上(參見第1圖)。儘管為了易於說明而僅在第1圖中圖示三個腔室，但可能存在一個或兩個腔室，或四個或更多個腔室，例如，五個腔室。

承載頭140自支撐結構150(例如，轉盤或軌道)懸垂，且藉由驅動軸152連接至承載頭旋轉馬達154(例如，DC感應馬達)，以使得承載頭可圍繞軸線155旋轉。視情況，每一承載頭140可橫向地(例如，在轉盤150上之滑塊上)或藉由轉盤自身之旋轉振蕩或藉由沿軌道滑動而振蕩。在典型操作中，平臺圍繞其中心軸線125旋轉，且每一承載頭圍繞其中心軸線155旋轉並在拋光墊之頂表面上橫向地平移。

控制器190(諸如，可程式化電腦)連接至馬達121、154，以控制平臺120及承載頭140之旋轉速率。舉例而言，每一馬達可包括編碼器，該編碼器量測相關聯驅動軸之旋轉速率。反饋控制電路(其可在馬達自身、控制器的一部分或單獨電路中)自編碼器接收已量測之旋轉速率並調整供應至馬達之電流以確保驅動軸之旋轉速率匹配自控制器接收到之旋轉速率。

拋光設備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包括一或更多個聲學信號感測器162。可將每一聲學信號感測器安裝在上部平臺120上之一或更多個位置處。特定而言，原位聲學監控系統可經配置以偵測當基板10之材料經歷變形時由應力能量引起的聲學發射。

可使用位置感測器(例如，連接至平臺輪緣之光學斷續器或旋轉編碼器)來感測平臺120之角位置。此准許當感測器162靠近基板時(例如，當感測器162在承載頭或基板下方時)僅將已量測信號的部分用於終點偵測。

在第1圖中所示實施中，聲學監控系統160包括聲學感測器162，其經定位而受平臺120支撐以經由拋光墊110自基板10接收聲學信號。聲學感測器162可部分或全部在平臺120之頂表面中的凹槽164中。在一些實施中，聲學感測器162之頂表面與平臺120之頂表面共面。

拋光墊之直接在聲學感測器162上方的部分可包括聲學窗口119。聲學窗口119可比聲學感測器162窄(例如，如第2A圖中所示)，或該兩者可具有大體上相等之寬度(例如，10%以內)，例如，如第2C圖中所示。在聲學窗口119比聲學感測器119窄的情況下，感測器亦可鄰接拋光層112之底部。

聲學感測器162為接觸聲學感測器，其具有連接至(例如，直接接觸或僅具有黏合層)拋光層112及/或聲學窗口119的一部分之表面。舉例而言，聲學感測器162可為電磁聲學換能器或壓電聲學換能器。壓電感測器可包括被放置成與待監控的主體接觸之剛性接觸板(例如，為不鏽鋼或其類似者)，及在接觸板的背側上之壓電組件(例如，夾在兩個電極之間的壓電層)。

在一些實施中，聲學感測器162定位在外殼163中之凹槽169內。可選彈簧165可佈置在外殼163與支撐件167之間，提供抵靠外殼163之壓力。外殼163上之壓力將聲學感測器162按壓至與拋光墊110的一部分接觸。或者，彈簧165可直接壓抵聲學感測器162，例如，若未使用外殼。在一些實施中，彈簧165為長行程彈簧165，其在較大壓縮範圍內供應與強力彈簧165類似的壓力。

聲學感測器162可藉由電路系統168經由旋轉耦合(例如，汞滑環)連接至電源供應器及/或其他信號處理電子器件166。

在一些實施中，原位聲學監控系統160為被動式聲學監控系統。在此情形下，信號受聲學感測器162監控而不會自聲學信號產生器產生信號(或可自系統將聲學信號產生器整個省略)。受聲學感測器162監控之被動式聲學信號可在50kHz至1MHz範圍中，例如，200kHz至400kHz，或200kHz至1MHz。舉例而言，為了監控對淺溝槽隔離(shallow trench isolation；STI)中之層間介電質(inter-layer dielectric；ILD)的拋光，可監控225kHz至350kHz之頻率範圍。

可藉由內置式內部放大器來放大來自感測器162之信號。在一些實施中，放大增益在40dB與60DB之間(例如，50dB)。可在必要時接著進一步放大並濾波來自聲學感測器162之信號，並經由A/D埠數位化至高速資料採集板(例如，在電子器件166中)。可以與產生器163的範圍類似之範圍或不同(例如，更高)的範圍(例如，自1MHz至10MHz，例如，1MHz至3MHz或6MHz至8MHz)記錄來自聲學感測器162之資料。在其中聲學感測器162為被動式聲學感測器之實施中，可監控自100 kHz至2MHz之頻率範圍，諸如，500kHz至1MHz(例如，750kHz)。

若定位在平臺120中，則聲學感測器162可位於平臺120之中心處，例如，在旋轉軸線125處，在平臺120之邊緣處，或在中點處(例如，對於20英吋直徑之平臺而言在距旋轉軸線5英吋處)。

現參考第2A圖，示出聲學監控系統160之另外細節。聲學感測器162可被保持在外殼163之頂表面中的凹槽169內。外殼163可輔助感測器162的恰當定位。外殼163由剛性、耐用材料組成，該材料足以保護聲學感測器162免受損壞。然而，在一些實施中(例如，如第2C圖及第2D圖中所示)，外殼並非必要的，例如，感測器162可簡單地裝配在凹槽169的側壁之間並由該等側壁緊固。描述為使用外殼之各種實施可將外殼省略。

在一些實施中(例如，如第2B圖中所示)，外殼163延伸穿過背托層114，且在一些實施中(例如，如第2A圖中所示)，外殼163延伸經過拋光層112的一部分。然而，在一些實施中，外殼163整個裝配在平臺120中之凹槽164內，例如，若感測器163與平臺120之頂表面共面並接觸拋光墊110之底表面時如此。

在一些實施中，外殼163材料為聲波衰減的，以減少聲學感測器162自與外殼163(諸如，外殼163延伸穿過之背托層114或拋光層112)接觸之表面接收到的雜訊。外殼163可由金屬(例如，鋁或不鏽鋼)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))組成。

假設使用彈簧，彈簧165之一個端部在與聲學感測器162相對之表面上與外殼163接觸。在一些實施中，彈簧165之另一端部與擱置在平臺120上之支撐件167接觸。此支撐件可為彈簧165的壓縮所產生之力提供穩定基礎。在一些實施中，彈簧165之另一端部與凹槽164之底表面接觸，亦即，與平臺直接接觸。彈簧165將外殼163壓向拋光層112之拋光表面112a，此促使聲學感測器162與拋光層112之底表面接觸。此可改良拋光層與感測器之間的聲學耦合。然而，描述為使用彈簧之各種實施可省略彈簧，例如，假設感測器以黏合方式附接至聲學窗口119及/或拋光墊110之底部。

在一些實施中，支撐件167佈置在彈簧165下面，此提供了固定塊，彈簧165可將該固定塊推向外殼163的對面。支撐件167可為足以剛性地支撐彈簧165及外殼163而不會移動或壓縮屈曲之任何材料。

除了彈簧以外或替代於彈簧，可藉由黏合層170將聲學感測器162緊固至拋光層112的一部分(及/或緊固至以下所述之聲學窗口119)。黏合層170會增大聲學感測器162與拋光層112及/或聲學窗口119之間的接觸面積，減少聲學感測器162在拋光操作期間之非所期望的運動，且可減少聲學感測器162與拋光層112及/或聲學窗口119之間的氣穴的存在，藉此改良對感測器之耦合，從而減少聲學感測器162所接收之聲學信號中的雜訊。黏合層170可為塗覆在聲學感測器162與拋光層112及/或聲學窗口119之間的膠水，或黏合帶(例如，膠帶)。舉例而言，黏合層170可為氰基丙烯酸酯、壓敏黏合劑、熱熔黏合劑，等。

返回第2A圖，拋光層112包括佈置在黏合層170及聲學感測器162上方之聲學窗口119。然而，在一些實施中，聲學感測器162直接接觸聲學窗口119。

在具有聲學窗口之實施中，聲學窗口119係由與拋光層112不同之材料形成。聲學窗口之材料具有足夠的聲學傳輸特性，例如，在1兆瑞利(MRayl)與4兆瑞利之間的聲阻抗及低於2(例如，低於1、低於0.5)之聲學衰減係數，以為聲學監控提供信號滿意度。

材料之聲阻抗為材料對由施加至材料之聲壓引起的聲流所呈現出的反作用之量度。聲學衰減係數量化了已傳輸之聲學幅值如何作為特定材料之頻率的函數而減小。在不希望受理論束縛的情況下，聲學窗口119之比聲阻抗(AI _window)使液體132及拋光表面112a耦合至聲學信號感測器162，聲學窗口119之比聲阻抗可有益地在範圍

內。

特定而言，窗口119可具有比周圍拋光層112低的聲學衰減。此准許拋光層112由更廣泛的材料組成，以滿足CMP操作之需要。該窗口可由非多孔材料組成，例如，固體主體。對比而言，拋光層112可為多孔的，例如，微孔的，諸如，其中內嵌有中空塑膠微球之聚合物基質。

聲學窗口119延伸穿過拋光層112，以使得一個表面(例如，上表面)與拋光層112之拋光表面112a共面。相對表面(例如，底表面)可與拋光層112之下表面112b共面。在一些實施中，在與拋光表面112a相對之下表面112b中形成凹痕118。拋光層112之該部分(包括凹痕118)形成拋光層112之薄部，其具有比其餘拋光層112小的厚度，且聲學窗口119位於該薄部中。

聲學窗口119可由非多孔材料組成。大體而言，與多孔材料相比較而言，非多孔材料以減少的雜訊及分散傳輸聲學信號。聲學窗口119材料可具有在周圍拋光層112材料之可壓縮性範圍內的壓縮率，其減小了聲學窗口119對基板上的拋光表面之拋光特性的影響。在一些實施中，聲學窗口119壓縮率在拋光層112壓縮率的10%內(例如，在8%內、在5%內、在3%內)。在一些實施中，聲學窗口119不透光(例如，可視光)。聲學窗口119可由聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯或具有低聲阻抗及低聲學衰減的其他聚合物中之一或更多者組成。

參考第2C圖，聲學窗口119被示為延伸穿過拋光層112之總厚度，以使得下表面112b為平面的。感測器162延伸穿過背托層114中之孔隙114a以接觸窗口119之下側。

在一些實施中，聲學監控系統160包括與黏合層170接觸之聲學透射層172。透射層172為指數匹配材料，其在與透射層172接觸的元件之間提供增加的聲學信號耦合。透射層172可佈置在聲學窗口119與黏合層170之間，或在黏合層170與聲學感測器162之間，如第2B圖中所示。在一些實施中，聲學監控系統160包括黏合層170、透射層172，或該兩者。舉例而言，透射層172可為Aqualink^TM、Rexolite或Aqualene^TM之層。在一些實施中，透射層172具有在聲學窗口119之聲學衰減的20%內(例如，10%)之聲學衰減。聲學透射層172可具有小於周圍背托層114的聲學衰減之聲學衰減。

聲學透射層172可經選擇以具有類似於背托層114的壓縮率之壓縮率，例如，在周圍背托層114之壓縮率的20%內，例如，在10%內。

第2D圖為一種實施，其中聲學窗口119延伸穿過拋光層112之厚度且透射層172延伸穿過背托層114之厚度。然而，透射層172可比背托層114薄。在此情形下，感測器162可在平臺120之頂表面上方突出以接合透射層172。

另外，聲學信號感測器162被示為具有足以接觸透射層172及凹槽164之相對表面的尺寸。在此些實施中，凹槽164為聲學信號感測器162提供支撐，而同時拋光操作之壓力使聲學信號感測器162與透射層172接觸。如本文中所描述，在透射層172與聲學窗口119之間佈置黏合層 170。在一些實施中，額外黏合劑黏貼聲學信號感測器162與透射層172之間的接觸表面。

在一些實施中，聲學監控系統160包括主動式聲學監控系統。此些實施包括聲學信號產生器及聲學感測器，諸如，聲學感測器162。

聲學信號產生器自基板之更靠近拋光墊110的一側產生(亦即，發射)聲學信號。聲學信號產生器可藉由電路系統168經由旋轉耦合(例如，汞滑環)連接至電源供應器及/或其他信號處理電子器件166。信號處理電子器件166可繼而連接至控制器190，該控制器190可另外經配置以控制由產生器傳輸之聲能的量值或頻率，例如，藉由可變地增大或減小供應至產生器之電流。聲學信號產生器163及聲學感測器162可彼此耦合，儘管此並非必需的。感測器162及產生器可彼此去耦並物理地分離。對於產生器，可使用市售的聲學信號產生器。產生器可附接至平臺120並例如，藉由夾具或藉由螺紋連接至平臺120保持就位。

如第3圖中所描繪，在一些實施中，可在平臺120中安裝複數個聲學信號感測器162，每一聲學感測器162與聲學窗口119相關聯。可以針對第1圖及第2A圖至第2B圖中之任一者所描述的方式來配置每一感測器162。控制器190可使用來自感測器162之信號來計算在拋光期間在基板10上發生之聲學發射事件的位置分佈。在一些實施中，複數個感測器162可圍繞平臺120之旋轉軸線以不同角度位置定位，但距旋轉軸線之徑向距離相同。在一些實施(諸如，第3圖之實施)中，複數個感測器162定位在距平臺120之旋轉軸線的不同徑向距離處，但在相同角度定位處。在一些實施中，複數個感測器162可定位在圍繞平臺120之旋轉軸線的不同角度位置處且處在距平臺120之旋轉軸線的不同徑向距離處。

在一些實施中，聲學窗口119被拋光層112之平滑部分174環繞。平滑部分174無凹槽116且與聲學窗口119之上表面共面。包括環繞聲學窗口119的平滑部分174之實施可減少與在拋光操作期間與拋光層112之凹槽116相互作用的基板10相關聯之雜訊。

藉由將導電層、半導體層或絕緣層依序沉積在矽晶圓上而形成基板10。填料層沉積在非平面表面之上且經平坦化，以使得填料及非平面表面(諸如，經圖案化的層)具有共同的共面表面及/或非平面表面被暴露。在一些實施中，原位聲學監控系統160偵測層之間的過渡，或與基板10之一或更多個層有關的形貌資訊。此提供了將在製程步驟之間使用的資訊。舉例而言，包括填料層之基板10可具有來自沉積製程之不均勻的表面粗糙度，例如，形貌。偵測何時已將形貌平坦化會允許系統基於過渡來修改一或更多個製程條件。舉例而言，一旦填料層表面已平坦化，設備100便可停止高承載頭140壓力步進。

第5A圖至第5C圖描繪存在於基板500之平坦化製程中的中間層過渡。第6圖描繪比較跨y軸上的頻率範圍之加總功率頻譜密度(power spectral density；PSD)與按秒(s)計的時間的例示性聲學信號600。聲學信號600具有不同區域，諸如，第一區域602、第二區域604及第三區域606。在一些實施中，區域602、604及606對應於基板500中之層過渡，諸如，在第5A圖至第5C圖中所描繪之彼些。

第5A圖示出在拋光之前的例示性基板10。基板10包括晶圓502(例如，矽晶圓)、經圖案化的層504，及填料層508。在平坦化步驟之前，填料層508為非平面的且包括形貌509。形貌509可由填料層508在經圖案化的層504之上的沉積引起，且具有大約特徵大小(例如，金屬接線寬度)之尺寸。

在操作期間，承載頭保持基板10並在拋光層112與基板10之間產生相對運動。聲學信號感測器基於拋光表面112a及基板10的最外層之接觸接收聲學信號，諸如，聲學信號600。在第5A圖中，在拋光起始時，形貌509與拋光層112接觸。

在不希望受理論束縛的情況下，基於改變填料層508材料及拋光層112材料之接觸表面而改變聲學信號600。特定而言，最初，不均勻之形貌可能產生明顯的聲學信號。然而，隨著拋光進行及填料層508之形貌509經平坦化，拋光表面110與基板10之間的界面變得更平滑，且聲學信號可減小。形貌509之拋光可對應於第6圖中之信號600的第一區域602。

再次在不希望受理論束縛的情況下，當已藉由設備100移除了形貌509時，層過渡會發生。如第5B圖中所示，剩餘填料層508之表面為大體上平面的。平面表面的拋光可對應於聲學信號600之第二區域604。在信號600之第二區域604中，聲學信號600為大體上恆定的(儘管受雜訊影響)。

仍在不希望受理論束縛的情況下，第二區域604在時間上持續，直至在經圖案化的層504上方延伸之填料層508已被移除為止。如第5C圖中所示，經圖案化的層504由與填料層508不同之材料組成，且以不同方式與拋光層112表面及材料相互作用，藉此產生聲學信號600之第三區域606。另外，持續拋光可能形成凹陷，且此拓撲可能再次增大聲訊信號。第三區域606並不恆定，例如，可增大或減小。

在一些實施中，區域602、604及606之間的區分(例如，偵測層過渡)可藉由聲學監控系統160及/或設備100的控制器190來實現。該偵測可經由本領域已知用於偵測斜率變化之各種計算來實現，但可包括計算一或更多種微分、滾動平均、加窗或框邏輯演算法。

在額外實施中，在應用斜率變化偵測演算法之前，可使用額外步驟來處理聲學信號600。舉例而言，聲學信號600可經受一或更多個濾波器(例如，帶通濾波器)及/或一或更多次變換(例如，快速傅立葉變換)。舉例而言，帶通濾波器可用以在處理之前隔離聲學信號600之較佳頻率，諸如，在自50kHz至500kHz之範圍中或在自200kHz至700kHz之範圍中的頻率。

在一些實施中，設備100響應於區分區域602、604及606來修改一或更多個拋光參數。舉例而言，在其中形貌509被移除之第一區域602期間，設備100可施配第一磨蝕性拋光液體132以用於快速移除形貌509。一旦偵測到自第一區域602至第二區域604之過渡，便可將具有較低拋光速率或較低選擇性之不同拋光液體132施配至襯墊110。

或者或另外，一旦偵測到自第二區域604至第三區域606之過渡，便可減少由承載頭140施加之壓力。此可減少填料層508凹陷或腐蝕的危險。

現轉向先前實施中任一者之來自於感測器162的信號，該信號(例如，在放大、初級濾波及數位化之後)可經歷資料處理(例如，在控制器190中)，以用於終點偵測或反饋或前餽控制。

在一些實施中，控制器190經配置以監控聲學損失。舉例而言，將接收到之信號強度與發射信號強度進行比較以產生歸一化信號，且可以隨時間監控該歸一化信號以偵測變化。此些變化可指示拋光終點，例如，若信號超過閾值。

在一些實施中，執行信號之頻率分析。舉例而言，頻域分析可用以確定頻譜頻率之相對功率的變化，並確定何時在特定外徑處已發生膜過渡。有關按外徑之過渡時間的資訊可用以觸發終點。作為另一實例，可對信號執行快速傅裡葉變換(Fast Fourier Transform；FFT)以產生頻譜。可監控特定頻帶，且若頻帶中之強度超過閾值，則此可指示下伏層的暴露，其可用以觸發終點。或者，若選定頻率範圍中之局部最大值或最小值的位置(例如，波長)或帶寬超過閾值，則此可指示下伏層的暴露，其可用以觸發終點。舉例而言，為了監控對淺溝槽隔離(STI)中之層間介電質(ILD)的拋光，可監控225kHz至350kHz之頻率範圍。

作為另一實例，可對信號執行小波包變換(wavelet packet transform；WPT)，以將信號分解成低頻分量及高頻分量。必要時可迭代該分解以將信號分解成更小的分量。可監控頻率分量中之一者的強度，且若該分量中之強度超過閾值，則此可指示下伏層的暴露，其可用以觸發終點。

假設感測器162相對於基板10之位置為已知的(例如，使用馬達編碼器信號或附接至平臺120之光學斷續器)，則可計算基板上之聲學事件的位置，例如，可計算該事件距基板中心之徑向距離。在美國專利第6,159,073號及美國專利第6,296,548號中論述了感測器相對於基板之位置的確定，以引用方式併入。

各種對製程有意義之聲學事件包括微劃痕、膜過渡突破及膜清除。可使用各種方法來分析來自波導之聲學發射信號。可使用傅立葉變換及其他頻率分析方法來確定在拋光期間出現之峰值頻率。使用實驗確定之閾值及定義頻率範圍內之監控來識別拋光期間的預期及非預期變化。預期變化之實例包括在膜硬度的過渡期間突然出現峰值頻率。非預期變化之實例包括關於耗材組的問題(諸如，襯墊上釉或其他導致製程漂移之機器健康問題)。

在操作中，當元件基板10在拋光站點100處拋光時，自原位聲學監控系統160收集聲學信號。監控該信號以偵測基板10之下伏層的暴露。舉例而言，可監控特定頻率範圍，且可監控強度並將其與實驗確定之閾值進行比較。

拋光終點之偵測觸發拋光的暫停，儘管拋光可在終點觸發後持續達預定時間量。或者或另外，所收集之資料及/或終點偵測時間可經前饋以控制後續處理操作中對基板的處理(例如，在後續站點進行拋光)，或可經反饋以在同一拋光站點處控制後續基板的處理。舉例而言，對拋光終點的偵測可觸發對拋光頭之當前壓力的修改。作為另一實例，對拋光終點的偵測可觸發對新基板之後續拋光的基線壓力之修改。

實施以及在本說明書中所描述之所有功能操作可在數位電子電路系統中實施，或在電腦軟體、韌體或硬體中(包括本說明書中所揭示之結構構件及其結構等效物)實施，或在其組合中實施。可將本文所述之實施實施為一或更多個非暫時性電腦程式產品，亦即，有形地體現在機器可讀儲存元件中用於由資料處理設備(例如，可程式化處理器、電腦，或多個處理器或電腦)執行或用以控制該資料處理設備之操作的一或更多個電腦程式。

可以包括編譯或解譯語言的任何形式之程式化語言來寫入電腦程式(亦稱為程式、軟體、軟體應用程式或程式碼)，且可以任何形式來部署該電腦程式，包括作為獨立程式或作為模組、部件、子常用程式，或適合於用於計算環境中之其他單元。電腦程式未必對應於檔案。程式可儲存在保持其他程式或資料之檔案的一部分中，在專用於所考慮程式之單個檔案中，或在多個協調檔案中(例如，儲存一或更多個模組、子程式或部分程式碼的檔案)。可將電腦程式部署為在一個電腦上或在一個位點上的多個電腦上執行，或分佈在多個位點上並藉由通訊網路互連。

本說明書中所述之製程及邏輯流可由一或更多個可程式化處理器執行，該一或更多個可程式化處理器藉由對輸入資料進行操作並產生輸出來執行一或更多個電腦程式以便執行功能。製程及邏輯流亦可由專用邏輯電路系統執行，且亦可將設備實施為專用邏輯電路系統，例如，FPGA(場可程式化閘極陣列)或ASIC(專用積體電路)。

術語「資料處理設備」涵蓋用於處理資料之所有設備、元件及機器，例如包括可程式化處理器、電腦或多個處理器或電腦。除了硬體以外，設備可包括為所考慮之電腦程式創建執行環境之程式碼，例如，構成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、作業系統或其中一或更多者的組合之程式碼。適合於執行電腦程式之處理器包括(例如)通用及專用微處理器，及任何種類之數位電腦的任何一或更多個處理器。

適合於儲存電腦程式指令及資料之電腦可讀媒體包括所有形式之非揮發性記憶體、媒體及記憶體元件，例如，包括半導體記憶體元件(例如，EPROM、EEPROM及快閃記憶體元件)；磁碟(例如，內部硬碟或可移除磁碟)；磁光碟；及CD ROM及DVD-ROM磁碟。處理器及記憶體可由專用邏輯電路系統補充或併入專用邏輯電路系統中。

上述拋光設備及方法可應用於多種拋光系統中。拋光墊或承載頭或該兩者可移動，以提供拋光表面與晶圓之間的相對運動。舉例而言，平臺可繞軌道運動而非旋轉。拋光墊可為緊固至平臺之圓形(或某一其他形狀)的襯墊。終點偵測系統之一些態樣可適用於線性拋光系統(例如，其中拋光墊為連續的或線性地移動之捲到捲皮帶)。拋光層可為標準(例如，具有填料或不具有填料之聚氨酯)拋光材料、軟材料或固定磨蝕性材料。使用相對定位之術語；應理解，拋光表面及晶圓可被保持在垂直定向或某一其他定向上。

雖然本說明書含有許多細節，但不應將此些解釋為對可能主張的內容之範疇的限制，而應解釋為對可能特定於特定發明之特定實施例的特徵之描述。在一些實施中，該方法可應用於上覆及下伏材料之其他組合，並應用於來自其他類型的原位監控系統之信號，例如，光學監控或渦電流監控系統。