TW201930008A

TW201930008A - 用於拋光墊磨損率監測的預測濾波器

Info

Publication number: TW201930008A
Application number: TW107140537A
Authority: TW
Inventors: 席維庫瑪迪漢達潘尼; 隽錢
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-08-01
Also published as: CN111132802B; WO2019099541A1; CN111132802A; JP7050152B2; US11504821B2; KR20200074250A; KR102414470B1; JP2021503377A; US20190143475A1; TWI806925B

Abstract

本文揭示了一種用於化學機械拋光的裝置，該裝置包括：平臺板，具有表面以支撐拋光墊；載體頭，用來將基板固持為抵著該拋光墊的拋光面；墊調理器，用來將調理碟固持為抵著該拋光面；原位拋光墊厚度監測系統；及控制器，被配置為從該監測系統接收訊號及藉由將預測濾波器施用於該訊號來產生拋光墊磨損率量度。

Description

用於拋光墊磨損率監測的預測濾波器

本揭示內容與監測化學機械拋光中所使用的拋光墊的磨損率相關。

一般是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系統形成於基板上。各種製造過程需要將基板上的層平坦化。例如，一個製造步驟涉及在圖案化的（patterned）絕緣層上沉積導電填料層以填充絕緣層中的溝槽或孔洞。接著拋光填料層直到絕緣層的凸起的圖案被暴露為止。在平坦化之後，導電填料層仍然在絕緣層的凸起圖案之間的部分形成了在基板上的薄膜電路系統之間提供導電路徑的連通柱（via）、插塞及線路。

化學機械拋光（CMP）是一個被接受的平坦化方法。此平坦化方法一般需要基板被安裝在載體頭上。基板的受暴面抵著旋轉的拋光墊而放置。載體頭提供了基板上的可控制的負載以將基板抵著拋光墊而推動。拋光液（例如具有磨料粒子的漿體）被供應至拋光墊的表面。

在執行了CMP過程一定的時間段之後，拋光墊的表面可能由於漿體副產物及/或從基板及/或拋光墊所移除的材料的累積而變得光滑。光滑化可能減少拋光速率或增加基板上的不均勻性。

一般而言，是藉由用墊調理器進行的調理過程來將拋光墊維持具有所需的表面粗糙度（及避免光滑化）。墊調理器被用來移除拋光墊上的不想要的累積物及將拋光墊的表面重新產生到合乎需要的糙度。典型的墊調理器包含磨料調理碟。此類調理碟可以例如嵌有鑽石磨料粒子，該等粒子可以刮抵拋光墊表面以重新紋理化該墊子。然而，調理過程亦傾向磨掉拋光墊。從而，在一定次數的拋光及調理循環之後，需要替換拋光墊。

在一個態樣中，一種用於化學機械拋光的裝置包括：平臺板，具有表面以支撐拋光墊；載體頭，用來將基板固持為抵著該拋光墊的拋光面；墊調理器，用來將調理碟固持為抵著該拋光面；原位拋光墊厚度監測系統；及控制器，被配置為從該監測系統接收訊號及藉由將預測濾波器施用於該訊號來產生拋光墊磨損率量度。

實施方式可包括以下特徵中的一或更多者。

原位拋光墊厚度監測系統可包括電磁感應監測系統。該電磁感應監測系統可包括固持在該平臺板中的磁心以便產生磁場來誘發該調理碟中的金屬層中的電流。該電磁感應監測系統可包括固持在該墊調理器上的磁心以便產生磁場來誘發該平臺板中的電流。

可將該控制器配置為若該墊子磨損率量度超過臨限值則產生警報。可將該控制器配置為基於該墊子磨損率量度來調整該墊子調理器在該調理碟上的向下力，以維持實質恆定的磨損率。

可將該控制器配置為將該預測濾波器施用於該訊號以產生一過濾訊號，該過濾訊號包括一調整值序列。可將該控制器配置為藉由以下步驟來針對該調整值序列中的每個調整值產生該過濾訊號：從該測量值序列產生至少一個預測值；及從該測量值序列及該預測值計算該調整值。

可將該控制器配置為藉由以下步驟來產生該至少一個預測值：使用線性預測來從該測量值序列產生至少一個預測值。該預測濾波器可以是卡爾曼濾波器。該預測濾波器可計算該墊子速率量度，該墊子速率量度遵守：

其中x_k 是包括該墊子厚度Th_k 及墊子磨損率CR_k 的狀態向量，α指示每次墊子厚度測量之間的調理時間量，ΔdF是該調理碟上的向下力的改變，β是該墊子磨損率與向下力之間的比率，y_k 是該墊子厚度量度，而v_k 表示測量雜訊。

某些實施方式可包括以下優點中的一或更多者。可計算磨損率且可偵測拋光墊的厚度。可減少墊子厚度的量度中的雜訊，且可補償測量拋光墊上的不同區域的墊子厚度感測器的效應。可在調理碟接近其可用壽命的終點時替換調理碟，但不會不必要地替換調理碟。類似地，可在拋光墊接近其可用壽命的終點時替換拋光墊，但不會不必要地替換拋光墊。因此，可增加調理碟及拋光墊的壽命同時避免不均勻地拋光基板。可將調理碟上的壓力調整為使得墊子磨損率被維持實質恆定。

一或更多個實施方式的細節被闡述在隨附的繪圖及以下的說明中。將藉由說明書及繪圖及藉由申請專利範圍理解其他的態樣、特徵及優點。

如上所述，調理過程亦傾向磨掉拋光墊。拋光墊一般具有溝槽來承載漿體，且隨著墊子被磨掉時，這些溝槽變得越來越淺且拋光有效性降級。從而，在一定次數的拋光及調理循環之後，需要替換拋光墊。一般而言此步驟是藉由在已拋光了一設定數量的基板之後（例如在500個基板之後）替換拋光墊來完成的。

不幸地，墊子磨損的速率不一定是一致的，所以拋光墊經受得住的數量可能多於或少於該設定數量，這可能分別造成浪費墊子的壽命或不均勻地拋光。詳細而言，在拋光墊的整個壽命期間，調理碟上的磨料（例如鑽石）逐漸磨損。其結果是，碟的調理效率可能隨時間下降。因此，表面紋理產生的調理作用改變且可能隨著拋光墊的壽命減少而降級且在墊子與墊子之間降級。這改變了拋光行為。

類似地，調理碟傾向隨時間失去效果。儘管不希望受限於任何特定的理論，但調理器上的磨料粒子亦被磨損且失去尖銳性。因此，亦需要週期性地替換墊調理器。再次地，此步驟是藉由在已拋光了設定數量的基板之後（例如在1000個基板之後）替換調理碟來完成的（墊子及調理碟的替換率是取決於耗材及過程的）。

可原位測量（例如用安裝在調理器系統、載體頭或平臺板上的感測器測量）拋光墊厚度。若測量到的墊子厚度下降到低於臨界值，則可替換拋光墊。此外，可從墊子厚度量度來計算墊子磨損率，且若測量到的墊子磨損率降低到低於臨界值，則可替換調理碟。

一個困難是，厚度測量可能容易遭受顯著的雜訊的影響。雜訊中的一些分攤部分可能是循環的，例如是由感測器經過拋光墊的不同部分引起的。雜訊中的另一分攤部分是「濕閑置（wet idle）」問題；在拋光系統在濕閑置之後開始運轉時，感應式感測器將傾向於將拋光墊厚度測量為是不自然地大的。這產生了墊子削減率（cut rate）的不正確的估算。

然而，藉由將預測濾波器（例如卡爾曼濾波器（Kalman filter））應用於墊子厚度測量，可減少此雜訊，且可更準確地計算墊子的磨損率。因此，在將磨損率與臨界值進行比較時，過早或過晚替換調理碟的可能性減少了。並且，可更準確地測量實際的墊子厚度，使得過早或過晚替換拋光墊的可能性亦減少了。此外，控制器可感測何時磨損率指示拋光過程有問題。

圖1A繪示化學機械拋光裝置的拋光系統20的示例。拋光系統20包括了可旋轉的碟狀平臺板24，拋光墊30位在該平臺板上。平臺板24可用以圍繞軸25而旋轉。例如，馬達22可轉動驅動軸桿28以旋轉平臺板24。拋光墊30可為具有外層34及較軟的背層32的兩層式拋光墊。

拋光系統20可包括供應端口或組合的供應清洗臂39以將拋光液38（例如漿體）分配到拋光墊30上。

拋光系統20亦可包括拋光墊調理器60以磨蝕拋光墊30以將拋光墊30維持在一致的磨蝕狀態下。拋光墊調理器60包括基部、可側向掃掠整個拋光墊30的臂62、及藉由臂64連接到該基部的調理器頭64。調理器頭64使得磨料面（例如由調理器頭64所固持的碟66的下表面）與拋光墊30接觸以調理該拋光墊。磨料面可以是可旋轉的，且磨料面抵著拋光墊的壓力可以是可控制的。

在一些實施方式中，臂62被樞轉地附接到基部且前後掃掠以跨拋光墊30用振盪掃掠的運動移動調理器頭64。可將調理器頭64的運動與載體頭70的運動同步以防止碰撞。

可藉由調理器頭64上方或該調理器頭中的垂直致動器68（例如被定位為對調理器頭64施加向下壓力的可加壓腔室）來提供調理器頭64的垂直運動及拋光墊30上的調理面的壓力控制。或者，可藉由基部中升降整個臂62及調理器頭64的垂直致動器，或藉由臂62與基部之間的樞軸連接件，來提供垂直運動及壓力控制，該樞軸連接件容許可控制臂62的傾角且因此容許可控制調理器頭64在拋光墊30上方的高度。

調理碟66可以是塗有磨料粒子（例如鑽石粒）的金屬碟。詳細而言，調理碟66可以是導體。

載體頭70可操作來固持基板10抵著拋光墊30。載體頭70從支撐結構72（例如迴轉料架或軌道）懸掛，且由驅動軸桿74連接到載體頭旋轉馬達76使得載體頭可圍繞軸71而旋轉。可選地，載體頭70可側向振盪，例如在迴轉料架或軌道72上的滑塊上側向振盪；或藉由迴轉料架本身的旋轉振盪進行側向振盪。運作時，平臺板圍繞其中心軸25而旋轉，且載體頭圍繞該載體頭的中心軸71而旋轉且跨拋光墊30的頂面側向平移。

載體頭70可包括具有用來接觸基板10的背側的基板安裝面的柔性膜片80及用來向基板10上的不同區（例如不同的徑向區）施加不同壓力的複數個可加壓腔室82。載體頭亦可包括固位環84以固持基板。

拋光系統20包括原位拋光墊厚度監測系統100，該系統產生表示拋光墊的厚度的訊號。詳細而言，原位拋光墊厚度監測系統100可以是電磁感應監測系統。電磁感應監測系統可藉由在導電層中產生渦電流或在導電迴路中產生電流來操作。操作時，拋光系統20可使用監測系統100來決定是否需要替換調理碟及/或拋光墊。

參照圖1A及2，在一些實施方式中，監測系統包括安裝在平臺板中的凹口26中的感測器102。感測器102可包括至少部分地定位在凹口26中的磁心104及圍繞核心104而纏繞的至少一個線圈106。驅動及感測電路系統108被電連接到線圈106。驅動及感測電路系統108產生可發送到控制器90的訊號。

在一些實施方式中，監測系統包括安裝在平臺板中的凹口中的多個感測器102。可將感測器102圍繞旋轉軸25用相等的角間隔而隔開。

儘管被繪示為是在平臺板24外面，但可將驅動及感測電路系統108中的一些或所有部分安裝在平臺板24中。可使用旋轉耦接器29來將可旋轉平臺板中的元件（例如線圈106）電連接到平臺板外部的元件（例如驅動及感測電路系統108）。

對於具有平臺板中的感測器102的感應監測系統而言，導體130被安置為與拋光墊30的頂面（亦即拋光面）接觸。因此，導體130定位在拋光墊30相對於感測器102的遠側上。在一些實施方式中，導體是調理碟66（參照圖1A）。在一些實施方式中，導體130可具有通過該導體的一或更多個孔，例如主體可以是迴路。在一些實施方式中，導體是不具有孔的實心（solid）片體。這些導體中的任一者可以是調理碟66的一部分。

在平臺板24旋轉時，感測器102在導體130下方掃掠。藉由用特定頻率取樣來自電路系統108的訊號，監測系統100產生跨導體130（例如跨調理碟66）的複數個位置處的量度。每次掃掠時，可以選出或結合該等位置中的一或更多者處的量度。

參照圖3，線圈106產生磁場120。在磁場120到達導體130時，磁場120可以穿過及產生電流（例如若導體130是迴路的話）及/或磁場產生渦電流（例如若導體130是片體的話）。這產生了有效阻抗，該有效阻抗可被電路系統108測量，因此產生了表示拋光墊30的厚度的訊號。

對於驅動及感測電路系統108來說，各種配置是可能的。例如，驅動及感測電路系統108可包括邊際振盪器，且可將供邊際振盪器維持恆定的振幅的驅動電流用於訊號。或者，可用恆定的頻率驅動驅動線圈106，且可將來自感測線圈的電流的振幅或相位（相對於驅動振盪器）用於訊號。

替代於或附加於平臺板中的感測器（例如如圖1B中所示），監測系統100可包括定位在拋光墊30上方的感測器102’。例如，可將墊子厚度感測器102’定位在調理頭64中、調理器臂62上、或載體頭70上。可例如藉由彈簧103將感測器102’偏壓為與拋光墊30的拋光面34接觸。

墊子厚度感測器102’亦可以是電磁感應監測系統。在此情況下，感測器102’可與感測器120類似，且包括磁心104、圍繞核心104而纏繞的至少一個線圈106、及電連接到線圈106的驅動及感測電路系統108。來自核心104的磁場120可穿過拋光墊且在下層的導體（例如平臺板24）中產生渦電流。有效阻抗取決於感測器102與平臺板24之間的距離，且這可被電路系統108感測到，因此提供了拋光墊30的厚度的量度。

或者，感測器102’可以是接觸式輪廓儀。

控制器90（例如通用可程式化數位電腦）從原位拋光墊厚度監測系統100接收訊號，且可被配置為從該訊號產生拋光墊30的厚度的量度。如上所述，由於調理過程，拋光墊的厚度隨時間而改變（例如隨著拋光數十或數百個基板的過程而改變）。因此，在多個基板的期間內，來自原位拋光墊厚度監測系統100的所選出或結合的量度提供了指示拋光墊30的厚度的改變的值的時變序列。

感測器102的輸出可以是數位電子訊號（若感測器的輸出是類比訊號，則可藉由感測器或控制器中的ADC將該類比訊號轉換成數位訊號）。數位訊號是由訊號值序列組成的，其中訊號值之間的時段取決於感測器的取樣頻率。可將此訊號值序列稱為訊號與時間的關係曲線。可將訊號值序列表示為一組值S_N 。

為了建立訊號強度與拋光墊厚度的關係，可將已知厚度（如由輪廓儀、針規等等所測量到的）的拋光墊安置在平臺板上及測量訊號強度。

在一些實施方式中，來自感測器102的訊號強度與拋光層的厚度線性地相關。在此情況下，在以下的等式中，值Th = S或Th = A*S，其中A是用來將函數與已知的拋光墊厚度的資料配合（fit）的常數。

然而，來自感測器102的訊號強度不一定與拋光層的厚度線性相關。例如，訊號強度可以是拋光層的厚度的指數函數。

可接著將厚度的指數函數與資料配合。例如，函數可呈現
的形式，其中S是訊號強度，Th是拋光墊厚度，而A及B是被調整為將函數與已知的拋光墊厚度的資料配合的常數。

對於之後用於拋光的拋光墊而言，控制器90可使用此函數來從訊號強度計算拋光墊厚度。更詳細而言，可將控制器配置為從訊號強度的等效對數函數產生拋光墊厚度Th的量度，例如從如下的函數產生：
然而，可以使用其他的函數，例如第二階或更高階的多項式函數，或多段線。因此，可將訊號值序列S_N 轉換成厚度值序列Th_N 。

控制器90亦被配置為從該訊號產生拋光墊30的磨損率的量度。可藉由將線性函數與隨時間測量到的墊子厚度值S_N 配合來計算此磨損率。例如，可將函數與來自移動的窗口（例如最後N個晶圓）的厚度值配合，其中N是取決於你想要墊子磨損率較靠近瞬時磨損率還是較靠近平均墊子磨損率來選擇的。較小的N值對於雜訊是更具反應性的。較大的N值較不具反應性但亦是較不瞬時的。在一些實施方式中，移動窗口是最後3-30個量度。

然而，如上所述，墊子厚度量度容易遭受雜訊影響。詳細而言，可能在每次開始拋光新的基板時及每次拋光系統進入濕閑置模式時引入雜訊。然而，可使用併入線性預測的濾波器來平滑化厚度量度的數列。可使用此相同的濾波器來計算目前的墊子磨損率。線性預測是使用目前及過去的資料來預測未來資料的統計技術。可用保持追蹤目前與過去資料的自相關的一組公式來實施線性預測，且線性預測能夠相較於用簡單的多項式外插法所可能預測到的資料而言預測未來更久遠的資料。

可將厚度及磨損率表示如下：

其中Th是墊子厚度，CR是瞬時的墊子磨耗率（或削減率），α指示每次墊子厚度測量之間的調理時間量（這可由操作員設定），而ω是白雜訊參數。若是每個基板測量墊子一次，則α與一個基板的調理時間相同。可以每小時測量厚度的削減率，但可以用秒來測量測量操作之間的時間，所以可藉由除以3600來執行轉換。例如，可將CR表示為密耳/小時，而每個晶圓的調理時間在CMP拋光配方中是用秒來指定的。

在一些實施方式中，線性預測濾波器是卡爾曼濾波器。可將卡爾曼濾波器的一個示例用如下的矩陣格式表示：

（系統模型）

（測量模型）

其中x_k 是狀態向量，該狀態向量將墊子厚度及墊子磨損率包括為狀態空間的兩個軸分量，ΔdF是調理碟上的向下力的改變，β是墊子磨損率與向下力之間的比率（β可隨著調理碟的壽命變化而變化），y_k 是墊子厚度輸出（例如這是使用感應式感測器來測量的），v_k 表示測量雜訊，而ω_k 是白雜訊參數。注意，上述的系統及測量模型是隨機性的公式表示，而非確定性的。ω指示，墊子磨損率（CR）可以從一個基板到下一個基板漂移達一個隨機量。C_k 是將測量到的輸出與狀態向量相關的矩陣。

可將卡爾曼濾波器的狀態估算時間外插表示為
其中A_k-1 是狀態矩陣

且可將卡爾曼濾波器的誤差共變數外插表示為
其中Pk是狀態估算中的誤差的共變數，而Qk是雜訊向量W w/ω的共變數矩陣。可將卡爾曼濾波器的量度更新表示為：|

對於上述的各種等式，可使用以下的矩陣格式值：

在拋光墊30的厚度的量度符合臨界值時，控制器90可向拋光系統20的操作員產生需要替換拋光墊30的警報。替代性或附加性地，可將拋光墊的厚度的量度饋送到原位基板監測系統40，例如被原位基板監測系統40用來調整來自基板10的訊號。

在拋光墊30的磨損率的量度符合臨界值時，控制器90可向拋光系統20的操作員產生需要替換調理碟66的警報。替代性或附加性地，控制器90可以調整來自調理碟66上的調理器頭64的向下力，以維持恆定的拋光墊磨損率。可以假設，磨損率與調理碟66上的向下力成比例。

在一些實施方式中，若磨損率的量度落在預定範圍之外，則這可以指示拋光過程有問題（調理碟以外的問題），且控制器90可產生警報。

若感測器102被定位在拋光墊30上方且測量到平臺板24的距離，則感測器102將產生不需要重大處理的有效地連續的訊號。

然而，若感測器102被安裝在平臺板24中且與該平臺板一起旋轉且測量到導體130的距離，則感測器102即使在該感測器不在導體130下方時亦可能產生資料。圖4繪示了在平臺板24的兩次旋轉的整個過程期間來自感測器102的「原始」訊號150。平臺板的單次旋轉由時段R所指示。

可將感測器102配置為使得導體130越靠近（且因此拋光墊30越薄），訊號強度就越強。如圖4中所示，起初感測器102可能在載體頭70及基板10下方。因為基板上的金屬層是薄的，其僅產生微弱的訊號（由區域152所指示）。相比之下，在感測器102在導體130下方時，感測器102產生強力的訊號（由區域154所指示）。在彼等時間之間，感測器102產生了又更低的訊號（由區域156所指示）。

可使用若干技術來過濾掉來自感測器102的訊號的不與導體130對應的部分。拋光系統20可包括位置感測器以感測感測器102何時在導體130下方。例如，可將光學斷路器安裝在固定位置處，且可將標誌附接到平臺板24的周邊。標誌的附接點及長度被選擇為使其產生感測器102在基板導體130下方掃掠的訊號。舉另一個例子，拋光系統20可包括編碼器，以決定平臺板24的角度位置，及使用此資訊來決定感測器102何時在導體130下方掃掠。在任一情況下，控制器90可排除訊號的來自感測器102不在導體130下方的時期的部分。

替代性或附加性地，控制器可僅將訊號150與臨限值T進行比較（參照圖4）及排除訊號的不符合臨限值T（例如低於臨限值T）的部分。

由於調理器頭64跨拋光墊30的掃掠，感測器102可能不完全經過導體130的中心下方。例如，感測器102可能僅沿著導體的邊緣跨越。在此情況下，因為出現較少的導電材料，訊號強度將是較低的（例如如由訊號150的區域158所示）且並不是拋光墊30的厚度的可靠指示器。排除訊號的不符合臨限值T的部分的優點是，控制器90亦可排除由沿著導體130的邊緣跨越的感測器102所造成的這些不可靠的量度。

在一些實施方式中，針對每次掃掠，可對訊號150未被排除的部分求平均以產生掃掠的平均訊號強度。

若拋光系統20包括原位基板監測系統40，則原位拋光墊監測系統100可以是第一電磁感應監測系統（例如第一渦電流監測系統），而基板監測系統40可以是第二電磁感應監測系統（例如第二渦電流監測系統）。然而，由於受監測的不同元件，第一及第二電磁感應監測系統會被建構為具有不同的振諧頻率。

可將原位拋光墊厚度監測系統用在各種拋光系統中。拋光墊或載體頭或兩者可移動以提供拋光面與基板之間的相對移動。拋光墊可以是固定到平臺板的圓形的（或一些其他形狀）墊子、延伸於供應輥與收取輥之間的窄帶、或連續的皮帶。可將拋光墊固定在平臺板上、在拋光操作之間在平臺板上漸進地推進、或在拋光期間連續驅動跨過整個平臺板。可在拋光期間將墊子固定到平臺板，或在拋光期間在平臺板與拋光墊之間可以存在流體軸承。拋光墊可以是標準（例如具有或不具有填料的聚氨酯）的粗糙墊、軟墊、或固定式磨料的墊子。

此外，儘管以上說明聚焦於拋光期間的監測，但可以在拋光基板之前或之後（例如在將基板傳輸到拋光系統的同時）獲得拋光墊的量度。

可用數位電子電路系統、或用電腦軟體、韌體或硬體（包括此說明書中所揭露的結構性構件及其結構等效物）、或用上述項目的組合實施本發明的實施例及此說明書中所述的所有功能性操作。可將本發明的實施例實施為一或更多個電腦程式產品（亦即有形地實施於資訊載體中（例如非暫時性機器可讀取儲存媒體中或傳播訊號中）的一或更多個電腦程式）以供由資料處理裝置（例如可程式化處理器、電腦、或多個處理器或電腦）執行或控制該資料處理裝置的操作。可用任何形式的程式語言（包括編譯的或解譯的語言）撰寫電腦程式（亦稱為程式、軟體、軟體應用程式或代碼），且可用任何形式部署該電腦程式（包括部署為獨立程式、或部署為模組、元件、子常式或適於用在計算環境中的其他單元）。電腦程式不一定與檔案對應。可將程式儲存在檔案的容納其他程式或資料的一部分中、儲存在專用於所論述的程式的單個檔案中、或儲存在多個協同檔案（例如儲存一或更多個模組、子程式或代碼部分的檔案）中。可將電腦程式部署為在一個電腦上執行、或在一個場所處或跨多個場所分佈且由通訊網路互連的多個電腦上執行。

可藉由執行一或更多個電腦程式以藉由在輸入資料上進行操作及產生輸出執行功能的一或更多個可程式化處理器，來執行此說明書中所述的過程及邏輯流程。亦可藉由以下項目來執行過程及邏輯流程，且亦可將裝置實施為以下項目：特殊用途邏輯電路系統（例如FPGA（現場可程式化閘極陣列）或ASIC（特定應用積體電路系統））。

已描述了本發明的許多實施例。儘管如此，將了解到，可在不脫離本發明的精神及範圍的情況下作出各種更改。因此，其他的實施例是在以下申請專利範圍的範圍內的。

10‧‧‧基板

20‧‧‧拋光系統

22‧‧‧馬達

24‧‧‧平臺板

25‧‧‧中心軸

26‧‧‧凹口

28‧‧‧驅動軸桿

29‧‧‧旋轉耦接器

30‧‧‧拋光墊

32‧‧‧背層

34‧‧‧外層

38‧‧‧拋光液

39‧‧‧供應清洗臂

60‧‧‧拋光墊調理器

62‧‧‧臂

64‧‧‧調理器頭

66‧‧‧調理碟

68‧‧‧垂直致動器

70‧‧‧載體頭

71‧‧‧中心軸

72‧‧‧支撐結構

74‧‧‧驅動軸桿

76‧‧‧載體頭旋轉馬達

80‧‧‧柔性膜片

82‧‧‧可加壓腔室

84‧‧‧固位環

90‧‧‧控制器

100‧‧‧監測系統

102‧‧‧感測器

102'‧‧‧感測器

103‧‧‧彈簧

104‧‧‧磁心

106‧‧‧線圈

108‧‧‧驅動及感測電路系統

120‧‧‧磁場

130‧‧‧導體

150‧‧‧訊號

152‧‧‧區域

154‧‧‧區域

156‧‧‧區域

158‧‧‧區域

圖1A是化學機械拋光系統的部分橫截面示意側視圖，該系統包括被配置為偵測墊層厚度的感測器。

圖1B是化學機械拋光系統的另一實施方式的部分橫截面示意側視圖，該系統包括感測器以偵測墊層厚度。

圖2是化學機械拋光系統的示意俯視圖。

圖3為用於電磁感應監測系統的驅動系統的示意電路系統圖。

圖4是在多次平臺板旋轉內來自感測器的訊號強度的說明圖表。

各種繪圖中的類似參考符號指示類似的元件。

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

Claims

一種用於化學機械拋光的裝置，包括：一平臺板，具有一表面以支撐一拋光墊；一載體頭，用來將一基板固持為抵著該拋光墊的一拋光面；一墊調理器，用來將一調理碟固持為抵著該拋光面；一原位拋光墊厚度監測系統；及一控制器，被配置為從該監測系統接收一訊號及藉由將一預測濾波器施用於該訊號來產生一拋光墊磨損率量度。
如請求項1所述的裝置，其中該原位拋光墊厚度監測系統包括一電磁感應監測系統。
如請求項2所述的裝置，其中該電磁感應監測系統包括固持在該平臺板中的一磁心以便產生一磁場來誘發該調理碟中的一金屬層中的電流。
如請求項2所述的裝置，其中該電磁感應監測系統包括固持在該墊調理器上的一磁心以便產生一磁場來誘發該平臺板中的電流。
如請求項4所述的裝置，其中該墊調理器包括延伸跨越整個該平臺板的一臂，且該磁心被固持在該墊調理器的該臂上。
如請求項5所述的裝置，其中該臂被配置為跨該拋光墊執行一振盪掃掠運動。
如請求項1所述的裝置，其中該控制器被配置為若該墊子磨損率量度超過一臨限值則產生一警報。
如請求項1所述的裝置，其中該控制器被配置為基於該墊子磨損率量度來調整該墊子調理器在該調理碟上的一向下力，以維持一實質恆定的磨損率。
如請求項1所述的裝置，其中該控制器被配置為將該預測濾波器施用於該訊號以產生一過濾訊號，該過濾訊號包括一調整值序列，且其中該控制器被配置為藉由以下步驟來針對該調整值序列中的每個調整值產生該過濾訊號：從該測量值序列產生至少一個預測值，及從該測量值序列及該預測值計算該調整值。
如請求項9所述的裝置，其中該控制器被配置為產生該至少一個預測值，產生該至少一個預測值的步驟是藉由使用線性預測從該測量值序列產生至少一個預測值來進行的。
如請求項10所述的裝置，其中該預測濾波器包括一卡爾曼濾波器。
如請求項11所述的裝置，其中該預測濾波器計算該墊子速率量度，該墊子速率量度遵守其中x_k 是包括該墊子厚度Th_k 及墊子磨損率CR_k 的一狀態向量，α指示每次墊子厚度測量之間的一調理時間量，ΔdF是該調理碟上的向下力的改變，β是該墊子磨損率與向下力之間的一比率，y_k 是該墊子厚度量度，且v_k 表示測量雜訊，且ω是一白雜訊參數。
一種操作一化學機械拋光裝置的方法，該方法包括以下步驟：用一拋光墊拋光一基板；用一調理碟調理該拋光墊；用一原位墊子厚度監測系統監測該拋光墊的一厚度，及從該監測系統產生一訊號；及藉由將一預測濾波器施用於該訊號來產生一墊子磨損量度。
如請求項13所述的方法，其中監測該拋光墊的該厚度的步驟包括以下步驟：用一電磁感應監測系統進行監測。
如請求項13所述的方法，其中該電磁感應監測步驟包括以下步驟：產生一磁場來在該調理碟中的一金屬層中誘發電流。
如請求項13所述的方法，其中將該預測濾波器施用於該訊號的步驟產生一過濾訊號，該過濾訊號包括一調整值序列，且其中產生該過濾訊號的步驟針對該調整值序列中的每個調整值包括以下步驟：從該測量值序列產生至少一個預測值，及從該測量值序列及該預測值計算該調整值。
如請求項16所述的方法，其中產生該至少一個預測值的步驟包括以下步驟：使用線性預測來從該測量值序列產生至少一個預測值。
如請求項17所述的方法，其中該預測濾波器包括一卡爾曼濾波器。