对晶片进行化学机械抛光的装置的制作方法

本揭露涉及半导体制造工艺中所使用的化学机械抛光方法及用于化学机械抛光的装置。

背景技术：

集成电路(integratedcircuit，ic)中关键特征的大小不断减小，且对执行高分辨率光刻工艺的需要日益迫切。因此，用于进行光刻的辐射的焦深也已减小。需要将对晶片进行平坦化的精确度控制在原子尺度(atomicscale)下。举例来说，对28nm、22nm、16nm及10nm技术的典型景深(depth-of-field)要求接近埃级。当然，这些仅是实例，并不旨在进行限制。

虽然随着光刻演进及光刻的复杂度提高，在晶片制作期间最常使用化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing，cmp)来在光刻工艺开始时提供原子级平坦表面，但化学机械抛光的其他使用领域已得到开发。举例来说，近来，化学机械抛光用于通过对金属层(例如铝、铜及钨等)进行抛光来将浅沟槽(shallowtrench)平坦化。

尽管化学机械抛光的用途日益广泛，但化学机械抛光的传统问题仍然存在。举例来说，化学机械抛光由于在抛光时使用机械力而可能会在晶片中引入机械缺陷。抛光垫可形成及/或释放粗颗粒，这些粗颗粒可在被抛光的晶片上造成划伤。另外，对于许多类型的表面来说，化学机械抛光工艺需要“盲”终点探测(“blind”endpointdetection)。举例来说，在化学机械抛光工艺期间，监测化学机械抛光工艺已需要对晶片进行周期性的光学观测。此导致工艺进入长的停工期，且如果在人工观测下缺陷未被探测到，则也有可能降低良率。因此，需要改进技术以对化学机械抛光进行线上监测及控制。

技术实现要素：

根据本揭露的实施例，一种对晶片进行化学机械抛光的装置包括：工艺腔室；能够旋转的台板，实质上水平地设置在所述工艺腔室内，抛光垫设置在所述台板上；晶片载具，设置在所述台板上，所述晶片载具包括晶片保持器，所述晶片保持器被配置成固持所述晶片，在所述装置的操作期间所述晶片被上下倒置地保持在所述抛光垫上；浆料供应端口(slurrysupplyport)，被配置成在所述台板上供应浆料；工艺控制器，被配置成控制所述装置的操作；一组麦克风，设置在所述工艺腔室中或邻近所述工艺腔室设置，所述一组麦克风被排列成探测在所述装置的操作期间所述工艺腔室中的声音并传送与所探测到的所述声音对应的电信号；以及信号处理器，被配置成从所述一组麦克风接收所述电信号，处理所述电信号以实现对在所述装置的操作期间的事件的探测，并响应于探测到所述事件而向所述工艺控制器传送反馈信号。所述工艺控制器还被配置成接收所述反馈信号并基于所接收到的所述反馈信号来启动动作。

附图说明

结合附图进行阅读，从以下详细说明最好地理解本揭露。需强调，根据行业中的标准惯例，各种特征并不按比例绘制且仅用于说明目的。事实上，为论述清晰起见，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。

图1是根据实施例的用于化学机械抛光(cmp)的装置的示意图。

图2a是根据实施例的化学机械抛光工艺在正常操作中的示意图以及从所述工艺发出的声音的模拟的时域曲线图及频域曲线图。

图2b是根据实施例的化学机械抛光工艺在异常操作中的示意图以及从所述工艺发出的声音的模拟的时域曲线图及频域曲线图。

图2c说明根据实施例的从正常化学机械抛光工艺发出的声音的时域曲线图及频域曲线图与从异常化学机械抛光工艺发出的声音的时域曲线图及频域曲线图的重叠。

图3是根据实施例的用于监测化学机械抛光工艺的装置的示意图。

图4绘示根据实施例的监测化学机械抛光工艺的方法的说明性流程图。

具体实施方式

以下揭露内容提供许多不同的实施例或实例来实施所提供主题的不同特征。下文阐述组件及排列的具体实例以简化本揭露。当然，这些仅是实例，并不旨在进行限制。举例来说，在以下说明中，第一特征形成于第二特征上或形成于第二特征之上可包括第一特征与第二特征形成为直接接触的实施例，且也可包括额外特征可形成在第一特征与第二特征之间以使第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。此重复是出于简洁及清晰目的，本质上并不规定所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。

此外，为便于说明起见，本文中可使用例如“在...之下”、“在…下”、“下部”、“在…上方”、“上部”等空间相对用语来阐述如图中所说明的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。除了图中所绘示的定向之外，所述空间相对用语还旨在囊括器件在使用或操作中的不同定向。可以其他方式对装置/器件进行定向(旋转90度或处于其他定向)，且可相应地对本文中所使用的空间相对描述符相似地加以解释。另外，用语“由…制成”可意指“包括”或“由…组成”。

本揭露大体来说涉及用于监测及控制在半导体制造中所使用的化学机械抛光(cmp)工艺的方法及装置。更具体来说，本文中所述的方法及装置有利于监测化学机械抛光工艺以发现反常行为。通常使用化学机械抛光工艺来将晶片平坦化，化学机械抛光工艺使用抛光垫及化学浆料。浆料通常是材料的胶状态，其充当化学刻蚀剂以刻蚀晶片顶表面处的材料。在设置浆料时，使抛光垫相对于晶片旋转以移除材料且使任何不规则的形貌变平滑。化学机械抛光装置经不起在工艺期间的直接光学检验。因此，通过周期性地停止所述工艺并检验晶片以判断是否已到达终点来执行对化学机械抛光工艺的监测。另外，任何反常结果(例如，在晶片表面上存在细微划伤)只有在停止工艺并检验晶片之后才探测得到，而这对采取更正动作来说可能为时已晚。这会造成整个半导体制造工艺遇到大的瓶颈，且影响制造良率。预期，本文中所述的装置及方法的实施例有利于在不停止工艺的情况下在操作期间监测及控制化学机械抛光工艺，由此提高化学机械抛光工艺的速度及良率。

图1示意性地说明根据本揭露实施例用于对半导体晶片执行化学机械抛光的装置。在实施例中，所述装置包括封闭能够旋转的台板110、抛光头组件(polishingheadassembly)120、浆料供应系统130及垫调节器(padconditioner)140的腔室100。

在实施例中，台板110连接到马达(未示出)，所述马达使台板110按照预选旋转速度(rotationalvelocity)旋转。在实施例中，台板110被覆盖有由相对软的材料制成的可替换的抛光垫111(在本文中可互换地被称为“垫111”)。在一些实施例中，垫111是表面带凹槽的薄的聚合物圆盘(polymericdisc)，且可根据应用而是多孔的或实心的(solid)。确定垫111的材料及物理性质的因素包括将被抛光的材料(即晶片表面处的材料)以及在抛光之后所期望达到的粗糙度。垫111可在背面上具有压敏型粘着剂，以使垫111粘着到台板110。在抛光工艺期间，可根据被抛光的材料(即晶片顶表面处的材料)的类型来以适合的润滑材料将垫润湿。

在实施例中，抛光头总成120包括头121及载具122。头121保持(hold)载具122，载具122继而保持将被抛光的晶片(wafer)123。在一些实施例中，抛光头总成120包括位移机构(displacementmechanism)(未示出)以使头121向侧面振动(参考图1)。在一些实施例中，头121可包括用于使晶片123相对于台板110旋转的马达。在一些实施例中，使晶片123与台板110以非同步不同心的方式旋转以使得台板110与晶片123之间进行非均一的相对运动。相对运动的非均一性有利于通过避免从同一点重复移除来从晶片表面均一地移除材料。抛光头总成120对晶片123施加受控的向下压力来保持晶片123抵靠台板110。

浆料供应系统130引入适合材料的化学浆料135(在本文中可互换地被称为“浆料135”)以用作垫111与晶片123之间的研磨介质(abrasivemedium)。在实施例中，浆料135是与其他化学品(例如，腐蚀抑制剂(rustinhibitors)及碱(bases))一起分散在水中以提供碱性ph值的研磨颗粒的胶状态。在一些实施例中，研磨颗粒是例如二氧化硅(silica)、铈土(ceria)及氧化铝(alumina)等材料。在实施例中，研磨颗粒具有大体均一的形状及狭窄的大小分布，其中平均颗粒大小的范围根据使用时所针对的应用而从约10nm到约100nm或大于100nm。在实施例中，浆料供应系统130包括贮存系统(未明确示出)及导管(conduit)131，导管131用于将浆料135输送到位于台板110顶部的抛光垫111。可基于应用来控制浆料135的流动速率。

在实施例中，在对抛光垫111进行抛光时，垫调节器140跨越台板110的整个区域周期性地“调节”抛光垫111以提供均一厚度及粗糙度。在抛光工艺期间维持抛光垫111的厚度及粗糙度会防止晶片123上出现不期望的压力点或翘曲，且有助于维持晶片123的均一厚度。

台板110及抛光头总成120的大幅度机械移动在腔室100内产生特殊声音。图2a示意性地说明正常操作的化学机械抛光工艺及正常操作的化学机械抛光工艺的在时域中及在频域中的特殊声音，所述特殊声音是由一组麦克风250探测到。腔室100内的声音的振幅及频率可受以下因素影响：例如台板110的转速(rotationalspeed)、晶片123的转速、头121的振动频率、台板110与晶片123之间的对准、晶片表面处的材料、晶片表面处的膜的厚度、在晶片表面处的膜紧下方的材料、晶片123的材料、晶片123的厚度、浆料135的成分、浆料135的流动速率、抛光垫111的材料、及抛光垫111的状况等。确定腔室100内的声音的振幅及频率的其他因素涵盖在本揭露的范围内。尽管图中未示出，但在一些实施例中，声谱包括频率低至零点几赫兹(fractionsofahertz)(例如，0.01hz)到频率高至数兆赫(例如，200mhz)的声音。

在一些实施例中，如果化学机械抛光工艺的参数是相同的，则化学机械抛光工艺的声谱大体来说是相同的。另一方面，当参数发生变化时，声谱应也会发生变化。举例来说，在一些实施例中，在由于移除了晶片顶表面处的膜而使晶片表面处的材料发生变化时，声谱会因在晶片顶表面处的膜紧下方的材料而发生变化。化学机械抛光工艺的其他变化及反常也可导致与化学机械抛光工艺相关联的特殊声谱发生变化。举例来说，晶片表面上的划伤可因将晶片表面的材料的颗粒添加到浆料而导致浆料的成分发生暂时变化。随着更多浆料被添加到工艺且工艺继续操作，这些颗粒可被冲走。然而，浆料成分的暂时变化可足以使与化学机械抛光工艺相关联的声谱发生暂时变化。

图2b示意性地说明反常操作的化学机械抛光工艺及由一组麦克风250探测到的在时域及频域中的特殊声音。图2c绘示重叠于图2a所示正常操作的化学机械抛光工艺的声谱上的图2b所示反常操作化学机械抛光工艺的声谱。

具体来说，图2b绘示由于晶片表面上出现细微划伤所致的浆料135的成分的变化。来自晶片表面的额外颗粒及晶片表面的顶层厚度的局部变化导致声谱与图2a中所示的正常进行中化学机械抛光的声谱不同。在图2c中可看到，化学机械抛光工艺的声谱的一些部分保持不变，而化学机械抛光工艺的声谱的其他部分由于细微划伤而发生大幅度变化。

因此，在一些实施例中，声谱的变化指示化学机械抛光工艺的参数发生变化。在一些情形中，变化会随着工艺继续操作而发生。举例来说，由于晶片的顶层的厚度发生变化，因此声谱会发生变化。然而，某些变化(例如，图2b中所绘示的由于细微划伤所致的变化)在正常化学机械抛光工艺中无法被预测到。可通过在化学机械抛光工艺期间持续分析声谱以探测声谱中的型样并对所探测到的型样与声谱的已知或已获悉(learned)的型样进行比较，来探测化学机械抛光工艺中的所期望事件或反常事件的发生。反常事件包括但不限于：由于浆料研磨物致使晶片表面上存在细微划伤；抛光垫的异常定位或厚度；抛光垫，台板或晶片的异常平直状态(abnormalleveling)；抛光垫劣化等。

图3示意性地说明根据本揭露实施例用于监测化学机械抛光工艺的装置。在实施例中，用于监测化学机械抛光工艺的装置包括一组麦克风250，所述一组麦克风250设置在图1中所绘示的化学机械抛光装置的腔室中或邻近所述腔室设置。用于监测化学机械抛光工艺的装置还包括信号处理器(signalprocessor)310，所述信号处理器310操作地连接到所述一组麦克风250且被配置成从所述一组麦克风250接收电信号并处理所述电信号。所述装置还包括工艺控制器(processcontroller)320，所述工艺控制器320操作地连接到信号处理器310且被配置成从信号处理器310接收反馈信号并基于所述反馈信号来控制化学机械抛光工艺的参数。

在实施例中，所述一组麦克风250包括经选取以将从化学机械抛光工艺收集到的声音优化的一个或多个麦克风。举例来说，所述一组麦克风250可包括被设计成探测在约0.01hz到约200mhz范围中的声音的单个宽频带麦克风。在一些实施例中，所述一组麦克风250包括专门探测特定频率范围的数个窄频带麦克风。举例来说，所述一组麦克风250可包括：一个或多个次声波(infrasonic)麦克风，被设计成探测频率从约0.01hz到约20hz的声音；一个或多个可闻声波(acoustic)麦克风，被设计成探测频率从约20hz到约20khz的声音；以及一个或多个超声波(ultrasonic)麦克风，被设计成探测从约20khz到约200mhz的声音。次声波麦克风的实例包括但不限于驻极体容电器型(electretcondenser)麦克风。可闻声波麦克风及超声波麦克风的实例包括但不限于压电麦克风(piezoelectricmicrophone)、电容性麦克风(capacitivemicrophone)、移动线圈麦克风(movingcoilmicrophone)或光声麦克风(optoacousticmicrophone)。

在实施例中，所述一组麦克风250设置在腔室100内或邻近腔室100的位置处以将所探测到的声音最大化。在实施例中，所述一组麦克风250设置在腔室100的壁上或邻近腔室100的壁设置。在一些实施例中，所述一组麦克风250分布在整个腔室100。举例来说，所述一组麦克风250中的一些麦克风可放置在腔室100的壁上，而其他麦克风可放置在台板110下方且又一些麦克风可放置在载具122的远离晶片123的顶侧上。在一些实施例中，基于预计在腔室100内的特别位置处的声音的频率及振幅来将麦克风的分布及放置优化。预期，较高频率的声音具有方向性且在径向方向(radialdirection)上衰减。在某些实施例中，针对这类声音使用被设计成探测方向性声音(directionalsound)的窄频带麦克风。在其他实施例中，所述一组麦克风250放置在腔室100外的可探测到来自腔室100的声音的位置处。

参考图3，在实施例中，次声波麦克风设置在腔室100的顶壁上或邻近腔室100的顶壁设置，共同横跨整个可闻声波频谱(即，约20hz到约20khz)的一组窄频带可闻声波麦克风设置在腔室100的侧壁上或邻近腔室100的侧壁设置，共同横跨范围从约20khz到约200mhz的声谱的一组窄频带超声波麦克风设置在台板110(远离垫111)的底侧(未明确示出)上，且共同地横跨范围从约20khz到约200mhz的声谱的一组窄频带超声波麦克风设置在载具122(远离晶片123)的顶侧(未明确示出)上。

在实施例中，所述一组麦克风250中的每一麦克风硬连线(hard-wired)到信号处理器310以传送与每一麦克风探测到的声音对应的电信号。在另一实施例中，所述一组麦克风250中的每一麦克风将与其探测到的声音对应的电信号以无线方式传送到信号处理器310。举例来说，在某些实施例中，麦克风使用无线通信协议(wirelesscommunicationprotocol)(例如，蓝牙或电气电子工程师学会(instituteofelectricalandelectronicsengineers，ieee)802.11(无线保真(wirelessfidelity，wi-fi))来向信号处理器310传送电信号。包括私有协议在内的其他类型的无线通信协议涵盖在本揭露的范围内。

在实施例中，信号处理器310包括非暂时性计算机可读存储器(non-transitorycomputer-readablememory)及处理器，所述处理器被配置成从所述一组麦克风250接收电信号，处理电信号并分析电信号。信号处理包括但不限于将电信号同步化并对电信号进行滤波来减少噪声。

在一些实施例中，所述一组麦克风250在空间上分散在腔室100内或邻近腔室100分散，且是非同步的以便于麦克风的安装。在这些实施例中，如果有必要，则可在信号处理器310中对从各个麦克风接收到的电信号执行同步化。在实施例中，将电信号同步化包括：产生频率与非同步电信号的频率实质上分开的定时信号(timingsignal)，将所述定时信号传送到麦克风中的每一者，从麦克风中的每一者接收包括定时信号与对应的非同步电信号的组合的组合信号，及分离组合信号中的每一者以复原非同步电信号及定时信号，以及根据所复原的定时信号来将非同步信号对准以生成同步电信号。在这些实施例中，可以想到，定时信号的频率是经过选取的。因此，与非同步电信号的任何能量重叠可忽略不计以免淹没(drowningout)电信号中所含有的信息。举例来说，在一些实施例中，定时信号具有处于千兆赫(gigahertz，ghz)范围中的频率，其中从所述一组麦克风250接收到的电信号所具有的能量极小或根本无能量。

在实施例中，使用来自工艺控制器320的信号来将所述一组麦克风250中的所有麦克风同步化。举例来说，在一些实施例中，工艺控制器将“启动探测”信号同时传送到麦克风中的每一者，且麦克风中的每一者响应于接收到“启动探测”信号而开始探测声音信号。在一些实施例中，工艺控制器320使“启动探测”信号与化学机械抛光工艺操作的开始同步。因此，在麦克风中的每一者处进行的声音探测(且由此产生电信号)与化学机械抛光工艺的开始是同步的。使来自非同步麦克风的电信号同步的其他方法涵盖在本揭露的范围内。

在实施例中，信号处理器310被配置成对从所述一组麦克风250中每一者接收到的电信号进行滤波，以减少环境声音(ambientsound)及噪声来提高信噪比(signaltonoiseratio，snr)。用于对电信号进行滤波的各种方法是此项技术中已知的且本文中将不再详述。

信号分析包括但不限于：探测声音来源的位置、对声谱进行时域分析、将电信号从时域转换到频域、对声谱进行频域分析、对信号进行分解、型样识别、型样比较等。

在实施例中，信号处理器310被配置成探测声音来源的位置。可使用三角测量算法(triangulationalgorithm)来探测声音来源。举例来说，在一些实施例中，在所述一组麦克风250中的麦克风非同步的情形中，所述一组麦克风250被构成为具有带宽及频率敏感度相同的三个或更多个麦克风，所述三个或更多个麦克风分散设置于腔室100。在一些实施例中，例如在化学机械抛光工艺期间对声谱进行频域分析之后，选取所述三个或更多个麦克风的带宽及中心频率以将在所述三个或更多个麦克风处接收到或探测到的声音信号的强度最大化。在同步过程之后，然后可使用在所述三个或更多个麦克风处接收到的特定声音到达的时间差来计算声音来源与所述三个或更多个麦克风中的每一者的距离，继而使用计算出的距离来计算声音来源的位置。

在例如通过工艺控制器来使所述一组麦克风250中的麦克风同步的实施例中，信号处理器310被配置成从在交叠频带中探测声音的麦克风接收同步电信号，处理所述信号以探测信号的共同型样，并计算来自不同麦克风的共同型样之间的时间差。通过使用提供所述共同型样的麦克风的位置、基于所述时间差来计算所述共同型样的来源的位置。

在各种实施例中，采用例如傅里叶变换(例如快速傅里叶变(fastfouriertransform，fft)、离散傅里叶变换(discretefouriertransform，dft)等)、拉普拉斯变换(laplacetransform)或小波变换(wavelettransform)等算法来将时域信号转换成频域信号。

型样识别可包括基于模型的方法(model-basedmethod)或机器学习方法(machine-learningmethod)。在实施例中，在使从所述一组麦克风250接收到的所有电信号同步之后，使用基于模型的方法来识别声谱中的型样。在基于模型的方法中，使用在化学机械抛光工艺的数个正常循环期间所执行的回归分析(regressionanalysis)来产生正常化学机械抛光工艺(具有一组给定参数)的声谱的模型。举例来说，在一些实施例中，信号处理器310基于用于将浅沟槽平坦化的化学机械抛光工艺的声谱的模型、通过识别与模型声谱的偏差来识别在用于将浅沟槽平坦化的化学机械抛光工艺期间形成在晶片表面上的细微划伤。

在实施例中，通过将与工艺的正常或异常(及异常的原因)有关的反馈提供到信号处理器310以及通过指示正常循环中的特定事件，信号处理器310被配置成“获悉”正常声谱、异常声谱及与所期望的正常事件相关联的声音型样。特定事件的实例包括但不限于到达终点及达到所期望的顶膜厚度等。声谱的型样可受以下因素影响：例如晶片表面的材料(铝、铜、钨、二氧化硅及氮化硅等)、表面的布局(顶表面上的器件图案、图案密度等)及浆料的成分。

举例来说，在一些实施例中，信号处理器310基于在大量工艺循环期间识别化学机械抛光工艺的声谱的型样而“获悉”：用于将浅沟槽平坦化的正常化学机械抛光工艺具有特别型样(即正常型样)，且在用于将浅沟槽平坦化的化学机械抛光工艺期间形成在晶片表面上的细微划伤会导致正常型样发生特别的变化。

在实施例中，在识别到声谱的型样(在本文中可互换地被称为“声音型样”)之后，信号处理器310基于所述声音型样来产生包含与化学机械抛光工艺相关的信息的反馈信号，并向工艺控制器320传送所述反馈信号。如果声音型样指示工艺正常，则反馈信号可仅仅是“一切正常”信号。在实施例中，正常工艺的反馈信号另外还包括已发生例如到达终点或达到所期望的厚度等预定事件的指示。另一方面，如果声谱的型样指示工艺异常，则反馈信号向工艺控制器320指示已发生了异常事件或反常事件。在此种情形中，反馈信号包含与反常事件有关的信息，指示例如事件类型及反常来源。

在实施例中，工艺控制器320包括非暂时性计算机可读存储器及处理器，所述处理器被配置成从信号处理器接收反馈信号，分析所述反馈信号，并通过将命令传送到化学机械抛光装置(包括但不限于台板110、抛光头总成120、浆料供应系统130及垫调节器140)的各个处理单元来控制化学机械抛光工艺的各种参数。在一些实施例中，由工艺控制器320控制的化学机械抛光工艺的参数包括但不限于：台板110的旋转速度、在抛光垫111上供应的浆料135的流动速率及成分、晶片123与抛光垫111接触的压力、对抛光垫111的调节、载具122的旋转速度、头121的振动频率等。在实施例中，工艺控制器320还被配置成与所述一组麦克风250进行通信以例如便于使麦克风同步。

在实施例中，在接收到事件(正常事件或反常事件)已经发生的反馈信号时，工艺控制器320分析所述反馈信号并响应于事件的发生而启动预定动作。如果发生正常的所期望事件(例如，到达化学机械抛光工艺的终点或材料发生变化)，则工艺控制器320启动动作来停止所述工艺。在实施例中，反馈信号包含材料移除速率低于正常值的信息。可能会由于晶片表面处的材料发生变化或由于浆料流动速率未被优化而出现低的移除速率。因此，如果以由信号处理器310分析的声音型样为基础的反馈信号指示已由于晶片表面处的材料发生变化而致使移除速率降低且材料变化是所期望的工艺结果，则工艺控制器320确定工艺在继续正常进行中且无需采取更正动作。

在一些实施例中，如果发生反常事件，则工艺控制器320基于反馈信号来判断更正动作是否将会使发生反常事件之后的工艺正常化且判断哪些工艺参数最适于将工艺正常化。举例来说，如果反馈信号指示移除速率已由于非最优的浆料流动速率而发生降低，则工艺控制器320将命令传送到浆料供应系统130以改变浆料流动速率。

图4绘示监测化学机械抛光工艺的方法的流程图。在实施例中，用于监测化学机械抛光工艺的方法包括：在步骤s420处，探测在化学机械抛光工艺期间产生的声音信号；在步骤s430处，处理声音信号；在步骤s440处，识别声音信号的型样来探测预定事件的发生；在步骤s450处，产生包含与预定事件相关联的信息的反馈信号；及在步骤s410处，基于反馈信号中的信息来控制化学机械抛光工艺的参数。

在一些实施例中，使用设置在封闭化学机械抛光装置的腔室中的一组麦克风来执行对声音信号的探测。所述一组麦克风包括经选取以将从化学机械抛光工艺收集到的声音最大化的一个或多个麦克风。举例来说，被设计成探测在约0.01hz到约200mhz范围中的声音的单个宽频带麦克风设置在化学机械抛光工艺腔室中的适合位置处。另一选择为或另外，采用专门探测特定频率范围的数个窄频带麦克风。在实施例中，将所述一组麦克风设置在腔室内的位置处以将所探测到的声音最大化。举例来说，将麦克风设置在腔室壁上、台板的底侧上及/或晶片载具的顶侧上。

将所探测到的声音信号转换成电信号并将所述电信号传送到信号处理器，所述信号处理器用于处理与由所述一组麦克风探测到的声音对应的电信号。本文中互换地使用用语“声音信号”来指示与由所述一组麦克风探测到的声音对应的电信号。在实施例中，信号处理器包括非暂时性计算机可读存储器及处理器，所述处理器被配置成接收声音信号，处理所述声音信号并分析所述声音信号。处理声音信号可包括但不限于接收声音信号，使所接收到的信号同步并对同步信号进行滤波以减少噪声。

在一些实施例中，通过以下操作来实现所接收到的信号的同步：产生频率与非同步电信号的频率实质上分开的定时信号，将所述定时信号传送到麦克风中的每一者，从麦克风中的每一者接收包括定时信号与对应的非同步电信号的组合的组合信号，并分离组合信号的每一者以复原非同步电信号及定时信号，并且根据所复原的定时信号来将非同步信号对准以生成同步电信号。在这些实施例中，可以想到定时信号的频率经选取以使其与非同步电信号的能量交叠(如果存在的话)可忽略不计，以免淹没电信号中含有的信息。

在一些实施例中，使用来自被配置成控制化学机械抛光工艺的各种工艺参数的工艺控制器的同步化信号来使麦克风同步。举例来说，工艺控制器传送指示化学机械抛光工艺的开始时间的同步化信号，由此命令所述一组麦克风启动声音探测。

分析包括但不限于：探测声音来源位置，分析时域中的声谱，将电信号从时域转换成频域，分析频域中的声谱，分解信号，识别信号中的型样，及对所识别的型样与已知或已获悉的型样进行比较等。

可使用三角测量算法来探测声音来源。在实施例中，在化学机械抛光工艺期间对声谱进行频域分析之后，选取三个或更多个麦克风的频带宽度及中心频率以将在三个或更多个麦克风处接收到或探测到的声音信号的强度最大化。在同步化过程之后，然后可使用在所述三个或更多个麦克风处接收到的特定声音到达的时间差来计算声音来源与所述三个或更多个麦克风中的每一者的距离，继而可使用计算出的距离来计算声音来源的位置。使用非同步的空间分散麦克风来探测声音来源的其他方法涵盖在本揭露的范围内。

可通过基于模型的方法或机器学习方法来实现对声音信号的型样的识别。在实施例中，使用在化学机械抛光工艺的数个正常循环期间所执行的回归分析来产生正常化学机械抛光工艺(具有一组给定参数)的声谱的模型。在这些实施例中，基于所述模型来识别预定正常事件，且通过识别与模型声谱的偏差来识别异常事件。

在实施例中，基于与正常、异常(及异常原因)及与所期望的正常事件相关的指示相关的反馈来获悉正常声谱、异常声谱及与所期望的正常事件相关联的声音型样。在这些实施例中，基于与“获悉的”型样的比较来识别事件。

在型样被识别出之后，使用与所识别型样相关联的信息来产生反馈信号，所述反馈信号包含与对应于所识别型样的事件(正常事件或异常事件)相关的信息。在所探测到的事件是所期望的事件(例如终点、所期望的厚度变化或所期望的材料变化)的情形中，可使用来自反馈信号的信息终止工艺或改变工艺的某些参数以使工艺能够按照期望继续正常进行。在所探测到的事件异常或反常的情形中，在异常事件或反常事件之后，使用来自反馈信号的信息来控制化学机械抛光工艺的参数以终止化学机械抛光工艺或提供更正动作以使化学机械抛光工艺正常化。

可受控制的化学机械抛光工艺的参数包括但不限于：台板的旋转速度、在抛光垫上供应的浆料的流动速率及成分、晶片与抛光垫接触的压力、对抛光垫的调节、晶片载具的旋转速度及抛光头的振动频率等。

应了解，并非所有的优势均在本文中得到必要的论述，不存在所有的实施例或实例皆需要的特别优势，且其他实施例或实例可提供不同的优势。

根据本揭露的一个方面，一种对晶片进行化学机械抛光的装置包括：工艺腔室；能够旋转的台板，实质上水平地设置在所述工艺腔室内，抛光垫设置在所述台板上；晶片载具，设置在所述台板上，所述晶片载具包括晶片保持器，所述晶片保持器被配置成固持所述晶片，在所述装置的操作期间所述晶片被上下倒置地保持在所述抛光垫上；浆料供应端口(slurrysupplyport)，被配置成在所述台板上供应浆料；工艺控制器，被配置成控制所述装置的操作；一组麦克风，设置在所述工艺腔室中或邻近所述工艺腔室设置，所述一组麦克风被排列成探测在所述装置的操作期间所述工艺腔室中的声音并传送与所探测到的所述声音对应的电信号；以及信号处理器，被配置成从所述一组麦克风接收所述电信号，处理所述电信号以实现对在所述装置的操作期间的事件的探测，并响应于探测到所述事件而向所述工艺控制器传送反馈信号。所述工艺控制器还被配置成接收所述反馈信号并基于所接收到的所述反馈信号来启动动作。在以上及以下实施例中的一或多者中，所述一组麦克风包括被配置成对频率处于约0.01hz到约200mhz范围内的声音进行探测的麦克风。在实施例中，所述动作包括选自由以下组成的群组的至少一个动作：改变所述能够旋转的台板的旋转速度，改变通过所述浆料供应端口供应的所述浆料的流动速率及成分，以及改变所述晶片与所述抛光垫接触的压力。在实施例中，所述事件是选自由以下组成的群组的至少一个事件：工艺到达终点，晶片表面上存在划伤，所述抛光垫劣化，所述抛光垫或所述晶片出现异常的平直状态，在所述抛光垫或所述晶片表面上存在研磨颗粒，以及在所述晶片表面处存在材料的变化。在实施例中，所述一组麦克风被配置成使用无线通信协议传送所述电信号。在实施例中，所述信号处理器还被配置成执行选自由以下组成的群组的至少一个操作：对所述电信号进行滤波以从所探测到的所述声音消除噪声或环境声音，探测所探测到的所述声音的来源的位置，在时域中或在频域中处理所述电信号，以及将所探测到的所述声音中的型样识别为与所述装置的所述操作期间的预定事件对应。在以上及以下实施例中的一或多者中，对所述型样的识别包括：基于事件模型或使用预先获悉的声音型样与事件之间的对应关系来将声音的型样与已知事件进行匹配。

根据本揭露的另一方面，一种操作用于化学机械抛光的装置的方法包括：探测在所述装置的操作期间所述装置的工艺腔室中的声音，并使用一组麦克风向信号处理器传送与所探测的所述声音对应的电信号；在所述信号处理器中处理从所述一组麦克风接收到的所述电信号以实现对在所述装置的操作期间的事件的探测，并响应于探测到所述事件而向工艺控制器传送与所探测到的所述事件对应的反馈信号；以及由所述工艺控制器基于所接收到的所述反馈信号来启动动作。在以上及以下实施例中的一或多者中，所述动作包括改变所述化学机械抛光的一个或多个参数。在以上及以下实施例中的一或多者中，所述一组麦克风包括被配置成对频率处于约0.01hz到约200mhz范围内的声音进行探测的麦克风。在实施例中，所述参数包括选自由以下组成的群组的至少一个参数：能够旋转的台板的旋转速度、在设置在所述能够旋转的台板上的抛光垫上供应的浆料的流动速率及成分、以及晶片与所述抛光垫接触的压力。在实施例中，所述事件是选自由以下组成的群组的至少一个事件：所述化学机械抛光到达终点、晶片表面上存在划伤、抛光垫劣化、所述抛光垫或所述晶片出现异常平直状态、在所述抛光垫或所述晶片表面上存在研磨颗粒、以及在所述晶片表面处存在材料的变化。在以上及以下实施例中的一或多者中，处理所述电信号包括选自由以下组成的群组的至少一个操作：对所述电信号进行滤波以从所探测到的所述声音移除噪声或环境声音，探测所探测到的所述声音的来源的位置，在时域中或在频域中处理所述电信号，以及将所探测到的所述声音中的型样识别为与所述装置的所述操作期间的预定事件对应。在实施例中，对所述型样的识别包括：基于事件模型或使用预先获悉的声音型样与事件之间的对应关系来将声音的型样与已知事件进行匹配。在实施例中，所述一组麦克风被配置成使用无线通信协议传送所述电信号。

根据本揭露的又一方面，一种监测化学机械抛光工艺的系统包括：工艺控制器，被配置成控制所述化学机械抛光工艺的参数；一组麦克风，设置在用于化学机械抛光的装置的工艺腔室中或邻近所述工艺腔室设置，所述一组麦克风被排列成探测在所述化学机械抛光工艺期间所述工艺腔室中的声音并传送与所探测到的所述声音对应的电信号；以及信号处理器，被配置成从所述一组麦克风接收所述电信号，处理所述电信号以实现对在所述装置的操作期间的事件的探测，并响应于探测到所述事件而向所述工艺控制器传送与所探测到的所述事件对应的反馈信号。在实施例中，所述工艺控制器还被配置成接收所述反馈信号并基于所接收到的所述反馈信号来启动对所述化学机械抛光工艺的一个或多个参数的改变。在以上及以下实施例中的一或多者中，所述工艺的所述一个或多个参数包括选自由以下组成的群组的至少一个参数：能够旋转的台板的旋转速度，在设置在所述能够旋转的台板上的抛光垫上供应的浆料的流动速率及成分，以及晶片与所述抛光垫接触的压力。在实施例中，所述一组麦克风包括被配置成对频率处于约0.01hz到约200mhz范围内的声音进行探测的麦克风。在实施例中，所述一组麦克风被配置成使用无线通信协议传送所述电信号。在以上及以下实施例中的一或多者中，所述信号处理器还被配置成执行选自由以下组成的群组的至少一个操作：对所述电信号进行滤波以从所探测到的所述声音移除噪声或环境声音，探测所探测到的所述声音的来源的位置，在时域中或在频域中处理所述电信号，以及将所探测到的所述声音中的型样识别为与所述装置的所述操作期间的预定事件对应。在实施例中，对所述型样的识别包括：基于事件模型或使用预先获悉的声音型样与事件之间的对应关系来将声音的型样与已知事件进行匹配。

以上内容概述了数个实施例或实例的特征以使所属领域的技术人员可更好地理解本揭露的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易地使用本揭露作为设计或修改其他工艺及结构以实现与本文中所介绍的实施例或实例相同的目的及/或达成相同的优势的基础。所属领域的技术人员还应意识到这些等效构造并不背离本揭露的精神及范围，且其可在不背离本揭露的精神及范围的情况下在本文中做出各种变化、替代及更改。