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用于化学机械 研磨系统的研磨头及化学机械研磨方法

阅读：639发布：2020-05-08

专利汇可以提供用于化学机械研磨系统的研磨头及化学机械研磨方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种用于化学机械研磨系统的研磨头及化学机械研磨方法。研磨头包含承载头、安装至承载头的膜状物、安装至承载头并环绕膜状物的内固定环、安装至承载头并环绕内固定环的外固定环，以及影像撷取元件。外固定环与内固定环分隔开。影像撷取元件安装至承载头且在内固定环与外固定环之间。，下面是用于化学机械研磨系统的研磨头及化学机械研磨方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于化学机械研磨系统的研磨头，其特征在于，该研磨头包含：
一承载头；
一膜状物，该膜状物安装至该承载体；
一内固定环，该内固定环安装至该承载头并环绕该膜状物；
一外固定环，该外固定环安装至该承载头并环绕该内固定环，其中该外固定环与该内固定环间隔开；以及
一影像撷取元件，该影像撷取元件安装至该承载头且在该内固定环与该外固定环之间。
2.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，还包含在该承载头中的一轨道，其中该影像撷取元件耦接至该轨道。
3.根据权利要求2所述的研磨头，其特征在于，还包含：
一托架，该影像撷取元件在该托架的一底表面上；以及
在该轨道与该托架之间的多个轴承滚子。
4.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包含：
使用一化学机械研磨(CMP)系统在一晶圆上执行一化学机械研磨制程；以及在执行该化学机械研磨制程之后，撷取该化学机械研磨系统的一研磨头的一内固定环与一外固定环之间的一缝隙的一影像。
5.根据权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，其中撷取该影像是使用一影像撷取元件来执行；以及
还包含：在撷取该影像之前，沿着该缝隙移动该影像撷取元件。
6.根据权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，其中撷取该影像是使用沿该缝隙布置的多个影像撷取元件来执行。
7.根据权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，其中该内固定环具有在该内固定环的一底表面中的一凹槽，该外固定环具有在该外固定环的一底表面中的一凹槽，且该缝隙在一接面处与该内固定环的该凹槽与及该外固定环的该凹槽流体连通；以及其中执行撷取该影像以使得该缝隙的与该接面相邻的一部分在该已撷取的影像中。
8.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包含：
使用具有一内固定环及一外固定环的一研磨头拾取一晶圆，其中该外固定环具有一壁部分以及自该壁部分朝向该内固定环延伸的一凸缘部分；
研磨该晶圆；以及
在研磨该晶圆之后，撷取该外固定环的该凸缘部分的一顶表面的一影像。
9.根据权利要求8所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还包含：
处理该已撷取的影像以计算该外固定环的该凸缘部分的该顶表面的一面积；以及当该外固定环的该凸缘部分的该顶表面的该已计算面积小于一预定值时，替换该外固定环。
10.根据权利要求8所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还包含：
处理该已撷取的影像以计算该影像中的一最大物体的一面积；以及
当该影像中的该最大物体的该已计算面积小于一预定值时，替换该外固定环。

说明书全文

用于化学机械研磨系统的研磨头及化学机械研磨方法

技术领域

[0001] 本申请案是关于一种化学机械研磨装置及方法。

背景技术

[0002] 大体上，半导体元件包含形成在基板上的主动组件，诸如，晶体管。可在基板之上形成任何数目个互连层，以使主动组件彼此连接并连接至外部元件。互连层可由低介电常数介电材料制成，包含含金属沟槽/通孔。

[0003] 在形成元件的层时，有时需要使元件平坦化。举例而言，在基板中或在金属层中形成金属特征可导致形貌不均匀。此不均匀形貌在后续层的形成中产生困难。举例而言，不均匀形貌可能干扰用以形成元件中的各种特征的光微影制程。因此，需要在形成各种特征或层之后使元件的表面平坦化。一种平坦化方法为化学机械研磨(chemical mechanical polishing,CMP)。发明内容

[0004] 根据本揭示案的一些实施例，提供一种用于化学机械研磨系统的研磨头。研磨头包含承载头、安装于承载头的膜状物、安装于承载头并环绕膜状物的内固定环、安装于承载头并环绕内固定环的外固定环，以及影像撷取元件。外固定环与内固定环分隔开。影像撷取元件安装至承载头且在内固定环与外固定环之间。

[0005] 根据本揭示案的一些实施例，一种化学机械研磨方法包含使用化学机械研磨系统在晶圆上执行化学机械研磨制程；以及在执行此化学机械研磨制程之后，撷取化学机械研磨系统的研磨头的内固定环与外固定环之间的缝隙的影像。

[0006] 根据本揭示案的一些实施例，一种化学机械研磨方法包含使用具有内固定环及外固定环的研磨头拾取晶圆，其中外固定环具有壁部分以及自此壁部分朝向内固定环延伸的凸缘部分。研磨此晶圆。在研磨晶圆之后，撷取外固定环的凸缘部分的顶表面的影像。附图说明

[0007] 当结合随附诸图阅读时，自以下详细描述最佳地理解本揭示案的态样。应注意，根据行业上的标准实践，各种特征未按比例绘制。事实上，为了论述清楚，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。

[0008] 图1为根据本揭示案的一些实施例的化学机械研磨系统的示意图；

[0009] 图2为图1的化学机械研磨系统的俯视图；

[0010] 图3为图1的研磨头的横截面图；

[0011] 图4为图1的研磨头的底视图；

[0012] 图5为沿图4的线5截取的横截面图；

[0013] 图6为根据本揭示案的一些其他实施例的研磨头的底视图；

[0014] 图7为用于操作图1的化学机械研磨系统的方法的流程图。

[0015] 【符号说明】

[0016] 10 晶圆

[0017] 20 浆料

[0018] 100 化学机械研磨系统

[0019] 110 平台

[0020] 120 研磨衬垫

[0021] 140 调节器

[0022] 142 调节臂

[0023] 144 调节衬垫

[0024] 150 浆料施配器

[0025] 152施配器臂

[0026] 154 喷嘴

[0027] 200 研磨头

[0028] 210 承载头

[0029] 220 内固定环

[0030] 222 外侧壁

[0031] 230 外固定环

[0032] 232 壁部分

[0033] 234 凸缘部分

[0034] 236 内侧壁

[0035] 238 顶表面

[0036] 240 膜状物

[0037] 250 影像撷取元件

[0038] 252 光源

[0039] 254 光接收器

[0040] 255 处理器

[0041] 260 凹槽

[0042] 262 凹槽

[0043] 265 轨道

[0044] 270 托架

[0045] 272 轴承滚子

[0046] 274 导辊

[0047] S12 步骤

[0048] S14 步骤

[0049] S16 步骤

[0050] G 缝隙

[0051] d 距离

[0052] W 宽度

具体实施方式

[0053] 以下揭示内容提供用于实施所提供标的的不同特征的许多不同实施例或实例。以下描述组件及布置的特定实例以简化本揭示案。当然，此些仅为实例，且并不意欲为限制性的。举例而言，在如下描述中的第一特征在第二特征之上或在第二特征上方形成可包含其中第一特征与第二特征形成为直接接触的实施例，且亦可包含其中额外特征可在第一特征与第二特征之间形成以使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭示案可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简化及清楚的目的，且其自身并不表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。

[0054] 另外，为了描述简单起见，可在本文中使用诸如“在……下面”、“在……下方”、“下部”、“在……上方”、“上部”及其类似术语的空间相对术语，以描述如诸图中所图示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。除了诸图中所描绘的定向以外，此些空间相对术语意欲涵盖设备在使用中或操作中的不同定向。装置可以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，且可同样相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。

[0055] 图1为根据本揭示案的一些实施例的化学机械研磨系统100的示意图。图2为图1的化学机械研磨系统100的俯视图。化学机械研磨系统100用以在半导体制造制程中于晶圆10上执行平坦化制程。根据本揭示案的一些实施例，化学机械研磨系统100包含平台110、研磨衬垫120、研磨头200、调节器140及浆料施配器150。平台110由马达驱动以使研磨衬垫120围绕旋转轴旋转。在一些实施例中，在俯视图中，平台110为圆形的。平台110的直径大于待研磨的晶圆10的直径。

[0056] 研磨衬垫120安置在平台110上。研磨衬垫120可为消耗品。研磨衬垫120可为相对坚硬且不可压缩的衬垫或软衬垫。对于氧化研磨而言，可使用更加坚硬的衬垫以实现平坦表面。可在其他研磨制程中使用较软衬垫以实现均匀且平滑的表面。于定制应用中，亦可以堆叠衬垫的布置来组合硬衬垫与软衬垫。

[0057] 研磨头200用以容纳晶圆10。在一些实施例中，研磨头200包含承载头210、膜状物240及至少一个固定环。在一些实施例中，固定环包含外固定环230及内固定环220。内固定环220安置在外固定环230与膜状物240之间。外固定环230及内固定环220可调整研磨衬垫
120的表面轮廓并控制晶圆边缘轮廓。

[0058] 承载头210例如使用膜状物240上的真空抽吸自平台拾取晶圆10。承载头210将晶圆10承载至研磨衬垫120，且承载头210朝向研磨衬垫120下降以研磨晶圆10。对承载头210下方的膜状物240加压，以将晶圆10推向研磨衬垫120。通过旋转研磨衬垫120(及/或承载头210)来研磨晶圆10。晶圆10可具有在其上的各种装置元件。形成于晶圆10上的装置元件的实例包含晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor；MOSFET)、互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)晶体管、双极接面晶体管(bipolar junction transistor；
BJT)、高压晶体管、高频晶体管、p通道及/或n通道场效应晶体管(p-channel field-effect transistor/n-channel field-effect transistor；PFET/NFET)等等)、二极管及/或其他适当元件。可执行各种制程以形成装置元件，诸如，沉积、蚀刻、植入、光微影、退火及/或其他适当制程。在一些实施例中，亦可在晶圆10中或在晶圆10上形成浅沟槽隔离(shallow trench isolation,STI)结构、层间介电(inter-layer dielectric,ILD)层及/或金属间介电层。

[0059] 调节器140用以调节研磨衬垫120。在一些实施例中，调节器140包含调节臂142及调节衬垫144。调节臂142保持调节衬垫144，此调节衬垫144在平坦化制程期间与研磨衬垫120接触。调节臂142以横扫运动在研磨衬垫120的区域上移动调节衬垫144。调节衬垫144包含基板，在此基板之上使用例如电镀来接合磨料颗粒(诸如，金刚石)的阵列。调节衬垫144自研磨衬垫120移除聚集的晶圆碎片及过量的浆料。调节衬垫144亦充当研磨衬垫120的磨料以形成合适的纹理，可抵靠此纹理适当地使晶圆10平坦化。

[0060] 浆料施配器150包含施配器臂152及多个喷嘴154。喷嘴154布置在施配器臂152的底表面上，且用以在研磨衬垫120之上供应浆料20。由浆料施配器150供应的浆料20的成分取决于经受CMP的晶圆表面上的材料的类型。举例而言，钨浆料可能为酸性的以增强对钨膜的化学蚀刻效应；而铜浆料可能为碱性的以使铜膜的腐蚀最小化。

[0061] 在一些实施例中，可将一或更多个元件添加至化学机械研磨系统100或自化学机械研磨系统100省略一或更多个元件。举例而言，可将喷雾器喷嘴添加至化学机械研磨系统100，且此喷雾器喷嘴用以在研磨衬垫120上供应高压冲洗，借此清洁研磨衬垫120。

[0062] 参考图3及图4。图3为图1的研磨头200的横截面图。图4为图1的研磨头200的底视图。研磨头200包含承载头210、内固定环220、外固定环230、膜状物240，及影像撷取元件250。承载头210用以将晶圆容纳于其中。内固定环220及外固定环230用以将晶圆固定在水平位置。膜状物240用以紧固晶圆，并在向下的方向上按压晶圆。

[0063] 内固定环220及外固定环230为同轴地配置。膜状物240被安装至承载头210。内固定环220被安装至承载头210并环绕膜状物240。外固定环230被安装至承载头210并环绕内固定环220。外固定环230与内固定环220分隔开。外固定环230形成有壁部分232及凸缘部分234。凸缘部分234自壁部分232朝向内固定环220水平地延伸，且凸缘部分234的底表面大体上与壁部分232的底表面共面。在化学机械研磨制程期间，外固定环230的凸缘部分234可与内固定环220接触，且用以通过限制内固定环220的水平移动将内固定环220固定在水平位置处。内固定环220继而用以通过限制晶圆的水平移动将晶圆固定在水平位置处。外固定环
230的面向内固定环220的壁部分232的内侧壁236以及内固定环220的面向外固定环230的外侧壁222在内侧壁236与外侧壁222之间定义缝隙G。

[0064] 在一些实施例中，内固定环220包含聚氨酯、聚酯、聚醚、聚碳酸酯、其任何组合或任何其他适当的材料。在一些实施例中，外固定环230包含聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、其任何组合或任何其他适当的材料。在一些实施例中，内固定环220在硬度上比外固定环230更软。在一些实施例中，内固定环220具有按肖氏A硬度标度(Shore A hardness scale)的范围约15至约105的硬度，且外固定环230具有按洛氏M硬度标度(Rockwell M hardness scale)的范围约95至约110的硬度。较软的内固定环220在化学机械研磨制程期间吸收冲击/接触能量并减少内固定环与晶圆之间的振动，并防止晶圆上的损坏/剥落。

[0065] 肖氏硬度为通过使用硬度计量测的材料对已校准弹簧载入的针状压头的抗穿透性的量度。通过肖氏标度来量测聚合物(橡胶、塑胶)的硬度。通过以金刚石锥或硬化的钢球压头压入测试材料来量测洛氏硬度。压头在初步的轻微负荷下被迫进入测试材料中，且施加及移除额外的主要负荷导致用以计算洛氏硬度值的穿透深度永久增加。

[0066] 在一些实施例中，内固定环220的内径范围为自约300mm至约303mm，且外固定环230的外径范围为自约329mm至约333mm。在一些其他实施例中，内固定环220及外固定环230的大小可不同，以在化学机械研磨制程或需要在制程步骤中固定晶圆的其他制程期间容纳更大或更小的晶圆。

[0067] 在一些实施例中，内固定环220具有范围为自约31mm至约35mm的厚度。在一些实施例中，外固定环230具有范围为自约25mm至约28mm的厚度。在一些实施例中，内固定环220的厚度比外固定环230的厚度更厚，且其厚度差在自约6mm至约8mm的范围中。若内固定环220与外固定环230之间的厚度差大于约8mm，则内固定环220可能太厚，以使得内固定环220与研磨衬垫之间的接触面积太大，且因此非所要的颗粒可能由于内固定环220与研磨衬垫之间的摩擦而形成。若内固定环220与外固定环之间的厚度差小于约6mm，则内固定环220可能太薄以致无法具有令人满意的机械强度。

[0068] 在一些实施例中，内固定环220及外固定环230均使用粘合剂(胶)层附接至承载头210的底表面。

[0069] 然而，在化学机械研磨制程期间，由于外固定环230的凸缘部分234与内固定环220之间的摩擦，外固定环230的凸缘部分234可能被磨损，且外固定环230的壁部分232可能不当地接触内固定环220。在此情形下，外固定环230的壁部分232与内固定环220之间的接触导致外固定环230的壁部分232与内固定环220之间的不当摩擦。外固定环230的壁部分232与内固定环220之间的不当摩擦可导致晶圆上的缺陷。在一些实施例中，外固定环230的壁部分232的内侧壁236与内固定环220的外侧壁222之间的缝隙G在自约1.37mm至约2.06mm的范围中，以防止外固定环230的壁部分232不当地接触内固定环220。

[0070] 在一些实施例中，研磨头200的影像撷取元件250被安装至承载头210，且布置在外固定环230与内固定环220之间的缝隙G之内，且用以撷取外固定环230的凸缘部分234的顶表面238、外固定环230的壁部分232的内侧壁236以及内固定环220的外侧壁222的影像。举例而言，在一些实施例中，影像撷取元件250的至少一部分直接在凸缘部分234上方。

[0071] 在一些实施例中，分析已撷取的影像以判定外固定环230的凸缘部分234的宽度W是否小于预定值。当判定外固定环230的凸缘部分234的宽度W小于预定值时，发出警告。在一些实施例中，在发出警告时，执行预防性维护以替换外固定环230。

[0072] 在一些实施例中，外固定环230的凸缘部分234的宽度W在自约0.77mm至约1.26mm的范围中，以防止外固定环230的壁部分232不当地接触内固定环220。若外固定环230的凸缘部分234的宽度W小于约0.77mm，则判定外固定环230已磨损，并发出警告。在一些实施例中，在发出警告时，执行预防性维护以替换外固定环230。

[0073] 在一些实施例中，分析已撷取的影像以判定外固定环230的凸缘部分234的侧壁与内固定环220的外侧壁222之间的距离d是否大于预定值。当判定外固定环230的凸缘部分234的侧壁与内固定环220的外侧壁222之间的距离d大于预定值时，发出警告。在一些实施例中，在发出警告时，执行预防性维护以替换内固定环220及/或外固定环230。

[0074] 在一些实施例中，外固定环230的凸缘部分234的侧壁与内固定环220的外侧壁222之间的距离d在自约0.6mm至约0.8mm的范围中，以防止外固定环230的壁部分232不当地接触内固定环220。若判定凸缘部分234的侧壁与内固定环220的外侧壁222之间的距离d大于0.9mm，及/或判定宽度W与距离d的比率小于约0.3，则判定内固定环220及/或外固定环230已磨损，并发出警告。在一些实施例中，在发出警告时，执行预防性维护以替换内固定环220及/或外固定环230。

[0075] 可自已撷取的影像观察到的其他特征包含外固定环230的壁部分232的内侧壁236的粗糙度、内固定环220的外侧壁222的粗糙度、外固定环230的壁部分232的内侧壁236的倾斜角度，及内固定环220的外侧壁222的倾斜角度。若外固定环230的壁部分232的内侧壁236的粗糙度、内固定环220的外侧壁222的粗糙度、外固定环230的壁部分232的内侧壁236的倾斜角度及/或内固定环220的外侧壁222的倾斜角度被判定为不可接受，则判定内固定环220及/或外固定环230已磨损，并发出警告。在一些实施例中，在发出警告时，执行预防性维护以替换内固定环220及/或外固定环230。

[0076] 另外，内固定环220具有在内固定环220的底表面中的凹槽260，且外固定环230具有在外固定环230的底表面中的凹槽262。外固定环230的凹槽262分别大体上与内固定环220的凹槽260对准，以便形成连续通道，此些连续通道在化学机械研磨制程期间允许浆料流向晶圆。在一些实施例中，外固定环230的凹槽262可具有大于内固定环220的凹槽260的宽度的宽度。然而，当浆料流经通道时，浆料通过外固定环230与内固定环220之间的缝隙G，且可不当地渗入缝隙G中，从而在外固定环230与内固定环220之间的缝隙G内部留下污染物残余物。外固定环230与内固定环220之间的缝隙G内部的污染物残余物亦可导致晶圆上的缺陷。

[0077] 在一些实施例中，分析已撷取的影像以判定缝隙G内部的污染物残余物是否超过预定阈值。当判定缝隙G内部的污染物残余物超过了预定阈值时，发出警告。在一些实施例中，当发出警告时，在研磨头200上执行清洁制程，以自缝隙G移除污染物残余物。

[0078] 在一些实施例中，因为缝隙G内部的污染物残余物的一部分沉积在外固定环230的凸缘部分234的顶表面238上，所以分析已撷取的影像以判定外固定环230的凸缘部分234的顶表面238上的污染物残余物是否超过预定阈值。当判定外固定环230的凸缘部分234的顶表面238上的污染物残余物超过了预定阈值时，发出警告。在一些实施例中，当发出警告时，在研磨头200上执行清洁制程，以自缝隙G移除污染物残余物。

[0079] 在一些实施例中，缝隙G在接面处与内固定环220的凹槽260及外固定环230的凹槽262流体连通。配置影像撷取元件250，以使得影像撷取元件250能够撷取缝隙G的与接面相邻的一部分的影像。举例而言，在一些实施例中，影像撷取元件250耦接至轨道265，此轨道
265允许影像撷取元件250移动至紧邻接面的位置。在一些其他实施例中，影像撷取元件250安置在紧邻接面的位置处(如图6中所示)。

[0080] 在一些实施例中，影像撷取元件250为大有效区域的影像感测器。举例而言，影像撷取元件250可为光电二极管，诸如，砷化铟镓(InGaAs)光电二极管。InGaAs光电二极管可在光线不足的情况下侦测影像，使得其适合于撷取缝隙G内部的影像。将侦测到的影像储存为每像素样本有16个位元或更高的灰阶影像。换言之，已储存影像中的每一像素皆可由216或65,536级或更高的光强度表示。对应像素处的强度可以不与检测到的物理光成线性比例地间隔开。实情为，其可在伽玛压缩的非线性比例(gamma-compressed nonlinear scale)上均匀分布，以产生无明显不连续像素的更平滑影像。所得的已储存影像示出细节的清晰对比度。

[0081] 在一些实施例中，影像撷取元件250可使用高动态范围。高动态范围显示具有清晰边界且具有类似于人眼可见的亮度范围的亮度范围的影像特征。如此，所显示影像对于人眼而言易于解释并识别由影像撷取元件250侦测到的特征。

[0082] 在一些实施例中，通过处理器255处理由影像撷取元件250撷取的影像。处理器255用以处理已撷取的影像以计算外固定环230的磨损位准，诸如，外固定环230的凸缘部分234的磨损位准。在一些实施例中，影像撷取元件250用以扫描目标区域，且处理器255用以计算目标区域中的最大物体的面积。若目标区域在内固定环220与外固定环230之间的缝隙G中，则目标区域中的最大物体的面积为外固定环230的凸缘部分234的顶表面238的面积。然而，若外固定环230的凸缘部分234已磨损，则凸缘部分234的顶表面238的面积实质上减小了。如此，目标区域中的最大物体的面积减小。通过计算目标区域中的最大物体的面积，处理器可识别出外固定环230的凸缘部分234上的磨损位准。在一些实施例中，若最大物体的面积大于预定值，则处理器不发出警告；且若最大物体的面积小于预定值，则发出警告。在一些实施例中，在发出警告时，执行预防性维护以便以新的外固定环替换外固定环230。

[0083] 参考图4及图5。图5为沿图4的线5截取的横截面图。研磨头200还包含在承载头210中的轨道265。轨道265为圆形轨道，且安置在研磨头200的周边区域中且在内固定环220与外固定环230之间的缝隙G上方。轨道265大体上沿缝隙G延伸。影像撷取元件250耦接至轨道265，并可沿着轨道265移动且因此可沿着缝隙G移动。在一些实施例中，影像撷取元件250包含光源252及光接收器254。光源252及光接收器254安置在托架270的底表面上且面向缝隙G。托架270由轨道265保持。在一些实施例中，将多个轴承滚子272安置在轨道265的底部部分与托架270之间。通过轴承滚子272支撑托架270及影像撷取元件250。托架270连接至马达并由马达驱动，以使得托架270及影像撷取元件250可沿着轨道265移动。在一些实施例中，将多个导辊274安置在托架270与轨道265的侧壁之间，以使得托架270的移动可更稳定。

[0084] 在一些其他实施例中，如图6中所示，沿着研磨头200的内固定环220与外固定环230之间的缝隙G布置多个影像撷取元件250。影像撷取元件250中的每一者皆不可移动，且用以在其位置处撷取影像。在一些实施例中，可以规则的间隔来布置影像撷取元件250。

[0085] 参考图1、图2及图7。图7为用于操作图1的化学机械研磨系统100的方法的流程图。在步骤S12中，使用化学机械研磨系统100在晶圆10上执行化学机械研磨制程。在化学机械研磨制程期间，将浆料20供应至研磨衬垫120。举例而言，通过浆料施配器150来供应浆料
20，且喷嘴154中的至少一者将浆料20滴在研磨衬垫120上。平台110受马达驱动以使研磨衬垫120围绕旋转轴旋转。晶圆10上下翻转地紧固在研磨头200中，被内固定环220环绕，且在膜状物240下方。研磨头200下降至研磨衬垫120并将晶圆10压在研磨衬垫120上。在一些实施例中，在研磨头200下降至研磨衬垫120之后，对研磨衬垫120的膜状物240加压以将晶圆
10推向研磨衬垫120。

[0086] 研磨头200受驱动轴驱动以旋转或振荡。在一些实施例中，研磨头200的振荡路径沿着研磨衬垫120的径向。当研磨头200旋转且横扫过研磨衬垫120时，外固定环230将内固定环220固定在水平位置处，且内固定环220继而将晶圆10固定在水平位置处。浆料20流经外固定环230的凹槽260(参见图4)及内固定环220的凹槽262(参见图4)流至晶圆10。

[0087] 将调节器140压在研磨衬垫120上并使其旋转及振荡，以便在研磨衬垫120上维持均匀的表面。

[0088] 在步骤S14中，使用影像撷取元件250撷取外固定环230与内固定环220之间的缝隙的影像。在一些实施例中，在完成晶圆10的单个化学机械研磨制程之后，使影像撷取元件250沿着内固定环220与外固定环230之间的缝隙移动，且接着撷取此缝隙的影像。在一些实施例中，影像撷取元件250在其沿内固定环220与外固定环230之间的缝隙移动时以规则的间隔撷取此缝隙的影像。

[0089] 在一些其他实施例中，如图6中所示，在研磨头200的内固定环220与外固定环230之间的缝隙内部布置多个影像撷取元件250。影像撷取元件250不可移动，且在步骤S14中，影像撷取元件250在其位置处撷取影像。

[0090] 参考图5。在一些实施例中，在每一影像撷取操作期间，开启影像撷取元件250的光源252，以照亮内固定环220与外固定环230之间的缝隙G，且影像撷取元件250的光接收器254撷取自外固定环230的壁部分232的内侧壁236、内固定环220的外侧壁222及/或凸缘部分234的顶表面238反射的光。在一些实施例中，在多个撷取操作期间光源252持续地开启；
在一些其他实施例中，光源252为脉冲式光源且在每一撷取操作期间接通并在每一撷取操作之后关闭。

[0091] 参考图1及图7。在步骤S16中，分析由影像撷取元件250撷取的影像以识别任何可能的缺陷。可能的缺陷可包含在内固定环220与外固定环230之间的缝隙及/或在外固定环230的凸缘部分的顶表面上的污染物残余物，及/或外固定环230及/或内固定环220上的磨损。若侦测到任何缺陷，则发出警告，且响应于此警报执行清洁制程及/或预防性维护，以移除缺陷。

[0092] 在一些实施例中，可在研磨每一晶圆之后或在整个化学机械研磨制程的结束时采取步骤S14及S16。换言之，可在步骤S12的每一循环的尾端采取步骤S14及S16。在本揭示案的一些其他实施例中，可在将步骤12的一连串循环重复多次之后采取步骤S14及S16。

[0093] 本揭示案的一些实施例提供一种研磨头，此研磨头具有安置在内固定环与外固定环之间的影像撷取元件。影像撷取元件用以撷取内固定环与外固定环之间的缝隙的影像。可分析已撷取的影像以识别任何可能的缺陷。

[0094] 根据本揭示案的一些实施例，提供一种用于化学机械研磨系统的研磨头。研磨头包含承载头、安装于承载头的膜状物、安装于承载头并环绕膜状物的内固定环、安装于承载头并环绕内固定环的外固定环，以及影像撷取元件。外固定环与内固定环分隔开。影像撷取元件安装至承载头且在内固定环与外固定环之间。

[0095] 于一些实施例中，影像撷取元件包含光电二极管。

[0096] 于一些实施例中，影像撷取元件包含砷化铟镓光电二极管。

[0097] 于一些实施例中，研磨头还包含在承载头中的轨道，其中影像撷取元件耦接至轨道。

[0098] 于一些实施例中，研磨头还包含托架与在轨道与托架之间的多个轴承滚子，影像撷取元件在托架的底表面上。

[0099] 于一些实施例中，内固定环具有在内固定环的底表面中的凹槽，外固定环具有在外固定环的底表面中的凹槽，且内固定环的凹槽与外固定环的凹槽大体上对准。

[0100] 于一些实施例中，外固定环的凹槽的宽度大于内固定环的凹槽的宽度。

[0101] 于一些实施例中，内固定环在硬度上比外固定环更软。

[0102] 于一些实施例中，外固定环具有壁部分以及自壁部分朝向内固定环延伸的凸缘部分。

[0103] 于一些实施例中，影像撷取元件的至少一部分直接在凸缘部分上方。

[0104] 根据本揭示案的一些实施例，一种化学机械研磨方法包含使用化学机械研磨系统在晶圆上执行化学机械研磨制程；以及在执行此化学机械研磨制程之后，撷取化学机械研磨系统的研磨头的内固定环与外固定环之间的缝隙的影像。

[0105] 于一些实施例中，其中撷取影像是使用影像撷取元件来执行。方法还包含在撷取影像之前，沿着缝隙移动影像撷取元件。

[0106] 于一些实施例中，撷取影像是使用沿缝隙布置的多个影像撷取元件来执行。

[0107] 于一些实施例中，其中外固定环具有壁部分以及自壁部分朝向内固定环延伸的凸缘部分，方法还包含分析已撷取的影像以判定外固定环的凸缘部分的宽度是否小于预定值，以及当判定外固定环的凸缘部分的宽度小于预定值时，替换外固定环。

[0108] 于一些实施例中，方法还包含分析已撷取的影像以判定缝隙内部的污染物残余物是否超过预定阈值，以及当判定缝隙内部的污染物残余物超过预定阈值时，自缝隙移除污染物残余物。

[0109] 于一些实施例中，内固定环具有在内固定环的底表面中的凹槽，外固定环具有在外固定环的底表面中的凹槽，且缝隙在接面处与内固定环的凹槽与及外固定环的凹槽流体连通。执行撷取影像以使得缝隙与接面相邻的一部分在已撷取的影像中。

[0110] 根据本揭示案的一些实施例，一种化学机械研磨方法包含使用具有内固定环及外固定环的研磨头拾取晶圆，其中外固定环具有壁部分以及自此壁部分朝向内固定环延伸的凸缘部分。研磨此晶圆。在研磨晶圆之后，撷取外固定环的凸缘部分的顶表面的影像。

[0111] 于一些实施例中，方法还包含处理已撷取的影像以计算外固定环的凸缘部分的顶表面的面积，以及当外固定环的凸缘部分的顶表面的已计算面积小于预定值时，替换外固定环。

[0112] 于一些实施例中，方法还包含处理已撷取的影像以计算影像中的最大物体的面积，以及当影像中的最大物体的已计算面积小于预定值时，替换该固定环。

[0113] 于一些实施例中，研磨头具有承载头及在承载头中的轨道。方法还包含在撷取影像之前，沿着轨道移动影像撷取元件。

[0114] 前文概述了若干实施例的特征，使得熟悉此项技艺者可较佳理解本揭示案的态样。熟悉此项技艺者应了解，他们可容易地使用本揭示案作为设计或修改用于实现相同目的及/或达成本文中所介绍的实施例的相同优势的其它制程及结构的基础。熟悉此项技艺者亦应认识到，此些等效构造不脱离本揭示案的精神及范畴，且他们可在不脱离本揭示案的精神及范畴的情况下在本文进行各种改变、代替及替换。

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用于化学机械研磨系统的研磨头及化学机械研磨方法

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