CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法与流程

本发明涉及化学机械平坦化技术领域，特别涉及一种CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法。

背景技术：

化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)技术是当今最有效的全局平坦化方法。它利用化学腐蚀和机械磨削的协同作用，可以有效兼顾晶圆局部和全局平坦度，并已在超大规模集成电路制造中得到了广泛应用。对于CMP工艺，需要严格控制材料的去除量。若不能实现有效的监控，将无法避免晶圆“过抛”或者“欠抛”等情况的出现。

对于铜CMP工艺，电涡流方法是一种低成本的非接触式测量方法，具有较大的测量范围和较高的测量精度，并在CMP工艺过程中不受其他非导电介质的影响，可满足在线快速测量晶圆表面铜层厚度的需求。目前，基于电涡流方法的在线测量模块已出现在铜CMP系统中，用于监测一定厚度范围内的铜层去除情况，判断工艺是否已达到期望厚度，以及时终止工艺过程。铜CMP工艺过程后，为了全面分析电涡流传感器在整个工艺过程中的输出信号变化，检验并修正在线测量模块输出的准确度，迫切需要良好的CMP全工艺过程的晶圆表面铜层厚度数据的离线处理算法。

然而，在CMP工艺过程中，CMP工艺的诸多因素均会对传感器输出信号产生一定影响，例如抛光头的旋转与径向摆动将导致探头在晶圆下方的测量轨迹与时间不唯一，进而造成电涡流传感器在晶圆下方的采样点数不固定。此外，抛光垫的在线修整过程还会引入干扰信号，而此干扰信号将不可避免地混入全过程采样信号中，导致计算结果不准确，从而大大增加了离线数据处理与分析的难度。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法，该方法可有效消除测量过程中的干扰信号和部分异常信号的影响，能够简洁高效地计算出真实的铜层厚度变化，且计算结果精确度高。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法，包括以下步骤：读取测量过程中电涡流传感器的输出信号，并根据所述输出信号计算出采样信号；设定所述采样信号的幅度阈值；根据所述幅度阈值，遍历所述测量过程中的所有采样信号，以得到全部非零点信号段；计算每个非零点信号段的信号宽度，并根据所有非零点信号段的信号宽度确定所述采样信号的宽度阈值；根据所述幅度阈值和宽度阈值，重新遍历测量过程中的全部非零信号段，以提取有效测量信号段，并计算每个有效测量信号段的中心区间的全部数据点的平均值；根据所有有效测量信号段的中心区间的全部数据点的平均值得到所述CMP全工艺过程金属膜厚的变化信息。

根据本发明实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法，可有效消除测量过程中的干扰信号和部分异常信号的影响，能够从已采集到大量数据中高效地提取到工艺人员需要的真实的铜层厚度变化信息。该方法相对简洁，且计算精度高，可以为在线测量过程中的实时铜层厚度计算提供良好的解决思路，进而提高在线测量的计算效率。

另外，根据本发明上述实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述根据所述输出信号计算出采样信号，包括：对所述电涡流传感器的连续输出信号进行分块平均处理，以得到所述采样信号。

在一些示例中，所述采样信号包括测量信号和零点信号，根据所述测量信号和零点信号确定所述采样信号的幅度阈值。

在一些示例中，所述幅度阈值小于所述测量信号的最小值且大于所述零点信号的幅值。

在一些示例中，在测量过程中，当所述电涡流传感器的探头在晶圆表面铜层下方的运动区域时，由所述电涡流传感器的输出信号得到的采样信号为测量信号；当所述电涡流传感器的探头不在晶圆表面铜层下方的运动区域时，由所述电流传感器的输出信号得到的采样信号为零点信号。

在一些示例中，所述根据所述幅度阈值，遍历所述测量过程中的所有采样信号，得到全部非零点信号段，进一步包括：根据每个所述非零点信号段的上升沿和对应的下降沿，以获取全部非零点信号段。

在一些示例中，计算每个所述非零点信号段的信号宽度，并根据所有非零点信号段的信号宽度的统计结果确定所述采样信号的宽度阈值，进一步包括：在每个非零点信号段中，统计上升沿的幅度阈值位置到下降沿的幅度阈值位置之间的采样点个数，以分别计算每个非零信号段的信号宽度；根据所有非零信号段的信号宽度的统计结果确定测量信号和干扰信号的分界点；根据所述测量信号和干扰信号的分界点得到所述采样信号的宽度阈值的上限值和下限值。

在一些示例中，所述根据所述幅度阈值和宽度阈值，重新遍历测量过程中的全部非零信号段，以提取有效测量信号段，进一步包括：保持所述幅度阈值不变，依次将每个非零点信号段的信号宽度与所述宽度阈值范围进行比较；如果所述非零点信号段的信号宽度位于所述宽度阈值的上限值和下限值之间，则判定所述非零点信号段为有效测量信号段；如果所述非零点信号段的信号宽度不在宽度阈值的上限值和下限值之间，则判定所述非零点信号段为干扰信号或异常信号，并放弃本次信号宽度的计算结果。

在一些示例中，所述有效测量信号段的中心区间的全部数据点的个数根据抛光盘的转速而定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法的流程图；

图2是根据本发明另一个实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法的流程示意图；

图3是本发明一个实施例的基于电涡流方法的在线测量模块的示意图；

图4是本发明一个具体实施例的一次CMP全过程铜层厚度采样信号示意图；以及

图5是根据本发明一个具体实施例的方法得到的CMP全工艺过程的金属膜厚变化情况示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法。

图1是根据本发明一个实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法的流程图。图2是根据本发明另一个实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法的流程示意图。如图1所示，并结合图2，该方法包括以下步骤：

步骤S1：读取测量过程中电涡流传感器的输出信号，并根据输出信号计算采样信号。

具体地，在步骤S1中，根据输出信号计算采样信号，进一步包括：对电涡流传感器的连续输出信号进行分块平均处理，以得到采样信号，从而可以降低由于电涡流传感器输出信号自身的波动而引起的测量误差。

在具体示例中，电涡流传感器具有探头，探头安装在抛光盘面中(抛光垫下)，通过导电滑环的引线与固定在机台内的信号处理电路相连，数据采集卡与电涡流传感器的输出相连，实现数据的快速采集，并通过USB端口将采集信号反馈给上位机，上位机进行后续计算处理，例如图3所示。在本发明的一个实施例中，在高速信号采集过程中，为了减小传感器输出信号自身的波动以降低测量误差，将数据采集卡每一次返回的数据块平均处理，并以计算得到的平均值作为当前采样值。

步骤S2：设定采样信号的幅度阈值。

在本发明的一个实施例中，采样信号包括测量信号和零点信号，根据测量信号和零点信号确定采样信号的幅度阈值。更为具体地，幅度阈值小于测量信号的最小值且大于零点信号的幅值。

其中，在本发明的一个实施例中，例如，在测量过程中，当电涡流传感器的探头在晶圆表面铜层下方的运动区域时，将该区域定义为有效测量区域，此时由电涡流传感器的输出信号得到的采样信号为测量信号；当电涡流传感器的探头不在晶圆表面铜层下方的运动区域时，即探头离开了有效测量区域，此时由电流传感器的输出信号得到的采样信号为零点信号。其中，由于修整器会在工艺过程中在线修整抛光垫，探头有可能会运动至修整头下方，由于修整头特殊的材质会造成传感器输出信号的变化，因此定义此时由电涡流传感器的输出信号得到的采样信号为干扰信号。

在本发明的实施例中，本方法的处理对象包括传感器输出的未标定值和其经过标定计算后得到的膜厚值。图4展示了一次CMP全过程铜层厚度采样信号(未标定值)的示意图。

步骤S3：根据幅度阈值，遍历测量过程中的所有采样信号，以得到全部非零点信号段。

在本发明的一个实施例中，步骤S3进一步包括：根据非零点信号段的上升沿和对应的下降沿，获取全部非零点信号段。

步骤S4：计算每个非零点信号段的信号宽度，并根据所有非零点信号段的信号宽度确定采样信号的宽度阈值。

在本发明的一个实施例中，步骤S4进一步包括：在每个非零点信号段中，统计上升沿的幅度阈值位置到下降沿的幅度阈值位置之间的采样点个数，以分别得到每个非零点信号段的信号宽度；根据所有非零信号段的信号宽度的统计结果确定测量信号和干扰信号的分界点；根据测量信号和干扰信号的分界点得到采样信号的宽度阈值的上限值和下限值。

换言之，结合图2所示，步骤S2至S4为数据预处理阶段。在数据预处理过程中，采样信号的幅度阈值由整个测量过程中传感器的测量信号和零点信号来确定，幅度阈值的设定值应大于测量信号的最小值且大于零点信号幅值。进一步地，根据已设定的幅度阈值，遍历全部在线测量所得数据(即所有的采样信号)，找出各非零点信号段的上升沿和对应下降沿，并依次截取全部非零点信号段。在每个非零点信号段中，以上升沿的阈值位置开始统计采样点个数，以下降沿的阈值位置结束统计，从而计算出每个非零点信号段的信号宽度。由于测量信号与在线修整所造成的干扰信号在信号宽度方面存在较大差异(干扰信号的信号宽度明显小于测量信号的信号宽度)，所以可根据全部统计结果确定两者的分界点，进而确定后续计算所需的采样信号的宽度阈值的下限值。此外，对于在线测量过程中的异常信号段，也可通过此方法确定采样信号宽度阈值的上限值，从而确定采样信号的宽度阈值范围。

步骤S5：根据幅度阈值和宽度阈值，重新遍历测量过程中的全部非零信号段，以提取有效测量信号段，并计算每个有效测量信号段的中心区间的全部数据点的平均值。

更为具体地，根据幅度阈值和宽度阈值，重新遍历测量过程中的全部非零点信号段，以提取有效测量信号段，进一步包括：保持幅度阈值不变，依次将每个非零点信号段的信号宽度与宽度阈值范围进行比较；如果非零点信号段的信号宽度位于宽度阈值范围内，即非零点信号段的信号宽度位于宽度阈值的上限值和下限值之间，则判定非零点信号段为有效测量信号段；如果非零点信号段的信号宽度位于宽度阈值范围外，即非零点信号段的信号宽度不在宽度阈值的上限值和下限值之间，则判定非零点信号段为干扰信号或异常信号。

换言之，结合图2所示，步骤S5即为数据的计算过程。在该计算过程中，保持上述设定的采样信号幅度阈值不变，并根据已得到的采样信号的宽度阈值范围，重新遍历全部在线测量所得数据。采用同数据预处理的方法依次截取各个非零点信号段并统计其信号宽度。对于截取到的每一段非零点信号段，在完成本段信号宽度的计算时，首先判断其信号宽度是否在宽度阈值范围内，如果本信号段的宽度大小满足宽度阈值范围，则认为该信号段为有效测量信号段，并以该信号段中心区间的全部数据点的平均值作为本段测量的测量均值；如果本信号段的宽度大小不满足宽度阈值范围，则认为该段信号为干扰信号或者异常信号段，并放弃本次信号宽度的计算结果，继续寻找下一次非零点信号段的上升沿。在本例中，中心区间的宽度取值(即有效测量信号段的中心区间的全部数据点的个数)为20。

具体地，有效测量信号段的中心区间的全部数据点的个数根据抛光盘的转速而定。例如，如果抛光盘转速提高，应适当减小中心区间宽度的取值(即减小中心区间的全部数据点的个数)。

步骤S6：根据所有有效测量信号段的中心区间的全部数据点的平均值得到CMP全工艺过程金属膜厚的变化信息。

换言之，即在完成上述全过程测量数据的离线处理工作后，根据步骤S5中得到计算结果，即可进一步分析计算铜膜厚度信号在CMP全工艺过程的变化，例如图5所示。

综上，根据本发明实施例的CMP全工艺过程金属膜厚数据的离线处理方法，可有效消除测量过程中的干扰信号和部分异常信号的影响，能够从已采集到大量数据中高效地提取到工艺人员需要的真实的铜层厚度变化信息。该方法相对简洁，且计算精度高，可以为在线测量过程中的实时铜层厚度计算提供良好的解决思路，进而提高在线测量的计算效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。