CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法和处理系统

摘要

本发明公开了一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法和处理系统，该方法包括：读取晶圆表面金属膜厚变化数据；如果最终金属膜厚度的采样信号幅值大于干扰信号幅值，设定第一幅度阈值；根据第一幅度阈值从膜厚数据中获取测量信号段的上升沿和下降沿；根据测量信号段的上升沿和下降沿确定测量信号段的中心位置；根据测量信号段的中心位置取测量信号段中心区间内所有点的平均值作为相应测量信号段的测量值。本发明可有效消除干扰信号的影响，进而计算出实际工艺过程中晶圆表面金属层的厚度变化。

权利要求

1.一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

提取已采集并保存在指定文件中的晶圆表面金属膜厚变化数据；

如果最终金属膜厚度的采样信号的幅值大于干扰信号的幅值，设定第一幅度阈值，其中，所述干扰信号为修整器在线修整抛光垫时电涡流传感器探头感应到的信号，所述第一幅度阈值大于干扰信号的幅值且小于所述最终金属膜厚度的采样信号幅值；

根据所述第一幅度阈值，依次读取已获得的全部膜厚数据，并从所述膜厚数据中获取测量信号段的上升沿和下降沿；

根据所述测量信号段的上升沿和下降沿确定所述测量信号段的中心位置，具体包括：

在每个测量信号段中，以上升沿的第一幅度阈值位置处开始统计采样点个数，以下降沿的第一幅度阈值位置处结束统计，计算出每段信号的信号宽度n；以下降沿的第一幅度阈值位置处后退n/2个点，找到当前测量信号段的中心位置；

根据所述测量信号段的中心位置，取所述测量信号段中心区间内所有点的平均值作为对应测量信号段的测量值；

如果初始金属膜厚度的采样信号幅值小于所述干扰信号的幅值时，设定第二幅度阈值，所述第二幅度阈值小于最终金属膜厚度的采样信号幅值且大于零点信号幅值；

根据所述第二幅度阈值从所述膜厚数据中获取所有非零点信号段的上升沿和下降沿；

根据所述所有非零点信号段的上升沿和下降沿计算出所述所有非零点信号段的信号宽度，具体包括：根据所述第二幅度阈值，遍历所获得全部膜厚数据，依次判断各非零信号段的上升沿和对应下降沿，并截取全部非零点信号段，在每个信号段中，以上升沿的所述第二幅度阈值位置处开始统计采样点个数，以下降沿的所述第二幅度阈值位置处结束统计，从而计算出每段信号的信号宽度；

根据所述所有非零点信号段的信号宽度确定信号宽度阈值，具体包括：根据干扰信号段的信号宽度和所述测量信号段的信号宽度的分界点确定所述信号宽度阈值；

根据所述信号宽度阈值遍历所述膜厚数据，并找出所有有效测量信号段，具体包括：保持所述第二幅度阈值不变，重新遍历全部膜厚数据，依次截取各个非零点信号段并计算各个非零点信号段的信号宽度，计算截取到的每一段测量信号的信号宽度，判断每一段测量信号的信号宽度是否小于信号宽度阈值，如果是，则认定当前信号段为干扰信号段，并放弃本次信号宽度的统计结果，继续寻找下一次非零点信号段的上升沿；否则，认为当前信号段是有效测量信号段；

根据所述各有效测量信号段中心区间内所有数据点的平均值作为所述各测量信号段的测量值。

2.根据权利要求1所述的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法，其特征在于，所述测量信号段的中心区间宽度根据抛光盘转速确定。

3.根据权利要求1所述的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法，其特征在于，所述测量信号段为信号宽度大于所述信号宽度阈值的非零点信号段。

4.一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统，其特征在于，包括：

数据读取模块，用于读取指定文件中的全部电涡流传感器输出信号数据作为晶圆表面金属膜厚变化数据；

数据分析模块，所述数据分析模块用于如果最终金属膜厚度大于干扰信号的幅值时，设定第一幅度阈值，所述第一幅度阈值大于干扰信号的幅值且小于所述最终金属膜厚度的采样信号幅值，所述干扰信号为修整器在线修整抛光垫时电涡流传感器探头感应到的信号；

其中，所述数据分析模块还用于根据所述第一幅度阈值从所述输出信号数据中获取测量信号段的上升沿和下降沿；

所述数据分析模块还用于根据所述测量信号段的上升沿和下降沿确定所述测量信号段的中心位置，具体包括：在每个测量信号段中，以上升沿的第一幅度阈值位置处开始统计采样点个数，以下降沿的第一幅度阈值位置处结束统计，计算出每段信号的信号宽度n；以下降沿的第一幅度阈值位置处后退n/2个点，找到当前测量信号段的中心位置；

所述数据分析模块还用于根据所述测量信号段的中心位置取所述测量信号段的中心区间内所有点的平均值作为对应测量信号段的测量值；

所述数据分析模块还用于如果初始金属膜厚度的采样信号幅值小于所述干扰信号的幅值时，设定第二幅度阈值，所述测量信号段为信号宽度大于所述信号宽度阈值的非零点信号段，所述第二幅度阈值大于零点信号的幅值且小于最终金属膜厚度的采样信号幅值；

根据所述第二幅度阈值从所述膜厚数据中获取所有非零点信号段的上升沿和下降沿；

根据所述所有非零点信号段的上升沿和下降沿计算出所述所有非零点信号段的信号宽度，具体包括：根据所述第二幅度阈值，遍历所获得全部膜厚数据，依次判断各非零信号段的上升沿和对应下降沿，并截取全部非零点信号段，在每个信号段中，以上升沿的所述第二幅度阈值位置处开始统计采样点个数，以下降沿的所述第二幅度阈值位置处结束统计，从而计算出每段信号的信号宽度；

根据所述所有非零点信号段的信号宽度确定信号宽度阈值，具体包括：根据干扰信号段的信号宽度和所述测量信号段的信号宽度的分界点确定所述信号宽度阈值；

根据所述信号宽度阈值遍历所述膜厚数据，并找出所有有效测量信号段，具体包括：保持所述第二幅度阈值不变，重新遍历全部膜厚数据，依次截取各个非零点信号段并计算各个非零点信号段的信号宽度，计算截取到的每一段测量信号的信号宽度，判断每一段测量信号的信号宽度是否小于信号宽度阈值，如果是，则认定当前信号段为干扰信号段，并放弃本次信号宽度的统计结果，继续寻找下一次非零点信号段的上升沿；否则，认为当前信号段是有效测量信号段；

根据所述各有效测量信号段中心区间内所有数据点的平均值作为所述各测量信号段的测量值。

5.根据权利要求4所述的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统，其特征在于，所述测量信号段的中心区间宽度根据抛光盘转速确定。

说明书

CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法和处理系统

技术领域

[0001] 本发明涉及化学机械平坦化技术领域，具体涉及一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法和处理系统。

背景技术

[0002] 化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，简称CMP)技术是当今有效的全局平坦化方法。CMP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。在CMP工艺过程中，需要精
确控制材料的去除量。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。

[0003] 对于金属CMP工艺，如何在工艺过程中实现晶圆表面金属层厚度的实时测量一直是CMP设备研发的关注重点。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
速测量的需求。目前，基于电涡流方法的在线测量模块已出现在金属CMP系统中，用于监测
一定厚度范围内的金属层去除情况，并判断工艺是否已达到期望终点，以及时终止工艺过
程。

[0004] 金属CMP工艺过程后，为了全面系统地分析电涡流传感器在整个工艺过程中的输出信号变化(或晶圆表面金属层厚度变化)，同时检验并修正在线测量模块输出的准确度，
需要离线处理与分析CMP过程中晶圆表面金属层厚度变化的全部数据。然而，由于CMP特殊
的工艺过程，诸多因素会对测量信号产生一定影响，尤其是由于修整头的特殊材质，抛光垫
的在线修整过程会给测量模块采集到的整个信号引入干扰，从而大大增加了离线数据处理
与分析的难度。

发明内容

[0005] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

[0006] 为此，本发明的一个目的在于提出一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法。

[0007] 本发明的另外一个目的在于提出一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统。

[0008] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法，包括以下步骤：提取已采集并保存在指定文件中的晶圆表面金属膜厚变化数
据；如果最终金属膜厚度的采样信号的幅值大于干扰信号的幅值时，设定第一幅度阈值，其
中，所述干扰信号为修整器在线修整抛光垫时电涡流传感器探头感应到的信号；根据所述
第一幅度阈值，依次读取已获得的全部膜厚数据，并从所述膜厚数据中获取测量信号段的
上升沿和下降沿；根据所述测量信号段的上升沿和下降沿确定所述测量信号段的中心位
置；根据所述测量信号段的中心位置，取所述测量信号段中心区间内所有点的平均值作为
对应测量信号段的测量值。

[0009] 根据本发明实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法，可从大量的测量数据中高效快速地提取到工艺人员需要的铜层厚度变化信息。此外，本方法相对简洁，可
以为在线测量过程中的实时铜层厚度计算方法提供良好的思路，进而提高在线测量的计算
效率。

[0010] 另外，根据本发明上述实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法，还可以具有如下附加的技术特征：

[0011] 进一步地，所述第一幅度阈值大于干扰信号的幅值且小于所述最终金属膜厚度的采样信号幅值。

[0012] 进一步地，所述测量信号段的中心区间宽度根据抛光盘转速确定。

[0013] 进一步地，还包括：如果初始金属膜厚度的采样信号幅值小于所述干扰信号的幅值时，设定第二幅度阈值；根据所述第二幅度阈值从所述膜厚数据中获取所有非零信号段
的上升沿和下降沿；根据所述所有非零信号段的上升沿和下降沿计算出所述所有非零信号
段的信号宽度；根据所述所有非零点信号段的信号宽度确定信号宽度阈值；根据所述信号
宽度阈值遍历所述所有非零点信号段，并找出所有有效测量信号段；根据所述有效测量信
号段的中心区间内所有数据点的平均值作为所述各测量信号段的测量值。

[0014] 进一步地，所述测量信号段为信号宽度大于所述信号宽度阈值的非零点信号段。

[0015] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统，包括：数据读取模块，用于读取指定文件中的全部电涡流传感器输出信号数据
作为所述晶圆表面金属膜厚变化数据；数据分析模块，所述数据分析模块用于如果最终金
属膜厚度大于干扰信号幅值时，设定第一幅度阈值；所述数据分析模块还用于根据所述第
一幅度阈值从所述膜厚数据中获取测量信号段的上升沿和下降沿；所述数据分析模块还用
于根据所述测量信号段的上升沿和下降沿确定所述测量信号段的中心位置；所述数据分析
模块还用于根据所述测量信号段的中心位置取所述测量信号段的中心区间内所有点的平
均值作为对应测量信号段的测量值。

[0016] 根据本发明实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统，可从大量的测量数据中高效快速地提取到工艺人员需要的铜层厚度变化信息。此外，本方法相对简洁，可
以为在线测量过程中的实时铜层厚度计算方法提供良好的思路，进而提高在线测量的计算
效率。

[0017] 根据本发明上述实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统，还具有如下附加的技术特征：

[0018] 进一步地，所述第一幅度阈值大于干扰信号的幅值且小于所述最终金属膜厚度的采样信号幅值。

[0019] 进一步地，所述测量信号段的中心区间宽度根据抛光盘转速确定。

[0020] 进一步地，所述数据分析模块还用于当初始金属膜厚度的采样信号幅值小于所述干扰信号的幅值时时，设定第二幅度阈值；所述数据分析模块还用于根据所述第二幅度阈
值从所述膜厚数据中获取所有非零点信号段的上升沿和下降沿；所述数据分析模块还用于
根据所述所有非零点信号段的上升沿和下降沿计算出所述所有非零点信号段的信号宽度；
所述数据分析模块还用于根据所述所有测量信号段的信号宽度的统计结果确定信号宽度
阈值；所述数据分析模块还用于根据所述信号宽度阈值遍历所述膜厚数据中非零点信号
段，并找到全部有效测量信号段；所述数据分析模块以各有效测量信号段中心区间内所有
点的平均值作为各测量信号段的测量值。

[0021] 进一步地，所述有效测量信号段为其信号宽度大于所述信号宽度阈值的非零点信号段，所述第二幅度阈值大于零点信号的幅值且小于最终金属膜厚度的采样信号幅值。

[0022] 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

[0023] 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：

[0024] 图1是本发明一个实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法的流程图；

[0025] 图2是本发明一个示例的一次厚膜CMP工艺过程的铜层厚度采样信号图；

[0026] 图3是本发明一个实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统的结构框图。

具体实施方式

[0027] 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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施
例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的
实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

[0031] 电涡流传感器探头安装在抛光盘中(抛光垫下)。在CMP工艺过程中，探头随抛光盘一起转动，并周期性运动至晶圆下方。待抛光过程稳定后，测量模块开始读取传感器输出信
号并完成相关计算，然后将全工艺过程的晶圆表面金属层的测量数据完整保存在指定文件
中。

[0032] 以下结合附图描述根据本发明实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法和处理系统。

[0033] 图1是本发明一个实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法的流程图。

[0034] 针对晶圆表面铜层厚度与工艺要求的不同，本发明的处理方法分为厚膜抛光的离线数据处理和薄膜抛光的离线数据处理两个基本策略，可有效消除干扰信号的影响，进而
计算出真实的铜层厚度变化。为了便于叙述本处理方法，定义工艺过程中探头在晶圆表面
铜层下方的运动区域为有效测量区域，此时传感器的输出信号为测量信号。而当探头离开
测量区域时的输出信号为零点信号。其中，由于修整器会在工艺过程中会在线修整抛光垫，
探头有可能会运动至修整头下方，造成传感器输出信号的变化，特别定义此时传感器的输
出信号为干扰信号。在本发明中，本处理方法的处理对象可包括传感器输出信号的未标定
值和其经过标定计算后得到的膜厚值。

[0035] 如图1所示，一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法，包括以下步骤：

[0036] S1：提取已采集并保存在指定文件中的晶圆表面金属膜厚变化数据。

[0037] S2：如果最终金属膜厚度的采样信号的幅值大于干扰信号的幅值，设定第一幅度阈值，其中，干扰信号为修整器在线修整抛光垫时电涡流传感器探头感应到的信号。

[0038] 具体的，在厚膜的金属CMP工艺阶段，最终金属膜厚度的采样信号幅值应大于干扰信号幅值。定义第一幅度阈值，且第一幅度阈值的大小由最终金属膜厚度的采样信号幅值
和干扰信号幅值来确定。

[0039] 在本发明的一个示例中，第一幅度阈值大于干扰信号的幅值且小于最终金属膜厚度采样信号的幅值。

[0040] S3：根据第一幅度阈值，依次读取已获得的全部膜厚数据，从膜厚数据中获取各个测量信号段的上升沿和下降沿。

[0041] 具体地，如图2所示，根据已设定的第一幅度阈值，依次读取已获得的全部膜厚数据，找到各个测量信号段的上升沿和下降沿，进而截取出每个测量信号段，并同步完成各信
号段的后续计算。

[0042] S4：根据测量信号段的上升沿和下降沿确定测量信号段的中心位置。

[0043] 具体地，在每个测量信号段中，首先以上升沿的第一幅度阈值位置处开始统计采样点个数，以下降沿的第一幅度阈值位置处结束统计，计算出每段信号的信号宽度n(即采
样点总数)。然后，以下降沿阈值位置处后退n/2个点，找到当前测量信号段的中心位置，并
根据中心位置确定中心区间。在本发明的一个实施例中，中心区间宽度为20，且n>20。

[0044] 在本发明的一个实施例中，测量信号段的中心区间宽度根据抛光盘转速确定。如果抛光盘转速提高，应适当减小中心区间宽度的取值。

[0045] S5：根据测量信号段的中心位置，取测量信号段中心区域内所有点的平均值作为对应测量信号段的测量值。

[0046] 具体地，计算中心位置所确定的中心区间内所有点(20个点)的平均值，并以此值作为本段测量的均值。

[0047] 在本发明的一个实施例中，CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法还包括以下步骤：

[0048] 如果初始金属膜厚度的采样信号幅值小于干扰信号幅值，即薄膜的铜CMP工艺过程，设定第二幅度阈值。其中，第二幅度阈值应小于最终金属膜厚度的采样信号幅值且大于
零点信号幅值。

[0049] 根据第二幅度阈值，遍历全部膜厚数据，并从中获取所有非零信号段的上升沿和下降沿。

[0050] 根据所有测量信号段的上升沿和下降沿计算出所有非零信号段的信号宽度。

[0051] 根据所有非零信号段的信号宽度确定宽度阈值。

[0052] 具体地，根据已设定的第二幅度阈值，遍历测量模块所获得全部膜厚数据，依次判断各非零信号段的上升沿和对应下降沿，并截取全部非零点信号段。在每个信号段中，以上
升沿的第二幅度阈值位置处开始统计采样点个数，以下降沿的第二幅度阈值位置处结束统
计，从而计算出每段信号的信号宽度。由于干扰信号段的信号宽度明显小于测量信号段的
信号宽度，所以可根据统计结果确定两者的分界点，即后续计算所需的宽度阈值大小。

[0053] 根据信号宽度阈值遍历全部膜厚数据中非零点信号段，并计算非零点信号段的信号宽度。

[0054] 具体地，在确定宽度阈值后，保持第二幅度阈值不变，重新遍历全部膜厚数据。依次截取各个非零点信号段并计算其信号宽度。对于截取到的每一段测量信号(或者干扰信
号)，在完成本段信号宽度的计算时，首先判断其信号宽度是否小于信号宽度阈值。如果本
信号段的信号宽度小于信号宽度阈值，则认为该信号段为干扰信号段，并放弃本次信号宽
度的统计结果，继续寻找下一次非零点信号段的上升沿；否则，认为该信号段是有效测量信
号段。

[0055] 根据有效测量信号段的中心区间内所有点的平均值作为各测量信号段的测量值。在本发明的一个实施例中，中心区间宽度为20。

[0056] 本发明实施例还提供了一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统。图3是本发明实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统的结构框图。

[0057] 如图3所示，一种CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统，包括数据读取模块210和数据分析模块220。其中，数据读取模块用于读取指定文件中的全部电涡流传感器输
出信号数据作为晶圆表面金属膜厚变化数据。数据分析模块220用于如果最终金属膜厚度
的采样信号的幅值大于干扰信号的幅值，设定第一幅度阈值；数据分析模块220还用于根据
第一幅度阈值从输出信号数据中获取测量信号段的上升沿和下降沿；数据分析模块220还
用于根据测量信号段的上升沿和下降沿确定测量信号段的中心位置；数据分析模块220还
用于根据测量信号段的中心位置取测量信号段的中心区间内所有点的平均值作为测量值。

[0058] 在本发明的一个实施例中，第一幅度阈值大于干扰信号的幅值且小于最终金属膜厚度的采样信号幅值。

[0059] 在本发明的一个实施例中，测量信号段的中心区间的宽度根据抛光盘转速确定。

[0060] 数据分析模块220还用于当初始金属膜厚度小于干扰信号幅值时，设定第二幅度阈值；数据分析模块220还用于根据第二幅度阈值从输出数据中获取所有非零点信号段的
上升沿和下降沿；数据分析模块220还用于根据所有非零点信号段的上升沿和下降沿计算
出所有非零点信号段的信号宽度；数据分析模块220还用于根据所有非零点信号段的信号
宽度确定宽度阈值；数据分析模块220还用于根据宽度阈值遍历所有非零点信号段，并找到
全部有效测量信号段；数据分析模块220以各有效测量信号段的中心区间内所有点的平均
值作为各测量信号段的测量值。

[0061] 在本发明的一个实施例中，有效测量信号段为其信号宽度大于信号宽度阈值的非零点信号段。

[0062] 需要注意的是，本发明实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理系统的具体实施方式与本发明实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法的具体实时方式
相同或类似，不再赘述。

[0063] 另外，本发明实施例的CMP金属膜厚测量数据的离线分段处理方法和处理系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

[0064] 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。

[0065] 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。