CN115157108A - 一种滑片监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滑片监测系统及监测方法，用于化学机械抛光系统，滑片监测系统包括：图像获取模块，用于获取监测区域的图像；数据压缩模块，所述数据压缩模块和所述图像获取模块通信连接，用于接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；图像分析模块，所述图像分析模块和所述数据压缩模块通信连接，用于对二值化压缩后的图像的像素值进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。利用上述的滑片监测系统，能够实时的、准确的监测到是否发生滑片或碎片，避免由于滑片或碎片产生的细小颗粒影响之后所有晶圆的全局平坦化，甚至对晶圆本身产生不可逆的影响的问题，从而提升产品的良率。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种滑片监测系统及监测方法。
背景技术
在半导体生产化学机械抛光工艺中，晶圆通过晶圆传输系统进入抛光模块，抛光头吸附晶圆到达抛光垫上方，向下施加一定的压力，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，使被抛光的晶圆表面达到全局平坦化的要求。
在抛光头旋转的过程中由于离心力的作用，当机台发生异常时，常常会发生晶圆抛光头脱落的情况，即滑片，脱落的晶圆会与抛光模块发生碰撞产生碎片的情况，其产生的细小颗粒不仅会附着于抛光垫使其全局平坦化达不到标准要求，还会对整个机台进行污染进而影响产品加工，降低良率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何实现抛光过程中，在线监测滑片或碎片的发生，避免由于滑片或碎片造成产品良率下降的问题。
本发明提供一种滑片监测系统，用于化学机械抛光系统，包括：图像获取模块，用于获取监测区域的图像；数据压缩模块，所述数据压缩模块和所述图像获取模块通信连接，用于接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；图像分析模块，所述图像分析模块和所述数据压缩模块通信连接，用于对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。
可选的，还包括：图像处理模块，所述图像处理模块分别和所述图像获取模块、所述数据压缩模块通信连接，用于接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行处理，并将处理后的图像传送给所述数据压缩模块；对图像进行的所述处理包括阴影校正、灰度校正、噪声过滤、图像增强中的一个或多个。
可选的，所述图像获取模块包括：工业摄像机，所述工业摄像机用于对监测区域拍照，获得监测区域的图像；光源，所述光源和所述工业摄像机设置在同一侧，采用向前照明的方式，为工业摄像机拍摄时提供照明。
可选的，所述图像分析模块用于对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。若化学机械抛光系统发生滑片或碎片，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统；若化学机械抛光系统未发生滑片或碎片，则所述图像分析模块将结果传输回所述数据压缩模块。
本发明还提供一种滑片监测方法，上述的滑片监测系统，包括如下步骤：通过所述图像获取模块获取监测区域的图像；通过所述数据压缩模块接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。
可选的，通过所述图像获取模块获取图像的步骤包括：采用一个变量来给间隔时间赋值，在抛光机工作时，通过所述图像获取模块按照所赋的值间隔时间采集图像。
可选的，通过所述数据压缩模块对图像进行二值化压缩的步骤包括：设置一个阈值Y，以此值分为大于Y的像素群和小于或等于Y的像素群，大于Y的像素群中的像素点全部设为255，小于或等于Y的像素群中的像素点全部设为0；通过对图像二值化压缩后，抛光垫像素群的值为255，晶圆像素群的值为0；优选的，阈值Y设定为50～100之间的任一数值。
可选的，通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当存在一个或多个且连续的0像素值群，则化学机械抛光系统发生滑片。
可选的，通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当存在多个且不连续的0像素值群，则化学机械抛光系统发生碎片。
可选的，通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当判断化学机械抛光系统发生滑片或碎片时，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统，化学机械抛光系统控制设备停止一切动作；当判断化学机械抛光系统未发生滑片或碎片时，则所述图像分析模块将结果传输回所述数据压缩模块，所述数据压缩模块对下一个图像进行二值化压缩。
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的滑片监测方法，通过所述图像获取模块获取监测区域的图像；通过所述数据压缩模块接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。通过实施上述的滑片监测方法，能够实时的、准确的监测到是否发生滑片或碎片，避免由于滑片或碎片产生的细小颗粒影响之后所有晶圆的全局平坦化，甚至对晶圆本身产生不可逆的影响的问题，从而提升产品的良率。
进一步的，当监测到化学机械抛光系统发生滑片，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统，化学机械抛光系统控制设备停止一切动作并将抛光头抬起，对发生滑片的化学机械抛光系统进行故障处理，避免由滑片引发碎片的发生。
进一步的，当监测到化学机械抛光系统发生碎片，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统，化学机械抛光系统控制设备停止一切动作并将抛光头抬起，对发生碎片的化学机械抛光系统进行故障处理，更换抛光垫，清理设备，故障处理后，正常复机，继续监测。避免由于碎片产生的细小颗粒污染整个机台，对化学机械抛光系统的器件造成破坏，从而提高化学机械抛光系统的使用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请滑片监测系统的工作流程示意图；
图2为本申请实施例滑片监测方法的流程示意图；
图3为一实施例发生滑片的像素群分布示意图；
图4为一实施例发生碎片的像素群分布示意图。
具体实施方式
本发明针对半导体生产化学机械抛光过程中，发生滑片或碎片，导致产品良率下降的问题，提出一种滑片监测系统及监测方法。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种滑片监测系统，用于化学机械抛光系统，包括：图像获取模块，用于获取监测区域的图像；数据压缩模块，所述数据压缩模块和所述图像获取模块通信连接，用于接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；图像分析模块，所述图像分析模块和所述数据压缩模块通信连接，用于对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。
本实施例中，将从抛光头外侧边缘向外扩展5cm的区域作为监测区域，通过图像获取模块，获取监测区域的图像；数据压缩模块接收到图像获取模块获取的图像，对图像进行二值化压缩，根据抛光垫是白色的，晶圆是灰黑色的特点，将图像划分为若干个像素值为255的抛光垫像素群和若干个像素值为0的晶圆像素群；通过图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值进行分析；当化学机械抛光系统工作的时候，抛光头覆盖晶圆表面，当二值化压缩后的图像的像素值全为255的像素群，则表示监测区域全是抛光垫，当出现二值化压缩后的图像的像素值为0的像素群，则化学机械抛光系统发生滑片或碎片。
本实施例的滑片监测系统还包括：图像处理模块，所述图像处理模块分别和所述图像获取模块、所述数据压缩模块通信连接，用于接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行处理，并将处理后的图像传送给所述数据压缩模块；对图像进行的所述处理包括阴影校正、灰度校正、噪声过滤、图像增强中的一个或多个。
本实施例中，图像处理模块接收到所述图像获取模块获取的图像，通过阴影校正、灰度校正、噪声过滤、图像增强等方式进一步提升图像的质量，避免图像获取模块直接获得的图像因照度不均或整体对比度低造成的监测区域细节差别不明显，目标识别误差大的问题。通过图像处理模块处理过的图像传输到数据压缩模块，可以提高监测的准确性。
本实施例的所述图像获取模块包括：工业摄像机，所述工业摄像机对监测区域拍照，获得监测区域的图像；光源，所述光源和所述工业摄像机设置在同一侧，采用向前照明的方式，为工业摄像机拍摄时提供照明。
本实施例中，工业摄像机是一种高分辨率数字摄像机，具有高的图像稳定性、高传输能力、高干扰能力的特点；工业摄像机的性能稳定且易于安装，其结构紧凑不易损坏，可以连续工作较长时间；工业摄像机的快门时间非常短可以达到10微秒，因此它可以抓拍高速旋转的物体；工业摄像机的拍摄速度较快，每秒可以拍十到几百幅图片；因此工业摄像机完美的适用于图像获取模块；光源与工业摄像机位于同侧，采用向前照明的方式，这种照明方式便于安装，且在很大程度下可以减少监测区域周边环境对图像获取模块获取的图像造成的干扰。
本实施例的所述图像分析模块用于对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。若化学机械抛光系统发生滑片或碎片，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统；若化学机械抛光系统未发生滑片或碎片，则所述图像分析模块将结果传输回所述数据压缩模块。
本实施例中，所述图像分析模块适于根据二值化压缩后的图像的像素值在监测区域的分布，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。实现了实时的、准确的监测化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片，避免由于滑片或碎片产生的细小颗粒影响之后所有晶圆的全局平坦化，甚至对晶圆本身产生不可逆的影响的问题，从而提升产品的良率。
本实施例提供的滑片监测系统相比于采用红外传感器的滑片监测系统，不易受外界环境的影响，监测的准度也稳定，不会出现漏报甚至不报的情况。
本实施例提供的滑片监测系统相比于采用光电传感器的滑片监测系统，不会受到晶圆背面的水渍等干扰，不会漏检测。
本实施例提供的滑片监测系统工作流程如图1所示，图像获取模块以间隔1s的时间进行监测区域拍摄，获得监测区域的图像，图像获取模块将获取的图像传输到图像处理模块；图像处理模块对图像进行处理，获得更高质量的图像，图像处理模块将处理后的图像传输到数据压缩模块；数据压缩模块对处理后的图像进行二值化压缩，获得像素值为255的抛光垫像素群和像素值为0的晶圆像素群，数据压缩模块将二值化压缩后的图像像素值传输到图像分析模块；图像分析模块判断是否有0像素群，若有，则化学机械抛光系统发生滑片或碎片，图像分析模块将结果传输到化学机械抛光系统，化学机械抛光系统停止工作，操作人员进行故障处理，故障处理结束，化学机械抛光系统重新启动，滑片监测系统的图像获取模块开始工作；若无，则所述图像分析模块将结果传输回所述数据压缩模块，所述数据压缩模块对下一个图像进行二值化压缩。
实施例2
本实施例提供一种滑片监测方法，使用实施例1的滑片监测系统，请参考图2：包括如下步骤：
步骤S1：通过所述图像获取模块获取监测区域的图像；
步骤S2：通过所述数据压缩模块接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；
步骤S3：通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。
本实施例步骤S1中，利用所述图像获取模块中的工业摄像机对监测区域进行拍摄获取监测区域的图像，利用工业摄像机快门时间短、拍摄速度快的优点，可以更为精确、高效的获取图像。
本实施例步骤S2中，通过所述数据压缩模块接收所述图像获取模块获取的图像，并采用全局像素二值化的数据压缩方式对图像进行二值化压缩；也就是说将图像获取模块拍摄的图像，分为两个像素群，即晶圆像素群和抛光垫像素群。
本实施例步骤S3中，通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。从而实现抛光过程中，在线监测化学机械抛光系统发生滑片或碎片，避免由于滑片或碎片造成产品良率下降的问题。
步骤S1包括：采用一个变量来给间隔时间赋值，在抛光机工作时，通过所述图像获取模块按照设定的间隔时间连续采集图像。
本实施例中，可以根据需求设置不同的拍照间隔时间，因为工业摄像机的快门时间非常短，可以达到10微秒，所以在抛光机工作过程中，可以将拍照间隔时间设置在大于10微秒，以便在固定的时间内获得更多的图像，从而提高监测的准确性。
步骤S2包括：设置一个阈值Y，以此值分为大于Y的像素群和小于或等于Y的像素群，大于Y的像素群中的像素点全部设为255，小于或等于Y的像素群中的像素点全部设为0；通过对图像二值化压缩后，抛光垫像素群的值为255，晶圆像素群的值为0；可选的，阈值Y设定为50～100之间的任一数值。
在计算机领域中，灰度数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。这类图像通常显示为从最暗黑色到最亮的白色的灰度，在计算机图像领域中黑白图像只有黑白两种颜色，灰度图像在黑色与白色之间还有许多级的颜色深度。如果对于一张本身就是灰度图像来说，他的像素值就是它的灰度值，把白色与黑色之间按对数关系分成若干级，称为“灰度等级”。范围一般从0到255，白色为255，黑色为0。
本实施例中，抛光垫为乳白色，其像素值较高，晶圆背面呈灰黑色，其像素值较低；将阈值Y设定为50～100之间的任一数值，由于阈值Y更为接近晶圆的像素值，因此可以更为精确的区分抛光垫像素群和晶圆像素群。例如阈值Y设定为70，大于70的像素群中的像素点全部设为255，小于或等于70的像素群中的像素点全部设为0；即通过对图像二值化压缩后，抛光垫像素群的值为255，晶圆像素群的值为0。
本实施例中，如图3所示，通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当存在一个或多个且连续的0像素值群，则化学机械抛光系统发生滑片；所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统，化学机械抛光系统控制设备停止一切动作并将抛光头抬起，对发生滑片的化学机械抛光系统进行故障处理，避免由滑片引发碎片的发生。
本实施例中，如图4所示，通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当存在多个且不连续的0像素值群，则化学机械抛光系统发生碎片。所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统，化学机械抛光系统控制设备停止一切动作并将抛光头抬起，对发生碎片的化学机械抛光系统进行故障处理，更换抛光垫，清理设备，故障处理后，正常复机，继续监测。避免由于碎片产生的细小颗粒污染整个机台，对化学机械抛光系统的器件造成破坏，从而提高化学机械抛光系统的使用率。
本实施例中，通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当判断化学机械抛光系统发生滑片或碎片时，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统，化学机械抛光系统控制设备停止一切动作；当判断化学机械抛光系统未发生滑片或碎片时，则所述图像分析模块将结果传输回所述数据压缩模块，所述数据压缩模块对下一个图像进行二值化压缩。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种滑片监测系统，用于化学机械抛光系统，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取监测区域的图像；
数据压缩模块，所述数据压缩模块和所述图像获取模块通信连接，用于接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；
图像分析模块，所述图像分析模块和所述数据压缩模块通信连接，用于对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。
2.根据权利要求1所述的滑片监测系统，其特征在于，还包括：
图像处理模块，所述图像处理模块分别和所述图像获取模块、所述数据压缩模块通信连接，用于接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行处理，并将处理后的图像传送给所述数据压缩模块；
对图像进行的所述处理包括阴影校正、灰度校正、噪声过滤、图像增强中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的滑片监测系统，其特征在于：
所述图像获取模块包括：工业摄像机，所述工业摄像机用于对监测区域拍照，获得监测区域的图像；光源，所述光源和所述工业摄像机设置在同一侧，采用向前照明的方式，为工业摄像机拍摄时提供照明。
4.根据权利要求1所述的滑片监测系统，其特征在于：
所述图像分析模块用于对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片；若化学机械抛光系统发生滑片或碎片，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统；若化学机械抛光系统未发生滑片或碎片，则所述图像分析模块将结果传输回所述数据压缩模块。
5.一种滑片监测方法，其特征在于，使用如权利要求1～4任一项所述的滑片监测系统，包括如下步骤：
通过所述图像获取模块获取监测区域的图像；
通过所述数据压缩模块接收所述图像获取模块获取的图像并对图像进行二值化压缩；
通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，判断化学机械抛光系统是否发生滑片或碎片。
6.根据权利要求5所述的滑片监测方法，其特征在于：
通过所述图像获取模块获取图像的步骤包括：采用一个变量来给间隔时间赋值，在抛光机工作时，通过所述图像获取模块按照所赋的值间隔时间采集图像。
7.根据权利要求5所述的滑片监测方法，其特征在于：
通过所述数据压缩模块对图像进行二值化压缩的步骤包括：设置一个阈值Y，以此值分为大于Y的像素群和小于或等于Y的像素群，大于Y的像素群中的像素点全部设为255，小于或等于Y的像素群中的像素点全部设为0；
通过对图像二值化压缩后，抛光垫像素群的值为255，晶圆像素群的值为0；
优选的，阈值Y设定为50～100之间的任一数值。
8.根据权利要求7所述的滑片监测方法，其特征在于：
通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当存在一个或多个且连续的0像素值群，则化学机械抛光系统发生滑片。
9.根据权利要求7所述的滑片监测方法，其特征在于：
通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当存在多个且不连续的0像素值群，则化学机械抛光系统发生碎片。
10.根据权利要求5所述的滑片监测方法，其特征在于：
通过所述图像分析模块对二值化压缩后的图像的像素值分布进行分析，当判断化学机械抛光系统发生滑片或碎片时，所述图像分析模块将结果传输给化学机械抛光系统，化学机械抛光系统控制设备停止一切动作；当判断化学机械抛光系统未发生滑片或碎片时，则所述图像分析模块将结果传输回所述数据压缩模块，所述数据压缩模块对下一个图像进行二值化压缩。
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- 2022-06-22 CN CN202210713961.1A patent/CN115157108A/zh active Pending
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