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化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)技术是目前集成电路(IC)制造中制备多层铜互连结构不可或缺的关键技术之一。随着集成电路制造技术的飞速发展,特征线宽不断减小,互连层数不断增加,为了降低RC延迟,从0.18μm技术节点开始Cu已经取代A1作为互连线材料。在制备多层铜互连结构过程中,应用CMP技术去除多余的材料时,往往会产生“欠抛”和“过抛”,“欠抛”需要返工,“过抛”会导致铜的碟形缺陷和绝缘层的侵蚀。能准确判断CMP过程中何时达到理想临界状态的终点检测技术,是保证既不“过抛”又不“欠抛”,提高铜CMP加工质量和效率的—项关键技术。铜CMP过程中最重要的加工参数是抛光垫与晶圆间的抛光摩擦力,它是实现材料去除的关键,利用摩擦力或摩擦力引起的扭矩的变化来判断铜CMP过程中何时达到理想终点,被认为是最合适的终点检测方法。然而,目前对CMP过程中扭矩和摩擦力的一些理论研究还不够深入,通常的检测方法也很难满足300mm晶圆CMP系统结构上的要求。因此,本文在深入研究CMP过程中晶圆所受扭矩及摩擦力等理论问题的基础上,对CMP过程中扭矩和摩擦力的在线监测技术进行了研究,主要研究内容和结论如下：建立了CMP过程中晶圆所受扭矩和摩擦力的计算模型。分析了抛光压力、抛光头和抛光盘转速等工艺参数对扭矩和摩擦力的影响,并进行了实验验证,理论与实验结果基本吻合。理论分析和实验结果表明：影响摩擦力的主要工艺参数是抛光压力和抛光盘转速；影响扭矩的主要工艺参数是抛光压力、抛光头和抛光盘的转速,在通常的CMP工艺参数范围内,扭矩的方向不变。提出了一种采用应变式扭矩和三维力传感器测量CMP过程中扭矩、摩擦力和抛光压力的检测方法,并研制了相应的CMP终点检测系统。理论和实验结果表明：该系统基本可以满足300mm晶圆铜CMP过程终点检测的精度要求。提出了一种判断CMP终点的信号处理方法。该方法首先采用小波阂值降噪方法对原始信号进行降噪处理,然后从降噪后的信号中提取特征,使用根据车比雪夫不等式确定的阈值判断何时达到CMP终点。铜CMP过程的终点检测试验结果表明：该信号处理方法可以判断出CMP过程中抛光材料的变化情况并确定何时达到CMP终点。