[發明專利]一種表面形貌仿真的方法及系統

有效

• 申請號: 201510388766.6
• 申請日: 2015-07-03
• 公開（公告）號: CN104985522B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 劉建云;陳嵐;徐勤志
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B24B37/005;B24B49/00;H01L21/66
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司11252
• 代理人: 黨麗,江懷勤

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種表面形貌仿真的方法及系統。

背景技術

集成電路制造技術按照摩爾定律發展，襯底尺寸不斷擴大，芯片特征尺寸不斷縮小，對可制造性設計(DFM)方法提出了新挑戰。化學機械平坦化(CMP)方法是DFM工藝解決方案的關鍵環節。

基于CMP工藝模擬的DFM方法主要包含三個步驟：1)通過經驗公式或理論模型預測晶圓的研磨去除率；2)將晶圓表面形貌的高度與研磨去除率做差，實時更新晶圓表面形貌；3)重復步驟1)及步驟2)直到研磨結束，給出晶圓表面的實時輪廓和特征，將得到的晶圓表面高度信息用于設計及工藝流程。

在CMP過程中，核心問題是晶圓的研磨去除率計算。目前，預測研磨去除率的CMP理論模型有很多，比如：以化學反應為主導的動態反應模型、以力學去除作用為主導的粒子去除模型等。普里斯頓公式(Preston公式)在國內外工程應用領域求解研磨去除率應用較為廣泛。Preston公式:MRR＝k·p·v，其中MRR為研磨去除率；k為Preston系數，可體現研磨過程中的化學作用影響，對于同種晶圓-研磨液-研磨墊，k值較為穩定；p是晶圓與研磨墊之間的接觸力；v是晶圓與研磨墊之間的相對滑動速度，v可通過晶圓與研磨墊的轉速計算得到。因此接觸應力p的計算是求解研磨去除率的關鍵。

目前，業內很多學者應用Hertz接觸力學來計算研磨墊與晶圓之間的接觸力，但Hertz接觸力學的應用范圍是小變形和線彈性力學范圍。研磨墊是一種特殊的材料，其彈性模量與晶圓相比小很多，容易發生變形，彈性形變范圍大。在研磨過程中研磨墊變形均為彈性變形，但很難探測是否滿足Hertz接觸力學條件中的小變形條件，無法保證接觸應力的計算是否精確，導致無法精準計算研磨去除率。

發明內容

本發明的目的旨在解決因無法精準計算研磨去除率，導致無法準確預測晶圓表面形貌的問題，提供一種表面形貌仿真的方法及系統。

本發明技術方案如下所示：

一種表面形貌仿真的方法，其特征在于，包括步驟：

(1)實時獲取晶圓與研磨墊接觸區域的彈性形變量；

(2)根據所述彈性形變量，獲得所述接觸區域內研磨墊與晶圓之間的接觸力；

(3)根據所述接觸力，獲得所述晶圓表面的研磨去除率；

(4)根據所述研磨去除率更新晶圓表面形貌；

重復執行上述步驟(1)至步驟(4)，直至達到預定研磨效果。

優選的，所述實時獲取晶圓與研磨墊接觸區域的彈性形變量包括：

測量研磨墊表面與晶圓背面的距離；

獲取晶圓表面形貌高度，晶圓形貌高度與所述距離的差值不小于零時，將差值作為彈性形變量。

優選的，所述根據所述彈性形變量，獲得所述接觸區域內研磨墊與晶圓之間的接觸力包括：

根據所述彈性形變量，通過微元受力分析獲得彈性應力及剪切應力；

將彈性應力及剪切應力之和作為所述接觸區域內研磨墊的應力；

根據所述接觸區域內研磨墊的應力，獲取所述接觸區域內研磨墊與晶圓之間的接觸力。

優選的，所述將彈性應力及剪切應力之和作為所述接觸區域內研磨墊的應力包括：

根據研磨墊表面微凸壓縮研磨墊而引起的形變，獲取微凸壓縮形變正應力；

將所述彈性應力、剪切應力及微凸壓縮形變正應力之和作為所述接觸區域內研磨墊的應力。

優選的，所述研磨去除率通過普里斯頓公式獲取。

一種表面形貌仿真的系統，其特征在于，包括：

彈性形變量獲取模塊，用于實時獲取晶圓與研磨墊接觸區域的彈性形變量；

接觸力獲取模塊，用于根據所述彈性形變量，獲得所述接觸區域內研磨墊與晶圓之間的接觸力；

研磨去除率獲取模塊，用于根據所述接觸力，獲得所述晶圓表面的研磨去除率；

形貌仿真模塊，用于根據所述研磨去除率更新晶圓表面形貌；

判斷模塊，用于判斷是否達到預定研磨效果，當判斷結果為是，將更新后的晶圓表面形貌作為研磨后晶圓表面形貌，當判斷結果為否，繼續研磨。

優選的，所述彈性形變量獲取模塊包括：

距離獲取單元，用于測量研磨墊表面與晶圓背面的距離；

表面形貌高度獲取單元，用于獲取晶圓表面形貌高度；

形變量獲取單元，用于晶圓形貌高度與所述距離的差值不小于零時，將差值作為彈性形變量。

優選的，所述接觸力獲取模塊包括：