一种获取保持环的最佳工艺参数的方法技术

本发明专利技术提供了一种获取保持环的最佳工艺参数的方法，包括：建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，包括抛光垫、晶圆、设置在晶圆外围的保持环、以一定的压力将晶圆和保持环压在抛光垫上的夹持器；确定分析模型的边界条件，并将抛光垫、晶圆、夹持器和保持环的材料参数代入分析模型；将不同组的保持环的工艺参数分别代入分析模型，并计算出每一组的保持环工艺参数下晶圆的表面等效应力分布结果；对比所有组的表面等效应力分布结果，获得使晶圆边缘的应力峰值最小的一组工艺参数，从而可以对实际生产中所需确定的保持环工艺参数进行指导，以避免晶圆边缘的应力集中现象，最大程度的降低晶圆边缘的过度磨损，进而可以提高晶圆的抛光精度和利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种获取保持环的最佳工艺参数的方法
本专利技术涉及化学机械研磨
，更具体地说，涉及一种获取保持环的最佳工艺参数的方法。
技术介绍
化学机械研磨(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)是用化学腐蚀和机械力对加工过程中的硅晶圆或其他衬底材料进行平滑处理的技术。如图1所示，CMP系统主要包括旋转的夹持器1、承载抛光垫20的工作台2和抛光液供给装置3组成。夹持器1将晶圆10以一定的压力压在旋转的抛光垫20上，抛光液供给装置3将由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液喷涂到抛光垫20表面，使抛光液在晶圆10与抛光垫20之间流动，并与晶圆10表面的材料产生化学反应，将不溶的物质转化为易溶的物质，或将硬度高的物质进行软化，之后再通过磨粒的机械作用去除晶圆10表面形成的化学反应物，从而在化学腐蚀和机械研磨的交替过程中实现平坦化的目的。但是，在化学机械研磨过程中，晶圆10表面的平坦度很难达到理想的精度，尤其是在晶圆10的边缘，很容易出现过度磨损即过磨现象，并且，晶圆10的直径越大，边缘过磨现象越严重。由于造成晶圆10边缘过磨现象的原因是晶圆10边缘的接触应力过大，即晶圆10与抛光垫20边缘接触的几何不连续性使得晶圆10边缘存在一个应力峰值，因此，解决过磨现象最有效的方法是消除晶圆10边缘的应力集中现象。目前较为普遍的作法是在晶圆10外围加一个保持环11，如图2所示，保持环11放置于晶圆10外围，并与晶圆10之间存在一定间隙。在保持环11上施加一定的压力后，即可平衡晶圆10外围弹起的抛光垫的应力，避免晶圆10边缘应力的集中。但是，由于保持环11的厚度、保持环11与晶圆10之间的间隙以及保持环11的宽度等工艺参数的不同，对晶圆10边缘应力的消除效果也会不同，因此，如何确定保持环11的最佳工艺参数，是本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种获取保持环的最佳工艺参数的方法，以提供最佳的保持环工艺参数，最大程度的降低晶圆边缘的过度磨损。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种获取保持环的最佳工艺参数的方法，包括：建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，所述分析模型包括抛光垫、晶圆、设置在所述晶圆外围的保持环、以一定的压力将所述晶圆和所述保持环压在所述抛光垫上的夹持器；确定所述分析模型的边界条件，并将所述抛光垫、所述晶圆、所述夹持器和所述保持环的材料参数代入所述分析模型；将不同组的所述保持环的工艺参数分别代入所述分析模型，并计算出每一组的保持环工艺参数下所述晶圆的表面等效应力分布结果；对比所有组的所述表面等效应力分布结果，获得使所述晶圆边缘的应力峰值最小的一组工艺参数。优选地，确定所述分析模型的边界条件包括：确定所述抛光垫底面为固定约束，确定所述抛光垫左侧为对称边界条件。优选地，将所述抛光垫、所述晶圆、所述夹持器和所述保持环的材料参数代入所述分析模型包括：将所述抛光垫、所述晶圆、所述夹持器和所述保持环的弹性模量、泊松比以及几何尺寸代入所述分析模型。优选地，所述不同组的所述保持环的工艺参数包括：所述晶圆和所述保持环的间隙以及所述保持环的宽度相同，所述保持环上的厚度不同的多组工艺参数；所述保持环的厚度以及所述保持环的宽度相同，所述晶圆和所述保持环的间隙不同的多组工艺参数；所述保持环的厚度以及所述晶圆和所述保持环的间隙相同，所述保持环的宽度不同的多组工艺参数。优选地，所述保持环的厚度为所述晶圆厚度的0.8倍～1.5倍。优选地，所述晶圆和所述保持环的间隙在0.5mm～2mm之间取值。优选地，所述保持环的宽度在5mm～15mm之间取值。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：本专利技术所提供的获取保持环的最佳工艺参数的方法，通过建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，计算出不同组的保持环工艺参数下的晶圆的表面等效应力分布结果，并在对比所有组的表面等效应力分布结果后，获得使晶圆边缘的应力峰值最小的一组工艺参数，从而可以对实际生产中所需确定的保持环工艺参数进行指导，以避免晶圆边缘的应力集中现象，最大程度的降低晶圆边缘的过度磨损，进而可以提高晶圆的抛光精度和利用率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为现有的化学机械研磨系统的结构示意图；图2为保持环与晶圆的平面结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的保持环工艺参数计算方法的流程图；图4为本专利技术实施例提供的化学机械研磨系统的有限元分析模型的示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，在化学机械研磨过程中，晶圆边缘会出现过磨现象。专利技术人研究发现，造成这种现象的原因是晶圆下压到抛光垫后，晶圆正下方的抛光垫的高度低于晶圆外围的抛光垫的高度。抛光垫在晶圆边缘的高度差就会导致晶圆边缘的过度研磨。而晶圆外围的保持环的作用就是对晶圆外围的抛光垫进行下压，以缩小晶圆边缘的抛光垫高度差，尽量保持晶圆面内压力均匀。基于此，本专利技术提供了一种获取保持环的最佳工艺参数的方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括：建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，所述分析模型包括抛光垫、晶圆、设置在所述晶圆外围的保持环、以一定的压力将所述晶圆和所述保持环压在所述抛光垫上的夹持器；确定所述分析模型的边界条件，并将所述抛光垫、所述晶圆、所述夹持器和所述保持环的材料参数代入所述分析模型；将不同组的所述保持环的工艺参数分别代入所述分析模型，并计算出每一组的保持环工艺参数下所述晶圆的表面等效应力分布结果；对比所有组的所述表面等效应力分布结果，获得使所述晶圆边缘的应力峰值最小的一组工艺参数。本专利技术提供的获取保持环的最佳工艺参数的方法，通过建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，计算出不同组的保持环工艺参数下的晶圆的表面等效应力分布结果，并在对比所有组的表面等效应力分布结果后，获得使晶圆边缘的应力峰值最小的一组工艺参数，从而可以对实际生产中所需确定的保持环工艺参数进行指导，以避免晶圆边缘的应力集中现象，最大程度的降低晶圆边缘的过度磨损，进而可以提高晶圆的抛光精度和利用率。以上是本专利技术的核心思想，为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种获取保持环的最佳工艺参数的方法，如图3所示，包括：S301：建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，所述分析模型包括抛光垫、晶圆、设置在所述晶圆外围的保持环、以一定的压力将所述晶圆和所述保持环压在所述抛光垫上的夹持器；在化学机械研磨系统中，保持环的运动方式与晶圆的运动方式相同，都是沿着夹持器的中心轴旋转，并且，夹持器与保持环上的载荷都是轴对称分布。其中，抛光垫可假定为一个无限大的光滑表面，整个化学机械研磨系统可以简化为一个二维轴对称几何模型，简本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取保持环的最佳工艺参数的方法，其特征在于，包括：建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，所述分析模型包括抛光垫、晶圆、设置在所述晶圆外围的保持环、以一定的压力将所述晶圆和所述保持环压在所述抛光垫上的夹持器；确定所述分析模型的边界条件，并将所述抛光垫、所述晶圆、所述夹持器和所述保持环的材料参数代入所述分析模型；将不同组的所述保持环的工艺参数分别代入所述分析模型，并计算出每一组的保持环工艺参数下所述晶圆的表面等效应力分布结果；对比所有组的所述表面等效应力分布结果，获得使所述晶圆边缘的应力峰值最小的一组工艺参数。

【技术特征摘要】
1.一种获取保持环的最佳工艺参数的方法，其特征在于，包括：建立化学机械研磨系统的有限元分析模型，所述分析模型包括抛光垫、晶圆、设置在所述晶圆外围的保持环、以一定的压力将所述晶圆和所述保持环压在所述抛光垫上的夹持器；确定所述分析模型的边界条件，并将所述抛光垫、所述晶圆、所述夹持器和所述保持环的材料参数代入所述分析模型；将不同组的所述保持环的工艺参数分别代入所述分析模型，并计算出每一组的保持环工艺参数下所述晶圆的表面等效应力分布结果；对比所有组的所述表面等效应力分布结果，获得使所述晶圆边缘的应力峰值最小的一组工艺参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述分析模型的边界条件包括：确定所述抛光垫底面为固定约束，确定所述抛光垫左侧为对称边界条件。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述抛光垫、所述晶圆、所述夹持器和所述保持环的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建云，陈岚，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11