一种表面形貌仿真的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种表面形貌仿真的方法及系统，包括：(1)实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量；(2)根据所述弹性形变量计算所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力；(3)根据所述接触力计算所述晶圆表面的研磨去除率；(4)根据所述研磨去除率更新晶圆表面形貌；重复执行上述步骤(1)至步骤(4)，直至达到预定研磨效果。由于本发明专利技术采用了微元受力分析模型，并且研磨垫弹性形变完全符合所述微元应力分析模型的弹性形变条件，保证了获取的晶圆接触力精准性，根据所述晶圆接触力获取的研磨去除率更精准。同时该方法计算简洁，可以用于实时预测化学机械研磨过程中晶圆表面形貌仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种表面形貌仿真的方法及系统
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种表面形貌仿真的方法及系统。
技术介绍
集成电路制造技术按照摩尔定律发展，衬底尺寸不断扩大，芯片特征尺寸不断缩小，对可制造性设计(DFM)方法提出了新挑战。化学机械平坦化(CMP)方法是DFM工艺解决方案的关键环节。基于CMP工艺模拟的DFM方法主要包含三个步骤：1)通过经验公式或理论模型预测晶圆的研磨去除率；2)将晶圆表面形貌的高度与研磨去除率做差，实时更新晶圆表面形貌；3)重复步骤1)及步骤2)直到研磨结束，给出晶圆表面的实时轮廓和特征，将得到的晶圆表面高度信息用于设计及工艺流程。在CMP过程中，核心问题是晶圆的研磨去除率计算。目前，预测研磨去除率的CMP理论模型有很多，比如：以化学反应为主导的动态反应模型、以力学去除作用为主导的粒子去除模型等。普里斯顿公式(Preston公式)在国内外工程应用领域求解研磨去除率应用较为广泛。Preston公式:MRR＝k·p·v，其中MRR为研磨去除率；k为Preston系数，可体现研磨过程中的化学作用影响，对于同种晶圆-研磨液-研磨垫，k值较为稳定；p是晶圆与研磨垫之间的接触力；v是晶圆与研磨垫之间的相对滑动速度，v可通过晶圆与研磨垫的转速计算得到。因此接触应力p的计算是求解研磨去除率的关键。目前，业内很多学者应用Hertz接触力学来计算研磨垫与晶圆之间的接触力，但Hertz接触力学的应用范围是小变形和线弹性力学范围。研磨垫是一种特殊的材料，其弹性模量与晶圆相比小很多，容易发生变形，弹性形变范围大。在研磨过程中研磨垫变形均为弹性变形，但很难探测是否满足Hertz接触力学条件中的小变形条件，无法保证接触应力的计算是否精确，导致无法精准计算研磨去除率。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决因无法精准计算研磨去除率，导致无法准确预测晶圆表面形貌的问题，提供一种表面形貌仿真的方法及系统。本专利技术技术方案如下所示：一种表面形貌仿真的方法，其特征在于，包括步骤：(1)实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量；(2)根据所述弹性形变量，获得所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力；(3)根据所述接触力，获得所述晶圆表面的研磨去除率；(4)根据所述研磨去除率更新晶圆表面形貌；重复执行上述步骤(1)至步骤(4)，直至达到预定研磨效果。优选的，所述实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量包括：测量研磨垫表面与晶圆背面的距离；获取晶圆表面形貌高度，当晶圆表面形貌高度与所述距离的差值不小于零时，将差值作为弹性形变量。优选的，所述根据所述弹性形变量，获得所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力包括：根据所述弹性形变量，通过微元受力分析获得弹性应力及剪切应力；将弹性应力及剪切应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力；根据所述接触区域内研磨垫的应力，获取所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力。优选的，所述将弹性应力及剪切应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力包括：根据研磨垫表面微凸压缩研磨垫而引起的形变，获取微凸压缩形变正应力；将所述弹性应力、剪切应力及微凸压缩形变正应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力。优选的，所述研磨去除率通过普里斯顿公式获取。一种表面形貌仿真的系统，其特征在于，包括：弹性形变量获取模块，用于实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量；接触力获取模块，用于根据所述弹性形变量，获得所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力；研磨去除率获取模块，用于根据所述接触力，获得所述晶圆表面的研磨去除率；形貌仿真模块，用于根据所述研磨去除率更新晶圆表面形貌；判断模块，用于判断是否达到预定研磨效果，当判断结果为是，将更新后的晶圆表面形貌作为研磨后晶圆表面形貌，当判断结果为否，继续研磨。优选的，所述弹性形变量获取模块包括：距离获取单元，用于测量研磨垫表面与晶圆背面的距离；表面形貌高度获取单元，用于获取晶圆表面形貌高度；形变量获取单元，用于当晶圆表面形貌高度与所述距离的差值不小于零时，将差值作为弹性形变量。优选的，所述接触力获取模块包括：弹性应力获取单元，用于根据所述弹性形变量，通过微元受力分析获得弹性应力；剪切应力获取单元，用于根据所述弹性形变量，通过微元受力分析获得剪切应力应力获取单元，用于将弹性应力及剪切应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力；接触力获取单元，用于根据所述接触区域内研磨垫的应力，获取所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力。优选的，所述应力获取单元包括：微凸压缩形变正应力获取子单元，用于根据研磨垫表面微凸压缩研磨垫而引起的形变，获取微凸压缩形变正应力；应力修正子单元，用于将所述弹性应力、剪切应力及微凸压缩形变正应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力。优选的，所述研磨去除率获取模块具体用于根据所述接触力，通过普里斯顿公式获取所述晶圆表面的研磨去除率。本专利技术公开了一种表面形貌仿真的方法及系统，通过实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量，并对研磨垫形变区域进行微元应力分析，以获取所述弹性形变量下研磨垫的应力，根据其计算研磨垫与晶圆之间的接触力，并获取该接触力下的研磨去除率以实时更新晶圆表面形貌。由于本专利技术采用了微元受力分析模型，并且研磨垫弹性形变完全符合所述微元应力分析模型的弹性形变条件，保证了获取的研磨垫与晶圆之间的接触力的精准性，根据所述晶圆接触力获取的研磨去除率更精准，该方法计算简洁，可以用于实时预测化学机械研磨过程中晶圆表面形貌仿真。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获取其他的附图。图1为根据本专利技术实施例表面形貌仿真的方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例研磨垫形变示意图；图3为根据本专利技术实施例研磨垫形变区域单元受力分析示意图；图4为根据本专利技术实施例研磨垫微凸结构示意图；图5为根据本专利技术实施例表面形貌仿真的系统的一种结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，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，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。不同于现有技术，本专利技术采用弹性力学，通过对研磨垫微元进行受力分析，获取晶圆与研磨垫之间的接触力。弹性力学遵循的基本规律：变形连续规律、应力-应变关系和运动(平衡)规律，其中变形连续规律对弹性体所做的基本假设有两个最基本的假设：一是连续介质，二是理想弹性，弹性力学较Hertz接触力学的适用范围更广泛。实际应用中的化学机械平坦化过程中，研磨垫完全符合弹性力学对弹性体的假设，通过其获取的接触力更加准确，相应的研磨去除率也更加准确。为了更好的理解本专利技术的技术方案和技术效果，以下将结合流程图和具体的实施例进行详细的描述。如图1所示，是本专利技术实施例表面形貌仿真的方法流程图，包括以下步骤：步骤S01，实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量。在本实施例中，所述的晶圆可以为半导体衬底，可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(绝缘体上硅，SiliconOnInsulator)或GOI(绝缘体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面形貌仿真的方法，其特征在于，包括步骤：(1)实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量；(2)根据所述弹性形变量，获得所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力；(3)根据所述接触力，获得所述晶圆表面的研磨去除率；(4)根据所述研磨去除率更新晶圆表面形貌；重复执行上述步骤(1)至步骤(4)，直至达到预定研磨效果。

【技术特征摘要】
1.一种表面形貌仿真的方法，其特征在于，包括步骤：(1)实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量；(2)根据所述弹性形变量，获得所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力；(3)根据所述接触力，获得所述晶圆表面的研磨去除率；(4)根据所述研磨去除率更新晶圆表面形貌；重复执行上述步骤(1)至步骤(4)，直至达到预定研磨效果；其中，所述根据所述弹性形变量，获得所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力包括：根据所述弹性形变量，通过微元受力分析获得弹性应力及剪切应力；将弹性应力及剪切应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力；根据所述接触区域内研磨垫的应力，获取所述接触区域内研磨垫与晶圆之间的接触力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量包括：测量研磨垫表面与晶圆背面的距离；获取晶圆表面形貌高度，当晶圆表面形貌高度与所述距离的差值不小于零时，将差值作为弹性形变量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将弹性应力及剪切应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力包括：根据研磨垫表面微凸压缩研磨垫而引起的形变，获取微凸压缩形变正应力；将所述弹性应力、剪切应力及微凸压缩形变正应力之和作为所述接触区域内研磨垫的应力。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述研磨去除率通过普里斯顿公式获取。5.一种表面形貌仿真的系统，其特征在于，包括：弹性形变量获取模块，用于实时获取晶圆与研磨垫接触区域的弹性形变量；接触力获取模块，用于根据所述弹性形变量，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建云，陈岚，徐勤志，
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