[发明专利]一种表面形貌仿真的方法及系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明技术方案如下所示：

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，晶圆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，用于晶圆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：