[发明专利]一种CMP研磨率计算方法和仿真系统

权利要求书

1.一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，包括：

步骤S1：建立研磨粒子受力平衡方程并计算研磨粒子在研磨材质中的嵌入深度；

步骤S2：计算研磨材质表面参与研磨去除的有效研磨粒子数；

步骤S3：计算研磨粒子的研磨去除率；

步骤S4：CMP工艺仿真。

2.根据权利要求1所述的一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，步骤S1中，研磨粒子与研磨材质表面间的范德华力F_F如下：

其中，A为哈马克常数，R为研磨粒子半径，η为相邻研磨垫粗糙峰之间的距离，z₀为研磨粒子与研磨材质间平衡距离，r_s为研磨材质表面粗糙度；研磨粒子与研磨材质表面间的电双层力F_S如下：

其中，Ψ_w和Ψ_p分别为研磨材质和研磨粒子的zeta电势，ε为介质的介电常数，k为德拜长度的倒数。其中，研磨粒子与研磨材质表面间的吸附力为范德华力F_F与电双层力F_S之和，即F_F+F_S。

3.根据权利要求2所述的一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，步骤S1中，研磨垫与研磨粒子间弹性接触应力F_ps如下：

其中，E_ps为研磨粒子与研磨垫间的复合杨氏模量，Δ_p为研磨粒子在研磨垫中的嵌入深度；研磨材质表面与研磨粒子间塑性接触应力F_pw如下：

F_pw＝2πRH_wΔ_w

其中，H_w为研磨材质硬度，Δ_w为研磨粒子在研磨材质中的嵌入深度。

4.根据权利要求3所述的一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，步骤S1中，研磨粒子受力平衡方程如下：

5.根据权利要求4所述的一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，在步骤S1中，研磨粒子嵌入研磨垫和研磨材质中的嵌入深度之和为研磨粒子的直径，即Δ_w+Δ_p＝2R，求解即可获得研磨粒子在研磨材质中的嵌入深度Δ_w。

6.根据权利要求1所述的一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，在步骤S2中，C₀为研磨粒子的体积浓度，单位面积表面的研磨粒子数N₀如下：

研磨材质表面参与研磨去除的研磨粒子数N如下：

。

7.根据权利要求1所述的一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，在步骤S3中，研磨粒子的研磨去除率如下：

其中，S₀为名义接触面积，V为研磨垫与研磨材质间相对滑动速率，研磨常数M如下：

8.根据权利要求1所述的一种CMP研磨率计算方法，其特征在于，在步骤S4中，研磨材质表面去除仿真方程为：

其中，t为时间。

9.一种CMP研磨率计算仿真系统，其特征在于，包括：参数设置模块，计算模块，输出显示模块；其中，计算模块包括：吸附力计算子模块、研磨粒子受力平衡子模块、有效研磨粒子数计算子模块、研磨去除率计算子模块、CMP表面形貌仿真子模块。

10.根据权利要求9所述的一种CMP研磨率计算仿真系统，其特征在于，由参数设置模块输入初始配置参数，包括：研磨材质参数、研磨垫参数、研磨粒子属性参数、工艺参数及研磨常数；经由计算模块的计算，包括：吸附力计算子模块计算研磨粒子与与研磨材质间的范德华力和电双层力，研磨粒子受力平衡子模块计算研磨材质与研磨粒子间吸附力、塑性接触应力以及研磨粒子与研磨垫间的弹性接触应力，有效研磨粒子数计算子模块计算参与研磨材质去除的有效研磨粒子数，研磨去除率计算子模块计算研磨材质去除速率，CMP表面形貌仿真子模块计算研磨材质表面形貌的实时变化，得到表面仿真结果，并由输出显示模块显示研磨材质表面的实时变化，包括研磨材质表面形貌高度和研磨去除率。