[发明专利]一种化学机械抛光工艺中保持环结构的仿真方法

权利要求书

1.一种化学机械抛光工艺中保持环结构的仿真方法，包括：

步骤100：构建抛光垫压缩模型，包括晶圆和抛光垫，所述晶圆向所述抛光垫施加载荷，所述抛光垫被压缩后形变量为d；

步骤200：构建化学机械抛光工艺的CFD模型，所述CFD模型包括：

所述抛光垫的尺寸、转速、孔隙、孔隙率、弹性模量、泊松比和密度中的至少一种；

所述晶圆的尺寸、转速、弹性模量、泊松比和密度中的至少一种；

抛光液的流速、粘度和密度中的至少一种，所述抛光液的流体区域，所述抛光液中磨料的尺寸；

保持环的形状，包括所述保持环表面上槽分布和槽形状；

还包括步骤210～步骤250，

步骤210：将所述流体区域划分为离散网格，所述网格是不重复的控制体积，

步骤220：在各个所述控制体积内，使用动量方程、连续性方程和VOF模型控制所述抛光液流体运动，DPM模型控制磨料运动，

所述动量方程、所述连续性方程和所述VOF模型针对各个所述控制体积积分以得到离散方程，求解所述离散方程得到仿真数据，所述仿真数据包括磨料运动数据，

步骤230：根据所述磨料运动数据绘制磨料分布，

步骤240：观察磨料在抛光垫上和/或晶圆边缘聚集状态，聚集状态改善则执行步骤300，聚集状态未改善则执行步骤250再依次执行步骤210～步骤240，

步骤250：改进所述保持环；

步骤300：输出结果。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

所述连续性方程采用公式(4)，所述动量方程采用公式(5)控制所述抛光液在所述流区域的运动，

其中，ρ是所述控制体积中所述磨料的密度，t是所述抛光液的流动时长，u是所述抛光液的流动速度，S_m是从所述磨料的分散相和添加到连续相的质量；

其中，p是所述抛光液的静压，是所述抛光液的应力张量，和是所述磨料的分散相的相互作用而产生的引力和外力。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，

VOF模型方程(6)求解所述动量方程和所述流体区域内流体的体积分数，以模拟至少两种非混相流体，至少包括所述抛光液液相和空气气相的传质，以计算所述抛光液自由表面高度，

其中，是从一个q相到另一个p相的传质，是从一个相p到另一个相q的传质，α为各相的体积分数；

约束条件方程采取公式(7)求解多种非混相流体的体积分数，

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

DPM方程采用公式(8)仿真所述磨料与所述抛光液之间关系，得到所述磨料运动数据，

其中，m_p是所述磨料的质量，是所述抛光液流体相速度，是所述磨料的速度，ρ是所述抛光液密度，是所述磨料的粒子密度，是所述磨料所受附加力，是所述磨料所受拖曳力，τr是所述抛光液与所述磨料的弛豫时间。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤100中，压缩模型包括所述晶圆的形状和所述抛光垫的形状。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，最小势能方程采用公式(1)计算所述形变量d，

П＝Up-Vp     (1)

其中，Π是总势能，U_p是系统中总应变能，V_p是所述抛光垫上的载荷所作的功，

U_p采用公式(2)，

式中{ε}是抛光垫应变的行向量，{σ}是抛光垫所受应力的行向量，V是抛光垫体积，V_p采用公式(3)：

Vp＝∫∫∫_V{d}^T{Fb}dV+∫∫_s{d}^T{Td}dS

(3)

其中，{Fb}是抛光垫所受体积力，{Td}是抛光垫接触面的面载荷，S是所述抛光垫上的载荷施加的面积。