[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

说明书

本发明提供一种化学机械抛光工艺中保持环结构的仿真方法，包括构建化学机械抛光工艺的CFD模型，流体区域划分为离散网格，所述网格是不重复的控制体积，在各个控制体积内，使用动量方程、连续性方程和VOF模型控制抛光液流体运动，DPM模型控制磨料运动，动量方程、连续性方程和VOF模型针对各个控制体积积分以得到离散方程，求解离散方程得到仿真数据，仿真数据包括磨料运动数据，根据磨料运动数据绘制磨料分布，磨料在抛光垫上和/或晶圆边缘聚集状态，具有有益效果：通过有限元的方法将抛光液/磨料流动可视化，帮助理解保持环对抛光液流动的影响，为解决晶圆边缘过抛提供保持环结构改进，贴合现实生产工艺，仿真精度高。

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光工艺中保持环结构的仿真方法，尤其涉及一种研究保持环上槽的形状影响抛光液中磨料通过槽和磨料整体分布的仿真方法。

背景技术

20世纪70年代，多层金属化技术被引入到集成电路制造工艺中，使芯片的垂直空间得到了有效的利用，大大提高了器件的集成度。但多层金属化技术使得晶圆在集成电路制造过程中的表面不平整度加剧，由此引发的一系列问题，如引起光刻胶厚度不均进而导致光刻受限，严重影响了大规模集成电路(LSI)的发展。80年代末，IBM研发的化学机械抛光(Chemical-Mechanical Planarization/Polishing,CMP)技术目标晶圆平坦化，表面平坦化效果较传统技术有了极大的改善，CMP已成为大规模集成电路制造中最关键的平坦化技术。

CMP需要使用专用的抛光设备，如附图1所示，晶圆13被保持环12夹持，保持环12固定于背膜11以及负载轴(未示出)上，负载轴转动带动晶圆12并将晶圆12压在抛光垫31表面上研磨，配合随时供应到抛光垫31表面用以腐蚀软化晶圆13的抛光液2，一边软化晶圆13表面附近部分、一边抛光垫31不停研磨以去除该软化部分，在此过程中抛光台32带动抛光垫31转动，其中抛光垫31转动的方向一般与晶圆12转动的方向相同，抛光液2中包含磨料(abrasive)和其他化学成分，磨料用以被抛光垫31挤压滚动刮削研磨晶圆13的表面。

从材料去除角度来看，抛光液中的磨料在CMP过程中，与抛光液中化学成分发生反应的晶圆软化表面已经与磨料接触，通过机械力的作用将软化层去除，降低更高的突起的高度，通过不断地重复这个过程，可以获得高平坦化的晶圆表面，因此，抛光液中磨料是影响晶圆表面平坦化质量的主要因素。

然而，CMP设备抛光过程中，含有磨料的抛光液从抛光垫上方的输液管中流到抛光垫表面，在抛光垫的自转与调整盘扫动下铺到整个抛光垫的表面，为保证抛光过程中晶圆水平固定且保持非振动状态，通常使用保持环夹持晶圆。保持环固定在晶圆外围，负载压力一般高于晶圆，保持环具有如图2所示的槽121，以供抛光液和磨料进入晶圆-抛光垫接触间隙，如果保持环的槽设置不合理阻挡抛光液进入到晶圆-抛光垫接触间隙，容易导致一系列问题，如槽宽过窄导致磨料无法进入晶圆区域，导致去除率较低；或使磨料在晶圆边缘聚集、进而导致晶圆边缘1-2cm处“边缘过抛”，导致晶圆表面不平坦。

同时，由于CMP设备工作过程中处于封闭状态以防止外界灰尘污染，难以实时观测抛光液在抛光垫上和晶圆-抛光垫接触间隙的流动情况，从而无法实时研究抛光液在使用不同保持环结构时的分布和流动情况，也无法判断晶圆与抛光垫之间磨料的分布情况。

当前，有研究晶圆压力对CMP影响的方法，也有研究保持环与晶圆距离对CMP影响的方法，均与实际研磨晶圆的是抛光液中的磨料的主要因素脱离。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种化学机械抛光工艺中保持环结构的仿真方法，通过有限元的方法将抛光液/磨料流动可视化，帮助理解保持环对抛光液流动的影响，为解决晶圆边缘过抛提供保持环结构改进，贴合现实生产工艺，仿真精度高。

本发明提供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；