CN115964863A - 一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置 - Google Patents

一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置 Download PDF

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CN115964863A
CN115964863A CN202211570496.7A CN202211570496A CN115964863A CN 115964863 A CN115964863 A CN 115964863A CN 202211570496 A CN202211570496 A CN 202211570496A CN 115964863 A CN115964863 A CN 115964863A
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wafer
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杨朝霞
温世乾
倪孟骐
赵德文
路新春
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Huahaiqingke Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置，包括：S100、采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；对保持环的平均摩擦力fRR赋值，使总合摩擦力矩等于torqueB，根据fRR计算保持环所受的侧向力FRR和摩擦系数μs；对气膜的平均摩擦力fw赋值，使总合摩擦力矩等于torqueA，根据fw计算晶圆所受的侧向摩擦力FW和摩擦系数μk；定义边界条件a和b，令a＝μs‑μk，b＝FRR‑FW，若a<‑0.5和/或b<‑1500，则晶圆存在滑片风险。本发明提供的滑片评估方法根据侧向摩擦力和摩擦系数的大小可判断当前工况和其他工况的差异，可复现现场工况。

Description

一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置
技术领域
本发明属于晶圆生产技术领域，具体而言，涉及一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置。
背景技术
集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光属于晶圆制造工序，化学机械抛光(CMP)是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。
化学机械抛光过程包括：将晶圆吸合于抛光头的底面，晶圆具有沉积层的一面抵压于抛光垫上表面，抛光头在驱动组件的带动下与抛光垫同向旋转并给予晶圆向下的载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在晶圆与抛光垫之间，使得晶圆在化学和机械的共同作用下完成晶圆的化学机械抛光。
化学机械抛光过程中，化学机械抛光装备会发生异常，常常发生晶圆与抛光头脱离的情况，即滑片(waferslipout)，在离心力作用下，滑片后的晶圆常常与机台碰撞而破碎，在一定程度上影响机台的正常运行，同时增加了晶圆制造的成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置。
第一方面，本发明一实施例提供了一种晶圆滑片风险的评估方法，包括：
S100、采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；
S200、对保持环的平均摩擦力fRR赋值，使总合摩擦力矩等于torqueB，根据fRR计算保持环所受的侧向力FRR和摩擦系数μs；
S300、对气膜的平均摩擦力fw赋值，使总合摩擦力矩等于torqueA，根据fw计算晶圆所受的侧向摩擦力FW和摩擦系数μk；
S400、定义边界条件a和b，令a＝μs-μk，b＝FRR-FW，若a＜-0.5和/或b＜-1500，则晶圆存在滑片风险。
在一些实施例中，步骤S200包括：
S210、保持环所受的平均摩擦力记为fRR，推导保持环所受的合摩擦力分量和总合摩擦力矩Sumall(MRR)；
S220、对fRR赋值，使得Sumall(MRR)等于torqueB，根据fRR计算保持环所受的侧向力FRR和摩擦系数μs。
在一些实施例中，步骤S210包括：
S211、以抛光头的中心为圆心，分别以r＝1、2、3……、n-1、n为半径绘圆，得到n个同心圆环；任一圆环上的θ1角度取一点作为原点O’构建X1O’Y坐标系，则该圆环上的某点坐标可表示为(xh，yh)，xh和yh分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000021
Figure BDA0003987826710000022
S212、以抛光垫的圆心作为原点O构建XOY坐标系，抛光头在抛光垫上的直线距离和夹角分别为Rh和θh，Rh和θh分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000023
若yh＜0，则
Figure BDA0003987826710000024
若yh≥0，则
Figure BDA0003987826710000025
S213、抛光头的转速记为m，抛光头上(xh，yh)点的线速度分量分别为vhx和vhy，vhx和vhy分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000026
Figure BDA0003987826710000031
抛光垫的转速记为q，抛光垫上(xp，yp)点的线速度分量分别为vpx和vpy，vpx和vpy分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000032
Figure BDA0003987826710000033
S214、抛光头上的(xh，yh)点相对于抛光垫上的(xp，yp)点的线速度分量分别为vgx和vry，vrx和vry分别采用下式计算：
vrx＝vhx-vpx；
vry＝vhx-vpx；
抛光头上的(xh，yh)点相对于抛光垫上的(xp，yp)点的线速度为vg，vg采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000034
抛光头上的(xh，yh)点相对于抛光垫上的(xp，yp)点的角速度为θhg，若vgy＜0，则
Figure BDA0003987826710000035
若vgy≥0，则
Figure BDA0003987826710000036
S215、保持环所受的平均摩擦力记为fRR，则抛光头上的(xh，yh)点所受的摩擦力分量分别为fR′Rx和fR′Ry，fR′Rx和fR′Ry分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000037
Figure BDA0003987826710000038
抛光头所受的平均摩擦力分量为
Figure BDA0003987826710000039
和
Figure BDA00039878267100000310
和
Figure BDA00039878267100000311
分别采用下式计算：
Figure BDA00039878267100000312
Figure BDA00039878267100000313
抛光头所受的合摩擦力分量分别为Sum(fRRx)和Sum(fRRy)，Sum(fRRx)和Sum(fRRy)分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000041
Figure BDA0003987826710000042
S216、抛光头和抛光垫之间的偏心距为常数e，抛光头上的(xh，yh)点所受的摩擦力矩记为MRR，MRR采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000043
抛光头所受的平均摩擦力矩记为
Figure BDA0003987826710000044
采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000045
抛光头所受的总合摩擦力矩记为Sumall(MRR)，Sumall(MRR)采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000046
在一些实施例中，步骤S220包括：
S221、对保持环的平均摩擦力fRR赋值，使得总合摩擦力矩Sumall(MRR)等于torqueB；
S222、根据fRR的值计算得到Sum(fRRx)和Sum(fRRy)，其中，Sum(fRRy)≈0，保持环所受的侧向力FRR≈Sum(fRRx)；
S223、保持环和抛光垫之间的摩擦系数记为μs，μs采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000047
其中，m为保持环的直径，n为晶圆直径；
FRR ack＝Frr×SRR×k；
其中，Frr为采集torqueB时设定的保持环的压力，SRR为保持环的实际面积，k为常数，取6895。
在一些实施例中，步骤S300包括：
S310、晶圆所受的平均摩擦力记为fw，推导晶圆所受的合摩擦力分量和总合摩擦力矩Sumall(Mw)；
S320、对fw赋值，使得Sumall(Mw)等于torqueA，根据fw计算晶圆所受的侧向摩擦力FW和摩擦系数μk。
在一些实施例中，步骤S310包括：
S311、晶圆所受的平均摩擦力记为fw，晶圆所受的摩擦力分量分别为fw′x和fw′y，fw′x和fw′y分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000051
Figure BDA0003987826710000052
S312、晶圆所受的平均摩擦力分量分别为
Figure BDA0003987826710000053
和
Figure BDA0003987826710000054
和
Figure BDA0003987826710000055
分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000056
Figure BDA0003987826710000057
S313、晶圆所受的合摩擦力分量分别为Sum(fwx)和Sum(fwy)，Sum(fwx)和Sum(fwy)分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000058
Figure BDA0003987826710000059
S314、晶圆所受的平均摩擦力矩为
Figure BDA00039878267100000510
采用下式计算：
Figure BDA00039878267100000511
S315、晶圆所受的总合摩擦力矩为Sumall(Mw)，Sumall(Mw)采用下式计算：
Figure BDA00039878267100000512
在一些实施例中，步骤S320包括：
S321、对气膜的平均摩擦力fw赋值，使得总合摩擦力矩Sumall(Mw)等于torqueA；
S322、根据fw的值计算得到Sum(fwx)和Sum(fwy)，其中，Sum(fwy)≈0，晶圆所受的侧向力FW≈Sum(fwx)；
S323、晶圆和抛光垫之间的摩擦系数为μk，μk采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000061
Figure BDA0003987826710000062
其中，Fw为采集torqueA时设定的气膜的压力，c为气膜的直径，k为常数，取6895。
第二方面，本发明的另一实施例提供了一种化学机械抛光装置，包括：
抛光垫，其表面覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；
抛光头，配置有气膜和保持环；其中，所述气膜用于将晶圆按压在所述抛光垫上；所述保持环围绕晶圆外周设置，用于限定晶圆的位置；
采集模块，用于获取气膜和保持环的摩擦力矩；
控制装置，用于实现如一实施例提供的所述的评估方法。
第三方面，本发明的另一实施例提供了一种晶圆滑片风险的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如一实施例提供的所述评估方法的步骤。
第四方面，本发明的另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如一实施例提供的所述评估方法的步骤。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明提供的滑片评估方法根据侧向摩擦力和摩擦系数的大小可判断当前工况和其他工况的差异，可复现现场工况，并根据两种侧向摩擦力的差值和摩擦系数的差值评估晶圆滑片风险的高低。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1是本发明一实施例提供的滑片风险估算方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的化学机械抛光过程的坐标系构建图；
图3是本发明一实施例提供的化学机械抛光装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明中，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。
图1所示的实施例提供了一种晶圆W滑片风险的评估方法，包括：
S100、采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；
S200、对保持环的平均摩擦力fRR赋值，使总合摩擦力矩等于torqueB，根据fRR计算保持环所受的侧向力FRR和摩擦系数μs；
S300、对气膜的平均摩擦力fw赋值，使总合摩擦力矩等于torqueA，根据fw计算晶圆w所受的侧向摩擦力FW和摩擦系数μk；
S400、定义边界条件a和b，令a＝μs-μk，b＝FRR-FW，若a<-0.5和/或b<-1500，则晶圆w存在滑片风险。
具体地，本实施例提供的晶圆W滑片风险的评估方法包括如下步骤：
(1)在设定压力相同的情况下，分别采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；
如图2所示，以抛光头100的中心为圆心，分别以r＝1、2、3······、n-1、n为半径绘圆，得到n个同心圆环；任一圆环上的θ1角度取一点作为原点O’构建X1O’Y坐标系，则该圆环上的某点坐标可表示为(xh，yh)，xh和yh分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000081
Figure BDA0003987826710000082
(2)以抛光垫200的圆心作为原点O构建XOY坐标系，抛光头100在抛光垫200上的直线距离和夹角分别为Rh和θh，Rh和θh分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000083
若yh＜0，则
Figure BDA0003987826710000084
若yh≥0，则
Figure BDA0003987826710000085
(3)抛光头100的转速记为m，抛光头100上(xh，yh)点的线速度分量分别为vhx和vhy，vhx和vhy分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000086
Figure BDA0003987826710000087
抛光垫200的转速记为q，抛光垫200上(xp，yp)点的线速度分量分别为vpx和vpy，vpx和vpy分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000091
Figure BDA0003987826710000092
(4)抛光头100上的(xh，yh)点相对于抛光垫200上的(xp，yp)点的线速度分量分别为vgx和vgy，vgx和vgy分别采用下式计算：
vgx＝vhx-vpx 式(4.1)；
vry＝vhx-vpx 式(4.2)；
抛光头100上的(xh，yh)点相对于抛光垫200上的(xp，yp)点的线速度为vg，vg采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000093
抛光头100上的(xh，yh)点相对于抛光垫200上的(xp，yp)点的角速度为θhg，若vgy＜0，则
Figure BDA0003987826710000094
若vgy＜0，则
Figure BDA0003987826710000095
(5)保持环所受的平均摩擦力记为fRR，则抛光头100上的(xh，yh)点所受的摩擦力分量分别为fR′Rx和fR′Ry，fR′Rx和fR′Ry分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000096
Figure BDA0003987826710000097
抛光头100所受的平均摩擦力分量为
Figure BDA0003987826710000098
和
Figure BDA0003987826710000099
和
Figure BDA00039878267100000910
分别采用下式计算：
Figure BDA00039878267100000911
Figure BDA00039878267100000912
抛光头100所受的合摩擦力分量分别为Sum(fRRx)和Sum(fRRy)，Sum(fRRx)和Sum(fRRy)分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000101
Figure BDA0003987826710000102
(6)抛光头100和抛光垫200之间的偏心距为常数e，抛光头100上的(xh，yh)点所受的摩擦力矩记为MRR，mRR采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000103
抛光头100所受的平均摩擦力矩记为
Figure BDA0003987826710000104
采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000105
抛光头100所受的总合摩擦力矩记为Sumall(MRR)，Sumall(MRR)采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000106
(7)基于式(5.1)-(6.3)，推导出fRR与Sumall(MRR)之间的函数关系；对保持环的平均摩擦力fRR进行赋值，使得总合摩擦力矩Sumall(MRR)等于torqueB；
将fRR赋的值分别带入式(5.1)和式(5.2)中得到f′RRx和f′RRy的具体值；
将f′RRx和f′RRy的具体值分别代入式(5.3)和式(5.4)中得到
Figure BDA0003987826710000107
和
Figure BDA0003987826710000108
的具体值；
将
Figure BDA0003987826710000109
和
Figure BDA00039878267100001010
的具体值分别代入式(5.5)和式(5.6)中得到Sum(fRRx)和Sum(fRRy)的具体值；
其中，Sum(fRRy)＝0；保持环所受的侧向力FRR≈Sum(fRRx) 式(7.1)；
(8)保持环和抛光垫200之间的摩擦系数记为μs，μs采用下式计算：
Figure BDA00039878267100001011
其中，m为保持环的直径，n为晶圆W直径；
FRR ack＝Frg×SRR×k 式(8.2)；
其中，Frr为采集torqueB时设定的保持环的压力，SRR为保持环的实际面积，k为常数，取6895；
(9)晶圆W所受的平均摩擦力记为fw，晶圆W所受的摩擦力分量分别为fw′x和fw′y，fw′x和fw′y分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000111
Figure BDA0003987826710000112
晶圆W所受的平均摩擦力分量分别为
Figure BDA0003987826710000113
和
Figure BDA0003987826710000114
和
Figure BDA0003987826710000115
分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000116
Figure BDA0003987826710000117
晶圆W所受的合摩擦力分量分别为Sum(fwx)和Sum(fwy)，Sum(fwx)和Sum(fwy)分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000118
Figure BDA0003987826710000119
(10)晶圆W所受的平均摩擦力矩为
Figure BDA00039878267100001110
采用下式计算：
Figure BDA00039878267100001111
晶圆W所受的总合摩擦力矩为Sumall(Mw)，Sumall(Mw)采用下式计算：
Figure BDA00039878267100001112
(11)基于式(9.1)-(10.2)，可推导出对fw与Sumall(Mw)之间的函数关系；对气膜的平均摩擦力fw进行赋值，使得总合摩擦力矩Sumall(Mw)等于torqueA；
将fw赋的值带入式(9.1)和式(9.2)中得到f′wx和f′wy的具体值；
将f′wx和f′wy的具体值分别代入式(9.3)和式(9.4)中得到
Figure BDA00039878267100001113
和
Figure BDA00039878267100001114
的具体值；
将
Figure BDA0003987826710000123
和
Figure BDA0003987826710000124
的具体值分别代入式(9.5)和式(9.6)中得到Sum(fwx)和Sum(fwy)的具体值；
其中，Sum(fwy)＝0；晶圆W所受的侧向力FW≈Sum(fwx) 式(11.1)；
(12)晶圆W和抛光垫200之间的摩擦系数为μk，μk采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000121
Figure BDA0003987826710000122
其中，Fw为采集torqueA时设定的气膜的压力，c为气膜的直径，k为常数，取6895。
(13)根据式(8.1)和式(12.1)计算a＝μs-μk，根据式(7.1)和式(11.1)计算b＝FRR-FW，若a<-0.5和/或b<-1500，则表明晶圆W存在滑片风险，且a和b负的程度越大表明滑片风险越高；反之，则不存在滑片风险。
图3所示的实施例提供了一种化学机械抛光装置，包括：
抛光垫200，其表面覆盖有用于对晶圆W进行抛光的抛光垫200；
抛光头100，配置有气膜和保持环；其中，气膜用于将晶圆W按压在抛光垫200上；保持环围绕晶圆W外周设置，用于限定晶圆W的位置；
采集模块，用于获取气膜和保持环的摩擦力矩；
控制装置，用于实现如上述实施例提供的评估方法。
如图3所示，应用于本发明实施例的化学机械抛光设备的主要构成部件包括：用于保持晶圆W并带动晶圆W旋转的抛光头100、覆盖有抛光垫200的抛光盘、用于修整抛光垫200的修整器400、用于提供抛光液的供液部300以及控制装置。
在化学机械抛光过程中，抛光头100将晶圆W按压在抛光盘表面覆盖的抛光垫200上，并且抛光头100做旋转运动以及沿抛光盘的径向往复移动使得与抛光垫200接触的晶圆W表面被逐渐抛除，同时抛光盘旋转，供液部300向抛光垫200表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过抛光头100与抛光盘的相对运动使晶圆W与抛光垫200摩擦以进行抛光。在抛光期间，修整器400用于对抛光垫200表面形貌进行修整和活化。使用修整器400可以移除残留在抛光垫200表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从晶圆W表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫200表面形变进行平整化。
抛光头100包括基座、弹性膜和保持环，弹性膜和保持环均固定在基座的下表面上，环形的保持环位于弹性膜外周且环绕弹性膜设置。弹性膜用于吸附晶圆W并向晶圆W施加下压力，保持环用于将晶圆W保持在弹性膜下方以防止晶圆W滑出。
本发明实施例还提供了一种晶圆W滑片风险的控制装置，其包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如图1所示的评估方法步骤。
其中，控制装置是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(PDA)、智能电视(Smart TV)等。控制装置上一般都安装有操作***，包括但不限于：Windows操作***、LINUX操作***、安卓(Android)操作***、Symbian操作***、Windows mobile操作***以及iOS操作***等等。以上详细罗列了控制装置的具体实例，本领域技术人员可以意识到，控制装置并不限于上述罗列实例。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如图1所示的评估方法步骤。
其中，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
实施例
本实施例提供了一种晶圆W滑片风险的评估方法，具体包括如下步骤：
(1)在设定压力相同的情况下，分别采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；
以半径r＝170mm的圆环上30°角的一点(xh，yh)为例进行如下推导，其他圆环上各点的推导过程相同，不再赘述；
xh和yh分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000141
Figure BDA0003987826710000142
(2)以抛光垫200的圆心作为原点O构建XOY坐标系，抛光头100在抛光垫200上的直线距离和夹角分别为Rh和θh，Rh和θh分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000143
Figure BDA0003987826710000144
(3)抛光头100的转速m＝90，(xh，yh)点的线速度分量分别为vhx和vhy，vhx和vhy分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000145
Figure BDA0003987826710000151
抛光垫200的转速q＝93，抛光垫200上任一点的线速度分量分别为vpx和vpy，vpx和v-y分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000152
Figure BDA0003987826710000153
(4)抛光头100上的(xh，yh)点相对于抛光垫200上的(xp，yp)点的线速度分量分别为vrx和vry，vrx和vry分别采用下式计算：
vrx＝vhx-v-x＝-801.106-1119.978＝-1921.084(mm/min) 式(4.1)；
vry＝vhx-vpx＝1387.557-1433.808＝-46.252(mm/min) 式(4.2)；
抛光头100上的(xh，yh)点相对于抛光垫200上的(xp，yp)点的线速度为vr，vr采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000154
抛光头100上的(xh，yh)点相对于抛光垫200的角速度为θhr，θhr采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000155
(5)保持环所受的平均摩擦力记为fRR，则抛光头100上的(xh，yh)点所受的摩擦力分量分别为f′RRx和f′RRy，f′RRx和f′RRy分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000156
Figure BDA0003987826710000157
抛光头100所受的平均摩擦力分量为
Figure BDA0003987826710000158
和
Figure BDA0003987826710000159
和
Figure BDA00039878267100001510
分别采用下式计算：
Figure BDA00039878267100001511
Figure BDA00039878267100001512
抛光头100所受的合摩擦力分量分别为Sum(fRRx)和Sum(fRRy)，Sum(fRRx)和Sum(fRRy)分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000161
Figure BDA0003987826710000162
(6)抛光头100和抛光垫200之间的偏心距为常数e＝200，抛光头100上的(xh，yh)点所受的摩擦力矩记为MRR，MRR采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000163
抛光头100所受的平均摩擦力矩记为
Figure BDA0003987826710000164
采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000165
抛光头100所受的总合摩擦力矩记为Sumall(MRR)，Sumall(MRR)采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000166
(7)基于式(5.1)-(6.3)，可推导出frR与Sumall(MRR)之间的函数关系；将保持环的平均摩擦力fRR赋值为0.23，经式(5.1)-(6.3)逐步计算后得到总合摩擦力矩Sumall(MRR)为32.015，此时，Sumall(MRR)≈torqueB＝32.04(Nm)；
将fRR＝0.23带入式(5.1)和式(5.2)中，可得：
Figure BDA0003987826710000167
Figure BDA0003987826710000168
将fR′Rx＝0.230N和fR′Ry＝0.006N分别代入式(5.3)和式(5.4)中，可得：
Figure BDA0003987826710000169
将
Figure BDA00039878267100001610
和
Figure BDA00039878267100001611
分别代入式(5.5)和式(5.6)中，可得：
Sum(fRRx)＝896.845(N)，Sum(fRRy)＝0.005(N)；
保持环所受的侧向力FRR≈Sum(fRRx)＝896.845(N)式(7.1)；
(8)保持环和抛光垫200之间的摩擦系数记为μs，μs采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000171
(9)晶圆W所受的平均摩擦力记为fw，晶圆W所受的摩擦力分量分别为f′wx和f′wy，f′wx和f′wy分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000172
Figure BDA0003987826710000173
晶圆W所受的平均摩擦力分量分别为
Figure BDA0003987826710000174
和
Figure BDA0003987826710000175
和
Figure BDA0003987826710000176
分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000177
Figure BDA0003987826710000178
晶圆W所受的合摩擦力分量分别为Sum(fwx)和Sum(fwy)，Sum(fwx)和Sum(fwy)分别采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000179
Figure BDA00039878267100001710
(10)晶圆W所受的平均摩擦力矩为
Figure BDA00039878267100001711
采用下式计算：
Figure BDA00039878267100001712
晶圆W所受的总合摩擦力矩为Sumall(Mw)，Sumall(Mw)采用下式计算：
Figure BDA00039878267100001713
(11)基于式(9.1)-(10.2)，可推导出对fw与Sumall(Mw)之间的函数关系；将气膜的平均摩擦力fw赋值为0.568N，经式(9.1)-(10.2)逐步计算后得到总合摩擦力矩Sumall(Mw)为87.206Nm，Sumall(Mw)≈torqueA＝87.18Nm；
将fw＝0.568N带入式(9.1)和式(9.2)中，可得：
Figure BDA00039878267100001714
Figure BDA00039878267100001715
将f′wx＝0.007N和f′wy＝0.001N分别代入式(9.3)和式(9.4)中，可得：
Figure BDA0003987826710000181
将
Figure BDA0003987826710000182
和
Figure BDA0003987826710000183
分别代入式(9.5)和式(9.6)中，可得：
Sum(fwx)＝6207.189(N)，Sum(fwy)＝0(N)；
晶圆W所受的侧向力FW≈Sum(fwx)＝6207.189(N)式(11.1)；
(12)晶圆W和抛光垫200之间的摩擦系数为μk，μk采用下式计算：
Figure BDA0003987826710000184
(13)根据式(8.1)和式(12.1)计算a＝μs-μk＝0.103-0.904＝-0.801，根据式(7.1)和式(11.1)计算b＝FRR-FW＝896.845-6207.189＝-5310.345，满足a<-0.5，b<-1500，表明晶圆W存在滑片风险。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆滑片风险的评估方法，其特征在于，包括：
S100、采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；
S200、对保持环的平均摩擦力fRR赋值，使总合摩擦力矩等于torqueB，根据fRR计算保持环所受的侧向力FRR和摩擦系数μs；
S300、对气膜的平均摩擦力fw赋值，使总合摩擦力矩等于torqueA，根据fw计算晶圆所受的侧向摩擦力Fw和摩擦系数μk；
S400、定义边界条件a和b，令a＝μs-μk，b＝FRR-FW，若a＜-0.5和/或b＜-1500，则晶圆存在滑片风险。
2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S200包括：
S210、保持环所受的平均摩擦力记为fRR，推导保持环所受的合摩擦力分量和总合摩擦力矩Sumall(MRR)；
S220、对fRR赋值，使得Sumall(MRR)等于torqueB，根据fRR计算保持环所受的侧向力FRR和摩擦系数μs。
3.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，步骤S210包括：
S211、以抛光头的中心为圆心，分别以r＝1、2、3……、n-1、n为半径绘圆，得到n个同心圆环；任一圆环上的θ1角度取一点作为原点O’构建X1O’Y坐标系，则该圆环上的某点坐标可表示为(xh，yh)，xh和yh分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000011
Figure FDA0003987826700000012
S212、以抛光垫的圆心作为原点O构建XOY坐标系，抛光头在抛光垫上的直线距离和夹角分别为Rh和θh，Rh和θh分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000013
若yh＜0，则
Figure FDA0003987826700000014
若yh≥0，则
Figure FDA0003987826700000015
S213、抛光头的转速记为m，抛光头上(xh，yh)点的线速度分量分别为vhx和vhy，vhx和vhy分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000021
Figure FDA0003987826700000022
抛光垫的转速记为q，抛光垫上(xp，yp)点的线速度分量分别为vpx和vpy，vpx和vpy分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000023
Figure FDA0003987826700000024
S214、抛光头上的(xh，yh)点相对于抛光垫上的(xp，yp)点的线速度分量分别为vrx和vry，vrx和vry分别采用下式计算：
vrx＝vhx-vpx；
vry＝vhx-vpx；
抛光头上的(xh，yh)点相对于抛光垫上的(xp，yp)点的线速度为vr，vr采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000025
抛光头上的(xh，yh)点相对于抛光垫上的(xp，yp)点的角速度为θhr，若vry＜0，则
Figure FDA0003987826700000026
若vry≥0，则
Figure FDA0003987826700000027
S215、保持环所受的平均摩擦力记为fRR，则抛光头上的(xh，yh)点所受的摩擦力分量分别为f′RRx和f′RRy，f′RRx和f′RRy分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000028
Figure FDA0003987826700000029
抛光头所受的平均摩擦力分量为
Figure FDA00039878267000000210
和
Figure FDA00039878267000000211
和
Figure FDA00039878267000000212
分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000031
Figure FDA0003987826700000032
抛光头所受的合摩擦力分量分别为Sum(fRRx)和Sum(fRRy)，Sum(fRRx)和Sum(fRRy)分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000033
Figure FDA0003987826700000034
S216、抛光头和抛光垫之间的偏心距为常数e，抛光头上的(xh，yh)点所受的摩擦力矩记为MRR，MRR采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000035
抛光头所受的平均摩擦力矩记为
Figure FDA0003987826700000036
采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000037
抛光头所受的总合摩擦力矩记为Sumall(MRR)，Sumall(MRR)采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000038
4.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，步骤S220包括：
S221、对保持环的平均摩擦力fRR赋值，使得总合摩擦力矩Sumall(MRR)等于torqueB；
S222、根据fRR的值计算得到Sum(fRRx)和Sum(fRRy)，其中，Sum(fRRy)≈0，保持环所受的侧向力FRR≈Sum(fRRx)；
S223、保持环和抛光垫之间的摩擦系数记为μs，μs采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000039
其中，m为保持环的直径，n为晶圆直径；
FRR act＝Frr×SRR×k；
其中，Frr为采集torqueB时设定的保持环的压力，SRR为保持环的实际面积，k为常数，取6895。
5.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S300包括：
S310、晶圆所受的平均摩擦力记为fw，推导晶圆所受的合摩擦力分量和总合摩擦力矩Sumall(Mw)；
S320、对fw赋值，使得Sumall(Mw)等于torqueA，根据fw计算晶圆所受的侧向摩擦力FW和摩擦系数μk。
6.根据权利要求5所述的评估方法，其特征在于，步骤S310包括：
S311、晶圆所受的平均摩擦力记为fw，晶圆所受的摩擦力分量分别为f′wx和f′wy，f′wx和f′wy分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000041
Figure FDA00039878267000000412
S312、晶圆所受的平均摩擦力分量分别为
Figure FDA0003987826700000042
和
Figure FDA0003987826700000043
和
Figure FDA0003987826700000044
分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000045
Figure FDA0003987826700000046
S313、晶圆所受的合摩擦力分量分别为Sum(fwx)和Sum(fwy)，Sum(fwx)和Sum(fwy)分别采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000047
Figure FDA0003987826700000048
S314、晶圆所受的平均摩擦力矩为
Figure FDA0003987826700000049
采用下式计算：
Figure FDA00039878267000000410
S315、晶圆所受的总合摩擦力矩为Sumall(Mw)，Sumall(Mw)采用下式计算：
Figure FDA00039878267000000411
7.根据权利要求5所述的评估方法，其特征在于，步骤S320包括：
S321、对气膜的平均摩擦力fw赋值，使得总合摩擦力矩Sumall(Mw)等于torqueA；
S322、根据fw的值计算得到Sum(fwx)和Sum(fwy)，其中，Sum(fwy)≈0，晶圆所受的侧向力FW≈Sum(fwx)；
S323、晶圆和抛光垫之间的摩擦系数为μk，μk采用下式计算：
Figure FDA0003987826700000051
Figure FDA0003987826700000052
其中，Fw为采集torqueA时设定的气膜的压力，c为气膜的直径，k为常数，取6895。
8.一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括：
抛光垫，其表面覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；
抛光头，配置有气膜和保持环；其中，所述气膜用于将晶圆按压在所述抛光垫上；所述保持环围绕晶圆外周设置，用于限定晶圆的位置；
采集模块，用于获取气膜和保持环的摩擦力矩；
控制装置，用于实现如权利要求1-7任一项所述的评估方法。
9.一种晶圆滑片风险的控制装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述评估方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述评估方法的步骤。
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