CN103236397A - 一种化学机械研磨液配置优化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化学机械研磨液配置优化的方法，该方法包括：选定化学机械研磨的工艺条件，并获取研磨液中研磨粒子和高分子表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布作为当前研磨液配置数据；根据当前研磨液配置数据和高分子参考作用点模型获取对应的研磨液分散特性数据；判断研磨液分散特性数据是否满足分散稳定性标准，如果否，则调整当前研磨液配置数据，调整后返回根据当前研磨液配置数据获取研磨液分散数据的步骤；如果是，则以当前研磨液配置数据作为优化数据，并根据优化数据配置得到优化的研磨液。利用本发明提供的方法进行化学机械研磨液配置优化，使得优化过程简化，不仅能保证研磨效果，而且工艺实现的成本会降低，周期会缩短。

Description

一种化学机械研磨液配置优化的方法

技术领域

本发明涉及集成电路芯片的超精细加工技术领域，特别涉及一种化学机械研磨液配置优化的方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺特征尺寸的不断减小，集成电路制造技术遇到了空前挑战。尤其，在32/28nm以下的主流半导体器件制造过程中，电路表面的平整度是影响光刻聚焦深度水平及良品率的重要因素。因此，如何实现半导体芯片表面超精细加工成为当前集成电路制造中一个重要技术问题。目前，实现芯片表面超精细加工，使用最广泛的平坦化技术是化学机械研磨（CMP）技术。

如图1所示，化学机械研磨的装置是将晶圆吸附在晶圆携载器上，然后将晶圆按压在旋转工作台表面的研磨垫上，同时向研磨垫输入含有研磨粒子、氧化剂和表面活性剂等成分的研磨液使晶圆浸在研磨液中。研磨过程中，在化学蚀刻与机械磨削两种材料移除机制的交互作用下使晶圆达到平坦化。

在集成电路制备过程中，由于特征尺寸的减小直接导致芯片制造过程中出现各种微观效应，化学机械研磨液中大量研磨粒子容易因分子间相互作用形成物理吸附。随着时间的增长，突出的颗粒团聚效应将严重影响晶圆表面的平坦化程度，对芯片表面造成很大程度的损伤及缺陷，因此，控制研磨颗粒间的吸附尤为重要。为避免颗粒吸附，通常的手段是在研磨液中加入高分子表面活性剂。由于具有固定的亲水亲油基团且能在溶液表面定向排列，高分子表面活性剂具有较低的临界胶束浓度，可以在研磨粒子周围形成稳定的三维溶剂化膜结构，促使研磨颗粒分散、避免相互吸附。

尽管在研磨液中加入高分子表面活性剂可以使研磨粒子分散而避免相互吸附，但在实际调配研磨液过程中，研磨粒子和表面活性剂的种类、大小、浓度、电荷分布等研磨液配置因素都会对研磨粒子的分散特性产生很大的影响，进而影响化学机械研磨效果。因此，如何优化研磨液中各种成分的配置，尤其是研磨粒子和高分子表面活性剂的配置，就成为化学机械研磨液生产中的重要环节。

目前的现有技术中，实验还是优化研磨液配置的主要手段，具体过程是：根据研磨粒子和表面活性剂种类、大小等因素的经验值配置研磨液，然后将配置的研磨液用于化学机械研磨加工的具体测试实验，以实验测量的方法分析和表征当前配置的研磨液所具有的研磨粒子分散稳定程度及研磨效果，再综合考虑实验得到的研磨粒子分散稳定程度及研磨效果等因素调整研磨液的配置参数；如此循环，最终得到一种优化配置的研磨液，使该研磨液用于化学机械研磨工艺具有良好的研磨效果。

然而，由于集成电路制造工艺对实验环境及测量设备要求极高，实验本身的随机波动性及工艺涨落等对实验测量结果的精确程度有较大影响，并且需要不断重复实验过程来调整研磨液的配置，因此，完全通过实验测量的手段来优化研磨液配置，实现工艺的成本较高，周期也较长。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种化学机械研磨液配置优化的方法，使参与化学机械研磨的研磨粒子不会因团聚效应而损伤研磨效果，且能克服通过现有的实验测量方法来优化研磨液配置所带来的成本较高、周期较长等问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种化学机械研磨液配置优化的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤A：选定化学机械研磨的工艺条件；

步骤B：根据选定的工艺条件，获取预设的研磨液中研磨粒子的种类、大小、浓度及电荷分布和高分子表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布作为当前研磨液配置数据；

步骤C：根据所述当前研磨液配置数据和高分子参考作用点模型获取与所述当前研磨液配置数据对应的研磨液分散特性数据；

步骤D：判断所述研磨液分散特性数据是否满足所述研磨粒子和高分子表面活性剂的空间分布的分散稳定性标准，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F；

步骤E：调整所述当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布和/或高分子表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C；

步骤F：以所述当前研磨液配置数据作为研磨液配置优化数据，并利用研磨液配置优化数据配置得到优化的研磨液。

优选的，所述步骤C包括：

步骤C1：根据所述当前研磨液配置数据中研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布和高分子表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，通过分布函数理论，获取表面活性剂分子的分子内相关函数，以及研磨粒子间、研磨粒子与表面活性剂分子间和表面活性剂分子间的分子间势能函数；

步骤C2：根据所述高分子表面活性剂的分子内相关函数和表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间、研磨粒子间的分子间势能函数，求解高分子参考作用点模型积分方程，获取表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间及研磨粒子间的径向分布函数；

步骤C3：获取所述高分子表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间、以及研磨分子间的径向分布函数的峰值高度、宽度和远度作为当前配置下的研磨液分散特性数据。

优选的，所述求解高分子参考作用点模型理论积分方程包括：将所述高分子参考作用点模型积分方程转化为Fourier矩阵形式，并采用Fourier变换结合修正直接迭代子空间的数值方法进行求解。

优选的，所述步骤D包括：判断所述研磨液分散特性数据中所述高分子表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值远度是否大于预设的峰值远度阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。

优选的，所述步骤D包括：判断所述研磨液分散特性数据中所述研磨粒子与高分子表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值宽度是否大于预设的峰值宽度阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。

优选的，所述步骤D包括：判断所述研磨液分散特性数据中所述研磨粒子间的径向分布函数的峰值高度是否小于预设的峰值高度阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。

优选的，所述步骤E包括：将当前研磨液配置数据中的高分子表面活性剂的种类、大小、浓度和电荷分布固定，调整当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C。

优选的，所述步骤E包括：将当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布固定，调整当前研磨液配置数据中的高分子表面活性剂的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C。

优选的，步骤F之后还包括：将目标研磨液配置数据，与所述选定的工艺条件的对应关系存储在研磨液配置数据库中，所述目标研磨液配置数据对应的研磨液分散特性数据满足所述分散稳定性标准。

优选的，步骤F之后还包括：利用所述优化的研磨液在所述选定化学机械研磨的工艺条件下对晶圆进行研磨。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明根据选定的工艺条件获取当前研磨液配置数据，利用高分子参考点模型对研磨液中粒子空间分布进行表征，从而分析得到当前研磨液配置下的研磨液分散特性数据，以此研磨液分散特性数据判断是否符合空间分布的分散稳定性标准，再根据判断结果对当前研磨液配置数据进行调整，得到满足分散稳定性标准的目标研磨液配置数据，最后将满足分散稳定性标准的当前研磨液配置数据作为研磨液配置优化数据，并利用该研磨液配置优化数据配置得到优化的研磨液。这样，化学机械研磨液配置的调整和优化，可以利用高分子参考作用点模型来判别当前配置的研磨液是否能产生良好的研磨效果，从而，研磨液配置的优化过程得以简化，在具有同样良好的研磨效果的情况下，化学机械研磨液的工艺优化成本和周期都得以降低。

附图说明

图1是现有技术中化学机械研磨的设备构成图；

图2是本发明化学机械研磨液配置优化的方法的一实施例的基本流程图；

图3是本发明获取研磨液分散特性数据的方法的一实施例的流程图；

图4是本发明PRISM积分方程的解法的一实施例的流程图；

图5是本发明求解PRISM方程获取各径向分布函数的步骤的一实施例的流程图；

图6是本发明调整当前研磨液配置数据的一实施例的基本流程图。

具体实施方式

下面我们将结合附图，对本发明的最佳实施方案进行详细描述。首先要指出的是，本发明中用到的术语、字词及权利要求的含义不能仅仅限于其字面和普通的含义去理解，还包括进而与本发明的技术相符的含义和概念，这是因为我们作为发明者，要适当地给出术语的定义，以便对我们的发明进行最恰当的描述。因此，本说明和附图中给出的配置，只是本发明的首选实施方案，而不是要列举本发明的所有技术特性。我们要认识到，还有各种各样的可以取代我们方案的同等方案或修改方案。

如图2所示的是，本发明化学机械研磨液配置优化的方法的一实施例的基本流程图，该方法包括如下步骤：

步骤201、选定化学机械研磨的工艺条件：

根据所需要研磨的具体晶圆的种类、材质等实际加工信息，选定具体化学机械研磨的工艺条件，如研磨液的流动速率、晶圆和研磨垫的转速，外部压力、温度等。

步骤202、根据选定的工艺条件，获取预设的研磨液中的研磨粒子的种类、大小、浓度及电荷分布和高分子表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布作为当前研磨液配置数据：

预设的研磨液中的研磨粒子和高分子表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布等，实际上是根据选定的工艺条件确定的研磨液配置的经验值。在化学机械研磨制程中，对于不同的实际工艺，都有相对应的研磨液配置经验值。在本实施例中，需要获取一种具体的研磨液配置参数作为初始值，以此初始值对研磨液配置进行调整和优化，所以，本步骤中，将根据选定工艺条件确定的研磨液配置的经验值作为初始值，以便本实施例能够得以实现。

需要说明的是，本步骤依据经验值来获取当前研磨液配置数据可以有多种实施方式。例如，对于研磨粒子和表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布这些预设研磨液配置数据的获取，可以通过根据工艺条件在预设研磨液配置数据库查找并获取对应的预设研磨液配置数据，该预设研磨液配置数据库储存有对应工艺条件保存的研磨粒子和表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布的经验值。可以理解的是，本步骤202实际上是根据工艺条件获取研磨液配置的经验数据，上述的实例只是实施方式的一种，研磨液配置数据的经验值并不是必须存储在数据库中，本实施例也可以采用其他获取研磨液配置经验值的实现方式。

步骤203、根据所述当前研磨液配置数据和高分子参考作用点模型获取所述当前研磨液配置数据对应的研磨液分散特性数据：

根据当前研磨液配置数据来获取所述当前研磨液配置数据对应的研磨液分散特性数据，是利用高分子参考作用点模型（PRISM），通过数值计算的方法来实现的。该研磨液分散特性数据，包括研磨液中研磨粒子及高分子表面活性剂分子等微观粒子的空间分布的一些表征值。而在本实施例中，对研磨粒子和表面活性剂的空间分布的表征，是通过径向分布函数来实现的。

径向分布函数作为描述体系空间结构的“序参数”，可以深刻揭示研磨粒子和活性剂分子之间的概率统计特征，严格表征研磨粒子与高分子表面活性剂之间的溶剂化位垒效应。通过控制研磨粒子和表面活性的浓度、电荷分布等可以形成稳定结实的溶剂化空间膜，从而防止由于碰撞引起的颗粒聚结并使之保持悬浮状态。因此，径向分布函数的分布特性可以作为表征研磨粒子分散稳定性的重要指标。一般地，根据径向分布函数的峰值分布，可以判定活性剂分子在研磨粒子周围出现的位置和几率密度，以及溶剂化膜空间结构的大小和厚度，从而识别研磨液中研磨粒子和表面活性剂的分散特性。径向分布函数的峰值能反映分子间相互作用的强弱、溶剂化膜结构的厚度以及分子间排斥力的大小，因此，根据这些峰值变化特征即可判断由于位垒所导致的研磨液中研磨粒子和高分子表面活性剂分子的分散程度及稳定性。一旦研磨液多相分散体系发生变化，研磨粒子出现聚结，体系径向分布函数的峰值大小、密度等分布将会发生显著变化，原有体系稳定分散的热力学平衡状态发生改变，因此，可以通过模拟观测径向分布函数的峰值变化来表征研磨粒子的分散稳定性程度。

基于上述原理，在本实施例中，采用高分子表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间以及研磨粒子间的径向分布函数的峰值高度、宽度和远度，作为研磨液分散特性数据。

下面结合上述对研磨液分散特性数据的说明，详细说明本实施例中步骤203的具体实施方式。步骤203的具体实施方式可以通过如图3所示的流程完成，具体流程包括如下的步骤：

步骤301、根据所述当前研磨液配置数据中研磨粒子的种类、大小、浓度及电荷分布和高分子表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，通过分布函数理论，获取表面活性剂分子的分子内相关函数，以及研磨粒子间、研磨粒子与表面活性剂分子间和表面活性剂分子间的分子间势能函数；

步骤302、根据所述表面活性剂的分子内相关函数和高分子表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间、研磨粒子间的分子间势能函数，求解高分子参考作用点模型积分方程，获取表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间及研磨粒子间的径向分布函数；

步骤303、获取所述高分子表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间、以及研磨粒子间的径向分布函数的峰值高度、宽度和远度作为当前配置下的研磨液分散特性数据。

在步骤302中求解高分子参考作用点模型积分方程时，有多种求解方法。为了降低求解难度、提高计算效率，在求解时，可以将所述高分子参考作用点理论模型积分方程转化为Fourier矩阵形式，并采用Fourier变换结合修正直接迭代子空间的数值方法求解。

此外，为了本领域技术人员对于步骤302中求解PRISM积分方程获取各径向分布函数的过程有更清楚的了解，下面对步骤202做进一步详细说明。

在详细说明步骤302之前，下面先对步骤302中PRISM积分方程的解法做一个详细的说明。下面的求解过程中，为了充分考虑不同基团间的结构参数和能量参数，引入高分子链构象统计理论的生成矩阵法获取表面活性剂的分子内基团间相关函数（下称高分子表面活性剂分子内相关函数）；同时，引入平均力位能，以使求解过程始终建立在体系能量最低的基础上，从而获得自洽的径向分布函数。如图4所示的PRISM解法，具体流程如下：

步骤401、高分子表面活性剂分子内相关函数的求解：

在求解PRISM积分方程时，本实施例中考虑了高分子表面活性剂不同基团的空间位置，包括基团直径、键长、键角，基团间相互作用，包括范得华力、键能、扭转能，用生成矩阵法建立表面活性剂分子内相关函数。

所要求解的PRISM理论模型，主要是建立聚合物分子内和分子间不同相关函数之间的关联，可表示成如下的积分方程形式：

$h\left(r\right)=\∫d{\stackrel{\→}{r}}^{\′}\text{\∫d}{\stackrel{\→}{r}}^{\′\′}\mathrm{\ω}\left(\right|\stackrel{\→}{r}-{\stackrel{\→}{r}}^{\′}\left|\right)C\left(\right|{\stackrel{\→}{r}}^{\′}-{\stackrel{\→}{r}}^{\′\′}\left|\right)\left[\mathrm{\ω}(r^{\′\′}+\mathrm{\ρh}\left(r^{\′\′}\right))\right]---\left(1\right)$

其中，ρ可以通过当前研磨液配置数据中表面活性剂的浓度来获得，C(r)为直接相关函数，ω(r)为分子内相关函数，h(r)为总相关函数，径向分布函数为：g(r)=h(r)+1。

为方便求解式(1)的PRISM积分方程，通常将式(1)转化为Fourier矩阵形式：

$\hat{h}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right)\hat{C}\left(k\right)[\widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right)+\widetilde{\mathrm{\ρ}}\hat{h}\left(k\right)]---\left(2\right)$

为求解方程式(2)，首先需要初始的ω(r)作为输入。根据分布函数理论，分子内任意两基团α、γ之间相关函数可表示成：

${\widehat{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α\γ}}\left(k\right)=\frac{\sin \left(B_{\mathrm{\α\γ}}k\right)}{B_{\mathrm{\α\γ}}k}{e}^{-A_{\mathrm{\α\γ}}^2{k}^2}---\left(3\right)$

式（3）中：

$A_{\mathrm{\α\γ}}^2=\⟨r_{\mathrm{\α\γ}}^2\⟩(1-C_{\mathrm{\α\γ}})/6;B_{\mathrm{\α\γ}}^2=C_{\mathrm{\α\γ}}\⟨r_{\mathrm{\α\γ}}^2\⟩;C_{\mathrm{\α\γ}}^2=\frac{1}{2}(5-3\frac{\⟨r_{\mathrm{\α\γ}}^4\⟩}{{\⟨r_{\mathrm{\α\γ}}^2\⟩}^2})---\left(4\right)$

上述式(4)中，

和

分别为二阶矩和四阶矩。在本实施例中，根据当前研磨液配置数据中表面活性剂的种类，通过采用高分子链构象统计理论的生成矩阵法可以获得

和从而通过式(3)和(4)，可以计算高分子表面活性剂分子链内任意基团间的分子内相关函数

步骤402、引入超网链近似：

所引入的超网链近似如下：

h(r)=exp[-u(r)/kT+h(r)-c(r)]-1         (5)式(5)中，u(r)为分子间势能函数。这里的分子间势能是根据当前研磨液配置数据中研磨粒子和表面活性剂分子的种类、基团能量参数（由种类可确定）、温度和电荷分布等获得的。

步骤403、引入由泛函变分得到的平均力位能：

根据微扰理论，体系的能量可表示成如下的Taylor展开形式：

$\mathrm{\βF}=F_{\mathrm{ref}}+\underset{\mathrm{\α}>\mathrm{\γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{dr}\frac{\mathrm{\δ\βF}}{\mathrm{\δ}{f}_{\mathrm{\α\γ}}\left(r\right)}\×[f_{\mathrm{\α\γ}}\left(r\right)-f_{\mathrm{\α\γ}}^{\mathrm{ref}}\left(r\right)]---\left(6\right)$

式(6)中F为体系的Helmholtz自由能，下标ref表示参考态，参考态可以取硬球形式。f_αγ(r)为Mayor函数。经过泛函变分，求解最低能量体系，可以获得：

$\∫r^2\mathrm{\ω}\left(r\right)\mathrm{dr}\{-1+\exp [-\mathrm{\βW}\left(r\right)+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{bond}}\left]\right\}+\frac{1}{2}\∫r^2\mathrm{\ω}\left(r\right)\{-1+H(r-\mathrm{\σ})\exp [-\mathrm{\βW}\left(r\right)\left]\right\}=0---\left(7\right)$

式(7)中H(r)为阶梯函数。此外，平均力位能还可由直接相关函数和结构因子获得，具体表示为：

$\mathrm{\β}{\hat{W}}_{\mathrm{\α\γ}}\left(k\right)=-\underset{\mathrm{ij}}{\mathrm{\Σ}}{\hat{C}}_{\mathrm{\αi}}\left(k\right)\widetilde{\mathrm{\ρ}}{\hat{S}}_{\mathrm{ij}}\left(k\right){\hat{C}}_{\mathrm{j\γ}}\left(k\right)---\left(8\right)$

式(7)和(8)中，

(k)即为平均力位能，

(k)为结构因子，可通过直接相关函数和总相关函数计算求解：

$\hat{S}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right)+\mathrm{\ρ}\hat{h}\left(k\right)=(I-\mathrm{\ρ}\widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right)\hat{C}{\left(k\right))}^{-1}\widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right))---\left(9\right)$

进一步地，基团间的相互作用力场u(r)可以更新为U(r)：

U(r)=u(r)+W(r)          (10)

步骤404、求解PRISM方程：

将式(3)和(4)得到的分子内相关函数

(k)求平均后代入式(1)的积分方程中，再将得到的式(1)与上述的式(5)以及式(7)～(10)联立，可以求解自洽PRISM方程，得到自洽的各个径向分布函数。

由于上述方程为非线性积分方程组，因此，采用Fourier变换结合修正直接迭代子空间等数值方法求解，可以大大提高计算效率。

此外，图4所示的PRISM解法是一个完整自洽的求解过程，但对于具体不同分子间的PRISM方程解出径向分布函数的过程，可以不必都包括图4中的所有步骤。

在对步骤302中PRISM方程的解法做了详细说明之后，下面详细说明利用图4所示的PRISM解法来实现步骤302的具体流程。在本实施例中，基于图4所示的PRISM方程解法，考虑研磨粒子与表面活性剂分子间相互作用，在步骤302中使用如下PRISM方程：

$\mathrm{\ρ}\hat{h}\left(k\right)\mathrm{\ρ}=\mathrm{\ρ}\widehat{\mathrm{\Ω}}\left(k\right)\hat{c}\left(k\right)[\mathrm{\ρ}\widehat{\mathrm{\Ω}}\left(k\right)+\mathrm{\ρ}\hat{h}\left(k\right)\mathrm{\ρ}]---\left(11\right)$

基于式(11)的PRISM方程，步骤302的具体流程如图5所示，包括如下步骤：

步骤501、获取高分子表面活性剂分子间计算参数：

根据当前研磨液配置数据，通过表面活性剂的分子几何结构及能量参数获取表面活性剂的分子内相关函数；通过表面活性剂的基团能量参数、温度及电荷分布等，获取表面活性剂的分子间势能；通过表面活性剂的浓度，获取表面活性剂的分子数密度ρ。

步骤502、获取研磨粒子与高分子表面活性剂分子间的计算参数：

根据当前研磨液配置数据，通过研磨粒子和表面活性剂的能量参数、温度及电荷分布等，获取研磨粒子与表面活性剂的分子间势能；通过研磨粒子的浓度，获得研磨粒子的分子数密度ρ。

步骤503、获取研磨粒子间的计算参数：

根据当前研磨液配置数据，通过研磨粒子的能量参数、温度及电荷分布等，获取研磨粒子间势能。

步骤504、获取表面活性剂分子之间、研磨粒子与表面活性剂分子之间以及研磨粒子之间的径向分布函数：

根据上述步骤501得到的表面活性剂的分子内相关函数、分子间势能和ρ，步骤502得到的研磨粒子与表面活性剂的分子间势能、研磨粒子的分子数密度ρ及步骤503得到的研磨粒子间势能，通过步骤401至404，求解(11)式，获得表面活性剂分子之间、研磨粒子与表面活性剂分子之间以及研磨粒子之间的径向分布函数。

接着返回图2，在步骤203执行完成之后，执行步骤204。

步骤204、判断所述研磨液分散特性数据是否满足所述研磨粒子和表面活性剂的空间分布的分散稳定性标准，如果否，进入步骤205，如果是，进入步骤206：

由于在本实施例中，步骤203中是以表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间、以及研磨粒子间的径向分布函数的峰值高度、宽度和远度作为当前配置下的研磨液分散特性数据，所以，本实施例中步骤204中的分散稳定性标准也是针对各径向分布函数的峰值高度、宽度和远度的标准，以此来判断当前研磨液中研磨粒子和表面活性剂的配置是否能使研磨液具有良好的分散稳定性，从而使化学机械研磨工艺具有良好的研磨效果。

下面详细说明步骤204的实施方式。对应径向分布函数的峰值高度、宽度和远度，本实施例中提供三种步骤204的具体实施方式。

步骤204的第一种实施方式是以高分子表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值远度来判断研磨液是否具有良好的分散稳定性，该方式具体为：判断所述研磨液分散特性数据中所述表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值远度是否大于预设的峰值远度阈值，如果否，进入步骤205，如果是，进入步骤206。

由于径向分布函数的峰值越远说明分子间排斥力越大，而表面活性剂分子间排斥力越大，则说明研磨液的分散性越能保持稳定。因此，设定一个阈值，使得表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值远度达到这个阈值以上，则该径向分布函数对应的研磨液配置就能使研磨液分散稳定性达到要求。

步骤204的第二种实施方式是以研磨粒子与高分子表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值宽度来判断研磨液是否具有良好的分散稳定性，该方式具体为：判断所述研磨液分散特性数据中所述研磨粒子与表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值宽度是否大于预设的峰值宽度阈值，如果否，进入步骤205，如果是，进入步骤206。

由于径向分布函数的峰值越宽说明溶剂化膜结构越厚，而研磨粒子与高分子表面活性剂分子间的溶剂化膜结构越厚，则说明研磨液的分散性越能保持稳定。因此，设定一个阈值，使得研磨粒子与表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值宽度达到这个阈值以上，则该径向分布函数对应的研磨液配置就能使研磨液分散稳定性达到要求。

步骤204的第三种实施方式是以研磨粒子间的径向分布函数的峰值高度来判断研磨液是否具有良好的分散稳定性，该方式具体为：判断所述研磨液分散特性数据中所述研磨粒子间的径向分布函数的峰值高度是否小于预设的峰值高度阈值，如果否，进入步骤205，如果是，进入步骤206。

径向分布函数的峰值越高说明分子间相互作用力越强，而研磨粒子间的分子间相互作用越弱，则说明研磨液的分散性越能保持稳定。因此，设定一个阈值，使得研磨粒子的径向分布函数的峰值高度保持在这个阈值以下，则该径向分布函数对应的研磨液配置就能使研磨液分散稳定性达到要求。

在以上的三个实施方式中，预设的峰值远度阈值、宽度阈值和高度阈值，可以是预先设定一个固定值，也可以预设一个存储有对应工艺条件保存的多个峰值阈值的峰值阈值数据库，然后根据步骤201选定的工艺条件调用对应的峰值阈值。

另外，需要说明的是，步骤204中的判断，通常情况下并不是如上述的三个实施方式那样只选取一个径向分布函数的一个峰值特性值来判断。一般地，在判断研磨液中研磨粒子分散稳定性时，需要综合考虑三种不同的微观粒子间径向分布函数的峰值的三个特性值，需要针对每一个特性值判断该特性值是否满足要求，并且将所有特性值的判断结果做综合统计分析，最终得出该研磨液体系的研磨粒子稳定性是否符合要求的判断。

在步骤204完成之后，如果判断结果为否，则执行步骤205。

步骤205、调整所述当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度及电荷分布和/或表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤203。

调整的具体方法，可以使用如下的方式实现：分别对应研磨粒子和表面活性剂的种类、大小、浓度和电荷分布设置对应的数据库；在调整时，选取数据库中当前研磨液配置数据的下一个数据，作为调整后的数据；如数据库中无该当前数据，则将数据库中第一个数据选取作为调整后的数据，并在选取后将该当前数据保存为数据库中的第一个数据。如对研磨粒子的种类的调整过程可以为：预先设置一个研磨粒子种类数据库，当需要调整研磨粒子种类时，则选取研磨粒子种类数据库中对应该当前研磨液配置数据中的种类数据的下一个种类数据，作为调整后的种类数据。

在本实施例中，为步骤205提供了两种优选的实施方式。

第一种实施方式是只调整当前研磨液配置数据中的研磨粒子的相关数据，具体实施过程为：将当前研磨液配置数据中的高分子表面活性剂的种类、大小、浓度和电荷分布固定，调整当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤203。

第二种实施方式是只调整当前研磨液配置数据中的高分子表面活性剂的相关数据，具体实施过程为：将当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布固定，调整当前研磨液配置数据中的表面活性剂的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤203。

另外，除了以上的两种实施方式，通常情况下，当前研磨液配置数据中研磨粒子和高分子表面活性剂的相关数据都需要调整。具体地，可以将上述的两个实施方式合并在一起来实施。

需要说明的是，由于步骤205中需要调整的当前研磨液配置数据中有多个数据，虽然可以同时将所有数据都调整完后再返回步骤203重新分析分散稳定性，但是这种方法并不能将当前研磨液配置中每一个数据都进行优化，所以并不实用。而采用对当前研磨液配置数据的每一个数据都进行单独调整的方法可以对当前研磨液配置数据中每一个数据都进行优化。单独调整时，固定其他数据不变，单独调整后即进入步骤203重新分析分散稳定性，直到该数据已经满足分散稳定性标准后，再调整当前研磨液配置数据中的下一个数据。

下面结合图6，详细说明采用对当前研磨液配置数据中每一个数据进行单独调整的步骤205的一种实施方式：

步骤601、调整研磨粒子的种类：固定当前配置数据中高分子表面活性剂配置数据及研磨粒子浓度、大小、电荷分布，调整研磨粒子的种类，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整研磨粒子的种类，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的研磨粒子种类作为优化的研磨粒子种类，进入步骤602。

步骤602、调整研磨粒子的浓度：固定高分子表面活性剂配置数据、研磨粒子大小、电荷分布、以及优化的研磨粒子种类，调整研磨粒子的浓度，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整研磨粒子的浓度，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的研磨粒子浓度作为优化的研磨粒子浓度，进入步骤603。

步骤603、调整研磨粒子的大小：固定高分子表面活性剂配置数据、研磨粒子电荷分布、以及优化的研磨粒子种类、浓度，调整研磨粒子的大小，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整研磨粒子的大小，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的研磨粒子大小作为优化的研磨粒子大小，进入步骤604。

步骤604、调整研磨粒子的电荷分布：固定高分子表面活性剂配置数据、以及优化的研磨粒子种类、浓度和大小，调整研磨粒子的电荷分布，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整研磨粒子的电荷分布，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的研磨粒子电荷分布作为优化的研磨粒子电荷分布，进入步骤605。

步骤605、调整高分子表面活性剂的种类：固定表面活性剂的浓度、大小和电荷分布、以及优化的研磨粒子配置数据，调整表面活性剂的种类，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整表面活性剂的种类，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的表面活性剂的种类作为优化的表面活性剂种类，进入步骤606。

步骤606、调整高分子表面活性剂的浓度：固定表面活性剂的大小和电荷分布、以及优化的研磨粒子配置数据和表面活性剂的种类，调整表面活性剂的浓度，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整表面活性剂的浓度，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的表面活性剂的浓度作为优化的表面活性剂浓度，进入步骤607。

步骤607、调整高分子表面活性剂的大小：固定表面活性剂的电荷分布、以及优化的研磨粒子配置数据和表面活性剂的种类、浓度，调整表面活性剂的大小，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整表面活性剂的大小，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的表面活性剂的大小作为优化的表面活性剂大小，进入步骤608。

步骤608、调整高分子表面活性剂的电荷分布：固定优化的研磨粒子配置数据和表面活性剂的种类、浓度和大小，调整表面活性剂的电荷分布，再返回步骤203分析，由步骤204判断，如不符合分散稳定性标准，则继续调整表面活性剂的电荷分布，直至步骤204判断满足分散稳定性标准，将得到的表面活性剂的电荷分布作为优化的表面活性剂电荷分布，进入步骤609。

步骤609、将当前研磨液配置数据中的数据，更新为优化后的研磨粒子和表面活性剂的种类、浓度、大小和电荷分布。

针对图6所示的实施方式，需要说明的是，步骤601至步骤608并不是必须按照图6所示的顺序，对各个数据调整的顺序可以没有限制。

接着返回图2，在步骤205完成以后，再次进入步骤203分析，经过步骤204的判断，如果判断结果为是，进入步骤206。

步骤206、以所述当前研磨液配置数据作为研磨液配置优化数据，并利用研磨液配置优化数据配置得到优化的研磨液。：

经过步骤201至205对研磨液配置数据的优化以后，得到的当前研磨液配置数据是符合分散稳定性标准要求的，以当前研磨液配置数据来进行研磨液中研磨粒子和高分子表面活性剂的配置，配置完成后，可以得到研磨粒子不容易团聚的研磨液。

除了上述步骤201至206外，为了不再对同样的工艺条件做重复的优化研磨液配置的过程，本实施例中还可以在步骤205执行完之后，执行如下的步骤207：将目标研磨液配置数据，与所述选定的工艺条件的对应关系存储在研磨液配置数据库中，所述目标研磨液配置数据对应的研磨液分散特性数据满足所述分散稳定性标准。

执行完步骤207后，再遇到已经优化过研磨液配置的工艺条件的时候，步骤202可以直接在研磨液配置数据库中获取已经优化的研磨液配置数据，不需要再执行步骤203至205，可以直接执行步骤206来进行化学机械研磨。

此外，本实施例在步骤206后，还可以包括：利用所述优化的研磨液在所述选定化学机械研磨的工艺条件下对晶圆进行研磨。以此，来实现利用优化后的研磨液进行化学机械研磨加工。

通过本实施例的技术方案，根据选定的工艺条件获取的当前研磨液配置数据，利用高分子参考点模型对研磨液中研磨粒子及高分子表面活性剂的空间分布进行表征，从而分析得到当前研磨液配置下的研磨粒子分散特性数据，以此分散特性数据判断是否符合空间分布的分散稳定性标准，再根据判断结果对当前研磨液配置数据进行调整，得到满足分散稳定性标准的当前研磨液配置数据，最后按满足分散稳定性标准的当前研磨液配置数据配置研磨液，并利用配置优化的研磨液对晶圆进行研磨。这样，研磨液配置的调整和优化，可以通过利用理论表征进行数值计算的方法来实现研磨液的配置优化，从而，在具有同样良好的研磨效果的情况下，研磨液配置优化成本和周期都会降低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨液配置优化的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤A：选定化学机械研磨的工艺条件；

步骤B：根据选定的工艺条件，获取预设的研磨液中研磨粒子的种类、大小、浓度及电荷分布和高分子表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布作为当前研磨液配置数据；

步骤C：根据所述当前研磨液配置数据和高分子参考作用点模型获取与所述当前研磨液配置数据对应的研磨液分散特性数据；

步骤D：判断所述研磨液分散特性数据是否满足所述研磨粒子和高分子表面活性剂的空间分布的分散稳定性标准，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F；

步骤E：调整所述当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布和/或高分子表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C；

步骤F：以所述当前研磨液配置数据作为研磨液配置优化数据，并利用研磨液配置优化数据配置得到优化的研磨液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

步骤C1：根据所述当前研磨液配置数据中研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布和高分子表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，通过分布函数理论，获取表面活性剂分子的分子内相关函数，以及研磨粒子间、研磨粒子与表面活性剂分子间和表面活性剂分子间的分子间势能函数；

步骤C2：根据所述高分子表面活性剂的分子内相关函数和表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间、研磨粒子间的分子间势能函数，求解高分子参考作用点模型积分方程，获取表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间及研磨粒子间的径向分布函数；

步骤C3：获取所述高分子表面活性剂分子间、研磨粒子与表面活性剂分子间、以及研磨分子间的径向分布函数的峰值高度、宽度和远度作为当前配置下的研磨液分散特性数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述求解高分子参考作用点模型理论积分方程包括：将所述高分子参考作用点模型积分方程转化为Fourier矩阵形式，并采用Fourier变换结合修正直接迭代子空间的数值方法进行求解。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括：判断所述研磨液分散特性数据中所述高分子表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值远度是否大于预设的峰值远度阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括：判断所述研磨液分散特性数据中所述研磨粒子与高分子表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值宽度是否大于预设的峰值宽度阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括：判断所述研磨液分散特性数据中所述研磨粒子间的径向分布函数的峰值高度是否小于预设的峰值高度阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤E包括：将当前研磨液配置数据中的高分子表面活性剂的种类、大小、浓度和电荷分布固定，调整当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C。

8.根据权利要求2所述的方法，所述步骤E包括：将当前研磨液配置数据中的研磨粒子的种类、大小、浓度和电荷分布固定，调整当前研磨液配置数据中的高分子表面活性剂的种类、大小、浓度和电荷分布，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于，步骤F之后还包括：将目标研磨液配置数据，与所述选定的工艺条件的对应关系存储在研磨液配置数据库中，所述目标研磨液配置数据对应的研磨液分散特性数据满足所述分散稳定性标准。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于，步骤F之后还包括：利用所述优化的研磨液在所述选定化学机械研磨的工艺条件下对晶圆进行研磨。

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