一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法

2023-06-16 13:26:56

專利名稱：一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法
技術領域：
本發明涉及集成電路晶片超精細加工技術領域，特別涉及一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法。
背景技術：
隨著集成電路製造工藝特徵尺寸的不斷減小，集成電路製造技術遇到了空前挑戰。尤其，在32/28nm以下的主流半導體器件製造過程中，電路表面的平整度是影響光刻聚焦深度水平及良品率的重要因素。因此，如何實現半導體晶片表面超精細加工成為當前集成電路製造中一個的重要技術問題。目前，實現晶片表面超精細加工，使用最廣泛的平坦化技術是化學機械研磨(CMP)技術。如圖1所示，化學機械研磨的裝置是將晶圓吸附在晶圓攜載器上，然後將晶圓按壓在旋轉工作檯表面的研磨墊上，同時向研磨墊輸入含有研磨顆粒和氧化劑等成分的研磨液使晶圓浸在研磨液中。研磨過程中，在化學蝕刻與機械磨削兩種材料移除機制的交互作用下使晶圓達到平坦化。在集成電路製備過程中，由於特徵尺寸的減小直接導致晶片製造過程中出現各種微觀效應，在研磨過程中，化學機械研磨液中用於研磨的大量顆粒，容易因分子間相互作用吸附在晶圓表面上。進而，在研磨過程結束以後，晶圓表面吸附了大量的研磨顆粒，從而影響晶圓表面的平坦化程度 。為了將吸附在晶圓表面上的研磨顆粒清除，通常需要在研磨結束以後利用含有表面活性劑的清洗液對晶圓表面進行清洗。當研磨顆粒物理吸附於晶圓表面時，表面活性劑分子能夠降低晶圓與研磨顆粒間的作用力，使研磨顆粒在晶圓表面的吸附作用減弱，並且，表面活性劑分子還能夠在研磨顆粒和晶圓表面形成緻密的質點保護層，防止研磨顆粒與晶圓表面進一步吸附，最終實現將研磨顆粒從晶圓表面上分離。儘管利用含有高分子表面活性劑的清洗液可以將吸附的研磨顆粒從晶圓表面清除，但在實際利用清洗液來清洗晶圓表面時，清洗液中表面活性劑的種類、大小、濃度、電荷分布等配置因素都會對清洗效果產生很大的影響；並且，不同的加工工藝條件下，由於晶圓材質和研磨液中研磨顆粒的不同，所需清洗液中表面活性劑的配置也不同，因此，如何優化清洗液中表面活性劑的配置，就成為化學機械研磨工藝中清除吸附在晶圓表面的研磨顆粒的重要環節。目前的現有技術中，實驗還是優化清洗液配置的主要手段，一種可行的具體配置過程是:根據表面活性劑種類、大小等因素的經驗值配置清洗液，然後將配置好的清洗液用於化學機械研磨工藝的具體測試實驗，以實驗測量的方法獲得當前配置的清洗液用於清洗晶圓表面研磨顆粒時的清除比例，再綜合考慮研磨顆粒的清除比例和研磨液中表面活性劑的配置參數；如此循環調整，最終得到一種優化配置的清洗液，將該清洗液用於化學機械研磨工藝可以實現研磨顆粒從晶圓表面清除。然而，由於集成電路製造工藝對實驗環境及測量設備要求極高，實驗本身的隨機波動性及工藝漲落等對實驗測量結果的精確程度有較大影響，並且需要不斷重複實驗過程來調整清洗液的配置，因此，為實現研磨後吸附在晶圓表面上的研磨顆粒的清除，完全通過實驗測量手段來優化清洗液配置，工藝成本較高，周期也較長。

發明內容
本發明要解決的問題是提供一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法，以克服現有技術中通過實驗測量方法來優化清洗液中表面活性劑配置所帶來的成本較高、周期較長等問題。為達到上述目的，本發明提供了一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法，所述方法包括以下步驟:步驟A:選定化學機械研磨的工藝條件；步驟B:根據選定的工藝條件，獲取工藝的溫度，獲取晶圓表面的材質作為晶圓特性數據，獲取預設的研磨液中研磨顆粒的種類、濃度作為研磨液配置數據，並獲取預設的清洗液中表面活性劑的種類、大小、濃度作為當前清洗液配置數據；步驟C:根據所述晶圓特性數據、研磨液配置數據和當前清洗液配置數據，利用分子動力學模擬法，獲取與所述當前清洗液配置數據對應的清洗效果數據；步驟D:判斷所述清洗效果數據是否滿足清洗效果標準，如果否，進入步驟E，如果是，進入步驟F ;步驟E:調整所述當前清洗液配置數據，並將調整後的清洗液配置數據作為所述當前清洗液配置數據；進入步驟C ；步驟F:以所述當前清洗液配置數據配置得到清除晶圓表面吸附顆粒的清洗液。

可選的，所述步驟C包括:步驟Cl:根據所述晶圓特性數據，建立晶圓表面晶胞；根據所述當前清洗液配置數據，確定表面活性劑的初始構型；步驟C2:根據所述研磨液配置數據、晶圓表面晶胞以及表面活性劑的初始構型，確定晶圓表面、研磨顆粒及表面活性劑之間相互作用初始模擬體系；步驟C3:確定分子模擬力場；步驟C4:根據工藝溫度、所述初始模擬體系和分子模擬力場，進行化學機械研磨工藝清洗系統分子動力學模擬，計算出研磨顆粒與晶圓表面間的徑向分布函數和體系的溶劑化自由能，並獲取所述研磨顆粒與晶圓表面的徑向分布函數和所述溶劑化自由能作為清洗效果數據。可選的，所述步驟D包括:判斷所述研磨顆粒與晶圓表面間的所有徑向分布函數中，峰值高度小於預設的峰值高度閾值的徑向分布函數所佔比例是否超過預設的清除比例，如果否，進入步驟E，如果是，進入步驟F。可選的，所述步驟D包括:判斷所述研磨顆粒吸附狀態數據中當前研磨體系的溶劑化自由能是否小於預設的自由能閾值，如果否，進入步驟E，如果是，進入步驟F。可選的，所述步驟E包括:調整當前清洗液配置數據中的表面活性劑的種類、大小和濃度電荷分布，並將調整後的清洗液配置數據作為所述當前清洗液配置數據；進入步驟C0可選的，所述步驟F之後還包括:將清洗液配置優化數據，與所述選定的工藝條件的對應關係存儲，所述清洗液優化配置數據對應的清洗效果數據滿足所述清洗效果標準。可選的，所述研磨液配置數據中還包括研磨顆粒的電荷分布，所述當前清洗液配置數據中還包括表面活性劑的電荷分布。可選的，所述步驟F之後還包括:在選定的化學機械研磨工藝條件下，利用以所述研磨液配置數據配置的研磨液對晶圓進行研磨；利用所述優化的清洗液對研磨後的晶圓進行清洗，以清除晶圓表面的研磨顆粒。可選的，所述清洗效果數據中包括研磨顆粒在晶圓表面的空間吸附位點；相應的，所述對研磨後的晶圓進行清洗為:對研磨後的晶圓表面上對應所述空間吸附位點的部分進行清洗。與現有技術相比，本發明具有以下優點:本發明根據選定的工藝條件獲取晶圓特性數據、研磨液配置數據以及當前清洗液配置數據，利用分子動力學模擬法對研磨液中 的研磨顆粒、表面活性劑和晶圓表面的空間分布進行模擬，從而分析得到當前清洗液配置下的清洗效果數據，以此研磨顆粒吸附狀態數據判斷是否滿足清洗效果標準，再根據判斷結果對當前清洗液配置數據進行調整，得到滿足清洗效果標準的目標清洗液配置數據，最後以滿足清洗效果標準的當前清洗液配置數據配置得到清除晶圓表面吸附顆粒的清洗液。這樣，化學機械研磨工藝中清洗液配置的調整和優化，可以利用分子動力學模擬來判別當前配置的清洗液在清洗選定工藝條件下研磨後的晶圓時，吸附在晶圓表面上的研磨顆粒是否能夠被清除，從而使得清洗液配置的優化過程得以簡化，清除晶圓表面研磨顆粒的工藝成本和周期都得以降低。


圖1是現有技術中化學機械研磨的設備構成圖；圖2是本發明一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法一實施例的基本流程圖；圖3是本發明獲取清洗效果數據的一實施例的流程圖；圖4是本發明調整當前清洗液配置數據的一實施例的基本流程圖。
具體實施例方式下面我們將結合附圖，對本發明的最佳實施方案進行詳細描述。首先要指出的是，本發明中用到的術語、字詞及權利要求的含義不能僅僅限於其字面和普通的含義去理解，還包括進而與本發明的技術相符的含義和概念，這是因為我們作為發明者，要適當地給出術語的定義，以便對我們的發明進行最恰當的描述。因此，本說明和附圖中給出的配置，只是本發明的首選實施方案，而不是要列舉本發明的所有技術特性。我們要認識到，還有各種各樣的可以取代我們方案的同等方案或修改方案。如圖2所示的是，本發明化學機械研磨工藝中清洗液配置優化的方法的一實施例的基本流程圖，該方法包括如下步驟:步驟201、選定化學機械研磨的工藝條件:根據所需要研磨的具體晶圓的種類、材質等實際加工信息，選定具體化學機械研磨的工藝條件，如研磨液的流動速率、晶圓和研磨墊的轉速，外部壓力、溫度等。步驟202、根據選定的工藝條件，獲取工藝的溫度，獲取晶圓表面的材質作為晶圓特性數據，獲取預設的研磨液中研磨顆粒的種類、濃度作為研磨液配置數據，並獲取預設的清洗液中表面活性劑的種類、大小、濃度作為當前清洗液配置數據:預設的研磨液中的研磨顆粒的種類、濃度，以及清洗液中高分子表面活性劑分子的種類、大小、濃度等，實際上是根據選定的工藝條件確定的研磨液配置和清洗液配置的實驗或經驗值。在化學機械研磨製程中，對於不同的實際工藝，都有相對應的研磨液、清洗液的配置實驗或經驗值。在本實施例中，需要獲取一種具體的清洗液配置參數作為初始值，以此初始值對清洗液配置進行調整和優化，所以，本步驟中，將根據選定工藝條件確定的清洗液配置的經驗值作為初始值，以便本實施例能夠得以實現。另外，本實施例獲取當前清洗液配置的清洗效果，還需要依據該工藝條件下的研磨液配置數據。需要說明的是，本步驟依據經驗值來獲取當前研磨液和清洗液配置數據可以有多種實施方式。例如，對於預設的配置數據的獲取，可以根據工藝條件在預設的配置資料庫查找並獲取對應的預設配 置數據，該預設配置資料庫儲存有對應工藝條件保存的配置數據的經驗值。可以理解的是，步驟202實際上是根據工藝條件獲取研磨液、清洗液配置的經驗數據，上述的實例只是實施方式的一種，配置數據的經驗值並不是必須存儲在資料庫中，本實施例也可以採用其他獲取配置經驗值的實現方式。在本實施例中，如果研磨顆粒和表面活性劑的分子本身攜帶電荷，則研磨液配置數據還要包括研磨顆粒的電荷分布，當前清洗液配置數據也還要包括表面活性劑的電荷分布。另外，表面活性劑可以為高分子的，也可以為小分子的。在化學機械研磨中，高分子表面活性劑的加入相對於小分子而言，往往具有更好的作用效果，因此，本實施例中的表面活性劑優選為高分子表面活性劑。步驟203、根據所述晶圓特性數據、研磨液配置數據和當前清洗液配置數據，利用分子動力學模擬法，獲取與所述當前清洗液配置數據對應的清洗效果數據:根據所述晶圓特性數據、研磨液配置數據和當前清洗液配置數據，獲取與所述當前清洗液配置數據對應的清洗效果數據，是利用分子動力學模擬法來實現的。該清洗效果數據，包括研磨液中研磨顆粒、高分子表面活性劑分子與晶圓表面分子之間空間分布的一些表徵值。而在本實施例中，對研磨顆粒、表面活性劑分子與晶圓表面分子之間空間分布的表徵，是通過徑向分布函數來實現的。徑向分布函數作為描述體系空間結構的「序參數」，可以深刻揭示活性劑分子之間的概率統計特徵，嚴格表徵研磨顆粒、高分子表面活性劑和晶圓表面之間的溶劑化位壘效應。通過控制表面活性的濃度、電荷分布等可以形成穩定結實的溶劑化空間膜，從而將聚集在晶圓表面的研磨顆粒去除。因此，徑向分布函數的分布特性可以作為晶圓表面顆粒清除效果的重要指標。一般地，根據徑向分布函數的峰值分布，可以判定活性劑分子、研磨顆粒等在晶圓表面出現的位置和機率密度，以及溶劑化膜空間結構的大小和厚度，從而判斷研磨顆粒是否從晶圓表面清除。徑向分布函數的峰值能反映分子間相互作用的強弱、溶劑化膜結構的厚度以及分子間排斥力的大小，因此，根據這些峰值變化特徵即可判斷由於位壘所導致的研磨顆粒在晶圓表面吸附的穩定狀態。一旦研磨液和清洗液多相分散體系發生變化，溶劑化膜結構隨之變化，研磨顆粒在晶圓表面波動，體系徑向分布函數的峰值大小、密度等分布將會發生顯著變化，原有體系穩定分散的熱力學平衡狀態發生改變，因此，可以通過模擬觀測徑向分布函數的峰值變化來表徵研磨顆粒在晶圓表面變化的吸附狀態，進而判斷顆粒是否被清除。另外，通過體系的徑向分布函數，還可以進一步得到體系的溶劑化自由能，溶劑化自由能也能反映分子間相互作用的強弱，因此，通過模擬觀測體系溶劑化自由能的變化也可以表徵研磨顆粒在晶圓表面變化的吸附狀態，從而進一步判斷顆粒是否被清除。基於上述原理，在本實施例中，提供了一種步驟203的具體實施方式
，如圖3所示，包括:步驟301、根據所述晶圓特性數據，建立晶圓表面晶胞；根據所述當前清洗液配置數據，確定表面活性劑的初始構型。根據晶圓特性數據中晶圓表面的材質，確定晶圓表面晶胞的大小及方向，進而建立晶圓表面晶胞。如參數分別為a=b=2.46 A,,c=20.2A,，α=β=90°，γ= 20°。根據當前清洗液配置數據中表面活性劑的種類，確定表面活性劑的分子構型，然後採用smart minimi zer優化方法對該分子構型進行結構優化,得到表面活性劑的初始構型。利用smart minimizer優化方法進行結構優化,具體為對分子構型依次使用最速下降法、共軛梯度法和牛頓法；為了得到更合理的表面活性劑的初始構型，本實施方式中優選對分子構型進行10000步的結構優化。另外，在表面活性劑分子帶有電荷時，確定初始構型時還需要考慮表面活性劑分子的電荷分布。步驟302、根據所述研磨液配置數據、晶圓表面晶胞以及表面活性劑的初始構型，確定晶圓表面、研磨顆粒及表面活性劑之間相互作用初始模擬體系。在確定所述初始模擬體系時，需要根據研磨液配置數據中的研磨顆粒的種類、濃度，將相應數量的相應研磨顆粒置於模擬箱中，此時的研磨顆粒可以認為是研磨後吸附於晶圓表面的部分，一般可以通過實驗檢測獲得；同時，也需要根據表面活性劑的大小、濃度，將具有相應聚合度的相應數量的表面活性劑置於模擬箱中。另外，為了能夠忽略吸附後的活性劑與表面在箱子上方的鏡像之間的相互作用，可以將箱子Z方向的尺寸拉長。這樣，三維周期性邊界條件實際上被轉化為二維周期性邊界，模擬相當於在水平無限大的表面上進行。確定初始模擬體系的一種具體方式可以為:保持晶圓表面在模擬過程中固定不動，選取聚合度為20的親水性高分子表面活性劑鏈和數目為50的研磨顆粒，將體系置於具有三維周期性邊界條件的模擬箱中，並使晶圓表面平行於XY平面；模擬箱Z方向的尺寸拉
長至80 A, ■■步驟303、確定分子模擬力場。本實施方式中，可以米用COMPASS (Condensed-phase Optimized MolecularPotentials for Atomistic Simulation Studies的縮寫)力場來模擬液體狀高分子表面活性劑的溶劑化空間結構和物理吸附位點。COMPASS力場是第一個基於abinitio的力場，它不但能夠模擬孤立分子的結構、振動頻率、熱力學性質等，還能對凝聚態分子利用廣泛的數據對其進行參數化。步驟304、根據工藝溫度、所述初始模擬體系和分子模擬力場，進行化學機械研磨工藝清洗系統分子動力學模擬，計算出研磨顆粒與晶圓表面間的徑向分布函數和體系的溶劑化自由能，並獲取所述研磨顆粒與晶圓表面的徑向分布函數和所述溶劑化自由能作為清洗效果數據。牛頓運動方程需要通過以模擬體系粒子的初始位置和速度為初始條件，不同算法需要不同初始條件，如採用verlet算法則需要兩組坐標來啟動計算，一組零時刻的坐標，一組是前進一個時間步的坐標或者一組零時刻的速度值。另外，在進行分子動力學模擬的時候，還需要工藝溫度來確定使體系達到平衡的溫度。本實施例中分子動力學模擬過程可以採用如下方式:基於模擬體系的周期性邊界條件和最小鏡像原理，使用Amorphous cell模塊，利用表面活性劑的分子構型在800K高溫下進行200ps的NVT模擬，獲得表面活性劑的初始位置和速度，為了使體系能夠儘快的鬆弛，緊接著做一個10000步的結構優化而得到能量最低的初始構型。最後，溫度被降至CMP研磨的工藝溫度，並在此溫度下進行3ns的NVT分子動力學模擬。其中前面的2ns的模擬過程為平衡過程，後面的Ins模擬過程為採樣過程，用這個過程保存的構象來計算表面活性劑、晶圓表面及研磨顆粒間的分布結構和相關性質。整個模擬計算過程中，積分計算步長設為lfs，截斷半徑為12A並考慮了尾部修正，並採用Andersen熱浴控制體系的溫度。基於上述平衡模擬體系，可以計算出表面活性劑與研磨顆粒與晶圓表面間的徑向分布函數和體系的溶劑化自由能。需要說明的是，上述圖3所示的模擬過程，可以直接調用現有計算機軟體的模塊實現，只需按照上述步驟將需要輸入的數據輸入計算機，即可由計算機輸出得到所述的徑向分布函數和溶劑化自由能。另外，以上步驟301 304中所舉實例中的參數設置，如晶胞、表面活性劑和研磨顆粒的相關參數，均是根據實際選定的工藝條件而確定，而並不是必須採用上述實例中的數值。接著返回圖2，在步驟203執行完成之後，執行步驟204。步驟204、判斷所述清洗效果數據是否滿足清洗效果標準，如果否，進入步驟205，如果是，進入步驟206:本實施例中提供了兩種實現步驟204的實施方式。第一種實施方式是以研磨顆粒與晶圓表面間的徑向分布函數的峰值來判斷顆粒的清除效果，具體為:判斷所述研磨顆粒與晶圓表面間的所有徑向分布函數中，峰值高度小於預設的峰值高度閾值的徑向分布函數所佔比例是否超過預設的清除比例，如果否，進入步驟205，如果是，進入步驟206。徑向分布函數的峰值越高說明分子間相互作用力越強，而晶圓表面與研磨顆粒間的分子間相互作用越弱，則說明研磨顆粒與晶圓表面的吸附作用越弱，研磨顆粒就越容易從晶圓表面清除。因此，設定一個閾值，當一個研磨顆粒與晶圓表面間的徑向分布函數的峰值高度保持在這個閾值以下，則對應的當前清洗液配置就能使該研磨顆粒從晶圓表面清除。由此，對於置入模擬箱中的所有研磨顆粒來說，當一定比例的研磨顆粒的徑向分布函數的峰值高度均低於這個閾值時，則說明晶圓表面的研磨顆粒可以被清除乾淨。對於研磨顆粒的清除比例，也可以預先設定一個清除比例閾值來實現對晶圓表面的顆粒清除效果的判斷。

第二種實施方式是以體系的溶劑化自由能來判斷顆粒的清除效果，具體為:判斷所述研磨顆粒吸附狀態數據中當前研磨體系的溶劑化自由能是否小於預設的自由能閾值，如果否，進入步驟205，如果是，進入步驟206。由於研磨體系的溶劑化自由能越低，說明體系中活性劑分子與晶圓表面及研磨顆粒間的相互作用越穩定，也即，研磨顆粒與晶圓表面的吸附作用越容易被表面活性劑破壞。因此，設定一個閾值，使得研磨體系的溶劑化自由能在該閾值以下，則該溶劑化自由能對應的清洗液配置就能使研磨顆粒從晶圓表面清除。在以上的兩個實施方式中，預設的峰值高度閾值和自由能閾值，可以是預先設定固定值，也可以預設一個存儲有對應工藝條件保存的多個閾值的閾值資料庫，然後根據步驟201選定的工藝條件調用對應的閾值。另外，需要說明的是，步驟204中的判斷，通常情況下並不是如上述的兩個實施方式那樣只選取一個徑向分布函數的一個峰值特性值來判斷，或者只以溶劑化自由能來判斷。一般地，在判斷研磨顆粒在晶圓表面的吸附狀態時，需要綜合考慮三種不同的微觀粒子間徑向分布函數的峰值的三個特性值以及體系的溶劑化自由能，需要針對每一個特性值判斷該特性值是否滿足要求，並且將所有特性值的判斷結果做綜合統計分析，最終得出該清洗液對應的體系中研磨顆粒能否從晶圓表面清除的判斷結果。在步驟204完成之後，如果判斷結果為否，則執行步驟205。步驟205、調整所述當前清洗液配置數據，並將調整後的清洗液配置數據作為所述當前清洗液配置數據；進入步驟203。

調整的具體方法，可以使用如下的方式實現:分別對應表面活性劑的種類、大小和濃度等設置對應的資料庫；在調整時，選取資料庫中當前清洗液配置數據的下一個數據，作為調整後的數據；如資料庫中無該當前數據，則將資料庫中第一個數據選取作為調整後的數據，並在選取後將該當前數據保存為資料庫中的第一個數據。如對表面活性劑的種類的調整過程可以為:預先設置一個表面活性劑種類資料庫，當需要調整表面活性劑種類時，則選取表面活性劑種類資料庫中對應該當前清洗液配置數據中的種類數據的下一個種類數據，作為調整後的種類數據。根據上述的方法，本實施例中步驟205可以通過以下實施方式來實現:調整當前清洗液配置數據中的表面活性劑的種類、大小濃度和電荷分布，並將調整後的清洗液配置數據作為所述當前清洗液配置數據；進入步驟203。另外，當表面活性劑攜帶有電荷時，由於當前清洗液配置數據中也需要包括表面活性劑的電荷分布，因此，在步驟205調整當前清洗液配置數據時，也需要調整表面活性劑的電荷分布。需要說明的是，由於步驟205中需要調整的當前清洗液配置數據中有多個數據，雖然可以同時將所有數據都調整完後再返回步驟203重新分析清洗效果數據，但是這種方法並不能將當前清洗液配置中每一個數據都進行優化，所以並不實用。而採用對當前清洗液配置數據的每一個數據都進行單獨調整的方法可以對當前清洗液配置數據中每一個數據都進行優化。單獨調整時，固定其他數據不變，單獨調整後即進入步驟203重新分析清洗效果數據，直到該數據已經滿足清洗效果標準後，再調整當前清洗液配置數據中的下一個數據。下面結合圖4，詳細說明採用對當前清洗液配置數據中每一個數據進行單獨調整的步驟205的一種實施方式:步驟401、調整高分子表面活性劑的種類:固定表面活性劑的濃度、大小和電荷分布，調整表面活性劑的種類，再返回步驟203分析，由步驟204判斷，如不符合清洗效果標準，則繼續調整表面活性劑的種類，直至步驟204判斷滿足清洗效果標準，將得到的表面活性劑的種類作為優化的表面活性劑種類，進入步驟402。步驟402、調整高分子表面活性劑的濃度:固定表面活性劑的大小、電荷分布和優化後的表面活性劑的種類，調整表面活性劑的濃度，再返回步驟203分析，由步驟204判斷，如不符合清洗效果標準，則繼續調整表面活性劑的濃度，直至步驟204判斷滿足清洗效果標準，將得到的表面活性劑的濃度作為優化的表面活性劑濃度，進入步驟403。步驟403、調整高分子表面活性劑的大小:固定表面活性劑的電荷分布和優化後的表面活性劑的種類、濃度，調整表面活性劑的大小，再返回步驟203分析，由步驟204判斷，如不符合清洗效果標準，則繼續調整表面活性劑的大小，直至步驟204判斷滿足清洗效果標準，將得到的表面活性劑的大小作為優化的表面活性劑大小，進入步驟404。步驟404、調整高分子表面活性劑的電荷分布:固定優化後的表面活性劑的種類、濃度和大小，調整表面活性劑的電荷分布，再返回步驟203分析，由步驟204判斷，如不符合清洗效果標準，則繼續調整表面活性劑的電荷分布，直至步驟204判斷滿足清洗效果標準，將得到的表面活性劑的電荷分布作為優化的表面活性劑電荷分布，進入步驟405。 步驟405、將當前清洗液配置數據中的表面活性劑配置數據，更新為優化後的表面活性劑的種類、濃度、大小和電荷分布。針對圖4所示的實施方式，需要說明的是，步驟401至步驟404並不是必須按照圖4所示的順序，對各個數據調整的順序可以沒有限制。

接著返回圖2，在步驟205完成以後，再次進入步驟203分析，經過步驟204的判斷，如果判斷結果為是，進入步驟206。步驟206、以所述當前清洗液配置數據配置得到清除晶圓表面吸附顆粒的清洗液。經過步驟201至205對清洗液配置數據的優化以後，得到的當前清洗液配置數據是符合清洗效果標準要求的，以當前清洗液配置數據來進行清洗液中表面活性劑的配置，並將清洗液用於化學機械研磨工藝中對晶圓表面的清洗，研磨顆粒能夠從晶圓表面清除。除了上述步驟201至206外，為了不再對同樣的工藝條件做重複的優化清洗液配置的過程，本實施例中還可以在步驟205執行完之後，執行如下的步驟:將清洗液配置優化數據，與所述選定的工藝條件的對應關係存儲，所述清洗液優化配置數據對應的清洗效果數據滿足所述清洗效果標準。執行完步驟207後，再遇到已經優化過清洗液配置的工藝條件的時候，步驟202可以直接在清洗液配置資料庫中獲取已經優化的清洗液配置數據，不需要再執行步驟203至205，可以直接執行步驟206來進行化學機械研磨。此外，本實施例在步驟206後，還可以包括:在選定的化學機械研磨工藝條件下，利用以所述研磨液配置數據配置的研磨液對晶圓進行研磨；利用所述優化的清洗液對研磨後的晶圓進行清洗，以清除晶圓表面的研磨顆粒。另外，在步驟203的分子動力學模擬中，除了所述徑向分布函數和溶劑化自由能夕卜，還可以通過計算機輸出得到研磨顆粒在晶圓表面的空間吸附位點。得到空間吸附位點後，對研磨後的晶圓進行清洗時，可以只對應清洗所述空間吸附位點的部分。通過本實施例的技術方案，化學機械研磨工藝中清洗液配置的調整和優化，可以利用分子動力學模擬來判別當前配置的清洗液在清洗選定工藝條件下研磨後的晶圓時，研磨顆粒在晶圓表面是否能夠被清除，從而，清洗液配置的優化過程得以簡化，實現清除晶圓表面研磨顆粒的工藝成本和周期都得以降低。 需要說明的是，在本文中，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的 保護範圍。
權利要求
1.一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法，其特徵在於，所述方法包括: 步驟A:選定化學機械研磨的工藝條件； 步驟B:根據選定的工藝條件，獲取工藝的溫度，獲取晶圓表面的材質作為晶圓特性數據，獲取預設的研磨液中研磨顆粒的種類、濃度作為研磨液配置數據，並獲取預設的清洗液中表面活性劑的種類、大小、濃度作為當前清洗液配置數據； 步驟C:根據所述晶圓特性數據、研磨液配置數據和當前清洗液配置數據，利用分子動力學模擬法，獲取與所述當前清洗液配置數據對應的清洗效果數據； 步驟D:判斷所述清洗效果數據是否滿足清洗效果標準，如果否，進入步驟E，如果是，進入步驟F ； 步驟E:調整所述當前清洗液配置數據，並將調整後的清洗液配置數據作為所述當前清洗液配置數據；進入步驟C ； 步驟F:以所述當前清洗液配置數據配置得到清除晶圓表面吸附顆粒的清洗液。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟C包括: 步驟Cl:根據所述晶圓特性數據，建立晶圓表面晶胞；根據所述當前清洗液配置數據，確定表面活性劑的初始構型； 步驟C2:根據所述研磨液配置數據、晶圓表面晶胞以及表面活性劑的初始構型，確定晶圓表面、研磨顆粒及表面活性劑之間相互作用初始模擬體系； 步驟C3:確定分子模擬力場； 步驟C4:根據工藝溫度、所述初始模擬體系和分子模擬力場，進行化學機械研磨工藝清洗系統分子動力學模擬，計算出研磨顆粒與晶圓表面間的徑向分布函數和體系的溶劑化自由能，並獲取所述研磨顆粒與晶圓表面的徑向分布函數和所述溶劑化自由能作為清洗效果數據。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟D包括:判斷所述研磨顆粒與晶圓表面間的所有徑向分布函數中，峰值高度小於預設的峰值高度閾值的徑向分布函數所佔比例是否超過預設的清除比例，如果否，進入步驟E，如果是，進入步驟F。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟D包括:判斷所述研磨顆粒吸附狀態數據中當前研磨體系的溶劑化自由能是否小於預設的自由能閾值，如果否，進入步驟E,如果是,進入步驟F。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟E包括:調整當前清洗液配置數據中的表面活性劑的種類、大小和濃度電荷分布，並將調整後的清洗液配置數據作為所述當前清洗液配置數據；進入步驟C。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟F之後還包括:將清洗液配置優化數據，與所述選定的工藝條件的對應關係存儲，所述清洗液優化配置數據對應的清洗效果數據滿足所述清洗效果標準。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述研磨液配置數據中還包括研磨顆粒的電荷分布，所述當前清洗液配置數據中還包括表面活性劑的電荷分布。
8.根據權利要求1所 述的方法，其特徵在於，所述步驟F之後還包括: 在選定的化學機械研磨工藝條件下，利用以所述研磨液配置數據配置的研磨液對晶圓進行研磨； 利用所述優化的清洗液對研磨後的晶圓進行清洗，以清除晶圓表面的研磨顆粒。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述清洗效果數據中包括研磨顆粒在晶圓表面的空間吸附位點； 相應的，所述對研磨後的晶圓進行清洗為:對研磨後的晶圓表面上對應所述空間吸附位點的 部分進行清洗。
全文摘要
本發明公開了一種化學機械研磨工藝中晶圓表面清洗液配置的優化方法，包括選定化學機械研磨的工藝條件；根據選定的工藝條件，獲取工藝的溫度、晶圓特性數據、研磨液配置數據和當前清洗液配置數據；根據以上數據，利用分子動力學模擬法，獲取對應的清洗效果數據；判斷所述清洗效果數據是否滿足清洗效果標準，如果否，則調整所述當前清洗液配置數據，並將調整後的清洗液配置數據作為所述當前清洗液配置數據，再返回獲取清洗效果數據的步驟；如果是，則以所述當前清洗液配置數據配置得到清除晶圓表面吸附顆粒的清洗液。通過本發明的技術方案，清洗液配置的優化過程得以簡化，實現清除晶圓表面研磨顆粒的工藝成本和周期都得以降低。
文檔編號B24B37/10GK103231304SQ201310150619
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月26日 優先權日2013年4月26日
發明者徐勤志, 陳嵐 申請人:中國科學院微電子研究所