CN108214285A - 一种化学机械抛光垫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光垫，包括抛光层和衬底层，所述抛光层通过双面胶带层粘合在衬底层的上表面，所述抛光层从圆心到圆周设置多个同心圆槽，所述同心圆槽由分离圆槽分成内侧区域和外侧区域两部分，所述内侧区域还设置有径向槽，所述径向槽可为直线槽、曲形槽或者螺旋形槽等；解决了现有技术化学机械抛光垫在使用过程中出现的抛光废屑沉积导致抛光液表面输送和分布受到不良影响的技术问题。

Description

一种化学机械抛光垫

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光垫。

背景技术

化学机械抛光制程是集成电路生产过程中非常重要的工艺，此工艺在1980年代最先由美国商用机器公司(IBM)引入半导体工业、用于先端大规模集成电路的生产。在先端大规模集成电路的生产过程中，包括有介电质材料、导电材料和半导电材料等的多种材料被一层一层地沉积在硅晶片的表面，然后有选择性地按一定的图案进行刻蚀从硅晶片表面上去除。在这样依次进行的材料沉积和多余材料去除的过程中，硅晶片的表面变得粗燥、起伏、不平坦，使得下面一层材料的加工变得比较困难、甚至无法按照要求完成。化学机械抛光制程就是将每一次沉积的材料磨除去要求的厚度并使硅晶片表面恢复平整光滑，以便继续进行下一步的工序生产。

现有的化学机械抛光垫的抛光层通常都具有一定的立体图案结构，例如：1、在抛光表面刻出同心圆形状的沟槽，一环一环地从抛光垫中心延伸至抛光垫边缘；2、在抛光垫表面打孔，孔洞按照一定的图案均匀分布覆盖抛光垫的表面；3、在抛光垫表面刻出十字交叉的沿着X方向和Y方向的两个方向的沟槽。这些抛光垫抛光层的沟槽或孔洞结构的功能目的有多种：输送抛光液到达被抛光的硅晶片的表面帮助进行化学机械抛光；传输出硅晶片表面抛光过程中产生的抛光废液、抛光废屑、抛光垫磨损碎屑等；通过一定设计的图案式样和沟槽尺寸，控制和维持硅晶片表面抛光过程中均匀稳定的化学和机械环境，以使得硅晶片的化学机械抛光过程持续稳定地进行。

但是，在化学机械抛光垫的实际应用过程中，随着抛光垫使用时间的增加，会出现抛光废屑、抛光液废屑和抛光垫碎屑排除不畅、沉积在沟槽底部，并逐渐积累甚至堵塞沟槽的问题，这不仅妨碍和破坏了抛光液在抛光垫表面的输送分布，影响到硅晶片的抛光速率和抛光均匀性，导致化学机械抛光垫的早期失效和使用寿命缩短，还会由于抛光碎屑的沉积聚集，从而增大了抛光碎屑与硅晶片抛光表面接触的机会，容易带来更多的硅晶片的抛光缺陷，降低硅晶片产品的良率。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供了一种化学机械抛光垫，解决了现有技术化学机械抛光垫在使用过程中出现的抛光废屑沉积导致抛光液表面输送和分布受到不良影响的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方法如下：包括抛光层和衬底层，所述抛光层通过双面胶带层粘合在衬底层的上表面，所述抛光层从圆心到圆周设置多个同心圆槽，所述同心圆槽由分离圆槽分成内侧区域和外侧区域两部分，所述内侧区域还设置有径向槽，所述径向槽为直线槽、曲形槽或者螺旋形槽。

进一步的，所述分离圆槽为多个同心圆槽中任意一个。

进一步的，所述径向槽包括主径向槽和次径向槽，其中，以同心槽的圆心沿同心圆槽径向排序，则，第一道同心圆槽与分离圆槽通过主径向槽相互连通，第N道同心圆槽与分离圆槽通过次径向槽相互连通；所述主径向槽的沟槽长度大于次径向槽的沟槽长度。

进一步的，所述主径向槽和次径向槽交错分布在内测区域的同心圆槽上，且任意两个相邻的主径向槽和次径向槽之间的圆心角大小均相等。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过在内区域中设置径向槽，所述径向槽可以改进抛光液在抛光过程中的输送和分布以及抛光废屑和废液在抛光过程中的输出和去除，促进抛光液和抛光废屑在抛光层中径向流动，降低和消除抛光废屑在沟槽内沉积，延长抛光垫的使用寿命，还可以保持抛光垫抛光速率曲线和抛光性能的稳定性。

2.本发明中将径向槽分为主径向槽和次径向槽，主径向槽着力将圆心至分离圆槽处产生的抛光废屑和废液输出到外侧区域，次径向槽着力将圆心与分离圆槽之间的抛光废屑和废液排出至外侧区域；主径向槽和次径向槽交错设置，可高效地降低和消除抛光废屑在内测区域内沉积。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为图2中沿A-A轴的剖视图；

图4为图2中沿B-B轴的剖视图。

图中的标号分别表示为：1-抛光层；2-衬底层；3-双面胶带层；4-同心圆槽；5-内侧区域；6-外侧区域；7-分离圆槽；8-径向槽；9-主径向槽；10-次径向槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

本实施例如图1所示，一种化学机械抛光垫，包括抛光层1和衬底层2，所述抛光层1通过双面胶带层3粘合在衬底层2的上表面，所述抛光层1从圆心到圆周设置多个同心圆槽4，所述同心圆槽4由分离圆槽7分成内侧区域5和外侧区域6两部分，所述内侧区域5还设置有径向槽8，所述径向槽8为直线槽、曲形槽或者螺旋形槽。

本发明的使用原理为：将衬底层2的下表面粘接在化学机械抛光机的转动工作盘上，抛光液首先被引导和输送到抛光层1面，然后硅晶片被抛光头压在抛光层1上，对硅晶片底面进行抛光，抛光结束后抛光头升起带着硅晶片脱离与抛光层1面的接触，抛光液供应被暂停，清洗液的供应管被打开，清洗液从供应管末端出口流出落到抛光垫的表面，冲洗抛光垫表面为下一片硅晶片的抛光做好准备；清洗液落在抛光层1表面的位置，清洗液的喷嘴出口大小、方向和流速，抛光垫的旋转方向和旋转速度等共同决定了清洗液在抛光垫表面的流动和分布以及清洗的效果。在一般氧化物抛光制程的生产工艺中，清洗液的主要成分为去离子水，清洗液的落点半径在115-125毫米，分离圆槽7所在位置为清洗液的落点处。

在使用过程中，由于径向槽8和同心圆槽4的设置，化学机械抛光垫可有效的消除抛光废屑在沟槽内的沉积，并且能促进抛光液在抛光层1面均匀分布，保证抛光速率和均匀性的持续稳定，减少化学机械抛光的抛光缺陷；所述衬底层2的硬度低于抛光层1的硬度，在抛光垫使用的全寿命周期过程中维持稳定一致的缓冲功能，实现抛光过程的平稳持续进行。

实施例2

基于实施例1，所述分离圆槽7为多个同心圆槽4中任意一个。

分离圆槽7所在位置为清洗液流到抛光垫表面的位置，由于抛光废屑沉积物主要堆积在内侧区域5，因此可以说明需要着重将内测区域的废屑沉积物排出至外侧区域6，清洗液从内侧区域5边缘流进圆心，在离心力的作用下，可将沉积的碎屑排出内测区域。

实施例3

基于实施例1，所述径向槽8包括主径向槽9和次径向槽10，其中，以同心槽4的圆心沿同心圆槽4径向排序，则，第一道同心圆槽4与分离圆槽7通过主径向槽9相互连通，第N道同心圆槽4与分离圆槽7通过次径向槽10相互连通；所述主径向槽9的沟槽长度大于次径向槽10的沟槽长度。

主径向槽9连通最靠近圆心的一个同心圆槽4至分离圆槽7，可排出从圆心到分离圆槽7段的废屑，而圆心与分离圆槽7之间的废屑堆积量明显会多于圆心的堆积量，因此再设置次径向槽10，可提高中间部分的废屑排出的效率。

实施例4

基于实施例4，所述主径向槽9和次径向槽10交错分布在内测区域5的同心圆槽4上，且任意两个相邻的主径向槽9和次径向槽10之间的圆心角大小均相等。

主径向槽9和次径向槽10交错设置是为了相互配合排出不同部位的废屑沉积物，若将主径向槽9和次径向槽10分别设置于抛光层1的左右两边，会导致抛光层1的左右两边重量不等，旋转时不易掌控速度，难以到达匀速状态；且由于左右两边的径向槽8不同，排废屑效果、速度也不同。

实施例5

基于实施例1，如图2-4所示，一种化学机械抛光垫，包括抛光层1和衬底层2，所述抛光层1通过双面胶带层3粘合在衬底层2的上表面，所述抛光层1从圆心到圆周设置多个同心圆槽4，所述同心圆槽4由分离圆槽7分成内侧区域5和外侧区域6两部分，所述内侧区域5还设置有径向槽8，所述径向槽8为直线槽。

进一步的，所述分离圆槽7为多个同心圆槽4中任意一个。

进一步的，所述径向槽8包括主径向槽9和次径向槽10，其中，以同心槽4的圆心沿同心圆槽4径向排序，则，第一道同心圆槽4与分离圆槽7通过主径向槽9相互连通，第N道同心圆槽4与分离圆槽7通过次径向槽10相互连通；所述主径向槽9的沟槽长度大于次径向槽10的沟槽长度。

进一步的，所述主径向槽9和次径向槽10交错分布在内测区域5的同心圆槽4上，且任意两个相邻的主径向槽9和次径向槽10之间的圆心角大小均相等。

抛光废屑通过径向槽8向外输送的过程受到向外的离心力的推动，流速取决于离心力在径向槽8方向的分力大小、抛光层1的阻力大小以及抛光液的粘连度，离心力在径向槽8方向的分力大小受径向槽8与同心圆槽4的夹角大小的影响，在抛光层1面内侧区域5抛光产生的抛光废屑可以沿着径向槽8的最短输送距离被输送到抛光垫面内侧区域5的边缘位置，然后随去离子水清洗水流的冲洗而被冲离抛光垫表面。

为进一步对本实施例的技术方案做详细说明，下面结合数据并引用具体实施方式做进一步的阐述。

所述同心圆槽4和径向槽8均设置为宽度0.50mm，槽深度1.00mm；所述分离圆槽7位于从圆心向外数的第23道同心圆槽4，所述主径向槽9从最靠进圆心的第一道同心圆槽4连通至分离圆槽7，所述次径向槽10从靠近圆心的第6道同心圆槽4连通至分离圆槽7。

作为对照比较实例，抛光层1面只设置有同心圆状沟槽。

设共有五组实验组，分别标号为实验组1～5，及一个对照组，对照组1～5及对照组进行抛光性能测定，测定时，使用氧化物晶片进行抛光，抛光垫转台的旋转速度是108rpm，氧化物晶片夹持抛光头的旋转速度是93rpm，抛光液的流动速度是120ml/min，清洗液流速是150ml/min。将具有不同抛光层1面沟槽结构的抛光垫放置粘贴在抛光转台上进行抛光，4小时后测定各个抛光垫的抛光性能。

测定标准：用光学薄膜厚度测试仪测试硅晶片抛光前后的氧化硅薄膜的厚度，从厚度差值计算氧化硅的抛光速率，沿硅晶片直径方向扫描测试各位置点的抛光速率得到抛光速率分布曲线，比较初始抛光速率的大小和4小时后抛光速率的大小，差值在2％的范围以内的是比较稳定的抛光速率，差值在2％的范围以外的是抛光速率的稳定性比较差；

用光学显微镜和扫描电子显微镜观察检测抛光垫沟槽结构表面是否有抛光废屑沉积物出现和抛光废屑聚集积累的程度，用“0”表示没有出现明显抛光废屑沉积，“1”表示有轻微明显的废屑沉积，“2”表示有较多的抛光废屑沉积出现。

通过对实验组1～5及对照组进行抛光性能测定，从而得到以下结果：

表1实验组1～5及对照组抛光性能结果表

如表1所示，抛光层1只雕刻有同心圆槽4的对照组在抛光4小时后，在沟槽内出现了较多的抛光废屑沉积物，这些废屑沉积物主要出现在抛光垫表面内侧区域5，抛光废屑沉积度为2；抛光层1在雕刻有同心圆槽4的基础上雕刻有4道主径向槽9的实验组1在抛光4小时后，抛光废屑沉积度为1；抛光层1在雕刻有同心圆槽4的基础上雕刻有4道主径向槽9和4道次径向槽10的实验组2在抛光4小时后，抛光废屑沉积度为0；抛光层1在雕刻有同心圆槽4的基础上雕刻有8道主径向槽9的实验组3在抛光4小时后，抛光废屑沉积度为0；抛光层1在雕刻有同心圆槽4的基础上雕刻有8道主径向槽9和8道次径向槽10的实验组4在抛光4小时后，抛光废屑沉积度为0。

实验结论：

对于内侧区域5设置有径向槽8的抛光垫，抛光废屑沉积程度明显改善和减少，对于在同心圆槽4基础上设置有四条主径向槽9的实验组1的抛光垫，只有轻微的废屑堆积出现；对于其它实验组的抛光垫，沟槽结构表面和沟槽内没有出现明显的抛光废屑沉积。从表1中还可以看出，内侧区域5设置有径向槽8的抛光垫的抛光速率的稳定性也都优于只有同心圆槽4的对照组抛光垫。

如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种化学机械抛光垫，包括抛光层(1)和衬底层(2)，所述抛光层(1)通过双面胶带层(3)粘合在衬底层(2)的上表面，其特征在于，所述抛光层(1)从圆心到圆周设置多个同心圆槽(4)，所述同心圆槽(4)由分离圆槽(7)分成内侧区域(5)和外侧区域(6)两部分，所述内侧区域(5)还设置有径向槽(8)，所述径向槽(8)为直线槽、曲形槽或者螺旋形槽。

2.根据权利要求书1所述的一种化学机械抛光垫，其特征在于，所述分离圆槽(7)为多个同心圆槽(4)中任意一个。

3.根据权利要求书1所述的一种化学机械抛光垫，其特征在于，所述径向槽(8)包括主径向槽(9)和次径向槽(10)，其中，以同心槽(4)的圆心沿同心圆槽(4)径向排序，则，第一道同心圆槽(4)与分离圆槽(7)通过主径向槽(9)相互连通，第N道同心圆槽(4)与分离圆槽(7)通过次径向槽(10)相互连通，所述N为大于1的整数；所述主径向槽(9)的沟槽长度大于次径向槽(10)的沟槽长度。

4.根据权利要求书3所述的一种化学机械抛光垫，其特征在于，所述主径向槽(9)和次径向槽(10)交错分布在内测区域(5)的同心圆槽(4)上，且任意两个相邻的主径向槽(9)和次径向槽(10)之间的圆心角大小均相等。