CN112720282B - 一种抛光垫 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抛光垫，包括研磨层，研磨层与直径为Dw的被研磨材料直接接触，所述研磨层包括至少两个同心圆沟槽，定义最内侧的同心圆沟槽为第一同心圆，最外侧的同心圆沟槽为第二同心圆；第一同心圆和第二同心圆界定多个研磨区域，由圆心到研磨层边缘三个研磨区的宽度依次为W1,W2,W3，其中第二研磨区宽度W2满足：W2＝0.8Dw‑0.995Dw；本发明通过对抛光垫的不同研磨区及其沟槽的相关参数以及研磨层，缓冲层物性参数进行综合设计，使得本发明的抛光垫具有优异的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种抛光垫，具体涉及一种具有精心设计的研磨层和缓冲层物性参数及表面沟槽结构的抛光垫，用于对被研磨材料的化学机械抛光。
背景技术
在集成电路、其他电子器件和光学材料的制造加工过程中，会涉及到很多材料的抛光、减薄或者平坦化处理，其中应用最多的就是化学机械抛光。化学机械抛光的作用原理是在固定的抛光机台上，将研磨液作用与抛光垫上，抛光垫与被研磨材料表面接触，会发生化学反应，同时，抛光垫和被研磨材料在机台上做旋转运动，产生剪切的机械作用，化学作用和机械作用一起对被研磨材料进行抛光处理，以形成期望的图案结构。
因此抛光液的流动及分布、沟槽产生的机械作用力的分布等对化学机械抛光垫的性能具有决定的作用，另一方面，不同的图案和材质的配合，对以上这些因素的作用会有不同要求，而现有技术针对其沟槽图案与抛光垫材质的结合也未进行相关研究。针对抛光垫材质及沟槽结构，人们进行了很多尝试，但在研磨速率、不均一性、缺陷率、凹陷及侵蚀等方面，还未能得到综合性能较优的抛光垫。
公开号为CN102498549A的中国专利公开了一种具有同心圆沟槽结构的抛光垫，该抛光垫针对同心圆沟槽的宽度WG及搭接表面WL的比例关系进行了研究，但是该抛光垫的沟槽占比过大，容易导致抛光速率的降低。
公开号为CN105793962B的中国专利公开了一种具有偏置的同心凹槽图案的抛光垫，该抛光垫包含凹槽区域及排除区域的抛光垫，排除区域不含有凹槽，但是排除区域的目的是减少抛光垫边缘的缺陷，进而改善被抛光基板的刮痕，没有公开外周表面的具体参数与抛光性能的关系，也没有公开如何解决抛光不均一性的问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种抛光垫，包括研磨层，所述研磨层的硬度范围为50-65D，密度范围为0.65-0.85g/cm3，压缩率范围为0.001-0.05；所述研磨层与直径为Dw的被研磨材料直接接触，所述研磨层包括至少两个同心圆沟槽，定义最内侧的同心圆沟槽为第一同心圆，最外侧的同心圆沟槽为第二同心圆；第一同心圆和第二同心圆界定多个研磨区域，定义在半径方向上，第一同心圆最内侧与研磨层中心的距离为W1，第二同心圆最外侧与研磨层边缘的距离为W3，研磨层的半径为R，其中：
第一研磨区，其具有第一同心圆内部区域，其宽度为W1；
第二研磨区，其具有所述第一同心圆与所述第二同心圆之间的区域，其宽度W2＝R-W1-W3；
第三研磨区；其具有所述第二同心圆与所述研磨层边缘之间的区域，其宽度为W3；
所述第二研磨区宽度W2满足：W2＝0.8Dw-0.995Dw，W2/P的范围为70-380，
W2/R的范围为0.62-0.77；
所述第二研磨区同心圆沟槽的宽度为Wa，沟槽间距为P，Wa/P的范围为0.05-0.35；
所述W1/R的范围为0.11-0.33，W3/R的范围为0.05-0.12；
所述抛光垫还包括缓冲层，所述缓冲层的硬度范围为60-85A，密度范围为0.26-0.4g/cm3，压缩率范围为0.03-0.12。
根据本发明的一种实施方式，W3/R的范围为0.06-0.1。
根据本发明的一种实施方式，沟槽宽度Wa的范围为0.1-0.6mm，优选为0.2-0.55mm。
根据本发明的一种实施方式，W2/P的范围为70-200。
根据本发明的一种实施方式，所述研磨层与缓冲层的硬度差范围为29-45.5D，密度差范围为0.32-0.46g/cm3，压缩率差的绝对值范围为0.025-0.089。
根据本发明的一种实施方式，所述第三研磨区还包括第三沟槽，所述第三沟槽的外侧端与研磨层边缘连接，第三沟槽的内侧端设置在第三区域内部，不与第二区域的同心圆沟槽相连，所述第三沟槽的个数为2*K，1≤K≤48，K为整数。
根据本发明的一种实施方式，所述第三沟槽的总面积Sb与所述第二区域同心圆沟槽的总面积Sa满足：0.01≤Sb/Sa≤0.2。
根据本发明的一种实施方式，所述第三沟槽为直线，所述第三沟槽的长度为Lb，0.50W3≤Lb≤0.99W3，所述第三沟槽的宽度为Wb，Wb的范围为0.5-6mm。
根据本发明的一种实施方式，W2/P的范围为70-200，W3/R的范围为0.06-0.10。
根据本发明的一种实施方式，所述研磨层的硬度范围为54-64D，密度范围为0.67-0.73g/cm3，压缩率范围为0.001-0.025。
根据本发明的一种实施方式，所述缓冲层的硬度范围为67-77A，密度范围为0.27-0.35g/cm3，压缩率范围为0.05-0.09。
根据本发明的一种实施方式，所述研磨层与缓冲层的硬度差范围为35-45D，密度差范围为0.35-0.43g/cm3。
根据本发明的一种实施方式，所述第三沟槽的总面积Sb与所述第二区域同心圆沟槽的总面积Sa满足：0.02≤Sb/Sa≤0.1。
根据本发明的一种实施方式，所述第三沟槽为直线，所述第三沟槽的长度为Lb，0.80W3≤Lb≤0.95W3，所述第三沟槽的宽度为Wb，Wb的范围为2.5-4.5mm。
根据本发明的一种实施方式，所述第三沟槽的深度Db与第二区域同心圆沟槽的深度Da的比值，即Db/Da的范围为0.5-1.5。
根据本发明的一种实施方式，所述第三沟槽的总体积Vb与第二区域同心圆沟槽的总体积Va之比的范围为0.005-0.3。
根据本发明的一种实施方式，所述第三沟槽的总体积Vb与第二区域同心圆沟槽的总体积Va之比的范围为0.01-0.15。
根据本发明的一种实施方式，本发明抛光垫的抛光层还任选地包括终点检测窗口，优选检测窗口是结合至抛光层中的整体性窗口。
以上具体实施方式，只是在本发明的技术构思上进行的具体说明，不能理解为将本发明限制为这些实施方式。
本发明的有益效果在于：
通过对研磨层、缓冲层的物性参数的设计，并结合对研磨层的不同研磨区及其沟槽的尺寸的设计，得到一种综合性能优异的抛光垫，被抛光材料缺陷度低，兼顾良好的研磨速率及研磨均一性，具有较低的凹陷(dishing)及侵蚀(erosion)。
附图说明
本发明的上面所述和其它目的、特征和优点将随着如下参照附图进行的优选实施方案的详细描述而变得更加容易明白，但不代表本发明的比例和尺寸就限定到示意图里。
图1示出了根据本发明一个优选实施方案的抛光垫平面图。
图2示出了图1的优选实施方案在A-A剖线上的抛光垫截面图。
图3示出了根据本发明另一个优选实施方案的抛光垫平面图。
图4示出了根据本发明另一个优选实施方案的抛光垫平面图。
图5示出了根据本发明另一个优选实施方案的抛光垫平面图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的技术方案。
(1)研磨层
聚氨酯研磨层可以采用公知的预聚体法、一步法等方法制备，本发明技术人员根据需要选择的方法不影响本发明的构思和保护范围，只要能做出本发明所涉及的研磨层均可以。
本发明研磨层可通过异氰酸酯预聚物及固化剂制备得到，通过不同组分的预聚体，固化剂含量及微球的含量控制不同的硬度，密度，压缩率等物性参数。本实施例预聚体使用各种甲苯二异氰酸酯[TDI]或MDI与聚四氢呋喃[PTMEG]或聚丙二醇[PPG]形成异氰酸酯预聚物(Adiprene LF930A,LF950A,LF600D,LF601D,LF650D,LF700D,LF751D,LF753D，ROYALCAST 2505等)，固化剂使用4，4′-亚甲基-双-邻氯苯胺[MBCA]，微球使用牌号为551DE20d42的中空微球。浇注到模具内形成圆柱体，然后将圆柱体进行切片得到薄片，最后在薄片上进行刻槽加工，得到具有沟槽图案的研磨层，制得的研磨层约2mm。
(2)缓冲层
作为缓冲层，例如，可列举聚酯无纺布、尼龙无纺布、及丙烯酸无纺布等纤维无纺布；浸渍聚氨酯的聚酯无纺布之类的树脂浸渍无纺布；聚氨酯泡沫及聚乙烯泡沫等高分子树脂发泡体；丁二烯橡胶及异戊二烯橡胶等橡胶性树脂；感光性树脂等。
本发明缓冲层使用聚酯无纺布制备，采用将不同密度的聚酯无纺布(聚酯无纺布为华峰氨纶公司提供)，浸渍在黏度为6000-15000cP聚氨酯的DMF(二甲基甲酰胺)溶液中，聚氨酯溶液的制备方法为：将100质量份的不同NCO％含量的预聚体(NCO含量为7.74％-9.45％)，17质量份BDO，45份DMF溶液，混合均匀后，80℃反应200min，得到所需的聚氨酯溶液，所述聚氨酯溶液可根据需要使用稀释剂稀释调整粘度。
可通过使用不同的无纺布及不同粘度的聚氨酯DMF溶液来调节缓冲层的密度、硬度及压缩率。浸渍一段时间后,通过低浓度的DMF的凝固槽，通过溶液交换，使TPU成型附着与无纺布上，后放入清水的水洗槽，洗去溶剂，然后在隧道炉中150℃烘干，成型，后打磨至需要厚度即可。
(3)抛光垫
研磨层及缓冲层可使用上述方法自制，也可直接购买市售产品，本发明的抛光垫包括研磨层与缓冲层，将研磨层和缓冲层贴合的方法没有特别限定，例如，可列举如下方法，即，在缓冲层上层叠由聚酯类热熔粘接剂构成的粘接剂层，用加热器加热熔融粘接剂层，然后，在熔融的粘接剂层上层叠研磨层并压制的方法。
需要说明的是，本发明抛光垫的抛光层还任选地包括终点检测窗口，优选检测窗口是结合至抛光层中的整体性窗口。
表1示出了不同性质的抛光垫。
表1实施例与对比例的抛光垫组成
参照附图，针对本发明的实施方式进行详细说明。
实施方式一
图1是示例性显示根据本发明一个优选实施方案的抛光垫平面图。参照图1，本发明的抛光垫适用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性衬底中的至少一种。抛光垫的包括研磨层100，研磨层100与直径为Dw的被研磨材料00直接接触。研磨层100包括至少两个同心圆沟槽，本发明的同心圆沟槽是指，共圆心但是半径不等的圆环状沟槽。定义最内侧的同心圆沟槽为第一同心圆11，最外侧的同心圆沟槽为第二同心圆12；第一同心圆和第二同心圆界定多个研磨区域，定义在半径方向上，第一同心圆最内侧与研磨层中心的距离为W1，第二同心圆最外侧与研磨层边缘10的距离为W3，研磨层的半径为R，则三个研磨区分布如下：
第一研磨区，其具有第一同心圆11内部区域，其宽度为W1；
第二研磨区，其具有所述第一同心圆11与第二同心圆12之间的区域，其宽度W2＝R-W1-W3；
第三研磨区；其具有所述第二同心圆12与研磨层边缘10之间的区域，其宽度为W3；
研磨层的沟槽的排布及尺寸直接影响抛光垫的研磨性能。在本发明中，第二研磨区宽度W2满足：W2＝0.8Dw-0.995Dw。该参数的设计能够减少被研磨材料边缘的研磨速率，有效地改善研磨不均一性。
实施方式一的第二研磨区还包括多条同心圆沟槽，例如11a，11b，11c。
继续参照图2，图2是图1沿A-A剖线的截面示意图，抛光垫1包括研磨层(Top pad)2T和缓冲层(Sub pad)3S；本发明针对沟槽图案及抛光垫的研磨层、缓冲层进行了大量研究，最终设计得到具有优异综合性能的抛光垫。
定义第二区域的同心圆沟槽的宽度为Wa，相邻两个沟槽的间距为P，沟槽的深度被定义为在垂直方向上，沟槽到研磨层的研磨表面的距离，平均深度是指所有沟槽的深度的平均值，定义为Da。
针对上述尺寸，本发明限定Wa/P的范围为0.05-0.35；例如可取0.07，0.10，0.12，0.13，0.15，0.17，0.20，0.22，0.25，0.26等，更优选的范围为0.1-0.3。
本发明进一步限定了三个研磨区的宽度与抛光垫的半径R之间的比例关系，限定W2/R的范围为0.62-0.77，更优选0.73-0.77；限定W1/R的范围为0.11-0.33；限定W3/R的范围为0.05-0.12，更优选0.06-0.10。
本发明进一步限定第二研磨区宽度W2与设置其中的同心圆沟槽间距P之间的比例关系，限定W2/P的范围为70-380，更优选70-200，该比值可近似表征沟槽的条数，第二研磨区的同心圆沟槽的条数可优选为96条，128条，136条，144条，160条，176条，192条，200条，208条等8的倍数。
研磨层和缓冲层的物性参数，对研磨性能有重要影响，特别是研磨速率、缺陷度和研磨不均一性。作为本发明的优选实施例，研磨层的硬度范围为50-65D，密度范围为0.65-0.85g/cm3，压缩率范围为0.001-0.05。缓冲层的硬度范围为60-85A，密度范围为0.26-0.4g/cm3，压缩率范围为0.03-0.12。
更优选地，研磨层与缓冲层的硬度差范围为29-45.5D，密度差范围为0.32-0.46g/cm3，压缩率差值绝对值的范围为0.025-0.089。
更优选地，研磨层的硬度范围为54-64D，密度范围为0.67-0.73g/cm3，压缩率范围为0.001-0.025。更优选地，缓冲层的硬度范围为67-77A，密度范围为0.27-0.35g/cm3，压缩率范围为0.05-0.09。更优选地，研磨层与缓冲层的硬度差范围为35-45D，密度差范围为0.35-0.43g/cm3。
第二研磨的平均深度Da限定为研磨层厚度的0.1-0.8倍。
作为本发明的优选实施例，抛光垫半径R为300-500mm，可用于抛光8寸，即Dw为200mm；12寸，即Dw为300mm；以及18寸，即Dw为450mm晶圆。根据晶圆尺寸，调整抛光垫及第二研磨区的大小，需满足W2＝0.8Dw-0.995Dw。
优选的实施例如下：
晶圆尺寸为12寸(Dw为300mm)，抛光垫的半径R为350-400mm，则第1条沟槽11，面积为S1；半径从小到大依次为第2条，第3条，…，第n条沟槽，第n条沟槽即为同心圆沟槽12。相应地，面积为S2，S3，…，Sn。
计算可知，
S1＝π(W1+Wa)2-πW12＝π(2W1*Wa+Wa2)
S2＝π[2(W1+P)*Wa+Wa2]
S3＝π[2(W1+2P)*Wa+Wa2]
…
Sn＝π[2(W1+(n-1)P)*Wa+Wa2]
沟槽总面积Sa＝π{nWa2+2Wa[n*W1+n(n-1)*P/2]}
W2＝(n-1)*P+Wa，则n＝1+(W2-Wa)/P
将沟槽条数n使用W2,Wa及P表示，换算可得沟槽总面积Sa为：
Sa＝π*Wa*(2W1+W2)*(W2/P-Wa/P+1)，在该优选实施例中，限定该面积范围为40000-200000mm2。
进一步优选地，沟槽宽度Wa为0.1-0.6mm，优选为0.2-0.55mm。沟槽间距P为1-4mm，优选为1-3.5mm。
由上述的沟槽面积公式可知，沟槽的面积与沟槽的宽度Wa，第一研磨区宽度W1，第二研磨区宽度W2，以及参数W2/P，参数Wa/P相关。沟槽面积是影响沟槽研磨速率的重要因素，因此本发明针对上述参数进行了限定，例如，Wa/P的范围为0.05-0.35，W2/P的范围为70-380。
定义Sa＝π*Wa*(2W1+W2)*(W2/P-Wa/P+1)，在本发明的实施方式中，Sa的范围优选为40000-200000mm2。
实施方式二
作为本发明的另一种优选实施方案，在实施方式一的基础上，抛光垫的第三研磨区还可包括第三沟槽。与实施方式一类似，结合本发明的该沟槽图案，针对抛光垫的研磨层，缓冲层性质均有更优选的限定。
作为本发明的优选实施例，研磨层的硬度范围为50-65D，密度范围为0.65-0.85g/cm3，压缩率范围为0.001-0.05。缓冲层的硬度范围为60-85A，密度范围为0.26-0.4g/cm3，压缩率范围为0.03-0.12。
更优选地，研磨层与缓冲层的硬度差范围为29-45.5D，密度差范围为0.32-0.46g/cm3，压缩率差值绝对值的范围为0.025-0.089。
更优选地，研磨层的硬度范围为54-64D，密度范围为0.67-0.73g/cm3，压缩率范围为0.001-0.025。更优选地，缓冲层的硬度范围为67-77A，密度范围为0.27-0.35g/cm3，压缩率范围为0.05-0.09。更优选地，研磨层与缓冲层的硬度差范围为35-45D，密度差范围为0.35-0.43g/cm3。
进一步参照图3，抛光垫的包括研磨层200，研磨层200与被研磨的材料直接接触。研磨层200包括至少两个同心圆沟槽，定义最内侧的同心圆沟槽为第一同心圆21，最外侧的同心圆沟槽为第二同心圆22；第一同心圆和第二同心圆界定多个研磨区域；
实施方式二的第一研磨区，第二研磨区的尺寸及参数范围与实施方式一类似，不再重复说明。
研磨层200的第三研磨区还包括第三沟槽23，第三沟槽包括一系列线状沟槽，例如23a，23b。第三沟槽的外侧端与研磨层边缘连接，所述第三沟槽沿径向方向延伸，第三沟槽的内侧端设置在第三区域内部；所述第三沟槽还可以与径向方向成一定夹角，角度范围为0-90°，内侧端不与第二区域的同心圆沟槽相连，所述第三沟槽的个数为2*K，1≤K≤48，K为整数。
优选第三沟槽的数量是4的倍数，更优选第三沟槽的数量为8的倍数。
定义第三沟槽的长度为Lb，优选第三沟槽的一端与研磨层边缘相连，另一端设置在第三研磨区内部。本发明中，第一、二、三个研磨区的参数在W1/R，W2/R，W3/R，Wa/P及W2/P限定的范围内，第三研磨区的第三沟槽长度Lb的范围优选为：0.50W3≤Lb≤0.99W3，更优选为0.80W3≤Lb≤0.95W3。
定义第三沟槽的宽度为Wb，第三沟槽的宽度范围为0.5-6mm；更优选为2.5-4.5mm。
如实施方式一所描述的，第二研磨区的同心圆沟槽的总面积为Sa，本发明进一步限定，第三沟槽的总面积Sb与所述第二区域同心圆沟槽的总面积Sa满足0.01≤Sb/Sa≤0.2，例如可为0.01，0.03，0.04，0.05，0.07，0.1，0.12，0.13，0.14，0.15。该面积的比值可影响抛光液的分布和废渣的排除效率，更优选为0.02-0.1。
在实施方式二中，第三沟槽的总面积Sb＝2*K*Lb*Wb。
第三沟槽具有深度Db，沟槽深度是指沟槽到研磨层的研磨表面的距离。实验研究发现，第三沟槽的深度Db与同心圆沟槽的深度Da具有一定相关性，本发明进一步限定Db/Da的范围为0.5-1.5。本发明进一步限定Db/Da的范围为0.8-1.2，抛光性能更佳。
由计算可知，Vb/Va＝(Sb*Db)/(Sa*Da)，本发明进一步限定，第三沟槽的总体积Vb与所述第二区域同心圆沟槽的总体积Va的比值范围为0.005-0.3，更优选的范围为0.01-0.15。例如可取0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，0.1，0.11，0.12，0.13，0.14。该体积的比值在该范围内，能够合理均衡抛光液在沟槽的整体运输能力与废液的整体排渣能力，抛光垫的研磨性能优异。
实施方式三
作为本发明的另一种优选实施方案，在实施方式一的基础上，抛光垫的第三研磨区还可包括第三沟槽。与实施方式一类似，结合本发明的该沟槽图案，抛光垫的研磨层，缓冲层性质均有更优选的限定，该限定与实施方式一，二相同，不再重复描述。
进一步参照图4，抛光垫的包括研磨层300，研磨层300与被研磨的材料直接接触。研磨层300包括至少两个同心圆沟槽，定义最内侧的同心圆沟槽为第一同心圆31，最外侧的同心圆沟槽为第二同心圆32；第一同心圆和第二同心圆界定多个研磨区域；实施方式三的第一研磨区，第二研磨区的尺寸及参数范围与实施方式一类似，不再重复说明。
研磨层300的第三研磨区的第三沟槽还包括两种类型的沟槽，主沟槽33和副沟槽34，主副沟槽也均为一系列线状沟槽，例如主沟槽33a，33b；副沟槽34a，34b，34c等。不同类型的第三沟槽的外侧端均与研磨层边缘连接，不同类型的第三沟槽沿径向方向延伸，第三沟槽的内侧端设置在第三区域内部；所述第三沟槽还可以与径向方向成一定夹角，角度范围为0-90°，不同类型的第三沟槽的内侧端设置在第三区域内部，不与第二区域的同心圆沟槽相连，所述第三沟槽的总个数为2*K，1≤K≤48，K为整数。优选不同类型的第三沟槽的总数量是4的倍数，更优选第三沟槽的总数量为8的倍数。
定义第三沟槽的长度为Lb，不同类型的第三沟槽长度可依次标记为Lb1，Lb2，Lb3…LbN；第三沟槽的一端与研磨层边缘相连，另一端设置在第三研磨区内部。其长度LbN的范围优选为：0.50W3≤LbN≤0.99W3，更优选为0.80W3≤LbN≤0.95W3。也就是说，不同类型的第三沟槽的长度范围均优选为0.50W3-0.99W3，更优选为0.80W3-0.95W3。
同理，不同类型的第三沟槽宽度可依次标记为Wb1，Wb2，Wb3…WbN；不同类型的第三沟槽的宽度范围优选为0.5-6mm；更优选为2.5-4.5mm。
如实施方式一所描述的，第二研磨区的同心圆沟槽的总面积为Sa，本发明进一步限定，第三沟槽的总面积Sb与所述第二区域同心圆沟槽的总面积Sa满足0.01≤Sb/Sa≤0.2，例如可为0.01，0.03，0.04，0.05，0.07，0.1，0.12，0.13，0.14，0.15。该面积的比值可影响抛光液的分布和废渣的排除效率，更优选为0.02-0.1。
在实施方式三中，第三沟槽的总面积为不同类型的第三沟槽的面积之和。
第三沟槽具有深度Db，沟槽深度是指沟槽到研磨层的研磨表面的距离。实验研究发现，第三沟槽的深度Db与同心圆沟槽的深度Da具有一定相关性，本发明进一步限定Db/Da的范围为0.5-1.5。本发明进一步限定Db/Da的范围为0.8-1.2，抛光性能更佳。
由计算可知，Vb/Va＝(Sb*Db)/(Sa*Da)，本发明进一步限定，第三沟槽的总体积Vb与所述第二区域同心圆沟槽的总体积Va的比值范围为0.005-0.3，更优选的范围为0.01-0.15。例如可取0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，0.1，0.11，0.12，0.13，0.14。该体积的比值在该范围内，能够合理均衡抛光液在沟槽的整体运输能力与废液的整体排渣能力，抛光垫的研磨性能优异。
实施方式四
本发明的第三沟槽为线状沟槽，例如实施方式二～三的第三沟槽均为直线形，作为本发明的另一种优选实施方案，抛光垫的第三研磨区的第三沟槽还可以为曲线。结合本发明的该沟槽图案，抛光垫的研磨层，缓冲层性质均有更优选的限定，该限定与实施方式一～三相同，不再重复描述。
进一步参考图5，抛光垫的包括研磨层400，研磨层400与被研磨的材料直接接触。研磨层400包括至少两个同心圆沟槽，定义最内侧的同心圆沟槽为第一同心圆41，最外侧的同心圆沟槽为第二同心圆42；第一同心圆和第二同心圆界定多个研磨区域；实施方式四的第一研磨区，第二研磨区的尺寸及参数范围与实施方式一类似，不再重复说明。
研磨层400的第三研磨区的第三沟槽43为一系列曲线形的线状沟槽，例如43a，43b。第三沟槽的外侧端与研磨层边缘连接，第三沟槽的内侧端设置在第三区域内部，不与第二区域的同心圆沟槽相连，所述第三沟槽的个数为2*K，1≤K≤48，K为整数。
优选第三沟槽的数量是4的倍数，更优选第三沟槽的数量为8的倍数。
定义第三沟槽的长度为Lb，优选第三沟槽的一端与研磨层边缘相连，另一端设置在第三研磨区内部。曲线沟槽的长度，本发明定义为曲线外侧端与内侧端之间的距离。其长度Lb的范围优选为：0.50W3≤Lb≤0.99W3，更优选为0.80W3≤Lb≤0.95W3。
曲线沟槽的宽度类似直线的宽度，即为曲线的线宽，宽度Wb的范围为0.5-6mm；更优选2.5-4.5mm。
如实施方式一所描述的，第二研磨区的同心圆沟槽的总面积为Sa，本发明进一步限定，第三沟槽的总面积Sb与所述第二区域同心圆沟槽的总面积Sa满足0.01≤Sb/Sa≤0.2，例如可为0.01，0.03，0.04，0.05，0.07，0.1，0.12，0.13，0.14，0.15。该面积的比值可影响抛光液的分布和废渣的排除效率，更优选为0.02-0.1。
第三沟槽具有深度Db，沟槽深度是指沟槽到研磨层的研磨表面的距离。实验研究发现，第三沟槽的深度Db与同心圆沟槽的深度Da具有一定相关性，本发明进一步限定Db/Da的范围为0.5-1.5。本发明进一步限定Db/Da的范围为0.8-1.2，抛光性能更佳。
由计算可知，Vb/Va＝(Sb*Db)/(Sa*Da)，本发明进一步限定，第三沟槽的总体积Vb与所述第二区域同心圆沟槽的总体积Va的比值范围为0.005-0.3，更优选的范围为0.01-0.15。例如可取0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，0.1，0.11，0.12，0.13，0.14。该体积的比值在该范围内，能够合理均衡抛光液在沟槽的整体运输能力与废液的整体排渣能力，抛光垫的研磨性能优异。
其他的变形，例如第三沟槽还包括不同类型的沟槽：例如不同类型的曲线形沟槽，或者直线形与曲线形组合的沟槽等技术方案，也均为本发明的优选实施方式。第三沟槽的长度、宽度、Sb/Sa以及Vb/Va等参数范围在本发明的优选范围之内，抛光垫综合性能更优。
本发明通过大量实验研究发现，研磨层具有上述限定的沟槽图案，且硬度范围为50-65D，密度范围为0.65-0.85g/cm3，压缩率范围为0.001-0.05，同时所述缓冲层的硬度范围为60-85A，密度范围为0.26-0.4g/cm3，压缩率范围为0.03-0.12。抛光垫不仅具有良好的研磨速率，缺陷率及较低的不均一性，有效减少了晶片的凹陷及侵蚀。特别是抛光垫的研磨层与缓冲层的硬度差范围为29-45.5D，密度差范围为0.32-0.46g/cm3，压缩率差的绝对值范围为0.025-0.089时，综合性能最优。
实施例
代号解释：
Dw：被研磨材料的直径，单位mm；
W1：第一研磨区的宽度，单位：mm；
W2：第二研磨区的宽度，单位：mm；
W3：第三研磨区的宽度，单位：mm；
R：抛光垫的半径，单位：mm；
Wa：第二研磨区同心圆沟槽的宽度，单位mm；
P：第二研磨区同心圆沟槽的槽间距，单位mm；
N：第三沟槽数量；
Lb：第三沟槽长度，单位mm；
Wb：第三沟槽宽度，单位mm；
Da：同心圆沟槽深度，单位mm；
Db：第三沟槽深度，单位mm；
Sa，Sb：分别为同心圆沟槽的总面积，以及第三沟槽的总面积，单位mm2；
Va，Vb：分别为同心圆沟槽的总体积，以及第三沟槽的总体积，单位mm3；
抛光垫物理性能测试方法：
压缩率：
使用直径5mm的圆柱状压头，在Mac
Science制造的TMA上在25℃下对被测材料(样
品尺寸：直径7mm)施加荷载，测定了T1(μm)、T2(μm)。
压缩率(％)＝[(T1-T2)/T1]×100
其中，T1表示向薄板施加30kPa(300g/cm
2
)应力并保持60秒后的薄板厚度，T2表示
向状态T1的薄板施加180kPa应力并保持60秒后的薄板厚度。
硬度D和A：根据ASTM
D2240测定。
密度：根据ASTM
D1622测定。
研磨参数和评价方法：
抛光晶片为Cu 12K wafer，抛光液为ANJI U3061A的稀释溶液(15倍)，另加1％wtH2O2，流速为200ml/min，修整器为Kinik的PDA32P-2N的钻石盘，压力为7lbf，抛光头压力为2.5psi，台板速度为97rpm，载具速度为91rpm，抛光时间为45s。
对晶片的第10片和第100片，测量研磨速率，研磨不均一性和缺陷度。
研磨速率是通过测量一定抛光时间内，晶片不同位置的研磨去除量来计算，测量工具为Nano SpecII。
研磨速率不均一性(Nu)也是由Nano SpecII计算得出。
缺陷度是测量晶片上的缺陷的计数，使用的仪器是KLA-Tencor SP2分析器。
晶片的凹陷(dishing)和侵蚀(erosion)是通过台阶仪(型号KLA P-7)测量得到的，表征的参数是10*10μm线宽的平均凹陷和平均侵蚀。
表2抛光垫样品的沟槽几何数据
| 示例 | DW | W1 | W2 | W3 | R | Wa | P | N | Lb | Wb | Da | Db |
| 1 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 2 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 0 | 0 | 0 | 0.787 | 0.787 |
| 3 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 1.524 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 4 | 300 | 125.0 | 244.35 | 18 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 16.38 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 5 | 300 | 45.0 | 297.35 | 45 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 36.00 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 6 | 450 | 100.0 | 431.02 | 50 | 581.02 | 0.508 | 3.048 | 48 | 45.50 | 4.50 | 0.787 | 0.787 |
| 7 | 300 | 62.7 | 279.65 | 45 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 48 | 42.75 | 5.80 | 0.787 | 1.181 |
| 8 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 33.25 | 0.60 | 0.787 | 0.394 |
| 9 | 300 | 62.7 | 284.65 | 40 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 48 | 36.40 | 3.50 | 0.787 | 1.181 |
| 10 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 20 | 28.00 | 2.50 | 0.787 | 0.394 |
| 11 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 64 | 31.85 | 3.00 | 0.787 | 0.787 |
| 12 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 13 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 14 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 15 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| 16 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D1 | 300 | 60.0 | 300.35 | 27 | 387.35 | 0.508 | 1.524 | 32 | 26.73 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D2 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.150 | 3.500 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D3 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.650 | 1.500 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D4 | 300 | 40.0 | 292.35 | 55 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 44.55 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D5 | 450 | 100.0 | 431.02 | 50 | 581.02 | 0.203 | 1.122 | 32 | 45.50 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D6 | 300 | 128.0 | 214.35 | 45 | 387.35 | 0.508 | 3.500 | 32 | 40.95 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D7 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D8 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 32 | 31.85 | 3.85 | 0.787 | 0.787 |
| D9 | 300 | 62.7 | 289.65 | 35 | 387.35 | 0.508 | 3.048 | 64 | 31.85 | 3.00 | 0.787 | 0.787 |
注：实施例9的第三沟槽为曲线，如图5所示；其余第三沟槽均为直线，如图3所示。
表3抛光垫样品的研磨层尺寸计算参数
注：实施例9的第三沟槽面积可由制图软件直接获取。
表4研磨性能评价
从实施例1-16可以看出，抛光层硬度50-65D，密度为0.65-0.85g/cm3，压缩率范围为0.001-0.05；缓冲层的硬度范围为60-85A，密度范围为0.26-0.4g/cm3，压缩率范围为0.03-0.12；在W2＝0.8Dw-0.995Dw，W2/P的范围为70-380，W2/R的范围为0.62-0.77；Wa/P的范围为0.05-0.35；W1/R的范围为0.11-0.33，W3/R的范围为0.05-0.12时，抛光垫具有较佳的研磨速率(大于
)，缺陷度(小于200)，研磨速率不均一性(小于6.2％)，10*10μm线宽的平均凹陷(dishing)不高于
并且10*10μm线宽的侵蚀(erosion)在
以内。
抛光垫的材料性质及沟槽图案均对本发明抛光垫性能有重要影响，由实施例和对比例可知，对比例1的第二研磨区的宽度大于晶圆的直径，晶圆的缺陷度明显上升，大于300，不均一性较差为13％，并且凹陷高于
对比例2的Wa/P为0.04，低于合适范围0.05-0.35，并且Sb/Sa也过高，导致缺陷度非常高，上升至454(10片)和661(100片)，凹陷超过
对比例3的Wa/P为0.43，高于合适范围0.05-0.35，缺陷度较高，为391(10片)和377(100片)；对比例5的W2/P过高，同心圆沟槽条数过多，导致凹陷及侵蚀等缺陷过高。对比例7的缓冲层过软，硬度为50A，密度为0.22g/cm3，压缩率为0.15均超出合适范围，其它沟槽几何参数均为优选范围，但是抛光垫的研磨速率非常低，晶圆的缺陷度、凹陷以及侵蚀等缺陷明显；对比例8的缓冲层过硬，硬度为90A，密度为0.43g/cm3，压缩率为0.02均超出合适范围，其它沟槽几何参数均为优选范围，但是缺陷度上升明显，高达917(10片)和1067(100片)；对比例9的研磨层、缓冲层参数均超出合适范围，缺陷度最高。
综上，抛光层硬度50-65D，密度为0.65-0.85g/cm3，压缩率范围为0.001-0.05；缓冲层的硬度范围为60-85A，密度范围为0.26-0.4g/cm3，压缩率范围为0.03-0.12；结合上述优选的几何参数范围，制得的抛光垫性能更优。
本发明经过很多实验研究和创造性的劳动，综合考虑各种因素，得到的符合参数范围的抛光垫具有最佳的抛光性能。
Claims (11)
1.一种抛光垫，其特征在于，包括研磨层，所述研磨层的硬度范围为50-65D，密度范围为0.65-0.85g/cm3，压缩率范围为0.001-0.05；所述研磨层与直径为Dw的被研磨材料直接接触，所述研磨层包括至少两个同心圆沟槽，定义最内侧的同心圆沟槽为第一同心圆，最外侧的同心圆沟槽为第二同心圆；第一同心圆和第二同心圆界定多个研磨区域，定义在半径方向上，第一同心圆最内侧与研磨层中心的距离为W1，第二同心圆最外侧与研磨层边缘的距离为W3，研磨层的半径为R，其中：
第一研磨区，其具有第一同心圆内部区域，其宽度为W1；
第二研磨区，其具有所述第一同心圆与所述第二同心圆之间的区域，其宽度W2=R-W1-W3；
第三研磨区；其具有所述第二同心圆与所述研磨层边缘之间的区域，其宽度为W3；所述第三研磨区还包括第三沟槽，所述第三沟槽的外侧端与研磨层边缘连接，第三沟槽的内侧端设置在第三研磨区内部，不与第二研磨区的同心圆沟槽相连，所述第三沟槽的个数为2*K，1≤K≤48，K为整数；
所述第二研磨区宽度W2满足：W2的范围为0.8Dw-0.995Dw，W2/P的范围为70-380，W2/R的范围为0.62-0.77；
所述第二研磨区同心圆沟槽的宽度为Wa，沟槽间距为P，Wa/P的范围为0.05-0.35；
W1/R的范围为0.11-0.33，W3/R的范围为0.05-0.12；
所述抛光垫还包括缓冲层，所述缓冲层的硬度范围为60-85A，密度范围为0.26-0.4g/cm3，压缩率范围为0.03-0.12。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述研磨层与缓冲层的硬度差范围为29-45.5D，密度差范围为0.32-0.46g/cm3，压缩率差的绝对值范围为0.025-0.089。
3.根据权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述第三沟槽的总面积Sb与所述第二研磨区同心圆沟槽的总面积Sa满足：0.01≤Sb/Sa≤0.2。
4.根据权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述第三沟槽为直线，所述第三沟槽的长度为Lb，0.50W3≤Lb≤0.99W3，所述第三沟槽的宽度为Wb，Wb的范围为0.5-6mm。
5.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，W2/P的范围为70-200，W3/R的范围为0.06-0.10。
6.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述研磨层的硬度范围为54-64D，密度范围为0.67-0.73g/cm3，压缩率范围为0.001-0.025。
7.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述缓冲层的硬度范围为67-77A，密度范围为0.27-0.35g/cm3，压缩率范围为0.05-0.09。
8.根据权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述研磨层与缓冲层的硬度差范围为35-45D，密度差范围为0.35-0.43g/cm3。
9.根据权利要求3所述的抛光垫，其特征在于，所述第三沟槽的总面积Sb与所述第二研磨区同心圆沟槽的总面积Sa满足：0.02≤Sb/Sa≤0.1。
10.根据权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，所述第三沟槽为直线，所述第三沟槽的长度为Lb，0.80W3≤Lb≤0.95W3，所述第三沟槽的宽度为Wb，Wb的范围为2.5-4.5mm。
11.根据权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述第三沟槽的总体积Vb与第二研磨区同心圆沟槽的总体积Va之比的范围为0.005-0.3。
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