CN113910101B - 一种抛光垫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学机械抛光技术领域，公开了一种抛光垫，其包括抛光层，抛光层的表面上设有第一沟槽、第二沟槽及第三沟槽；第一沟槽以抛光层的圆心为起点沿径向延伸；第二沟槽与第一沟槽连通，第二沟槽以第一沟槽的末端为起点向抛光层的边缘延伸，第一沟槽的末端至少连接两个第二沟槽，第一沟槽末端的两个第二沟槽形成第一分叉结构；第三沟槽位于抛光层的表面并与第二沟槽连通，第三沟槽以第二沟槽的末端为起点延伸至所述抛光层的边缘，第二沟槽的末端至少连接两个第三沟槽，第二沟槽末端的两个第三沟槽形成第二分叉结构。本发明的抛光垫利用径向分叉的沟槽改变抛光液的流动速度，提高了抛光的均匀性。

Description

一种抛光垫

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，特别是涉及一种抛光垫。

背景技术

近年来，硅集成电路技术产业迅猛发展，为了降低成本，通常采用增大硅片尺寸的方式，而随着硅片尺寸的增大，其上电子元件集成度更高，器件的特殊尺寸也在不断缩小。加工过程中，为了保证光刻质量，硅片的表面平整度要求达到纳米级，而化学机械抛光是目前唯一能实现上述目的的方法。抛光垫在化学机械抛光过程中承担了物理抛光及承载抛光液等功能，其产品质量对加工品质至关重要。

光滑的抛光垫在化学机械抛光过程中表面压力分布不均，且抛光液流动性较差，导致硅片表面过抛光、被刮伤等问题，目前常用在抛光垫表面开槽的方式解决这个问题。目前常见的沟槽形状有沿径向的渐开线型、放射线型，沿周向的同心圆环形、对数螺线型，以及X－Y方向相互垂直的栅格型[新技术新工艺，2010(07)：62－65.]。

例如公开号为CN112959212A的专利公开了一种带有优化沟槽的化学机械抛光垫，该抛光垫位于抛光轨迹区的周向沟槽提高了抛光液的储量，并利用径向的沟槽排出碎屑，提高产品良率，延长了抛光垫使用寿命，但仍存在周向沟槽上抛光液流动速度不均的问题。再如公开号为CN113021181A的专利公开了一种高去除率、低划伤化学机械抛光垫，该抛光垫利用连续的径向沟槽及不连续的周向沟槽相互配合，实现了抛光垫的高去除率及低表面划伤的特点，但仍存在抛光液沿径向流动速度分布不均的问题。

在抛光垫转动过程中，抛光液的线速度会随半径增大而增大，这导致了抛光垫的抛光速率沿径向分布不均，因此，需要一种新型的抛光垫结构解决这个问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：抛光液的线速度会随半径增大而增大，这导致抛光垫的抛光速率沿径向分布不均。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抛光垫，包括：

抛光层；

第一沟槽，位于所述抛光层的表面并以所述抛光层的圆心为起点沿径向延伸；

第二沟槽，位于所述抛光层的表面并与所述第一沟槽连通，所述第二沟槽以所述第一沟槽的末端为起点向所述抛光层的边缘延伸，所述第一沟槽的末端至少连接两个所述第二沟槽，所述第一沟槽末端的两个所述第二沟槽形成第一分叉结构；

第三沟槽，位于所述抛光层的表面并与所述第二沟槽连通，所述第三沟槽以所述第二沟槽的末端为起点延伸至所述抛光层的边缘，所述第二沟槽的末端至少连接两个所述第三沟槽，所述第二沟槽末端的两个所述第三沟槽形成第二分叉结构。

进一步的，所述第一沟槽沿所述抛光层径向延伸的长度为L1，0.1R≤L1≤0.3R，其中，R为所述抛光层的半径。

进一步的，所述第一沟槽的宽度为D1，1mm≤D1≤3mm；所述第一沟槽的深度为H1，0.5mm≤H1≤2mm。

进一步的，所述第二沟槽的宽度为D2，D2＝D1；所述第二沟槽的深度为H2，H2＝H1。

进一步的，所述第三沟槽的宽度为D3，D3＝D2；所述第三沟槽的深度为H3，H3＝H2。

进一步的，所述第一沟槽的末端连接有M条所述第二沟槽，第M条所述第二沟槽偏离所述第一沟槽的角度为Mθ，其中，Π/36≤θ≤Π/6。

进一步的，所述第二沟槽的末端连接有K条所述第三沟槽，第K条所述第三沟槽偏离所述第二沟槽的角度为Kα，其中，Π/36≤α≤Π/6。

进一步的，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均为直线形或均为抛物线形。

进一步的，所述第一沟槽的数量为N条，3≤N≤25，N条所述第一沟槽沿所述抛光层的周向均匀分布。

进一步的，所述第一沟槽与所述第二沟槽之间、以及所述第二沟槽与所述第三沟槽之间均采用一段曲线相连，该曲线与相连的两沟槽均相切。

上述技术方案所提供的一种抛光垫，与现有技术相比，其有益效果在于：通过沿径向延伸的第一沟槽快速排出中心的抛光液，改善抛光垫中心压力分布；通过从第一沟槽末端分叉延伸的第二沟槽有效减缓了抛光液的流动速度，提高了抛光液停留时间，改善了抛光液速度均匀性；通过从第二沟槽末端分叉延伸的第三沟槽进一步延缓了抛光液流动速度，提高抛光液流动的均匀性，第三沟槽延伸至抛光层的边缘，能够促进碎屑排出，降低表面划伤。

附图说明

图1a是本发明实施例一的抛光垫的俯视图；

图1b是图1a沿截面A－A的剖视图；

图2a是本发明实施例二的抛光垫的俯视图；

图2b是图2a中第一沟槽与第二沟槽连接处的局部放大图；

图3是本发明实施例三的抛光垫的俯视图。

其中，0－抛光层，1－第一研磨区，2－第二研磨区，3－第三研磨区，4－第一沟槽，5－第二沟槽，6－第三沟槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1a至图3所示，本发明所提供的是一种抛光垫，包括抛光层0，抛光层0的表面上设有第一沟槽4、第二沟槽5及第三沟槽6；第一沟槽4以抛光层0的圆心为起点沿径向延伸；第二沟槽5与第一沟槽4连通，第二沟槽5以第一沟槽4的末端为起点向抛光层0的边缘延伸，第一沟槽4的末端至少连接两个第二沟槽5，第一沟槽4末端的两个第二沟槽5形成第一分叉结构；第三沟槽6位于抛光层0的表面并与第二沟槽5连通，第三沟槽6以所述第二沟槽5的末端为起点延伸至所述抛光层0的边缘，第二沟槽5的末端至少连接两个第三沟槽6，第二沟槽5末端的两个所述第三沟槽6形成第二分叉结构。

基于上述方案，通过沿径向延伸的第一沟槽4快速排出中心的抛光液，改善抛光垫中心压力分布；通过从第一沟槽4末端分叉延伸的第二沟槽5有效减缓了抛光液的流动速度，提高了抛光液停留时间，改善了抛光液速度均匀性；通过从第二沟槽5末端分叉延伸的第三沟槽6进一步延缓了抛光液流动速度，提高抛光液流动的均匀性，第三沟槽6延伸至抛光层0的边缘，能够促进碎屑排出，降低表面划伤。

具体的，研究表明抛光垫表面的径向沟槽能提高抛液能力，带走抛光过程中产生的碎屑，减少硅片表面刮伤，而周向沟槽有助于储液，提高抛光液利用率。本发明利用径向分叉的沟槽改变抛光液的流动速度，提高了抛光的均匀性。

为了更好地理解及实施本发明，下面分别通过不同的实施例对本发明抛光垫的具体实施做详细说明。

实施例一

如图1a和图1b所示，本实施例提供的抛光垫包括衬底层(图中未示出)和抛光层0，抛光垫由中心向边缘可划分为第一研磨区1、第二研磨区2和第三研磨区3。抛光层0包含第一沟槽4、第二沟槽5和第三沟槽6。第一沟槽4为从圆心延伸并周向均匀分布，数量为N条，3≤N≤25，例如可以是3条、8条、12条、18条等。

优选地，第一沟槽4具有12条。第一沟槽4的宽度为D1，1mm≤D1≤3mm。第一沟槽4的深度为H1，0.5mm≤H1≤2mm。第一沟槽4的长度为L1，0.1R≤L1≤0.3R，其中R为抛光层0的半径。第二沟槽5从第一沟槽4末端处出发，且每条第一沟槽4上第M条第二沟槽5偏离第一沟槽4的角度为Mθ，Π/36≤θ≤Π/6。

其中，第二沟槽5的长度为L2，0.4(R－L1)≤L2cos(Mθ)≤0.8(R－L1)。第二沟槽5的宽度D2＝D1，深度H2＝H1。第三沟槽6从第二沟槽5的末端延伸至抛光层0的边缘，且每条第二沟槽5上第K条第三沟槽6偏离第二沟槽5的角度为Kα，Π/36≤α≤Π/6。

第三沟槽6的长度为L3，L3(cosα)＝R－L1－L2(cosθ)。第三沟槽6的宽度D3＝D2，深度H3＝H2。

假设抛光垫在CMP工艺中与晶圆同方向顺时针转动，在离心力作用下，抛光液沿第一沟槽4从中心向边缘流动，并持续加速至离开第一研磨区1，改善中心区域的压力分布。抛光液流出第一沟槽4，并分流进第二沟槽5。第二沟槽5有效降低了抛光液流经第二研磨区2时的初速度，并延长了抛光液流经第二研磨区2的路径，有效提高了抛光液的利用率。抛光液流出第二沟槽5，并分流进第三沟槽6，第三沟槽6进一步增加抛光液利用率，并分散碎屑，防止硅片刮伤。

实施例二

如图2a和图2b所示，本实施例的抛光垫在实施例一的基础上做了进一步的改进：第一沟槽4与第二沟槽5之间、以及第二沟槽5与第三沟槽6之间均采用一段曲线相连，该曲线与相连的两沟槽均相切。

具体的，如图2b所示，不同沟槽间通过相切的曲线连接改善了连接点速度突变带来的抛光液溅出脱离沟槽的问题，进一步提高了抛光的均匀性。

本实施例其他部分与实施例一相同，不在赘述。

实施例三

如图3所示，在本实施例中，为了进一步延缓抛光液的速度延径向的增长，本实施例在实施例一的基础上进行改进：第一沟槽4、第二沟槽5及第三沟槽6均为抛物线形。

具体的，定义第一组沟槽，所述第一组沟槽包含一条第一沟槽4、M条第二沟槽5、以及K条第三沟槽6，抛光垫上设有多个在周向均匀分布的第一组沟槽。

定义第一沟槽4在极坐标中轨迹为(t1，r1)，其中t＝β，

β∈(0，A)，Π/100≤A≤Π/6，优选地，A＝Π/60。第一沟槽4宽度为D1，1mm≤D1≤3mm。第一沟槽4的深度为H1，0.5mm≤H1≤2mm。

定义第M条第二沟槽5在极坐标中的轨迹为(t2，r2)，其中t2＝β+arctan((2×tan(A))+(M－1)θ，

其中(A，r0)为第一沟槽4的终点(即末端)，β∈(0，B)，Π/100≤B≤Π/6，优选地，B＝Π/30。所述第二沟槽5宽度、深度与第一沟槽4相同。

定义第K条第三沟槽6在极坐标中的轨迹为(t3，r3)，其中t3＝β+arctan((2×tan(A))+arctan((2×tan(B))+(M－1)θ+(K－1)α，

其中(B，r20)为第二沟槽5轨迹终点，第三沟槽6延伸至抛光垫边缘。所述第三沟槽6深度、宽度与第二沟槽5相同。

本实施例其他部分与实施例一相同，不在赘述。

综上，本发明实施例提供一种抛光垫，通过沿径向延伸的第一沟槽4快速排出中心的抛光液，改善抛光垫中心压力分布；通过从第一沟槽4末端分叉延伸的第二沟槽5有效减缓了抛光液的流动速度，提高了抛光液停留时间，改善了抛光液速度均匀性；通过从第二沟槽5末端分叉延伸的第三沟槽6进一步延缓了抛光液流动速度，提高抛光液流动的均匀性，第三沟槽6延伸至抛光层0的边缘，能够促进碎屑排出，降低表面划伤。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抛光垫，其特征在于，包括：

抛光层；

第一沟槽，位于所述抛光层的表面并以所述抛光层的圆心为起点沿径向延伸；

第二沟槽，位于所述抛光层的表面并与所述第一沟槽连通，所述第二沟槽以所述第一沟槽的末端为起点向所述抛光层的边缘延伸，所述第一沟槽的末端至少连接两个所述第二沟槽，所述第一沟槽末端的两个所述第二沟槽形成第一分叉结构；

第三沟槽，位于所述抛光层的表面并与所述第二沟槽连通，所述第三沟槽以所述第二沟槽的末端为起点延伸至所述抛光层的边缘，所述第二沟槽的末端至少连接两个所述第三沟槽，所述第二沟槽末端的两个所述第三沟槽形成第二分叉结构；

所述第一沟槽沿所述抛光层径向延伸的长度为L1，0.1R≤L1≤0.3R，其中，R为所述抛光层的半径；

所述第一沟槽的末端连接有M条所述第二沟槽，第M条所述第二沟槽偏离所述第一沟槽的角度为Mθ，其中，Π/36≤θ≤Π/6；

所述第二沟槽的末端连接有K条所述第三沟槽，第K条所述第三沟槽偏离所述第二沟槽的角度为Kα，其中，Π/36≤α≤Π/6。

2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽的宽度为D1，1mm≤D1≤3mm；所述第一沟槽的深度为H1，0.5mm≤H1≤2mm。

3.根据权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述第二沟槽的宽度为D2，D2=D1；所述第二沟槽的深度为H2，H2=H1。

4.根据权利要求3所述的抛光垫，其特征在于，所述第三沟槽的宽度为D3，D3=D2；所述第三沟槽的深度为H3，H3=H2。

5.根据权利要求1-4任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均为直线形或均为抛物线形。

6.根据权利要求1-4任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽的数量为N条，3≤N≤25，N条所述第一沟槽沿所述抛光层的周向均匀分布。

7.根据权利要求1-4任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽与所述第二沟槽之间、以及所述第二沟槽与所述第三沟槽之间均采用一段曲线相连，该曲线与相连的两沟槽均相切。

Images