CN114274043A - 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，所述研磨层包括中心区域和设置在中心区域外周的外周区域，定义所述中心区域的半径为R1，研磨层半径为R，在研磨层半径方向上，所述外周区域的宽度W＝R‑R1；所述中心区域的半径与研磨层半径之比满足：0.01≤R1/R≤0.10；本发明通过对抛光垫的不同研磨区及其沟槽的尺寸及相关参数进行综合设计，使得本发明的抛光垫具有优异的研磨性能，并且具有较长的使用寿命。

Description

一种抛光垫
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。
抛光垫所用结构一般为叠层结构，包含抛光层与缓冲层，抛光层与缓冲层结合常用的一种方式是以压敏胶作为连接介质，采用辊压压合成型。在辊压过程中压敏胶与抛光层压合时，二者间存在少量微小气泡；压敏胶的生产过程中存在少量溶剂。当抛光垫用于高强度制程过程中，高温使压敏胶中溶剂汽化形成小气泡，且胶层黏度降低对气泡束缚力降低，在保持环及钻石碟的作用下，压合时产生的小气泡及溶剂汽化形成的小气泡向抛光垫中心聚集，形成凸起，易导致中心处提前破损降低抛光垫的使用寿命。
另一方面，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，由此可知，抛光层的沟槽图案对抛光性能有重要影响，现有技术针对沟槽结构进行了很多尝试，例如，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。现有技术在研磨速率、不均一性、缺陷率以及使用寿命等方面，还未能得到综合性能较优的抛光垫。
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，所述研磨层包括中心区域和设置在中心区域外周的外周区域，定义所述中心区域的半径为R1，研磨层半径为R，在研磨层半径方向上，所述外周区域的宽度W＝R-R1；所述中心区域的半径与研磨层半径之比满足：0.01≤R1/R≤0.10；其中，
中心区域，其具有沿径向分布的第一沟槽，所述第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心，内侧端与外侧端的距离为La，La与R1之比需满足0.5≤La/R1≤2.5；所述第一沟槽的个数K，1≤K≤28，K为整数；
外周区域，其具有至少两个同心圆沟槽，最内侧的同心圆沟槽设置在所述中心区域的边界上；所述同心圆沟槽的宽度为Wb，沟槽间距为P，Wb/P的范围为0.05～0.5，W/P的范围为80～300。
根据本发明的一种实施方式，所述中心区域的半径与研磨层半径之比满足：0.05≤R1/R≤0.1。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心，内侧端与外侧端的距离为La，La与R1之比需满足1≤La/R1≤2。
作为本发明的一种优选实施方式，所述第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心，内侧端与外侧端的距离为La，La与R1之比需满足1≤La/R1≤1.6。
根据本发明的一种实施方式，W/P的范围为95～205。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的个数为K，1≤K≤20，K为整数。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的个数K＝2m，m为整数。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的个数K＝2m，2≤m≤5，m为整数。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的宽度为Wa，Wa的范围为0.5～3.85mm。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的宽度为Wa，Wa的范围为0.8～3mm。
根据本发明的一种实施方式，所述同心圆沟槽的宽度为Wb，Wb的范围为0.1～0.8mm。
根据本发明的一种实施方式，所述同心圆沟槽的宽度为Wb，Wb的范围为0.1～0.6mm。
根据本发明的一种实施方式，沟槽间距P的范围为1～4mm。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的外侧端与外周区域的由内到外第n条同心圆沟槽相连，所述La＝R1+(n-1)*P；1≤n≤10，n为整数。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的外侧端与外周区域的由内到外第n条同心圆沟槽相连，所述La＝R1+(n-1)*P；1≤n≤5，n为整数。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的外侧端与外周区域的由内到外第一条同心圆沟槽相连。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽为直线形、曲线形沟槽中的一种或多种。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽为直线，所述第一沟槽的宽度为Wa，第一沟槽的个数为K，定义所述第一沟槽在所述中心区域的面积占比为Rsa，Rsa＝100％*(La*Wa*K)/(π*R1 2)，所述Rsa的范围为1～40％，优选3～30％。
根据本发明的一种实施方式，所述同心圆沟槽的面积为Sb，定义同心圆沟槽在所述外周区域的面积占比为Rsb，Rsb＝100％*Sb/(π*(R2-R1 2))，所述Rsb的范围为5～30％，优选8～25％。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的面积为Sa，所述同心圆沟槽的面积为Sb，沟槽面积比需满足：0.08％≤Sa/Sb≤1.2％，优选0.08％≤Sa/Sb≤0.8％。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的深度为Da，研磨层的厚度为D，0.15≤Da/D≤0.8。
根据本发明的一种实施方式，所述第一沟槽的深度为Da，研磨层的厚度为D，0.25≤Da/D≤0.7，优选0.35≤Da/D≤0.6。
根据本发明的一种实施方式，所述同心圆沟槽的深度为Db，研磨层的厚度为D，0.15≤Db/D≤0.8。
根据本发明的一种实施方式，所述同心圆沟槽的深度为Db与所述第一沟槽的深度Da相等。
根据本发明的一种实施方式，本发明抛光垫的研磨层还任选地包括终点检测窗口，优选检测窗口是结合至研磨层中的整体性窗口。
根据本发明的一种实施方式，本发明研磨层外周区域的同心圆可延伸至研磨层的外边缘，也可不延伸至边缘，在本发明基础上，针对边缘处的沟槽设计或变形也应当在本发明的保护范围之内。
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，并且抛光垫的使用寿命得到大幅提升。
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B区域内的局部放大图。
图3示出了图2的局部放大图形的研磨层截面图。
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。
图6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7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
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包括中心区域11和设置在中心区域外周的外周区域12，定义所述中心区域11的半径为R1，研磨层半径为R，在研磨层半径方向上，所述外周区域的宽度W＝R-R1；
其中，中心区域11内设置第一沟槽，第一沟槽可为1条或多条，第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心上，外侧端与内侧端的距离为La。外周区域12是宽度为W的环形区域构成，外周区域内设置同心圆沟槽，本发明“同心圆沟槽”是指共圆心但是半径不等的圆环状沟槽。
继续参考附图2，图2是图1在B虚圈内的局部放大图，中心区域11内设置多条第一沟槽，例如沟槽111等，第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心，外侧端与内侧端的距离为La；外周区域设置多条同心圆沟槽，例如由内到外依次为沟槽121，沟槽122…等。结合附图3，图3是图2的研磨层截面图，定义外周区域的同心圆沟槽的宽度为Wb，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，记为Db；第一沟槽的宽度为Wa，深度为Da。
本发明针对沟槽图案进行了大量研究，中心区域的半径以及第一沟槽的La对抛光垫的使用寿命有较大影响，并且，研磨层的第一沟槽与同心圆沟槽的尺寸也直接影响抛光垫的研磨性能。在本发明中，所述中心区域的半径与研磨层半径之比满足：0.01≤R1/R≤0.10，La与R1之比需满足0.5≤La/R1≤2.5；所述第一沟槽的个数K，1≤K≤28，K为整数；同心圆沟槽的宽度为Wb，沟槽间距为P，Wb/P的范围为0.05～0.5，W/P的范围为80～300。该参数的设计能够兼顾抛光垫的使用寿命及研磨性能。
针对上述尺寸，本发明限定R1/R的范围为0.01～0.10；例如可取0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，0.10等，更优选的范围为0.05～0.10。0.5≤La/R1≤2.5；例如0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，1.3，1.5，2.0等；更优选的范围为1～1.6。
针对上述尺寸，本发明限定Wb/P的范围为0.05～0.5；例如可取0.07，0.10，0.12，0.13，0.14，0.15，0.16，0.17，0.18，0.19，0.20，0.21，0.22，0.23，0.24，0.25，0.26，0.28，0.30，0.35，0.40，0.45，0.5等，更优选的范围为0.08～0.30。
本发明进一步限定外周区域宽度W与设置其中的同心圆沟槽间距P之间的比例关系，限定W/P的范围为80～300，更优选95～205，若同心圆沟槽延伸至外周区域边缘，则该比值可近似表征同心圆沟槽的条数，外周区域的同心圆沟槽的条数可优选为112条，118条，120条，128条，136条，144条，160条，176条，192条，200条，208条等。
在上述限定的尺寸范围下，本发明对第一沟槽的数量及排布进行研究。第一沟槽的个数为K，1≤K≤28，K为整数。优选地，1≤K≤20，更优选地，第一沟槽与同心圆沟槽相交，定义同心圆沟槽由内到外依次为第1条沟槽，第2条沟槽…第n条沟槽，第一沟槽与第n条沟槽相交时，La的长度可使用R1和P计算得出：La＝R1+(n-1)*P；n需满足：1≤n≤10，n为整数。更优选地，n选自1，2，3，4，5中的任一项。
更优选地，本发明针对中心区域中第一沟槽的面积占比Rsa进行了研究，Rsa表示第一沟槽面积Sa占中心区域面积的百分比，Rsa的范围为1～40％，更优选为3～30％；在某些实施方式中，进一步优选为5～20％。
图1～图3示出了本发明的优选示例，第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心，外侧端与由内到外的第一个沟槽121相连。在该实施方式中，中心区域为半径为R1的圆形区域，其面积为π*R1 2；第一沟槽为直线，其面积Sa＝La*Wa*K。则Rsa可表示为：Rsa＝100％*(La*Wa*K)/(π*R1 2)。
进一步优选地，沟槽宽度Wa为0.5～3.85mm，优选为0.8～3mm；例如可为0.8mm，0.9mm，1.0mm，1.1mm，1.2mm，1.3mm，1.4mm，1.5mm，1.6mm，1.7mm，1.8mm，1.9mm，2.0mm，2.2mm，2.4mm，2.6mm，2.8mm，3.0mm。
进一步优选地，本发明针对外周区域中同心圆沟槽的面积占比Rsb进行了研究，Rsb表示同心圆沟槽面积Sb占外周区域面积的百分比，Rsb的范围为5～30％，更优选为8～25％；在某些实施方式中，进一步优选为10～25％。
图1～图3示出了本发明的优选示例，同心圆沟槽延伸至外周区域的边缘。其中，第1条沟槽121的面积记为S1；半径从小到大依次为第2条，第3条，…，第q条沟槽；相应地，面积记为S2，S3，…，Sq。
计算可知，
S1＝π(R1+Wb)2-πR1 2＝π(2R1*Wb+Wb2)
S2＝π[2(R1+P)*Wb+Wb2]
S3＝π[2(R1+2P)*Wb+Wb2]
…
Sq＝π[2(R1+(q-1)P)*Wb+Wb2]
沟槽总面积Sb＝π{qWb2+2Wb[q*R1+q(q-1)*P/2]}
W＝(q-1)*P+Wb，则q＝1+(W-Wb)/P
将沟槽条数q使用W,Wb及P表示，换算可得沟槽总面积Sb为：
Sb＝π*Wb*(2R1+W)*(W/P-Wb/P+1)。
外周区域的面积为π*(R2-R1 2)；则Rsb可表示为：Rsb＝100％*Sb/(π*(R2-R1 2)。
进一步优选地，沟槽宽度Wb为0.1～0.8mm，优选为0.1～0.6mm；沟槽间距P为1～4mm，优选为1～3.5mm。
进一步优选地，第一沟槽面积Sa与同心圆沟槽面积Sb的比值百分比需满足0.08％≤Sa/Sb≤1.2％，更优选为0.08％≤Sa/Sb≤0.8％。
以上面积占比在该范围内，能够合理均衡抛光液分布及钻石碟的修整均匀性，减少中心处提前破损，抛光垫的研磨性能优异。
附图2是附图1的局部放大图，第一沟槽的条数K可为奇数或偶数，第一沟槽均匀分布在中心区域中。当K＝8时，相邻的第一沟槽间的夹角为45°；当K＝3时，相邻第一沟槽的夹角则为120°。
在某些实施方式中，本发明优选K为偶数，K＝2m，并且m为2～5之间的整数，K为偶数时，在实际刻槽工艺中，两条呈180°的第一沟槽可使用一次刻槽操作得到，即两条第一沟槽构成的沟槽穿过研磨层的中心。需要说明的是，刻槽下刀过程难免导致刻槽的起始端处存在微小弧度，该种方式也在本发明的保护范围之内。
第一沟槽深度Da限定为研磨层厚度的0.15～0.8倍；优选为0.25～0.7倍；更优选为0.35～0.6倍。同心圆沟槽具有深度Db，实验研究发现，同心圆沟槽的深度Db与第一沟槽的深度Da具有一定相关性，本发明限定Da＝Db，抛光性能更佳。
图4示出了本发明另外一种优选示例，与图1抛光垫图案类似，抛光垫的包括研磨层200，研磨层200包括中心区域和设置在中心区域外周的外周区域，中心区域的半径R1，研磨层半径R，以及外周区域的宽度W＝R-R1；以及R1/R，Wb/P，W/P，K，Sa，Rsa，Sb，Rsb，Wb，P等参数范围的限定均与图1示例一致。不同之处在于，中心区域内设置的第一沟槽，穿过了中心区域与外周区域的同心圆沟槽相交，例如第一沟槽211依次与同心圆沟槽221，同心圆沟槽222和同心圆沟槽223相交；即La/R1＞1，但是第一沟槽的La不能过大，优选地，La/R1优选在1～1.6之间，第一沟槽的外侧端与由内到外的第n条同心圆沟槽相连，优选n≤5，例如n取2，3，4，5。
图5示出了本发明另外一种优选示例，与图1抛光垫图案类似，抛光垫的包括研磨层300，研磨层300包括中心区域和设置在中心区域外周的外周区域，中心区域的半径R1，研磨层半径R，以及外周区域的宽度W＝R-R1；以及R1/R，Wb/P，W/P，K，Sa，Rsa，Sb，Rsb，Wb，P等参数范围的限定均与图1示例一致。不同之处在于，中心区域内设置的第一沟槽，例如沟槽311，沟槽312未与最内侧的同心圆沟槽321相连。
实施方式二
本发明研磨层外周区域的同心圆可延伸至研磨层的外边缘，也可不延伸至边缘。例如实施方式一的同心圆沟槽均延伸至抛光垫的边缘。作为本发明的另一种实施方案，研磨层的同心圆沟槽未延伸至研磨层的边缘。
进一步参考附图6，抛光垫的包括研磨层400，研磨层400包括中心区域41和设置在中心区域外周的外周区域42，如图所示，研磨层的外边缘为43。定义所述中心区域41的半径为R1，研磨层半径为R，在研磨层半径方向上，所述外周区域的宽度W＝R-R1；
其中，中心区域41内设置第一沟槽，第一沟槽可为1条或多条，第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心上，外侧端与内侧端的距离为La。外周区域42是宽度为W的环形区域构成，外周区域42内设置有同心圆沟槽。
实施方式三的中心区域，外周区域的尺寸以及第一沟槽，同心圆沟槽的相关参数范围，例如La，Wa，R1/R，Wb/P，W/P，K，Sa，Rsa，Sb，Rsb，Wb，P等与实施方式一类似，不再重复说明。
由于同心圆沟槽未延伸至沟槽边缘，则在实施方式一的面积公式中，同心圆沟槽总面积Sb＝π{qWb2+2Wb[q*R1+q(q-1)*P/2]}，沟槽条数q使用W实际,Wb及P表示，换算可得沟槽总面积Sb为：
Sb＝π*Wb*(2R1+W实际)*(W实际/P-Wb/P+1)。
式中，W实际指在外周区域中，半径方向上同心圆沟槽覆盖的实际宽度。进一步参考附图6，边缘区域42内的同心圆沟槽离边缘43有一定留白区。但该留白区的面积直接影响边缘区域中同心圆沟槽面积的占比Rsb。外周区域的面积为π*(R2-R1 2)；Rsb表示为：Rsb＝100％*Sb/(π*(R2-R1 2))，在本实施方式中，面积百分比Rsb的范围为5～30％，优选8～25％。
进一步优选地，第一沟槽面积Sa与同心圆沟槽面积Sb的比值百分比需满足0.08％≤Sa/Sb≤1.2％，更优选为0.08％≤Sa/Sb≤0.8％。
以上面积占比在该范围内，能够合理均衡抛光液分布及钻石碟的修整均匀性，减少中心处提前破损，抛光垫的研磨性能优异。
在符合上述参数范围的前提下的其他变形，例如实施方式二的边缘留白区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，也应在本发明的保护范围之内。
实施方式三
本发明的第一沟槽为线状沟槽，例如实施方式一～二的第一沟槽均为直线形，作为本发明的另一种实施方案，抛光垫的第一沟槽还可以为曲线。
进一步参考图7，抛光垫的包括研磨层500，研磨层500包括中心区域和设置在中心区域外周的外周区域，如图所示，研磨层的外边缘为43。定义所述中心区域41的半径为R1，研磨层半径为R，在研磨层半径方向上，所述外周区域的宽度W＝R-R1，外周区域设置多条同心圆沟槽，例如最内侧的同心圆沟槽521等。实施方式三的中心区域，外周区域的尺寸以及第一沟槽，同心圆沟槽的相关参数范围，例如R1/R，Wb/P，W/P，K，Sa，Rsa，Sb，Rsb，Wb，P等与实施方式一类似，不再重复说明。
研磨层500的第一沟槽为一系列曲线形的线状沟槽，例如沟槽511。第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心上，外侧端与内侧端的距离为La。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即La，La的参数范围同实施方式一。曲线沟槽的宽度类似直线的宽度，即为曲线的线宽，宽度Wa的范围为0.5～3.85mm；更优选0.8～3mm，如上描述的，曲线沟槽的La，Wa以及Da，以及与同心圆沟槽相连的个数n等参数范围均与实施方式一保持一致。
图7示出了本发明的优选示例，第一沟槽为曲线，第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心，外侧端与由内到外的第一个同心圆沟槽521相连。在该实施方式中，中心区域为半径为R1的圆形区域，其面积为π*R1 2；第一沟槽为曲线，其面积Sa可通过制图软件读取获得。参数实施方式一，Rsa的范围为1～40％，更优选为3～30％；在某些实施方式中，进一步优选为5～20％。
进一步优选地，第一沟槽面积Sa与同心圆沟槽面积Sb的比值百分比需满足0.08％≤Sa/Sb≤1.2％，更优选为0.08％≤Sa/Sb≤0.8％。
以上面积占比在该范围内，能够合理均衡抛光液分布及钻石碟的修整均匀性，减少中心处提前破损，抛光垫的研磨性能优异。
半导体器件的制造方法
半导体器件是经过了使用上述抛光垫来研磨半导体晶片的表面的工序而制造的。半导体晶片一般是指在硅晶片上层叠了配线金属及氧化膜的晶片。本发明半导体器件的制造方法，包括使用所述的抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序，对研磨装置没有特别限制。
一般来说，研磨装置包括具备支撑抛光垫的研磨平台、支撑半导体晶片的支撑台、用于进行半导体晶片均一加压的衬板材料和供给抛光液的供给机构的研磨装置，研磨平台和支撑台按照使各自支撑的研磨垫和被研磨的半导体晶片相面对的方式配置，研磨方法是使所述研磨平台和支撑台旋转并将所述半导体晶片向抛光垫推压，在供给抛光液的同时，使用所述的抛光垫来研磨半导体晶片的表面。
实施例
(1)制备抛光层
聚氨酯抛光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抛光垫均可以。本发明制备的抛光层的聚氨酯也可为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的一种或多种物质形成的聚合物或共聚物。采用上述种类的聚氨酯能够获得更好的抛光效果。较佳地，所述聚氨酯由异氰酸酯和多元醇反应所得异氰酸酯封端的预聚物再与固化剂和空心微球体的混合物反应制得。
其中，所述异氰酸酯，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为芳香族异氰酸酯和/或脂肪族异氰酸酯。所述芳香族二异氰酸酯类化合物较佳地为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯和间苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
所述脂肪族二异氰酸酯类化合物较佳地为亚乙基二异氰酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯和1,6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。所述脂环式二异氰酸酯类化合物较佳地为1,4-环己烷二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和降冰片烷二异氰酸酯中的一种或多种。
其中，所述多元醇，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为聚醚型多元醇和/或聚酯型多元醇。较佳地，所述多元醇为聚四亚甲基醚二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、己二酸乙二酯和己二酸丁二酯中的一种或多种。
其中，所述固化剂，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为多元醇、多胺和醇胺中的一种或多种，所述固化剂较佳地为MOCA和/或MCDEA，所述MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷，所述MCDEA为4,4-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)。
本发明实施例制得的抛光层为(80mil±3.0mil)，约2mm，硬度为(57±5D)，密度为(0.8±0.03)g/cm3。
(2)制备抛光垫
本发明的抛光垫也可以为上文所述的抛光层；也可以进一步包含底层；或底层及布置在该抛光层与该底层之间的一层或多层中间层。对半导体基质进行化学机械抛光的为抛光层，底层或中间层不对本发明构成限定。
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。
本发明实施例包括缓冲层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例
代号解释：
R1/R：中心区域半径与研磨层半径之比；
La/R1：第一沟槽长度La与中心区域的半径R1之比；
Wa：第一沟槽的宽度，单位：mm；
K：第一沟槽个数；
Da：第一沟槽的深度，单位：mm；
Wb：同心圆沟槽的宽度，单位：mm；
P：同心圆沟槽的槽间距，单位：mm；
Db：同心圆沟槽的深度，单位：mm；
n：第一沟槽与从内到外的第n个同心圆相连；
Rsa：100％*Sa/(π*R1 2)，第一沟槽为直线时Sa＝La*Wa*K，单位：％；
Rsb：100％*(π*Wb*(2R1+W)*(W/P-Wb/P+1))/(π*(R2-R1 2)，单位：％；
Sa/Sb：100％*Sa/(π*Wb*(2R1+W)*(W/P-Wb/P+1))，第一沟槽为直线时Sa＝La*Wa*K，单位：％。
研磨参数和评价方法：
抛光晶片为Oxide 10K wafer，抛光液为氧化硅磨料的抛光液D2000E，流速为120ml/min，修整器为Saeseol的C4的钻石盘，压力为5lbf，抛光头压力为4.5psi，台板速度为102rpm，载具速度为108rpm，抛光时间为60s。
对晶片的第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。
抛光垫持续对晶片进行抛光操作，在此过程中持续观察Pad的外观情况，主要包括Pad圆心处是否破损及沟槽是否磨平，当Pad圆心出现破损或沟槽磨平时，停止抛光并记录抛光垫的使用寿命(lifetime)；无破损使用“/”表示，出现破损使用“×”表示。
表1抛光垫样品的沟槽几何数据
参数 R1/R La/R1 Wa K Da Wb P Db
实施例1 0.066 1.00 1.00 8 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例2 0.066 1.00 1.00 4 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例3 0.066 1.24 1.00 8 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例4 0.066 1.00 0.60 4 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例5 0.066 1.00 2.50 10 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例6 0.066 1.00 1.00 8 0.8 0.203 1.524 0.8
实施例7 0.066 1.00 1.00 8 0.8 0.203 3.048 0.8
实施例8 0.066 1.00 1.00 8 0.8 0.708 2.311 0.8
实施例9 0.066 1.72 1.00 8 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例10 0.066 0.80 1.00 8 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例11 0.066 1.00 1.00 3 0.8 0.508 3.048 0.8
实施例12 0.066 1.00 1.00 18 0.8 0.508 3.048 0.8
对比例1 0.128 1.00 1.00 8 0.8 0.508 3.048 0.8
对比例2 0.000 / 1.00 8 0.8 0.508 3.048 0.8
对比例3 0.066 1.00 1.00 30 0.8 0.508 3.048 0.8
注：实施例4的第一沟槽为曲线，如图7所示；其余实施例的第一沟槽均为直线。
表2抛光垫样品的研磨层尺寸计算参数
参数 Wb/P W/P n Rsa Rsb Da/D Da/Db Sa/Sb
实施例1 0.167 119 1 10.03 16.78 0.4 1 0.26
实施例2 0.167 119 1 5.02 16.78 0.4 1 0.13
实施例3 0.167 119 3 12.44 16.78 0.4 1 0.32
实施例4 0.167 119 1 4.81 16.78 0.4 1 0.12
实施例5 0.167 119 1 31.35 16.78 0.4 1 0.81
实施例6 0.133 238 1 10.03 13.37 0.4 1 0.32
实施例7 0.067 119 1 10.03 6.71 0.4 1 0.65
实施例8 0.306 157 1 10.03 30.77 0.4 1 0.14
实施例9 0.167 119 7 17.22 16.78 0.4 1 0.44
实施例10 0.167 119 -1 8.02 16.78 0.4 1 0.21
实施例11 0.167 119 1 3.76 16.78 0.4 1 0.10
实施例12 0.167 119 1 22.57 16.78 0.4 1 0.58
对比例1 0.167 111 1 5.15 16.79 0.4 1 0.51
对比例2 0.167 127 128 / 16.78 0.4 1 3.92
对比例3 0.167 119 1 37.61 16.78 0.4 1 0.97
注：实施例10的第一沟槽不与同心圆沟槽相连；实施例4的第一沟槽面积由制图软件获取。
表3研磨性能评价
Figure BDA0003441636060000101
表1是本发明的实施例和对比例的沟槽的尺寸参数，表2是本发明的实施例和对比例由沟槽尺寸计算出的Wb/P，W/P，Rsa，Rsb，Sa/Sb等参数值，表3是本发明的实施例和对比例的研磨评价结果。
从实施例1-12和对比例1-3可以看出，在0.01≤R1/R≤0.10，0.5≤La/R1≤2.5，Wb/P的范围为0.05～0.5，W/P的范围为80～300，1≤K≤28时，抛光垫具有较佳的研磨速率，较低的缺陷度，以及较低的不均一性，同时具有良好的使用寿命(均超过了24小时)，部分实施例研磨28小时仍未出现破损。
对比例1的中心区域过大，易导致不均一性和缺陷度明显增高(Nu为3.81％，缺陷数367)；对比例2为含有同心圆和放射线的沟槽，其中同心圆和放射线沟槽均从研磨层中心向研磨层的边缘延伸。虽然其研磨速率与本发明实施例相当，但其不均一性及缺陷度明显较高(Nu为3.98％，缺陷数464)，并且使用寿命远低于本发明抛光垫，研磨20小时出现了破损。对比例3的中心区域的沟槽数过多，为30条；中心区域沟槽过于密集易导致研磨均一性劣化(Nu为4.11％)，并且20小时中心区域出现破损，使用寿命相对较短。
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。使用该抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序及包括该工序的半导体器件的制造方法也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抛光垫，其特征在于，包括研磨层，所述研磨层包括中心区域和设置在中心区域外周的外周区域，定义所述中心区域的半径为R1，研磨层半径为R，在研磨层半径方向上，所述外周区域的宽度W＝R-R1；所述中心区域的半径与研磨层半径之比满足：0.01≤R1/R≤0.10；其中，
中心区域，其具有沿径向分布的第一沟槽，所述第一沟槽的内侧端设置在研磨层的中心，内侧端与外侧端的距离为La，La与R1之比需满足0.5≤La/R1≤2.5，所述第一沟槽的个数K，
1≤K≤28，K为整数；
外周区域，其具有至少两个同心圆沟槽，最内侧的同心圆沟槽设置在所述中心区域的边界上；所述同心圆沟槽的宽度为Wb，沟槽间距为P，Wb/P的范围为0.05～0.5，W/P的范围为80～300。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽的个数为K，1≤K≤20，K为整数。
3.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽的个数K＝2m，2≤m≤5，m为整数。
4.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Wa，Wa的范围为0.5～3.85mm。
5.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述同心圆沟槽的宽度为Wb，Wb的范围为0.1～0.8mm；沟槽间距P的范围为1～4mm。
6.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽的外侧端与外周区域的由内到外第n条同心圆沟槽相连，所述La＝R1+(n-1)*P；1≤n≤10，n为整数。
7.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽为直线，所述第一沟槽的宽度为Wa，第一沟槽的个数为K，定义所述第一沟槽在所述中心区域的面积占比为Rsa，Rsa＝100％*(La*Wa*K)/(π*R1 2)，所述Rsa的范围为1～40％。
8.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述同心圆沟槽的面积为Sb，定义同心圆沟槽在所述外周区域的面积占比为Rsb，Rsb＝100％*Sb/(π*(R2-R1 2))，所述Rsb的范围为5～30％。
9.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽的面积为Sa，所述同心圆沟槽的面积为Sb，沟槽面积比需满足：0.08％≤Sa/Sb≤1.2％。
10.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一沟槽的深度为Da，所述同心圆沟槽的深度为Db，研磨层的厚度为D，0.15≤Da/D≤0.8；0.15≤Db/D≤0.8。
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