CN114762955A - 一种间断性圆弧沟槽抛光垫 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间断性圆弧沟槽抛光垫，包括抛光垫本体，设置于抛光垫本体中心处的圆形沟槽，圆形沟槽的外部衍生有第一短弧沟槽，相邻第一短弧沟槽之间设置有第二短弧形沟槽，短弧形沟槽区的外部衍生有间断性弧形沟槽，呈发散状延伸至抛光垫本体上任意一点。该装置的相邻两个间断性弧形沟槽区内的弧形沟槽为间断性分布且互不连接，抛光液在从一个间断性弧形沟槽区到达下一个间断性弧形沟槽区时需要变向，增加抛光液在间断性弧形沟槽区内所停留的时间，抛光液与晶圆接触得更加充分，提高晶圆抛光的速率，并且相邻间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽为间断性错开分布，在抛光垫本体上分布得更加均匀，对晶圆进行抛光时能明显改善晶圆表面的平坦度。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光的技术领域，尤其涉及一种间断性圆弧沟槽抛光垫。
背景技术
半导体芯片是通过在硅晶圆上沉积、刻蚀、布线和抛光等步骤而制成的能实现某种特殊功能的半导体器件，从硅晶圆到制成一颗完整的芯片，需要多道严苛要求的工序，其中就需要在晶圆的表面上沉积多层导电材料、半导体材料和介电材料，并将多层导电材料、半导体材料和介电材料从晶圆的表面上刻蚀除去，而在这个过程中会导致晶圆的表面变得不平坦，对于后续的工序造成影响，因此需要使用抛光垫将晶圆的表面打磨平坦。
现有的公开号为CN101234482A提供的具有用于降低浆液消耗的凹槽的抛光垫，该发明通过在抛光垫的一面的凹槽形状为放射状的或弧形放射状的，通过这种方式以此得到可以降低抛光液的消耗量，由于抛光垫在对晶圆进行打磨时是旋转的，由此产生的离心力会加速抛光液脱离抛光垫，使抛光液与晶圆接触的时间减少，致使抛光的效果没有达到预期，同时对晶圆的抛光速率也比较慢。
发明内容
针对现有技术中对于存在的上述问题，现提供一种间断性圆弧沟槽抛光垫，用于抛光磁性的，光学的和半导体衬底中的至少一种的晶圆，包括抛光垫本体；
设置于所述抛光垫本体中心处的圆形沟槽；
所述圆形沟槽的外部衍生有第一短弧沟槽，所述第一短弧沟槽以所述圆形沟槽的边缘处为起点，呈发散状延伸至所述抛光垫本体上的任意一点，且相邻所述第一短弧沟槽之间设置有第二短弧形沟槽，将所述第一短弧形沟槽与所述第二短弧形沟槽组成的区域定义为短弧形沟槽区；
所述短弧形沟槽区的外部衍生有间断性弧形沟槽，呈发散状延伸至所述抛光垫本体上任意一点，根据所述间断性弧形沟槽的起始点与所述抛光垫本体圆心距离的远近，将所述间断性弧形沟槽组成的环状区域定义为间断性弧形沟槽区，从所述抛光垫本体的内部到外边缘依次设置有第一级……第N级间断性弧形沟槽区，所述第N级间断性弧形沟槽区的弧形沟槽设置于所述第N-1级间断性弧形沟槽区内的弧形沟槽的延长线构成的抛光区域内。
作为上述技术方案的进一步描述：所述第N-1级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的起始端处于所述第N-2级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的末端所处的圆形上，且所述第N-1级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的末端处于所述第N级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的起始端所处的圆形上。
作为上述技术方案的进一步描述：所述圆形沟槽的横截面可以为矩形、半圆形、矩形加半圆组合型、梯形以及三角形。
作为上述技术方案的进一步描述：所述第一短弧沟槽、所述第二短弧沟槽以及所述间断性弧形沟槽的横截面可以为矩形、半圆形、矩形加半圆形组合型、梯形以及三角形。
作为上述技术方案的进一步描述：所述第一短弧沟槽、所述第二短弧沟槽以及所述间断性弧形沟槽中，任意位置相邻的两根沟槽之间的距离范围为1mm-50mm。
作为上述技术方案的进一步描述：所述抛光垫主体的直径为 50-1000mm，并且所述抛光垫本体的厚度为0.5～5.0mm。
作为上述技术方案的进一步描述：所述圆形沟槽的半径为 5-50mm，优选为10-25mm。
作为上述技术方案的进一步描述：参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第一短弧沟槽轨道坐标为(ρ，A)，所述第一短弧沟槽圆心O2的极角为B，所述第一短弧沟槽上任一点P的极角为A，和所述第一短弧沟槽的曲率半径为R，可用如下极坐标方程表示：
ρ＝2R cos(B-A)
其中，R＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径。
用上面等式定义的所述第一短弧沟槽轨道的弧度在10°到120°之间。
作为上述技术方案的进一步描述：参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽轨道坐标为(ρ’，A’)，根据第二短弧沟槽与所述间断性弧形沟槽圆心O’的极角为B’，所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽上任一点P’极角为A’，所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽的曲率半径为R’，可以用如下极坐标方程表示：
ρ′＝2R′cos(B′-A′)
其中，R’＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径。
用等式定义的所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽轨道的弧度在10°到120°之间。
作为上述技术方案的进一步描述：相邻的两级所述间断性弧形沟槽的起始点距离所述抛光垫本体的圆心的距离差值ΔL的范围为 0.01Rpad-0.5Rpad。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：相邻两个间断性弧形沟槽区内的弧形沟槽为间断性分布且互不连接，抛光液在从一个间断性弧形沟槽区到达下一个间断性弧形沟槽区时，需要变向，增加抛光液在间断性弧形沟槽区内所停留的时间，从而使抛光液能与晶圆接触得更加充分，从而提高对晶圆抛光的速率，由于相邻间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽为间断性错开分布，在抛光垫本体上分布得更加均匀，因此抛光垫在对晶圆进行抛光时可以明显改善晶圆表面的平坦度的效果。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本实用的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本实用范围的限制。
图1为本发明实施例一提出的一种间断性圆弧沟槽抛光垫的结构示意图；
图2为本发明提出的一种间断性圆弧沟槽抛光垫的第一短弧沟槽示意图；
图3为本发明提出的一种间断性圆弧沟槽抛光垫的第二短弧沟槽和间断性弧形沟槽示意图；
图4为本发明提出的一种间断性圆弧沟槽抛光垫的部分弧形沟槽的示意图；
图5为本发明实施例三中提出的一种间断性圆弧沟槽抛光垫结构示意图
图6为本发明实施例四提出的一种间断性圆弧沟槽抛光垫结构示意图。
上述附图标记表示：1、抛光垫本体；2、圆形沟槽；3、第一短弧沟槽；4、第二短弧沟槽；5、短弧形沟槽区；6；间断性弧形沟槽区；7、间断性弧形沟槽。
具体实施方式
下面将结合本实用实施例中的附图，对本实用实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本实用作进一步说明，但不作为本实用的限定。
参照图1-图4，本发明提供的实施例一：一种间断性圆弧沟槽抛光垫，用于抛光磁性的，光学的和半导体衬底中的至少一种的晶圆，包括抛光垫本体1；
设置于抛光垫本体1中心处的圆形沟槽2；
圆形沟槽2的外部衍生有第一短弧沟槽3，第一短弧沟槽3以圆形沟槽2的边缘处为起点，呈发散状延伸至抛光垫本体1上的任意一点，且相邻第一短弧沟槽3之间设置有第二短弧形沟槽，将第一短弧形沟槽与第二短弧形沟槽组成的区域定义为短弧形沟槽区5；
短弧形沟槽区5的外部衍生有间断性弧形沟槽7，呈发散状延伸至抛光垫本体1上任意一点，根据间断性弧形沟槽7的起始点与抛光垫本体1圆心距离的远近，将间断性弧形沟槽7组成的环状区域定义为间断性弧形沟槽区6，从抛光垫本体1的内部外边缘依次设置有第一级……第N级间断性弧形沟槽区6，第N级间断性弧形沟槽区6的弧形沟槽设置于第N-1级间断性弧形沟槽区6内的弧形沟槽的延长线构成的抛光区域内，相邻两个间断性弧形沟槽区6内的弧形沟槽为间断性分布且互不连接，从而使抛光液在从一个间断性弧形沟槽区6到达下一个间断性弧形沟槽区时，需要变向，从而增加抛光液在间断性弧形沟槽区6内所停留的时间，从而使抛光液能与晶圆接触得更加充分，从而提高对晶圆抛光的速率。
第N-1级间断性弧形沟槽区6内部的弧形沟槽的起始端处于第 N-2级间断性弧形沟槽区6内部的弧形沟槽的末端所处的圆形上，且第N-1级间断性弧形沟槽区6内部的弧形沟槽的末端处于第N级间断性弧形沟槽区6内部的弧形沟槽的起始端所处的圆形上，且相邻间断性弧形沟槽7错开分布，在抛光垫本体1上分布得更加均匀，因此抛光垫在对晶圆进行抛光时可以明显改善晶圆表面的平坦度的效果。
进一步地，圆形沟槽2的横截面可以为矩形、半圆形、矩形加半圆组合型、梯形以及三角形。
进一步地，第一短弧沟槽3、第二短弧沟槽4以及间断性弧形沟槽的横截面可以为矩形、半圆形、矩形加半圆形组合型、梯形以及三角形。
进一步地，第一短弧沟槽3、第二短弧沟槽4以及间断性弧形沟槽中，任意位置相邻的两根沟槽之间的距离范围为1mm-50mm。
进一步地，抛光垫主体的直径为50-1000mm，并且抛光垫本体的厚度为0.5～5.0mm。
进一步地，圆形沟槽2的半径为5-50mm，优选为10-25mm。
进一步地，参考抛光垫同轴中心的极坐标，第一短弧沟槽3轨道坐标为(ρ，A)，第一短弧沟槽3圆心O2的极角为B，第一短弧沟槽3上任一点P的极角为A，和第一短弧沟槽3的曲率半径为R，可用如下极坐标方程表示：
ρ＝2R cos(B-A)
其中，R＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径。
用上面等式定义的第一短弧沟槽3轨道的弧度在10°到120°之间。
进一步地，参考抛光垫同轴中心的极坐标，第二短弧沟槽4与间断性弧形沟槽7轨道坐标为(ρ’，A’)，根据第二短弧沟槽4与间断性弧形沟槽7圆心O’的极角为B’，第二短弧沟槽4与间断性弧形沟槽7上任一点P’极角为A’，第二短弧沟槽4与间断性弧形沟槽7的曲率半径为R’，可以用如下极坐标方程表示：
ρ′＝2R′cos(R′-A′)
其中，R’＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径。
用等式定义的第二短弧沟槽4与间断性弧形沟槽7轨道的弧度在10°到120°之间。
进一步地，第N级间断性弧形沟槽的弧长等于或者大于第N-1级间断性弧形沟槽的弧长。
进一步地，相邻的两级间断性弧形沟槽7的起始点距离抛光垫本体的圆心的距离差值ΔL的范围为0.01Rpad-0.5Rpad。
参照图1，本发明提供的实施例二：抛光垫本体1的半径为510mm，圆形沟槽2的半径为15mm，抛光垫1本体的厚度为2mm，R＝0.6Rpad，第一短弧沟槽3的弧度为30°，第二短弧沟槽的弧度为15°，第一级间断性弧形沟槽7的弧度为30°，第二级间断性弧形沟槽7的弧度为45°，第一短弧沟槽3的数量为32条，第二短弧沟槽3的个数为32条，第一级间断性弧形沟槽7的个数为128条，第二级间断性弧形沟槽7的个数为256条，其中第一短弧沟槽3的起始点所在圆的半径为35mm，第二短弧沟槽4的起始点所在圆的半径为110mm，第一级间断性弧形沟槽7起始点所在圆的半径为240mm，第二级间断性弧形沟槽7起始点所在圆的半径为480mm，ΔP的波动范围为1-3mm。
参照图5，本发明提供的实施例三：抛光垫本体1的半径为510mm，圆形沟槽2的半径为15mm，抛光垫1本体的厚度为2mm，R＝0.8Rpad，第一短弧沟槽3的弧度为20°，第二短弧沟槽的弧度为10°，第一级间断性弧形沟槽7的弧度为30°，第二级间断性弧形沟槽7的弧度为45°，第一短弧沟槽3的数量为32条，第二短弧沟槽3的个数为32条，第一级间断性弧形沟槽7的个数为64条，第二级间断性弧形沟槽7的个数为128条，其中第一短弧沟槽3的起始点所在圆的半径为35mm，第二短弧沟槽4的起始点所在圆的半径为110mm，第一级间断性弧形沟槽7起始点所在圆的半径为240mm，第二级间断性弧形沟槽7起始点所在圆的半径为480mm，ΔP的波动范围为1-3mm。
参照图6，本发明提供的实施例四：抛光垫本体1的半径为510mm，圆形沟槽2的半径为15mm，抛光垫1本体的厚度为2.0mm，R＝0.5Rpad，第一短弧沟槽3的弧度为20°，第二短弧沟槽的弧度为10°，第一级间断性弧形沟槽7的弧度为35°，第二级间断性弧形沟槽7的弧度为45°，第一短弧沟槽3的数量为32条，第二短弧沟槽3的个数为32条，第一级间断性弧形沟槽7的个数为128条，第二级间断性弧形沟槽7的个数为256条，其中第一短弧沟槽3的起始点所在圆的半径为35mm，第二短弧沟槽4的起始点所在圆的半径为110mm，第一级间断性弧形沟槽7起始点所在圆的半径为240mm，第二级间断性弧形沟槽7起始点所在圆的半径为480mm，ΔP的波动范围为1-3mm。
工作原理：在使用此装置时，由圆形沟槽2，第一短弧沟槽3以及间断性弧形沟槽7共同构成处于抛光垫本体1上的短弧形沟槽区5 以及间断性弧形沟槽区6，形成抛光垫本体1的短弧形沟槽区5的第一短弧沟槽3与第二短弧沟槽4的密度相对稀疏，而抛光垫本体1外围区域的第一级……第N级间断性弧形沟槽区6的密度相对逐渐密集，当抛光垫在使用过程中，抛光液从圆形沟槽2沿着第一短弧沟槽3与第二短弧沟槽4向外部扩散，由于第一级……第N级间断性弧形沟槽区6在抛光垫本体1外部的分布密度大于中心区的分布密度，且相邻两个间断性弧形沟槽区6内的弧形沟槽为间断性分布且互不连接，从而使抛光液在从一个间断性弧形沟槽区6到达下一个间断性弧形沟槽区时，需要变向，从而增加抛光液在间断性弧形沟槽区6内所停留的时间，从而使抛光液能与晶圆接触得更加充分，从而提高对晶圆抛光的速率，同时在由于相邻间断性弧形沟槽区6内部的弧形沟槽为间断性错开分布，在抛光垫本体1上分布得更加均匀，因此抛光垫在对晶圆进行抛光时可以明显改善晶圆表面的平坦度的效果。
以上所述仅为本实用较佳的实施例，并非因此限制本实用的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用的保护范围内。
Claims (10)
1.一种间断性圆弧沟槽抛光垫，用于抛光磁性的，光学的和半导体衬底中的至少一种的晶圆，其特征在于：包括抛光垫本体；
1)设置于所述抛光垫本体中心处的圆形沟槽；
2)所述圆形沟槽的外部衍生有第一短弧沟槽，所述第一短弧沟槽以所述圆形沟槽的边缘处为起点，呈发散状延伸至所述抛光垫本体上的任意一点，且相邻所述第一短弧沟槽之间设置有第二短弧形沟槽，将所述第一短弧形沟槽与所述第二短弧形沟槽组成的区域定义为短弧形沟槽区；
3)所述短弧形沟槽区的外部衍生有间断性弧形沟槽，呈发散状延伸至所述抛光垫本体上任意一点，根据所述间断性弧形沟槽的起始点与所述抛光垫本体圆心距离的远近，将所述间断性弧形沟槽组成的环状区域定义为间断性弧形沟槽区，从所述抛光垫本体的内部到外边缘依次设置有第一级……第N级间断性弧形沟槽区，所述第N级间断性弧形沟槽区的弧形沟槽设置于所述第N-1级间断性弧形沟槽区内的弧形沟槽的延长线构成的抛光区域内。
4)根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：所述第N-1级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的起始端处于所述第N-2级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的末端所处的圆形上，且所述第N-1级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的末端处于所述第N级间断性弧形沟槽区内部的弧形沟槽的起始端所处的圆形上。
2.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：所述圆形沟槽的横截面可以为矩形、半圆形、矩形加半圆组合型、梯形以及三角形。
3.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：所述第一短弧沟槽、所述第二短弧沟槽以及所述间断性弧形沟槽的横截面可以为矩形、半圆形、矩形加半圆形组合型、梯形以及三角形。
4.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：所述第一短弧沟槽、所述第二短弧沟槽以及所述间断性弧形沟槽中，任意位置相邻的两根沟槽之间的距离范围为1mm-50mm。
5.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：所述抛光垫主体的直径为50-1000mm，并且所述抛光垫本体的厚度为0.5～5.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：所述圆形沟槽的半径为5-50mm，优选为10-25mm。
7.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第一短弧沟槽轨道坐标为(ρ，A)，所述第一短弧沟槽圆心O2的极角为B，所述第一短弧沟槽上任一点P的极角为A，和所述第一短弧沟槽的曲率半径为R，可用如下极坐标方程表示：
ρ＝2Rcos(B-A)
其中，R＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径。
用上面等式定义的所述第一短弧沟槽轨道的弧度在10°到120°之间。
8.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽轨道坐标为(ρ’，A’)，根据第二短弧沟槽与所述间断性弧形沟槽圆心O’的极角为B’，所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽上任一点P’极角为A’，所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽的曲率半径为R’，可以用如下极坐标方程表示：
ρ′＝2R′cos(B′-A′)
其中，R’＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径。
用等式定义的所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽轨道的弧度在10°到120°之间。
9.根据权利要求1所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：第N级所述间断性弧形沟槽的弧长等于或者大于第N-1级所述间断性弧形沟槽的弧长。
10.根据权利要求9所述的一种间断性圆弧沟槽抛光垫，其特征在于：相邻的两级所述间断性弧形沟槽的起始点距离所述抛光垫本体的圆心的距离差值ΔL的范围为0.01Rpad-0.5Rpad。
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2022
- 2022-03-14 CN CN202210246273.9A patent/CN114762955A/zh active Pending
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