CN115946035A - 一种终点检测窗口和带窗口的化学机械抛光垫及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及B24B，更具体地，本发明涉及一种终点检测窗口和带窗口的化学机械抛光垫及制备方法。所述窗口侧面设有若干个周向槽；本发明提供一种具有特殊设计侧面结构的柱形窗口，并与抛光垫一体浇注成型制造具有窗口/抛光垫高结合强度的化学机械抛光垫。柱形窗口的侧面有机器加工形成的多道槽结构，不仅增加了窗口与抛光垫的结合接触面积，而且浇注入槽内的抛光垫本体材料固化成型后形成凸状结构、与窗口材料的槽结构之间形成嵌扣式结合方式，极大地增大了抛光垫与窗口之间的结合强度。本发明提供的窗口和抛光垫避免了窗口与抛光垫传统结合方式带来的窗口裂隙、裂痕、脱落甚至抛光液渗漏等风险，提高了抛光垫的良品率和耐用性。
Description
技术领域
本发明涉及B24B，更具体地，本发明涉及一种终点检测窗口和带窗口的化学机械抛光垫及制备方法。
背景技术
化学机械抛光垫是半导体芯片制造工艺中用到一种关键耗材，抛光终点检测窗口是化学机械抛光垫的一个重要组成结构。抛光垫窗口和抛光垫的结合方式一般有两种，一种是使用热敏胶或压敏胶粘合的方式，另一种是将窗口材料置于模具中与抛光垫材料一体浇注、窗口被抛光垫材料从四周内埋包裹而结合在一起的方式。
目前抛光垫和窗口的研究主要集中在其材料中，如CN108723983B提供一种用于抛光例如半导体衬底的化学机械(CMP)抛光垫，具有一个或多个在2mm厚度下将具有325nm或更低波长下的UV截断的终点检测窗口(窗口)，但很少有对窗口结构进行改进，其中使用的窗口一般与抛光垫接触面是光滑的设计，如图1所示。
但使用上述传统方法制造的含有光滑接触面窗口的化学机械抛光垫，在加工和使用过程中时常会发生窗口与抛光垫之间结合不紧固的情况，导致窗口结合处出现缝隙、裂痕、甚至脱落，以至于发生抛光液渗漏等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种终点检测窗口，所述窗口侧面设有若干个周向槽，所述槽的周向最大凹陷深度R为0.5～3mm，可列举的有，0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm、3mm。槽的周向最大凹陷深度为槽沿平行于暴露面方向的最大凹陷距离。
作为本发明一种优选的技术方案，所述槽的径向最大宽度L大于等于R。径向最大宽度为槽沿垂直于暴露面方向的边缘最大距离。
作为本发明一种优选的技术方案，所述槽的径向最大宽度L小于等于5R。
作为本发明一种优选的技术方案，所述槽的凹陷面积大于等于(2-π/2)R2。
作为本发明一种优选的技术方案，所述槽的凹陷面积小于等于2R2。优选为小于等于R2，凹陷面积为沿径向截面图中，槽去掉的面积。比如若槽为半圆形，则凹陷面积为(2-π/2)R2。
作为本发明一种优选的技术方案，所述槽的形状选自弧形、多边形、波浪形中的一种或多种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述多边形选自三角形、矩形、锯齿形中的一种或多种。当为三角形时，所述三角形的斜边和周向的角度为30～65度，可列举的有，30度、40度、45度、60度、65度。
作为本发明一种优选的技术方案，所述相邻槽的临近边缘的距离H为0～5R，可列举的有，0、0.5R、1R、1.5R、2R。所述临近边缘的距离是相邻槽最接近的边缘的距离。
作为本发明一种优选的技术方案，所述窗口的暴露面的粗糙度为0.1Ra～10Ra，可列举的有，0.1Ra、0.5Ra、1Ra、1.5Ra、2Ra、3Ra、4Ra、5Ra。
作为本发明一种优选的技术方案，所述窗口的暴露面的形状选自圆形、椭圆形、圆角矩形中的一种或多种。本发明不对暴露面的尺寸做具体限定，为暴露在抛光垫表面的一面，可根据抛光需要进行选择，可列举的有，当为圆形时，暴露面的直径为15～80mm，当为椭圆或圆角矩形时，长边直径为60～80mm，短边直径为15～25mm。本发明所述的窗口的形状为柱体，如圆柱、棱柱，其中棱柱可为长方体等。
本发明第二个方面提供了一种带窗口的化学机械抛光垫，带有上述终点检测窗口。
本发明第三发面提供了一种所述带窗口的化学机械抛光垫的制备方法，其是经一体浇注成。本发明不对窗口和抛光垫本体的材料做具体限定，均为聚氨酯材料，其中抛光垫的制备方法具体包括：将窗口放置在模具中，加入抛光垫本体的制备原料，一体浇注成型，并切割成合适厚度，如2mm，进行表面加工处理，如通过机械加工控制抛光垫本体和窗口表面的粗糙度和平整度。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种具有特殊设计侧面结构的柱形窗口，并与抛光垫一体浇注成型制造具有窗口/抛光垫高结合强度的化学机械抛光垫。柱形窗口的侧面有机器加工形成的多道槽结构，不仅增加了窗口与抛光垫的结合接触面积，而且浇注入槽内的抛光垫本体材料固化成型后形成凸状结构、与窗口材料的槽结构之间形成嵌扣式结合方式，极大地增大了抛光垫与窗口之间的结合强度。
(2)且发明人发现，控制槽的凹陷面积和凹陷深度R的关系，有利于嵌扣式结构的稳定，当凹陷面积较小时，抛光垫本体材料难以和槽形成牢固的结合，且发明人也发现，槽的厚度也不宜太深，否则会造成槽和抛光垫本体之间的缝隙增加，也不利于两者牢固结合。
(3)且发明人也发现，其槽的径向距离的大小还会影响抛光过程中是否会出现裂缝等问题，当控制径向宽度和周向深度在合适的比例，并避免槽的凹陷面积较小时，可促进抛光过程中窗口的稳定，避免抛光垫出现位移、裂缝等问题，对窗口造成损坏，提高抛光垫的使用寿命。
(4)其次，为了提高窗口与抛光垫的结合强度，可对柱状窗口材料的接触面进行表面处理，同时提高其表面与抛光垫材料的相容性、润湿性，且合适的粗糙度也减少了抛光过程中对窗口和抛光垫结合处的损坏。
(5)本发明提供的窗口和抛光垫避免了窗口与抛光垫传统结合方式带来的窗口裂隙、裂痕、脱落甚至抛光液渗漏等风险，增加了抛光垫和窗口的结合强度提高，提高了抛光垫的良品率和耐用性。
附图说明
图1是传统抛光垫的横截面示意图；
图2是实施例1提供的窗口横截面示意图；
图3是实施例1提供的窗口正视示意图；
图4是实施例2的抛光垫与窗口结合的示意图；
图5是实施例2的窗口结构局部放大示意图；
图6是实施例3的抛光垫与窗口结合的示意图；
图7是实施例4的抛光垫与窗口结合的示意图；图中1为槽，2为暴露面。
具体实施方式
实施例
实施例1
如图2～3所示，本例提供一种窗口，所述窗口侧面设有若干个周向槽1，所述槽1的周向最大凹陷深度R为0.5mm，所述槽1的径向最大宽度L为0.5mm；所述槽1的凹陷面积为0.25mm2。所述槽1的形状选自矩形，相邻槽1的临近边缘的距离H为0.5mm，所述窗口的暴露面2的粗糙度为1Ra，所述暴露面2的形状为圆角矩形，长边直径为60mm，短边直径为15mm。
实施例2
如图4～5所示，本例提供一种窗口，所述窗口侧面设有若干个周向槽1，所述槽1的周向最大凹陷深度R为3mm，所述槽1的径向最大宽度L为3mm；所述槽1的凹陷面积为9mm2，所述槽1的形状为矩形，相邻槽1的临近边缘的距离H为3mm，所述窗口的暴露面2的粗糙度为5Ra，所述暴露面2的形状为圆角矩形，长边直径为80mm，短边直径为25mm。
实施例3
如图6所示，本例提供一种窗口，所述窗口侧面设有若干个周向槽1，所述槽1的周向最大凹陷深度R为1mm，所述槽1的径向最大宽度L为1mm；所述槽1的凹陷面积为0.43mm2。所述槽1的形状为半圆形，相邻槽1的临近边缘的距离H为0mm，所述窗口的暴露面2的粗糙度为4Ra，所述暴露面2的形状为圆角矩形，长边直径为70mm，短边直径为20mm。
实施例4
如图7所示，本例提供一种窗口，所述窗口侧面设有若干个周向槽1，所述槽1的周向最大凹陷深度R为1mm，所述槽1的径向最大宽度L为1mm；所述槽1的凹陷面积为0.5mm2。所述槽1的形状为三角形，所述三角形的斜边和周向的角度为45度，相邻槽1的临近边缘的距离H为0mm，所述窗口的暴露面2的粗糙度为4Ra，所述暴露面2的形状为圆角矩形，长边直径为70mm，短边直径为20mm。
性能评价
1、终点检测窗口性能测试：在杭州众硅电子科技公司(Hangzhou SIZONEElectronic Technology Inc.)单模组集成式CMP抛光机上，使用Anji A28铜研磨液浆料来进行抛光研究。使用10kA裸铜晶圆作为测试晶片(Moniter wafer)确定具有终点检测窗口的抛光垫的。除非另外指明，否则在所有抛光实验中使用的抛光条件包括：93rpm的抛光平台转速；87rpm的抛光头转速；使用170mL/min的抛光液流速。根据终点检测窗口控制抛光时间40-60s/片，实验共抛光100张以上的晶圆，在使用完抛光垫后，拿下来检查抛光垫的窗口位置，可以确认在抛光过程中有槽边缘的窗口不会出现脱落，渗漏的现象。
通过窗口和抛光垫的结合强度的评价来判断窗口与抛光垫结合情况：
结合强度的评价：本实验有两种样品，一种是传统的光滑平整的终点检测窗口的抛光垫(对照样)，一种是具有本专利所描述的窗口的抛光垫。将抛光垫和窗口的相连的部分剪成1cm宽和8cm长，制作成测试用的样品，样品的一端为窗口，一端为抛光垫，用带有200kg的传感器拉力机夹住样品的两端，测试样品窗口和抛光垫分离的最大荷重。
表1
由表1测试结果可知，本发明提供的窗口与抛光垫本体具有更好的结合强度，同时避免了抛光垫终点检测窗口因为结合力不好而产生的脱落现象，大大提高了抛光垫的使用效果。
Claims (10)
1.一种终点检测窗口，其特征在于，所述窗口侧面设有若干个周向槽，所述槽的周向最大凹陷深度R为0.5～3mm。
2.根据权利要求1所述的终点检测窗口，其特征在于，所述槽的径向最大宽度L大于等于R。
3.根据权利要求1所述的终点检测窗口，其特征在于，所述槽的凹陷面积小于等于2R2。
4.根据权利要求1所述的终点检测窗口，其特征在于，所述槽的径向最大宽度L小于等于5R。
5.根据权利要求1所述的终点检测窗口，其特征在于，所述槽的形状选自弧形、多边形、波浪形中的一种或多种；
所述多边形选自三角形、矩形、锯齿形中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的终点检测窗口，其特征在于，所述相邻槽的临近边缘的距离H为0～5R。
7.根据权利要求1～7任意一项所述的终点检测窗口，其特征在于，所述窗口的暴露面的粗糙度为0.1Ra～10Ra。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的终点检测窗口，其特征在于，所述窗口的暴露面的形状选自圆形、椭圆形、圆角矩形中的一种或多种。
9.一种带窗口的化学机械抛光垫，其特征在于，带有根据权利要求1～8任意一项所述的终点检测窗口。
10.一种根据权利要求9所述的带窗口的化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，其是经一体浇注成。
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