一种抛光垫的制作方法

1.本发明涉及一种化学机械抛光技术领域，尤其是涉及一种抛光垫。


背景技术：

2.化学机械抛光技术(chemical mechanical polishing，cmp)是集成电路制造中获得全局平坦化的一种手段，是半导体晶片表面加工的关键技术之一。cmp属于化学腐蚀和机械摩擦相结合的工艺，首先是介于工件表面和抛光垫之间的抛光液中的氧化剂、催化剂等于工件表面材料进行化学反应，在工件表面产生一层化学反应薄膜；然后由抛光液中的磨粒和由高分子材料制成的抛光垫通过机械作用将这一层化学反应薄膜去除，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应。其中，抛光垫承担机械摩擦及承载抛光液等功能，其结构对抛光效果影响较大。现有技术中，抛光垫的沟槽中通常是采用直槽式的结构，在抛光过程中，硅片表面产生的碎屑容易在沟槽内形成堆积，从而容易影响整体的抛光质量。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种抛光垫，可以减少和避免抛光碎屑的堆积。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种抛光垫，包括抛光层，所述抛光层上分布有第一同心圆沟槽，所述第一同心圆沟槽朝向抛光垫的圆周边缘方向倾斜。
6.在另一优选的实例中，所述抛光层表面从圆心到圆周边缘方向划分为圆心区域和外圆环区域，所述第一同心圆沟槽分布于圆心区域内，所述外圆环区域内设置有第二同心圆沟槽，所述第二同心圆沟槽朝向抛光垫的圆周边缘方向倾斜，所述第二同心圆沟槽的槽宽小于所述第一同心圆沟槽的槽宽。
7.在另一优选的实例中，所述抛光层表面从圆心到圆周边缘方向划分为圆心区域和外圆环区域，所述第一同心圆沟槽分布于圆心区域内，所述外圆环区域内设置有第二同心圆沟槽，所述第二同心圆沟槽包括位置相对的内环壁和外环壁，所述内环壁靠近抛光垫的圆心并且向圆心方向倾斜，所述外环壁垂直于抛光层表面或者向抛光层的圆周边缘方向倾斜。
8.在另一优选的实例中，所述第二同心圆沟槽的内环壁的倾斜角度大于等于外环壁的倾斜角度。
9.在另一优选的实例中，所述第二同心圆沟槽的内环壁相对于竖直面的倾斜角度为10～80度。
10.在另一优选的实例中，所述第二同心圆沟槽的槽宽小于等于所述第一同心圆沟槽的槽宽。
11.在另一优选的实例中，所述第一同心圆沟槽的环壁和抛光层表面的交界边缘设置有倒角；所述第二同心圆沟槽的环壁和抛光层表面的交界边缘设置有边缘倒角。
12.在另一优选的实例中，所述边缘倒角为圆弧倒角。
13.在另一优选的实例中，所述第一同心圆沟槽的环壁和底面之间设置有底面倒角；所述第二同心圆沟槽的环壁和底面之间设置有底面倒角。
14.在另一优选的实例中，所述抛光层的半径和圆心区域的半径之比为4：1～2：1。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.1、抛光垫上的沟槽设计为向圆周边缘方向倾斜，使得抛光碎屑更容易在离心力的作用下被甩出沟槽，避免了碎屑的堆积。
17.2、在沟槽向外倾斜的基础上，同心圆沟槽可以在抛光层上外密内疏的分布，使得第二同心圆沟槽的内容物较第一同心圆沟槽更难甩出。由此，在第二同心圆沟槽内抛光液离心力大于第一同心圆沟槽内抛光液离心力的情况下，形成一种抵消效果，确保甩出抛光碎屑的基础上避免第二同心圆沟槽内的抛光液在抛光过程中被过多的甩出沟槽。
18.3、第二同心圆沟槽通过内外环壁的设计，使其第二同心圆沟槽朝向圆心倾斜，同时其外环壁具体为竖直或者向圆周边缘方向倾斜，可以具有更好的抛光液保留效果，并且避免抛光碎屑在沟槽内部角落形成堆积。
19.4、在同心圆沟槽的环壁和抛光层表面的交界边缘设置有边缘倒角，有利于减小碎屑被抛出沟槽时和抛光层表面产生的摩擦，使抛光碎屑更易被甩出。
20.5、在环壁和底面之间设置底面倒角，相比平直的夹角而言不易产生碎屑的堆积现象。
附图说明
21.图1为本发明实施例一的俯视示意图。
22.图2为本发明实施例一的局部剖视示意图。
23.图3为本发明实施例二的俯视示意图。
24.图4为本发明实施例二的局部剖视示意图。
25.图5为本发明实施例三的俯视示意图。
26.图6为本发明实施例三的局部剖视示意图。
27.图7为本发明实施例四的俯视示意图。
28.图8为本发明实施例四的局部剖视示意图。
29.图9为本发明实施例五的俯视示意图。
30.图10为本发明实施例五的局部剖视示意图。
31.图11为本发明对比例的俯视示意图。
32.图12为本发明对比例的局部剖视示意图。
33.附图标记：1-第一同心圆沟槽；2-第二同心圆沟槽；3-圆心区域；4-外圆环区域；5-边缘倒角；6-底面倒角。
具体实施方式
34.除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
35.本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间
相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，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。
37.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
38.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”、“相连”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.下面将参考附图并结合具体实施例来详细说明本发明。需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。
40.下述的抛光垫都是应用于抛光机，抛光机具体展开为：抛光机台板通过台板驱动器围绕其旋转轴线旋转。晶片由晶片载体所支承，并围绕其旋转轴线旋转。晶片包括抛光的表面，该表面朝向抛光垫，在抛光过程中被平面化，并且会产生碎屑。晶片载体可以被载体支承组件所支承，该组件适于在抛光过程中使晶片旋转，并提供向下的作用力，将晶片抛光的表面压向抛光垫，使得在被抛光表面和抛光垫之间存在所需的压力。抛光机上还装备用来向抛光垫输送抛光液的抛光液加料口。
41.实施例一
42.本实施例提供了一种抛光垫，抛光垫材料包含由预聚物反应形成的浇铸聚氨酯聚合材料，预聚物反应是指预聚物多元醇和多官能芳香族异氰酸酯反应生成的异氰酸酯封端反应产物，其中多官能芳香族异氰酸中脂族异氰酸酯的含量应小于11重量％，而异氰酸酯封端的反应产物包含4.5～9.6重量％的未反应nco，的固化剂为多按，多元醇类或醇胺混合物的固化剂进行固化；抛光垫至少含0.01％的微球填料。
43.抛光垫至少具有一个抛光层，在抛光层的表面开有沟槽，沟槽作用是增加抛光液在离心力作用下的分布均匀性以及在抛光区域的使用效率。本实施例中，如图1和图2所示，抛光层上的沟槽采用以抛光垫中心为圆心o的同心圆沟槽，在其他实施方式中，圆心o也可以不在抛光垫中心，采用偏心分布。本实施例中，在抛光层上的同心圆沟槽均为第一同心圆沟槽1，均匀地分布在抛光层的表面。构成第一同心圆沟槽1的内环壁和外环壁均朝向抛光垫的圆周边缘方向倾斜，其相对竖直面的倾斜角度a一般为10
°
～80
°
，优选为25
°
～65
°
。该结构的设计可以在抛光垫的抛光过程以及自转清理过程中，将第一同心圆沟槽1内部的抛光碎屑在离心力的作用下甩出沟槽外，避免了碎屑的堆积和残留，从而提高抛光质量。
44.实施例二
45.本实施例的基本结构和实施例一相同，其区别点在于：如图3和图4所示，抛光层表面从圆心到圆周边缘方向划分为圆心区域3和外圆环区域4，抛光层的半径和圆心区域3的半径之比一般为4：1～2：1，本实施例中优选采用3：1。在圆心区域3等间距分布有槽宽固定的第一同心圆沟槽1；外圆环区域4等间距分布有槽宽固定的第二同心圆沟槽2，第二同心圆沟槽2和第一同心圆沟槽1的槽间距p相同，并且第二同心圆沟槽2的槽宽d2小于第一同心圆沟槽1的槽宽d1。这种外圈沟槽变窄的设计可以避免过多的抛光液被第二同心圆沟槽2甩出，在确保甩出抛光碎屑的基础上维持抛光液含量，节约成本的同时提升化学抛光的效率。所有的同心圆沟槽的环壁向圆周边缘方向倾斜一定角度，所述倾斜角度具体大小按照抛光参数来设定。
46.实施例三
47.本实施例提供了一种抛光垫，抛光垫至少具有一个抛光层，在抛光层的表面开有沟槽，沟槽采用以抛光垫中心为圆心o的同心圆沟槽。如图5和图6所示，抛光层表面从圆心到圆周边缘方向划分为圆心区域3和外圆环区域4；抛光层的半径和圆心区域3的半径之比为一般4：1～2：1，本实施例中优选3：1。设置在圆心区域3内的同心圆沟槽为第一同心圆沟槽1；设置在外圆环区域4内的同心圆沟槽为第二同心圆沟槽2。第一同心圆沟槽1的槽宽和第二同心圆沟槽2的槽宽均相同。第一同心圆沟槽1的环壁向抛光垫圆周边缘倾斜一定角度，其相对竖直面的倾斜角度a一般为10
°
～80
°
，优选为25
°
～65
°
。第二同心圆沟槽2包括位置相对的内环壁和外环壁，内环壁靠近抛光垫的圆心并且向圆心方向倾斜，外环壁垂直于抛光层表面或者向抛光层的圆周边缘方向倾斜。第二同心圆沟槽2内环壁相对竖直面的倾斜角度b一般为10～80
°
，第二同心圆沟槽2外环壁相对竖直面的倾斜角度c一般为0～80
°
。本实施例中，第二同心圆沟槽2的内环壁的倾斜角度b大于等于外环壁的倾斜角度c，使得第二同心圆沟槽2具有一个向圆心方向的倾斜趋势。这种倾斜角度的设计可以使第二同心圆沟槽2具有更好的抛光液存留效果，兼顾排除碎屑和保留抛光液。
48.实施例四
49.本实施例的基本结构和实施例三相同，其区别点在于：第一同心圆沟槽1和第二同心圆沟槽2采用相同槽间距、互相不同槽宽的设计。如图7和图8所示，在圆心区域3等间距分布有槽宽固定的第一同心圆沟槽1；外圆环区域4等间距分布有槽宽固定的第二同心圆沟槽2，第二同心圆沟槽2和第一同心圆沟槽1的槽间距p相同，并且第二同心圆沟槽2的槽宽d2小于第一同心圆沟槽1的槽宽d1。这种倾斜角度与外圈沟槽变窄相结合的设计既便于抛光碎屑在离心力的作用下抛出沟槽，又可以更好地稳定外圈沟槽抛光液的含量。
50.实施例五
51.本实施例的基本结构和实施例二相同，如图9和图10所示，抛光层表面从圆心到圆周边缘方向划分为圆心区域3和外圆环区域4，抛光层的半径和圆心区域3的半径之比为4：1～2：1。圆心区域3等间距分布有槽宽固定的第一同心圆沟槽1；外圆环区域4等间距分布有槽宽固定的第二同心圆沟槽2，第二同心圆沟槽2的槽宽小于第一同心圆沟槽1。所有同心圆沟槽的环壁均向抛光垫圆周边缘方向倾斜一定角度。其不同点在于：所有同心圆沟槽的环壁和抛光层表面的交界边缘设置边缘倒角5，以及环壁和底面之间的交界处均可设置圆弧的底面倒角6，优选远离抛光垫圆心的同心圆沟槽外环壁和抛光层表面的交接边缘处设计圆弧的边缘倒角5。相比平直的夹角，圆角处与抛光碎屑的摩擦较小，更有利于抛光碎屑甩
出沟槽。
52.比较例
53.如图11和图12所示，为比较例的结构示意图，抛光垫的抛光层上设置现有常规的直角结构同心圆沟槽。将比较例分别和实施例一～五的碎屑残留进行记录和对比。
54.表1实施例和对比例的碎屑残留对比数据表：
[0055] 比较例实施例一实施例二实施例三实施例四实施例五碎屑残留100％62～75％60～75％65～72％63～72％40～60％抛光液存留100％77～83％92～96％98～102％110～116％92～96％
[0056]
从表中可以看出，以比较例残留的碎屑为100％作为参照系：
[0057]
将沟槽全部改变为倾斜结构实施例一可以减少近30～40％的碎屑，但是在抛光层上整体的抛光液也损失了20％左右，会导致抛光效率降低。
[0058]
设计了倾斜结构，并且降低外圈同心圆槽宽的实施例二同样可以减少近30～40％的碎屑，而且在抛光层上整体的抛光液存留损失，减低到了5％左右。
[0059]
实施例三中，对第二同心圆沟槽设计了向圆心的倾斜设计，可以减少30～35％左右的碎屑，而且抛光层上整体的抛光液存留几乎没有损失。
[0060]
实施例四中，在实施例三的基数上配合了槽宽的设计，同样的是可以减少30～35％左右的碎屑，而且还一定程度提高了抛光层上抛光液的存留效果。
[0061]
实施例五中，在实施例二的基础上，设计了底面倒角和边缘倒角，可以提高排除更多的碎屑，而且抛光层上抛光液的存留效果几乎不受影响。
[0062]
综上可知，本发明的方案可以显著减少沟槽内的碎屑数量，提高抛光质量。
[0063]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。