一种表面具有沟槽的抛光垫的制作方法

1.本发明涉及化学机械抛光技术领域，特别是涉及一种表面具有沟槽的抛光垫。


背景技术：

2.随着硅集成电路技术产业的发展，受成本影响，所用硅片的尺寸增大，其上的电子元件集成度增高，器件的特征尺寸也在不断缩小。为了保证硅片制备过程中的光刻质量，要求硅片的表面平整度达到纳米级。化学机械抛光是目前唯一能实现硅片全局平坦化的方法。抛光垫是化学机械抛光工艺中的重要耗材，承担了物理抛光及运输抛光液等功能，其品质直接影响了抛光效果。
3.抛光垫表面沟槽具有改善压力分布、热量传递，提高载液量、抛液效率等重要作用。表面沟槽的宽度、深度、形状等对抛光垫的抛光效果均有影响，其中沟槽形状的影响最大，其设计尤为重要。目前常见沟槽形状有网格型、圆环型、螺旋型、渐开线型、放射线型及以上形状的组合等。
4.现有抛光垫存在以下问题：由于抛光垫的圆周运动，抛光液从中心向外运动时，不可避免地会进行加速运动，较高的抛光液运动速度不仅会造成抛光液利用低的问题，还会导致边缘处过抛，影响抛光质量。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种表面具有沟槽的抛光垫，能够调节抛光液流动的加速度、延缓抛光液速度变化，以克服背景技术中的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种表面具有沟槽的抛光垫，其包括：
7.抛光层，所述抛光层为圆形；
8.第一沟槽，位于所述抛光层的表面，所述第一沟槽以所述抛光层的圆心为起点呈螺旋状延伸至所述抛光层的边缘；
9.第二沟槽，位于所述抛光层的表面，所述第二沟槽以所述抛光层的圆心为起点沿径向延伸至所述抛光层的边缘；
10.第三沟槽，位于所述抛光层的表面，所述第三沟槽以所述第二沟槽上的某点为起点延伸至所述抛光层的边缘。
11.进一步的，所述第一沟槽为中心对称的双螺线结构。
12.进一步的，所述第一沟槽沿径向的间距为l1，其中1≤a≤15，θ为连接第一沟槽任一点到圆心的直线与水平方向的夹角，0≤θ≤nπ，n为整数。
13.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。
14.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。
15.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。
16.进一步的，所述第二沟槽具有多个，多个所述第二沟槽沿所述抛光层的周向均匀
分布。
17.进一步的，所述第三沟槽具有多个，多个所述第三沟槽沿所述第二沟槽间隔均匀分布。
18.进一步的，所述第二沟槽与所述第三沟槽均为直线形或均为曲线形。
19.进一步的，所述第二沟槽和/或所述第三沟槽的中部区域的形状为正弦函数形。
20.上述技术方案所提供的一种表面具有沟槽的抛光垫，与现有技术相比，其有益效果在于：通过在抛光层上设置呈螺旋状延伸的第一沟槽能够调控抛光液的切向加速度，改善抛光垫的储液能力；通过径向延伸的第二沟槽及与第二沟槽呈分叉型的第三沟槽能够调节抛光液的径向加速度，延缓抛光液速度变化，提高抛光均匀性，进而防止边缘过抛，提高抛光液利用率，保证抛光质量。
附图说明
21.图1是本发明实施例一的抛光垫的结构示意图；
22.图2a是本发明实施例二的抛光垫的结构示意图；
23.图2b是图2a沿截面a－a的剖视图；
24.图2c是图2a沿截面b－b的剖视图；
25.图3是本发明实施例三的抛光垫的结构示意图；
26.图4是本发明实施例四的抛光垫的结构示意图。
27.其中，1－抛光层，2－第二研磨区，3－第一沟槽，4－第二沟槽，5－第三沟槽，6－第一研磨区，7－第三研磨区。
具体实施方式
28.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。
29.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。
30.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。
31.结合图1至图4所示，本发明所提供的是一种表面具有沟槽的抛光垫，其包括圆形的抛光层1，抛光层1上设置有第一沟槽3、第二沟槽4及第三沟槽5；第一沟槽3位于抛光层1的表面，且第一沟槽3以抛光层1的圆心为起点呈螺旋状延伸至抛光层1的边缘；第二沟槽4位于抛光层1的表面，且第二沟槽4以抛光层1的圆心为起点沿径向延伸至抛光层1的边缘；
第三沟槽5位于抛光层1的表面，且第三沟槽5以第二沟槽4上的某点为起点延伸至抛光层1的边缘。
32.基于上述方案，通过在抛光层1上设置呈螺旋状延伸的第一沟槽3能够调控抛光液的切向加速度，改善抛光垫的储液能力；通过径向延伸的第二沟槽4及与第二沟槽4呈分叉型的第三沟槽5能够调节抛光液的径向加速度，延缓抛光液速度变化，提高抛光均匀性，进而防止边缘过抛，提高抛光液利用率，保证抛光质量。
33.具体的，第一沟槽3可以改善抛光垫的储液能力，使抛光液沿周向均匀分布；第一沟槽3的间距和倾斜角可控，通过调节第一沟槽3的间距及倾斜角，调节抛光液流动的切向加速度，提高抛光均匀性，防止边缘过抛；
34.第二沟槽4可以改善抛光垫的抛液能力，使抛光液沿径向流向边缘，防止碎屑沉积；
35.第三沟槽5可以延长抛光液的停留路径，提高抛光液的停留时间，节省抛光液用量，第三沟槽5的数量及倾斜角可调控，通过控制第三沟槽5的数量及倾斜角，调节抛光液流动的径向加速度，提高抛光均匀性，防止边缘过抛。
36.进一步的，第一沟槽3为中心对称的双螺线结构，双螺线结构的第一沟槽3在抛光层1的中心处无断点的端部，而保持连通，便于抛光液的流动，保证其均匀性。
37.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。
38.实施例一
39.如图1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1，抛光层1的表面设有第一沟槽3、第二沟槽4和第三沟槽5。第一沟槽3为从圆心出发的双螺线，第一沟槽3的宽度为d1，1mm≤d1≤3mm，例如可以是1mm、1.5mm、1.7mm、2.1mm、2.4mm、3mm等。第一沟槽3的深度为h1，0.5mm≤h1≤2mm，例如可以是0.5mm、0.7mm、1.2mm、1.8mm、2mm等。第一沟槽3沿径向的间距其中，a为参数，1≤a≤15，θ为连接第一沟槽3任一点到圆心的直线与水平方向的夹角，0≤θ≤nπ，n为整数。其中，第一沟槽3沿径向的间距相同。
40.请继续参阅图1，第二沟槽4沿径向分布，且其宽度d2＝d1，深度h2＝h1 c，0.51mm≤c≤0.21mm，h2可为0.52mm、0.72mm、1.22mm、1.82mm、2.02mm等。第三沟槽5的宽度d3＝d2，深度h3＝h2，第三沟槽5与第二沟槽4所成锐角为α，优选α为30
°
、45
°
、60
°
中的一种。第二沟槽4在抛光垫上均匀分布，数量为2j条，1≤j≤8。第三沟槽5沿第二沟槽4分布，数量为k条，k＝nj，1≤n≤5。第三沟槽5均匀分布在奇数条第二沟槽4上。
41.需要说明的是，本实施例沟槽的长、宽、高、间距的标号及α可参照图2a－图2c，本实施例与实施例二附图标记的含义相同。
42.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3从中心向边缘流动，均匀分布在抛光垫上；通过调节第一沟槽3间距可以有效调控抛光液地切向加速度，从而提高抛光品质。第二沟槽4沿径向运输抛光液，加快抛光液流动，带走抛光过程中产生的碎屑；第二沟槽4的槽深大于第一沟槽3槽深，避免碎屑在沟槽接口处沉积，减少了晶圆表面划伤。第三沟槽5沿第二沟槽4以不同角度分布在抛光垫上，将第二沟槽4运输的抛光液有效分流。通过调节第三沟槽5的数量及倾斜角，可以调控抛光液流动
的径向加速度，改善压力分布，提高抛光品质。本实施例通过增加了抛光液的运输路径，还有效提高了抛光效率。
43.实施例二
44.如图2a－图2c所示，本实施例提供的抛光垫与实施例一的区别仅在于：第一沟槽3的间距自抛光层1的圆心处沿径向逐渐减小。
45.具体的，第一沟槽3间距相等时，抛光液向边缘运动时速度会逐渐增大，会产生一定的抛光不均匀现象。本实施例调节第一沟槽3间距沿径向减小后，抛光液沿沟槽流动地切向速度变化得到了有效延缓，有效改善了抛光液沿切向地速度分布，减少抛光不均匀现象。
46.本实施例其他部分与实施例一相同，不再赘述。
47.实施例三
48.如图3所示，本实施例提供的抛光垫与实施例二的区别仅在于：第二沟槽4的中部区域的形状为正弦函数形。
49.具体的，可设定抛光层1的表面上位于中心的区域为第一研磨区6、位于边缘的区域为第三研磨区7、位于第一研磨区6与第三研磨区7之间的区域为第二研磨区2，第二沟槽4的中部区域基本位于第二研磨区2。抛光液在第一研磨区6从圆心沿第二沟槽4直线外流，有效改善了中心区域压力分布不均的问题；抛光液在第二研磨区2沿第二沟槽4的正弦曲线轨迹外流，有效增加了抛光液与晶圆的接触时间，提高了抛光液的利用率；抛光液在第三研磨区7沿直线外流，有效排除加工后的抛光液，防止碎屑沉积。
50.本实施例其他部分与实施例二相同，不再赘述。
51.实施例四
52.如图4所示，本实施例提供的抛光垫与实施例二的区别仅在于：第二沟槽4与第三沟槽5均为曲线形。
53.具体的，第二沟槽4为渐开线型，定义第二沟槽4的直角坐标为(r＊(cos(t) t.＊sin(t))，r＊(sin(t)－t.＊cos(t))，其中10mm≤r≤30mm，例如r可以是15mm、21mm、25mm、28mm中的一种或几种；0≤t≤π，例如可以是π/5，π/4，π/3，π/2中的一种或几种。第二沟槽4在抛光垫上均匀分布，数量为2m条，1≤m≤8。
54.第三沟槽5也为渐开线型，沿第二沟槽4分布，数量为n条，n＝nm，1≤n≤5。第三沟槽5均匀分布在奇数条第二沟槽4上。
55.渐开线型的第二沟槽4和第三沟槽5进一步增加了抛光液的流动路径，提高了抛光液的利用率。此外，第二沟槽4及第三沟槽5的上述设计延缓了抛光液沿轴向的线速度变化率，进一步保证了抛光液的均匀流动，提高了抛光效果。
56.综上，本发明实施例提供一种表面具有沟槽的抛光垫，通过中心对称的双螺旋沟槽调控抛光垫的切向加速度，通过径向的分叉型沟槽调节抛光垫的径向加速度，延缓了抛光液速度变化，提高了抛光均匀性。
57.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。