一种化学机械抛光垫的制作方法

1.本实用新型涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种化学机械抛光垫。


背景技术：

2.化学机械抛光(cmp)，又称化学机械平坦化，是半导体器件制造工艺中的一种技术，用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。而抛光垫在化学机械抛光过程中承担了物理抛光及承载抛光液等功能，其结构对抛光效果影响较大。
3.在化学机械抛光过程中，光滑的抛光垫存在表面压力分布不均，抛光液流动性较差等问题，会导致硅片表面过抛光、被刮伤。目前主要通过在抛光垫表面开槽的方式来解决这个问题。研究表明抛光垫表面的径向沟槽能够提高抛液能力，带走抛光过程中产生的碎屑，减少硅片表面被刮伤的现象，而抛光垫表面的周向沟槽有助于储液，提高抛光液利用率。目前抛光垫表面常见的沟槽形状有沿径向的渐开线型、放射线型，沿周向的同心圆环型、对数螺线型，以及相互垂直的栅格型。申请号为201611011643.1的专利公开了一种抛光垫，该抛光垫的表面设有径向沟槽和周向沟槽，该抛光垫利用周向的中心对称沟槽及径向的直线沟槽改善了抛光液流动的均匀性，提高了产品良率，但未考虑到径向的沟槽导致了抛光液的利用率低以及沟槽交接点附近抛光液的流动不均的问题。申请号为202020635635.x的专利公开了一种化学机械抛光垫，该抛光垫的表面设有环形凸起，该抛光垫利用凸台间缝隙形成的周向沟槽和径向沟槽改善了抛光液流动的均匀性，同时提高了抛光垫的有效面积，提高了材料去除效率，但未考虑到径向沟槽导致的抛光液利用率低、周向沟槽容易沉积碎屑的问题。
4.现有的抛光垫通常采用周向沟槽及径向沟槽相结合的方式，来改善抛光液分布不均的问题，但这种沟槽分布方式会导致抛光液整体更新速率不一致，抛光液沿径向停留时间短、沿周向停留时间长，且抛光液流经周向沟槽和径向沟槽的连接处时，缺乏缓冲带，抛光液动能损失较大，这就导致了抛光液利用率不足、碎屑沉积等问题；由于离心力的作用，还会导致抛光液沿周向沟槽溅出，造成液膜厚度不均的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种化学机械抛光垫，该抛光垫能够提高抛光液更新的整体均匀性，降低抛光液的流动能量损失，防止碎屑沉积，改善液膜分布均匀性，提高抛光品质。
6.为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种化学机械抛光垫，包括圆形抛光层，抛光层表面均匀设有多个以抛光层中心为圆心的同心圆沟槽，相邻的两个同心圆沟槽之间均匀设有多个切向沟槽，切向沟槽从靠近圆心的同心圆沟槽的切向方向出发，并延伸至远离圆心的同心圆沟槽上，切向沟槽与同心圆沟槽的连接处相连通。
8.进一步的，相邻的两个同心圆沟槽之间的距离为l，0.5mm≤l≤5mm。
9.进一步的，切向沟槽为射线型沟槽。
10.进一步的，切向沟槽为抛物线型沟槽。
11.进一步的，切向沟槽由一段直线沟槽和一段弧形沟槽连接而成，直线沟槽从靠近圆心的同心圆沟槽的切向方向出发，向远离圆心的同心圆沟槽延伸，并与弧形沟槽连接，弧形沟槽的一端与直线沟槽相切，弧形沟槽的另一端与远离圆心的同心圆沟槽相切。
12.进一步的，直线沟槽与弧形沟槽的连接点到远离圆心的同心圆沟槽的距离为l'，0.05l≤l'≤0.5l。
13.进一步的，同心圆沟槽和切向沟槽的宽度相同，同心圆沟槽和切向沟槽的宽度均为d，1mm≤d≤3mm。
14.进一步的，同心圆沟槽和切向沟槽的深度相同，同心圆沟槽和切向沟槽的深度均为h，0.5mm≤h≤2mm。
15.进一步的，相邻的两个同心圆沟槽之间的切向沟槽的数量为n，3≤n≤15。
16.总的说来，本实用新型具有如下优点：
17.本实用新型通过设置多个同心圆沟槽，提高了抛光垫的储液量，改善了抛光垫表面的压力分布；通过在相邻两个同心圆沟槽之间设置多个切向沟槽，实现了抛光液的引流，调节了抛光液整体更新效率，提高了抛光液更新的整体均匀性，降低了抛光液流动过程中的能量损失，防止碎屑沉积，减少硅片表面被刮伤的现象，还能防止抛光液沿同心圆沟槽溅出，改善液膜厚度分布，保持液膜厚度一致，提高抛光品质。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例一的抛光垫俯视图。
19.图2是本实用新型实施例一的抛光液流动示意图。
20.图3是本实用新型实施例二的抛光垫俯视图。
21.图4是本实用新型实施例三的抛光垫俯视图。
22.图5是本实用新型实施例三的抛光垫细节图。
23.其中：1为抛光层，2为同心圆沟槽，3为切向沟槽。
具体实施方式
24.下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
25.实施例一
26.如图1和图2所示，一种化学机械抛光垫，包括圆形抛光层，抛光层表面均匀设有多个以抛光层中心为圆心的同心圆沟槽，相邻的两个同心圆沟槽之间均匀设有多个切向沟槽，切向沟槽从靠近圆心的同心圆沟槽的切向方向出发，并延伸至远离圆心的同心圆沟槽上，切向沟槽与同心圆沟槽的连接处相连通。
27.如图1和图2所示，在本实施例中，切向沟槽为射线型沟槽，即切向沟槽呈射线状。切向沟槽从靠近圆心的同心圆沟槽的切向方向出发，并直线延伸至远离圆心的同心圆沟槽上。
28.相邻的两个同心圆沟槽之间的距离为l，0.5mm≤l≤5mm，l具体可以为0.5mm、0.8mm、1mm或3mm等，在本实施例中，l＝3mm。
29.同心圆沟槽和切向沟槽的宽度相同，同心圆沟槽和切向沟槽的宽度均为d，1mm≤d≤3mm，d具体可以为1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.2mm或3.0mm等。
30.同心圆沟槽和切向沟槽的深度相同，同心圆沟槽和切向沟槽的深度均为h，0.5mm≤h≤2mm，h具体可以为0.5mm、0.6mm、1.1mm、1.7mm或2.0mm等。
31.相邻的两个同心圆沟槽之间的切向沟槽的数量为n，3≤n≤15，在本实施例中，n＝8。
32.在使用本实用新型时，在离心力的作用下，抛光液会在同心圆沟槽中做圆周运动，速度沿同心圆沟槽的切线方向，由于相邻的两个同心圆沟槽之间均匀设有多个切向沟槽，抛光液会从切向沟槽流入下一个相邻的同心圆沟槽中，并依次向外流动。多个同心圆沟槽提高了抛光垫的储液量，改善了抛光垫表面的压力分布。相邻两个同心圆沟槽之间的切向沟槽能够起到辅助引流的作用，使得抛光液能够顺利的从一个同心圆沟槽流入下一同心圆沟槽。由于抛光液在同心圆沟槽中做圆周运动，速度沿同心圆沟槽的切线方向，当抛光液从一个同心圆沟槽沿切向沟槽流入下一个相邻的同心圆沟槽时，抛光液的速度方向与切向沟槽的开槽方向是一致的，这样能够减少因抛光液与沟槽外壁碰撞时造成的动能损失，维持抛光液稳定的流动形态，防止抛光液流动速度骤减导致的碎屑沉积。由于离心力的作用，抛光液容易沿同心圆沟槽向外溢出，导致液膜分布不均，通过两个同心圆沟槽之间设置的切向沟槽，可以将同心圆沟槽内的抛光液及时向外排出，防止抛光液沿同心圆沟槽溅出，能够改善液膜厚度分布，保持液膜厚度一致，提高抛光品质。
33.实施例二
34.如图3所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，在本实施例中，切向沟槽为抛物线型沟槽，即切向沟槽呈抛物线状。切向沟槽从靠近圆心的同心圆沟槽的切向方向出发，并呈抛物线状延伸至远离圆心的同心圆沟槽上。
35.在本实施例中，切向沟槽为抛物线型沟槽，抛物线型沟槽能够进一步延缓抛光液速度在径向方向上的增长，进一步维持抛光液稳定的流动形态，防止抛光液流动速度骤变导致的碎屑沉积。
36.实施例三
37.如图4和图5所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，在本实施例中，切向沟槽为直线沟槽和和弧形沟槽相结合型沟槽，切向沟槽由一段直线沟槽和一段弧形沟槽连接而成，直线沟槽从靠近圆心的同心圆沟槽的切向方向出发，向远离圆心的同心圆沟槽延伸，并与弧形沟槽连接，弧形沟槽的一端与直线沟槽相切，弧形沟槽的另一端与远离圆心的同心圆沟槽相切。直线沟槽与弧形沟槽的连接点到远离圆心的同心圆沟槽的距离为l'，0.05l≤l'≤0.5l。
38.本实施例是在实施例一的基础上做出的进一步改进。
39.实施例一中的切向沟槽为射线型沟槽，射线型沟槽从靠近圆心的同心圆沟槽的切向方向出发，并直线延伸至远离圆心的同心圆沟槽上。当抛光液沿射线型沟槽流入下一个同心圆沟槽时，抛光液的速度会在射线型沟槽和下一个同心圆沟槽的连接处发生突变，会导致抛光液溅出脱离同心圆沟槽的问题。
40.在本实施例中，切向沟槽为直线沟槽和和弧形沟槽相结合型沟槽，相当于把实施例一中射线型沟槽和下一个同心圆沟槽的连接处用弧形沟槽代替，通过设置弧形沟槽，能
够使得抛光液平缓流入下一个同心圆沟槽中，防止抛光液的速度突变，能够有效避免抛光液溅出脱离同心圆沟槽，进一步提高了抛光的均匀性。
41.总的说来，本实用新型通过设置多个同心圆沟槽，提高了抛光垫的储液量，改善了抛光垫表面的压力分布；通过在相邻两个同心圆沟槽之间设置多个切向沟槽，实现了抛光液的引流，调节了抛光液整体更新效率，提高了抛光液更新的整体均匀性，降低了抛光液流动过程中的能量损失，防止碎屑沉积，减少硅片表面被刮伤的现象，还能防止抛光液沿同心圆沟槽溅出，改善液膜厚度分布，保持液膜厚度一致，提高抛光品质。
42.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。