本实用新型涉及抛光
技术领域：
，尤其涉及化学机械抛光
技术领域：
，特别涉及一种化学机械抛光垫及抛光装置。
背景技术：
：化学机械平面化，即化学机械抛光，cmp(chemicalmechanicalpolish)是一种用来对半导体晶片和其它工件进行平面化的常规技术。在使用双轴旋转抛光机的常规cmp中，在支架组件上安装有晶片支架或抛光头。所述抛光头固定着晶片，使晶片定位在与抛光机中抛光垫的抛光层相接触的位置。所述抛光垫的直径大于被平面化晶片的直径的两倍。在抛光过程中，抛光垫和晶片各自围绕其中心旋转，同时使晶片与抛光层相接触。所述晶片的旋转轴通常相对于抛光垫的旋转轴偏移一段大于晶片半径的距离，使得抛光垫的旋转在抛光垫的抛光层上扫出一个环形地“晶片轨迹”。当晶片仅进行旋转运动的时候，所述晶片轨迹的宽度通常等于晶片的直径。但是在一些双轴抛光机中，所述晶片在垂直于其旋转轴的平面内进行振动。在此情况下，晶片轨迹的宽度比晶片直径宽，所宽出的程度取决于振动造成的位移。所述支架组件在所述晶片和抛光垫之间提供了可控的压力。在抛光过程中，浆液或其它抛光介质流到抛光垫上，流入晶片和抛光层之间的间隙，通过抛光层和表面上的抛光介质对晶片表面的化学作用和机械作用，晶片表面得到抛光并变平。研究人员对cmp过程中抛光层、抛光介质和晶片表面之间相互作用的研究越来越多，以便使得抛光垫的设计最优化。cn104440519a公开了一种cmp抛光垫中的渗透式开凹槽，该抛光垫通过在抛光层增加凹槽提高了抛光垫的使用寿命，但其并未考虑到抛光层中心温度较高的问题。cn105793962a公开了一种具有偏置的同心凹槽图案的边缘排除区域的化学机械抛光抛光垫，该抛光垫通过设置含有凹槽的区域和不含有凹槽的排出区域，用以改进抛光垫的边缘缺陷造成在所抛光的基板中产生刮痕缺陷的问题，但其并未意识到抛光过程中中心温度过高导致抛光垫寿命短的问题。cn100553883b公开了一种具有不均匀间隔的凹槽的化学机械抛光垫，所述抛光垫中设置有多个凹槽，每个凹槽各自延伸穿过所述抛光轨迹。所述多个凹槽具有沿着围绕所述抛光垫的同心中心的圆周方向变化的角节距，所述晶片轨迹内所有相邻凹槽之间的径向节距是不相等的，通过该不等径向节距和角节距，一定程度上提高了抛光去除效率，但其主要考虑的是如何提高抛光效率，并未考虑抛光过程中中心温度过高的问题。尽管现有技术包括具有许多种凹槽图案的抛光垫，但是现有的抛光垫一般均采用全部刻成沟槽或中心留白的方式，并未意识到在抛光过程中保持环对抛光垫的压力以及研磨过程中使中心部位温度过高等的问题。因此，需要开发一种新结构的抛光垫克服温度高带来的脱胶以及抛光垫寿命较短等问题。技术实现要素：鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种化学机械抛光垫及抛光装置，所述化学机械抛光垫通过在旋转中心设置中心凹槽，加强了对研磨液的留存能力，一方面减少了抛光垫与保持环的机械作用力；另一方面能够疏散抛光过程中产生的热量，降低了抛光垫中心的温度，最终提高了抛光垫的使用寿命。为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：第一方面，本实用新型提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫包括抛光面；所述抛光面上包括旋转中心；所述旋转中心的位置设置有中心凹槽；所述抛光面上，在所述中心凹槽外侧设置有沟槽。本实用新型提供的化学机械抛光垫在原有沟槽的基础上，在抛光垫的选装中心设置中心凹槽，能够大大增加了抛光垫中心对研磨液的留存能力，从而一方面能够减少抛光垫与保持环的相互机械作用力；另一方面能够促进热量的疏散；二者原理相结合降低了抛光垫中心的温度，从而能够有效防止脱胶现象，提高了抛光垫的使用寿命。优选地，所述中心凹槽的深度与沟槽的深度相同。本实用新型优选中心凹槽的深度与其外侧沟槽的深度相同，更加有利于抛光垫各个部位之间研磨液的流通和留存，提高抛光垫的使用寿命。优选地，所述沟槽的深度为635～889μm，例如可以是635μm、640μm、650μm、655μm、660μm、670μm、675μm、680μm、700μm、720μm、750μm、780μm、800μm、820μm、830μm、850μm、880μm或889μm等。优选地，所述中心凹槽为中心圆形凹槽。本实用新型所述的中心凹槽根据抛光垫的形状可进行调整，优选在现有圆形留白的基础上设置中心圆形凹槽。优选地，所述中心圆形凹槽的直径为12.7～38.1mm，例如可以是12.7mm、13mm、14mm、15mm、16mm、20mm、22mm、25mm、28mm、30mm、32mm、35mm或38.1mm等。优选地，所述中心圆形凹槽的直径为25.4mm。本实用新型所述中心圆形凹槽的直径优选为25.4mm，不仅便于加工，而且能够兼顾研磨液的留存以及研磨效果。优选地，所述沟槽以旋转中心为基础呈中心对称分布。本实用新型对所述沟槽的形状没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何一种可用于抛光垫抛光面沟槽的形状及其组合即可，对此不作特殊限定。优选地，所述沟槽的形状包括直线状、折线状或曲线状中的任意一种或至少两种的组合，其中典型非限制性的组合为直线状和折线状的组合，直线状和曲线状的组合，折线状和曲线状的组合，例如可以是螺旋状、圆弧状、同心圆状、笛卡尔格栅状或辐射型直线状等。本实用新型对沟槽的宽度没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于抛光垫抛光面沟槽设置的宽度，例如可以是254～508μm的范围之内，例如可以是254μm、381μm或508μm等。本实用新型对沟槽之间的间距没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于抛光垫抛光面沟槽之间间距设置的距离，其不同沟槽之间的间距可以相同也可以不同，例如可以选用2～12mm，其距离例如可以是2mm、3mm、6mm或12mm等。优选地，所述沟槽包括以旋转中心为圆心的同心圆沟槽；所述沟槽还包括在同心圆沟槽径向方向的直线沟槽；所述同心圆沟槽与所述直线沟槽交错分布。本实用新型对所述抛光垫的材料不作特殊限定，可采用本领域技术人员常用的抛光垫所用的材料，例如可以是聚氨酯。第二方面，本实用新型提供一种化学机械抛光装置，所述化学机械抛光装置包括第一方面所述的化学机械抛光垫。本实用新型第二方面提供的化学机械抛光装置包括第一方面所述的化学机械抛光垫，由于旋转中心设置有中心凹槽，更有利于研磨液的存留，降低了抛光垫中心的温度，提高了抛光垫的使用寿命。与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：(1)本实用新型提供的化学机械抛光垫在旋转中心设置中心凹槽，减弱了抛光垫与保持环的机械作用力并提高热量疏散能力，最终相较于中心留白，将中心温度降低了约3℃；(2)本实用新型提供的化学机械抛光垫降低了在抛光过程中上层垫与下层垫脱胶的风险，提高了抛光垫的使用寿命；(3)本实用新型提供的化学机械抛光装置采用旋转中心具有凹槽的抛光垫后对晶圆仍然具有良好的抛光效果，具有较好的工业应用前景。附图说明图1是本实用新型实施例1提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图2是本实用新型实施例2提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图3是本实用新型实施例3提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图4是本实用新型实施例4提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图5是本实用新型实施例5提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图6是本实用新型对比例1提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图7是本实用新型对比例2提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图8是本实用新型对比例3提供的化学机械抛光垫的抛光面示意图。图9是本实用新型实施例1、对比例1和对比例2提供的化学机械抛光垫在抛光过程中的中心温度随温度变化图。图10是本实用新型实施例1提供的化学机械抛光垫在抛光过程中对晶圆的抛光情况图。图11是本实用新型对比例1提供的化学机械抛光垫在抛光过程中对晶圆的抛光情况图。图12是本实用新型对比例2提供的化学机械抛光垫在抛光过程中对晶圆的抛光情况图。图13是本实用新型中tsu聚氨酯抛光垫层之间的平均最大剥离力随温度的变化图。图中：1-化学机械抛光垫；2-中心圆形凹槽；3-沟槽；4-中心圆形留白。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。一、实施例实施例1本实施例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图1所示，所述化学机械抛光垫1包括抛光面；所述抛光面上包括旋转中心；所述旋转中心的位置设置有中心圆形凹槽2；所述抛光面上，在所述中心圆形凹槽2外侧设置有沟槽3。所述沟槽3的深度为762μm，宽度为508um，所述沟槽3以旋转中心为基础呈中心对称分布，所述沟槽3包括以旋转中心为圆心的同心圆沟槽；同心圆沟槽之间的间距为3mm，所述沟槽还包括在同心圆沟槽径向方向的直线沟槽，直线沟槽之间的夹角为22.5°；所述直线沟槽与同心圆沟槽交错分布。所述中心圆形凹槽2的深度与沟槽3的深度相同，所述中心圆形凹槽2的直径为25.4mm。实施例2本实施例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图2所示，所述化学机械抛光垫1包括抛光面；所述抛光面上包括旋转中心；所述旋转中心的位置设置有中心圆形凹槽2；所述抛光面上，在所述中心圆形凹槽2外侧设置有沟槽3。所述沟槽3的深度为635μm，所述沟槽3以旋转中心为基础呈中心对称分布，所述沟槽3为从中心圆心凹槽向四周发散的圆弧状沟槽，所述圆弧状沟槽的圆弧半径为400mm，所述圆弧状沟槽以旋转中心为中心对称分布有36条。所述中心圆形凹槽2的深度与沟槽3的深度相同，所述中心圆形凹槽2的直径为38.1mm。实施例3本实施例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图3所示，所述化学机械抛光垫1包括抛光面；所述抛光面上包括旋转中心；所述旋转中心的位置设置有中心圆形凹槽2；所述抛光面上，在所述中心圆形凹槽2外侧设置有沟槽3。所述沟槽3的深度为889μm，所述沟槽3以旋转中心为基础呈中心对称分布，所述沟槽3为以中心圆心凹槽为中心向四周发散的逆时针螺旋状沟槽，所述沟槽的大小、深度以及沟槽与沟槽之间的间距相同，其间距均为3mm。所述中心圆形凹槽2的深度与沟槽3的深度相同，所述中心圆形凹槽2的直径为20.32mm。实施例4本实施例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图4所示，所述化学机械抛光垫1包括抛光面；所述抛光面上包括旋转中心；所述旋转中心的位置设置有中心圆形凹槽2；所述抛光面上，在所述中心圆形凹槽2外侧设置有沟槽3。所述沟槽3的深度为762μm，所述沟槽3以旋转中心为基础呈中心对称分布，所述沟槽3为以中心圆心凹槽为中心向四周发散的逆时针螺旋状沟槽，所述螺旋状沟槽以两条为一组，每组螺旋状沟槽内部两条沟槽之间的间距为3mm。所述中心圆形凹槽2的深度与沟槽3的深度相同，所述中心圆形凹槽2的直径为25.4mm。实施例5本实施例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图5所示，所述化学机械抛光垫1包括抛光面；所述抛光面上包括旋转中心；所述旋转中心的位置设置有中心圆形凹槽2；所述抛光面上，在所述中心圆形凹槽2外侧设置有沟槽3。所述沟槽3的深度为762μm，所述沟槽3以旋转中心为基础呈中心对称分布，所述沟槽3采用类似于cn101134291a中图8和图9的沟槽形状组合。所述中心圆形凹槽2的深度与沟槽3的深度相同，所述中心圆形凹槽2的直径为25.4mm。二、对比例对比例1本对比例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图6所示，所述化学机械抛光垫1除所述旋转中心的位置不设置中心圆形凹槽2，而是按照常规设置留有50.8mm的中心圆形留白4外，其余均与实施例1相同。对比例2本对比例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图7所示，所述化学机械抛光垫1除所述旋转中心的位置不设置中心圆形凹槽2，而是在抛光面上仅设置同心圆沟槽和径向直线沟槽外，其余均与实施例1相同。所述化学机械抛光垫1具体包括抛光面；所述抛光面上包括旋转中心；所述抛光面上设置有沟槽3；所述沟槽3包括以旋转中心为圆心的同心圆沟槽；同心圆沟槽之间的间距为3mm，所述沟槽还包括在同心圆沟槽径向方向的直线沟槽，直线沟槽之间的夹角为22.5°；所述直线沟槽与同心圆沟槽交错分布，所述沟槽3的深度为762μm。对比例3本对比例提供一种化学机械抛光垫，所述化学机械抛光垫的材质为tsu聚氨酯，如图8所示，所述化学机械抛光垫1除所述旋转中心的位置不设置中心圆形凹槽，而是设置留有25.4mm的中心圆形留白4外，其余均与实施例1相同。三、应用及结果将上述实施例和对比例提供的抛光垫用于化学机械抛光过程，并记录抛光效果。为节约篇幅，本实用新型以实施例1、对比例1和对比例2为例进行对比分析判断本实用新型提供的化学机械抛光垫的效果。在抛光过程中利用红外测温枪实时监测抛光垫中心区域的温度，其中温度随抛光时间的变化数据如表1所示，温度随抛光时间的变化图如图9所示，图9中a为对比例1提供的化学机械抛光垫温度变化图，b为对比例2提供的化学机械抛光垫的温度变化图，c为实施例1提供的化学机械抛光垫的温度变化图。从图中能够明显看出，本实用新型提供的化学机械抛光垫在抛光过程中温度较对比例1和对比例2均低，实施例1中的最高温比对比例1中的最高温低3.7℃，比对比例2中的最高温低1.6℃，能够将最大温度降低至60℃以下，从图13可以看出，抛光垫的平均最大剥离力在随着温度的增加而减少，表明抛光垫层之间的粘结力随温度的增加而降低，而实施例1通过降低中心温度降低了抛光垫层的剥离现象，由此表明，本实用新型提供的旋转中心设置中心凹槽的结构降低了抛光垫的中心温度，从而降低了抛光垫上层垫与下层垫脱胶的风险。表1时间(s)实施例1对比例1对比例204.45.64.91034.736.835.92049.953.552.73052.057.154.84258.862.560.4进一步利用mirra-mesacmp研磨机台检测了实施例1、对比例1和对比例2对晶圆研磨性能的影响，每种抛光垫测试五次，实施例1、对比例1和对比例2的结果分别如图10～12所示，其中横坐标代表的是晶圆的厚度，以晶圆中心为2分别向上计100mm，向下计100mm，计为-100mm，从图10～12可以很明显看出，在抛光垫旋转中心设置中心凹槽并未降低晶圆的研磨效果。对比例2中留白25.4mm同样存在于对比例1类似的留存研磨液能力弱，以及热量无法疏散的过程，抛光垫中心温度比实施例1高。实施例2～5对沟槽的尺寸和形状组合进行了变换，但由于其中心均具有中心凹槽，在中心部位均能达到较好的研磨液留存的效果，在研磨过程中大大降低了保持环与抛光垫的相互机械作用力，一方面产生的热量较低，另一方面，热量能够及时疏散，也就缓解了抛光垫中心温度高造成上下层脱胶的问题，与实施例1类似，同样提高了抛光垫的使用寿命。综上所述，本实用新型提供的化学机械抛光垫通过在旋转中心设置中心凹槽，加强了对研磨液的留存能力，降低了抛光垫中心的温度至60℃以下(相较于现有技术降低了至少1.6℃)，最终提高了抛光垫的使用寿命，具有良好地工业应用价值。申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种化学机械抛光垫，其特征在于，所述化学机械抛光垫包括抛光面；
所述抛光面上包括旋转中心；所述旋转中心的位置设置有中心凹槽；
所述抛光面上，在所述中心凹槽外侧设置有沟槽。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述中心凹槽的深度与沟槽的深度相同。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述沟槽的深度为635～889μm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述中心凹槽为中心圆形凹槽。
5.根据权利要求4所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述中心圆形凹槽的直径为12.7～38.1mm。
6.根据权利要求5所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述中心圆形凹槽的直径为25.4mm。
7.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述沟槽以旋转中心为基础呈中心对称分布。
8.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述沟槽的形状包括直线状、折线状或曲线状中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求8所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述沟槽包括至少两个以旋转中心为圆心的同心圆沟槽；
所述沟槽还包括在同心圆沟槽径向方向的直线沟槽；
所述同心圆沟槽与所述直线沟槽交错分布。
10.一种化学机械抛光装置，其特征在于，所述化学机械抛光装置包括如权利要求1～9任一项所述的化学机械抛光垫。
技术总结本实用新型提供一种化学机械抛光垫及抛光装置，所述化学机械抛光垫通过在旋转中心设置中心凹槽，加强了对研磨液的留存能力，能够有效疏散抛光过程中产生的热量，降低了抛光垫中心的温度，从而最终缓解了抛光垫脱胶的问题并提高了抛光垫的使用寿命；包含所述抛光垫的抛光装置对晶圆的抛光效果佳。
技术研发人员：姚力军;潘杰;边逸军;王学泽;杨加明
受保护的技术使用者：宁波江丰电子材料股份有限公司
技术研发日：2020.07.01
技术公布日：2021.03.12
