一种间断性圆弧直线组合沟槽抛光垫

技术领域

本发明涉及晶片抛光的技术领域，尤其涉及一种间断性圆弧直线组合沟槽抛光垫。

背景技术

在半导体晶片制造的过程中，会进行连续的沉积和蚀刻多层材料，而进行上述操作的过程中，晶片的表面会变得不平坦，此时就需要对晶片的表面进行抛光打磨，以除去晶片表面的缺陷和刻痕，使整个晶片的表面更加平整，以满足后续工艺的使用条件及需求，而现有的对晶片表面进行打磨通常利用抛光垫对晶片表面进行打磨，并且为了提高抛光的效果和抛光的效率，会在抛光垫与晶片相接触的一面设置有沟槽，并且在沟槽中浸涂有抛光液，以此提高抛光的效果和均匀性。

如公开号为CN110815038A公开的抛光垫及其制备方法、应用，其中公开了抛光层具有中心抛光区、环绕中心抛光区依次设置的一个或一个以上的中间抛光区以及环绕中间抛光区设置的外缘抛光区，且中心抛光区为圆形，中间抛光区为环形，外缘抛光区为环形；相邻两个抛光区之间均形成环状缝隙，环状缝隙用于接收抛光过程中的抛光流体；抛光层的肖氏硬度沿中心抛光区至外缘抛光区的方向依次减小；相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.5-5D。该抛光垫的硬度沿直径方向逐步减小，在机械抛光过程中，其磨损率基本维持一致，故能够使得所要抛光的晶片表面变得平坦，且平坦化效率较高，但是该抛光垫的相邻两个抛光区域之间并不相通，使得抛光液从中心到达抛光区域的速度较慢，从而影响抛光的效果和效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种间断性圆弧直线组合沟槽抛光垫。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：用于抛光磁性、光学和半导体衬底中的至少一种晶片，包括抛光垫主体；

设置于所述抛光垫主体中心的圆形沟槽；

第一长弧沟槽，所述第一长弧沟槽以所述圆形沟槽的边缘为起点，呈发散状延伸至所述抛光垫主体上的任意一点，相邻所述第一长弧沟槽之间设置有第一短弧沟槽，将所述第一长弧沟槽与所述第一短弧沟槽组成的区域定义为第一梯度扩散区；

所述第一间断弧形沟槽区的外部衍生有第二长弧沟槽，所述第二长弧沟槽呈发散状延伸至所述抛光垫主体上任意一点，相邻所述第二长弧沟槽之间设置有第二短弧沟槽，所述第二长弧沟槽与所述第二短弧沟槽组成的区域定义为第二梯度扩散区，根据所述长弧沟槽的起始点距离所述圆形沟槽的距离，从所述抛光垫主体的中心到外边缘依次设置有第一……第N梯度扩散区，所述第N梯度扩散区的短弧沟槽设置于第N-1梯度扩散区的所述长弧沟槽与所述短弧沟槽的延长线构成的抛光区域内；

所述抛光垫主体的边缘区域至其中心处设置有多个高速区，所述高速区由多个短弧沟槽组成，且所述短弧沟槽在梯度扩散区中的所述长弧沟槽与所述短弧沟槽的延长线上，所述扩散区与所述高速区之间设置有缓冲区，所述缓冲区由多个直线沟槽组成；

所述第一梯度扩散区，所述第二梯度扩散区……所述第N梯度扩散区以及所述高速区的相邻区域之间设置有间断隔离圈。

作为上述技术方案的进一步描述，所述第一梯度扩散区、所述第二梯度扩散区……所述第N梯度扩散区中的同一区域的所述短弧沟槽与所述长弧沟槽的比值逐渐增大，所述比值的最大值为1。

作为上述技术方案的进一步描述，所述圆形沟槽的截面为矩形、半圆形、矩形加半圆组合型、梯形和三角形中的任意一种。

作为上述技术方案的进一步描述，所述第一长弧沟槽，所述第一短弧沟槽，所述梯度扩散区中的沟槽以及所述高速区的沟槽的横截面为矩形、半圆形、矩形加半圆组合型、梯形和三角形中的任意一种。

作为上述技术方案的进一步描述，任意位置相邻两根沟槽之间的距离范围为1mm-50mm。

作为上述技术方案的进一步描述，所述抛光垫主体的直径为50mm-1000mm，所述抛光垫主体的厚度为0.5mm-10mm。

作为上述技术方案的进一步描述，所述圆形沟槽的半径为5mm-100mm，优选的为10mm-40mm。

作为上述技术方案的进一步描述，所述第N梯度扩散区中的所述长弧沟槽的长度大于或者等于所述第N-1梯度扩散区中的所述长弧沟槽长度；

所述第N梯度扩散区中的所述短弧沟槽的长度大于或者等于所述第N-1梯度扩散区中的所述短弧沟槽长度。

作为上述技术方案的进一步描述，参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽的轨道坐标为(ρ，A)，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽心O2的极角为B，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽任一点P的极角为A，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽的曲率半径为R，可用如下极坐标方程表示：

ρ＝2Rcos(B-A)

其中，R＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径；

用上面等式定义的所述第一长弧沟槽和所述第二长弧沟槽的弧度在10°到120°之间。

作为上述技术方案的进一步描述，参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽轨道坐标为(ρ’，A’)，根据第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽圆心O’的极角为B’，所述第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽上任一点P’极角为A’，第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽的曲率半径为R’，可以用如下极坐标方程表示：

ρ′＝2R′cos(B′-A′)

其中，R’＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径；

用等式定义的所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽轨道的弧度在10°到120°之间。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过设计形成抛光垫中心区域圆形沟槽密度相对稀疏扩散到外围区域圆形沟槽高速路径密集的分布状态，此沟槽可实现抛光液快速到达晶片抛光区域，提高抛光液的使用效率，多区域不同密集程度沟槽可以有效改善晶片内部的抛光均匀性，并可保持较高的抛光速率。

附图说明

图1为本发明提出的间断性圆弧直线组合沟槽抛光垫的示意图。

图例说明：

1、第一梯度扩散区；2、第一长弧沟槽；3、第一短弧沟槽；4、第二梯度扩散区；5、第二长弧沟槽；6、第二短弧沟槽；7、缓冲区；8、直线沟槽；9、高速区；10、抛光垫主体；11、圆形沟槽；12、间断隔离圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参照图1，本发明提供的一种实施例：一种间断性圆弧直线组合沟槽抛光垫，用于抛光磁性、光学和半导体衬底中的至少一种晶片，包括抛光垫主体10，抛光垫主体10为圆形，在其他实施例中也可以为其他形状，如长方形、正方形甚至菱形等形状，而在抛光垫主体10的中心处开设有一圆形沟槽11，圆形沟槽11作为抛光液进入抛光垫主体10表面开设的沟槽的起始处，而在以圆形沟槽11的边缘处为起点，向抛光垫主体10上的任意一点处呈发散状延伸有多个第一长弧沟槽2，而在第一长弧沟槽2之间设置有第一短弧沟槽3，而由多个第一长弧沟槽2与多个第二短弧沟槽6组成的区域为第一梯度扩散区1，而在第一梯度扩散区1的外部延伸有多个第二长弧沟槽5，同第一梯度扩散区1相同，相邻第二长弧沟槽5之间设置有第二短弧沟槽6，多个第二长弧沟槽5与多个第二短弧沟槽6组成的区域为第二梯度扩散区4，而在第一梯度扩散区1与第二梯度扩散区4之间设置有一间断隔离圈12；

根据长弧沟槽的起始点距离圆形沟槽11的距离，从抛光垫主体10的中心到外边缘依次设置有第一……第N梯度扩散区，第N梯度扩散区的短弧沟槽设置于第N-1梯度扩散区的长弧沟槽与短弧沟槽的延长线构成的抛光区域内，在本实施例中N＝2，在其他可实现的实施例中，N也可为3、4、5、6、7等，具体可实际需求进行调节，通过多个同心设置的梯度扩散区，使抛光液能够更快速的进入到抛光区域中，而抛光区域由多个短弧沟槽与长弧沟槽构成，使得抛光垫能够对晶片打磨得更加均匀，获得更好的抛光打磨效果；

抛光垫主体10的边缘区域至其中心处设置有多个高速区9，在本实施例中，高速区9设置有两个高速区9，具体的高速区9由多个短弧沟槽组成，且短弧沟槽在梯度扩散区中的长弧沟槽与短弧沟槽的延长线上；

在本实施例中，第二梯度扩散区4与高速区9之间存在缓冲区7，具体的缓冲区7由多个长直线沟槽8与短直线沟槽8组成，通过直线沟槽8构成的缓冲区7，使抛光液在该区域的流动状态能够进控制，而在第一梯度扩散区1，第二梯度扩散区4……第N梯度扩散区、缓冲区7以及高速区9的相邻区域之间设置有间断隔离圈12，使其形成2-10个环形区域，同时控制间断的区域；

进一步的，第一梯度扩散区1、第二梯度扩散区4……第N梯度扩散区中的同一区域的短弧沟槽与长弧沟槽的比值逐渐增大，比值的最大值为1，第N梯度扩散区中的长弧沟槽的长度大于或者等于第N-1梯度扩散区中的长弧沟槽长度；第N梯度扩散区中的短弧沟槽的长度大于或者等于第N-1梯度扩散区中的短弧沟槽长度，使得靠近圆形沟槽11的区域相对稀疏，靠近抛光垫主体10边缘处的区域相对密集。而在任意位置相邻两根沟槽之间的距离范围为1mm-50mm，抛光垫主体10的直径为50mm-1000mm，抛光垫主体10的厚度为0.5mm-10mm，圆形沟槽11的半径为5mm-100mm，优选的为10mm-40mm。

通过采用上述技术方案，设计形成抛光垫中心区域圆形沟槽11密度相对稀疏扩散到外围区域圆形沟槽11高速路径密集的分布状态，此沟槽可实现抛光液快速到达晶片抛光区域，提高抛光液的使用效率，多区域不同密集程度沟槽可以有效改善晶片内部的抛光均匀性，并可保持较高的抛光速率。

对于圆形沟槽11的截面可以为矩形、半圆形、矩形加半圆组合型、梯形和三角形中的任意一种，而第一长弧沟槽2，所述第一短弧沟槽3，所述梯度扩散区中的沟槽以及所述高速区9的沟槽的横截面为矩形、半圆形、矩形加半圆组合型、梯形和三角形中的任意一种，具体可根据实际需要设计成相应的形状。

参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽的轨道坐标为(ρ，A)，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽心O2的极角为B，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽任一点P的极角为A，所述第一长弧沟槽和第二长弧沟槽的曲率半径为R，可用如下极坐标方程表示：

ρ＝2Rcos(B-A)

其中，R＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径；

用上面等式定义的所述第一长弧沟槽和所述第二长弧沟槽的弧度在10°到120°之间。

参考所述抛光垫同轴中心的极坐标，所述第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽轨道坐标为(ρ’，A’)，根据第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽圆心O’的极角为B’，所述第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽上任一点P’极角为A’，第一短弧沟槽与所述第二短弧沟槽的曲率半径为R’，可以用如下极坐标方程表示：

ρ′＝2R′cos(B′-A′)

其中，R’＝0.5Rpad到2Rpad，Rpad是抛光垫的半径；

用等式定义的所述第二短弧沟槽与间断性弧形沟槽轨道的弧度在10°到120°之间

实施例二：抛光垫主体10的半径为254mm，圆形沟槽11的半径为15mm，抛光垫1本体的厚度为3mm，第一长弧沟槽2的弧度为11°，第一短弧沟槽3的弧度为5°，第二长弧沟槽5的弧度为12°，第二短弧沟槽6的弧度为8°，第一长弧沟槽2的数量为32条，第一短弧沟槽3的数量为32条，第二长弧沟槽5的数量为32条，第二短弧沟槽6的数量为64条，缓冲区7中直线沟槽8的数量为256条，高速区9中短弧沟槽的数量为256条。

实施例三：本实施例提供的抛光平坦度测试在杭州众硅电子科技公司单模组集成式CMP抛光机上，使用钨研磨液浆料来进行抛光研究。使用钨晶圆作为测试晶片确定去除速率(RR)。

抛光实验中使用的抛光条件包括：103rpm的抛光平台转速；97rpm的抛光头转速；使用85mL/min的抛光液流速。抛光时间60s/片。

实验结论：经过500片钨的测试晶片抛光测试，钨抛光液使用量比一般的抛光垫节省了约20～40％，抛光速率在3500A/min以上，比一般沟槽的抛光垫快500A/min，且Nu％低于1.5。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。