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CN105856063B - 抛光液均匀流动的抛光垫 - Google Patents

抛光液均匀流动的抛光垫 Download PDF

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CN105856063B
CN105856063B CN201610257309.8A CN201610257309A CN105856063B CN 105856063 B CN105856063 B CN 105856063B CN 201610257309 A CN201610257309 A CN 201610257309A CN 105856063 B CN105856063 B CN 105856063B
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李军
花成旭
唐咏凯
朱永伟
左敦稳
王维
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

一种抛光液均匀流动的抛光垫，它包括内环面（1）和外环面（2），外环面（2）的半径不超过内环面（1）半径的四倍，其特征是在内环面（1）和外环面（2）之间的加工表面上设有凹槽区（3），凹槽区（3）上设有若干数量相等、旋向相反的凹槽（4）；所述凹槽（4）的形状满足一定的数学关系。本发明的抛光液能实现均匀流动，明显提高加工质量。

Description

抛光液均匀流动的抛光垫
技术领域
本发明涉及一种精加工技术，尤其是一种化学机械抛光用抛光垫，具体地说是一种抛光液均匀流动的抛光垫。
背景技术
众所周知，化学机械抛光(CMP)用于集成电路制造以及光学零件的加工过程，对工件表面的平坦化起着重要作用。通过CMP，被加工对象能够获得表面质量优。
在CMP过程中，抛光液与抛光垫共同与被加工对象发生相互作用。其中，抛光液起到输运化学物质、软化加工表面，带走加工废屑的作用；而抛光垫则对被加工对象的表面软化层进行机械刻划。通过化学作用与机械作用的交互，达到使被加工对象表面平坦化的目标。
抛光垫表面开槽能够帮助存贮抛光液，引导抛光液依照既定的方向流动，从而使被加工对象表面的化学物质能够得到不断的更新，保持化学作用的持续有效得进行。
当前已经存在的多种抛光垫中，闭合环形凹槽，发散形凹槽，螺旋形凹槽等诸多结构得到广泛使用。另有一些新颖的设计出现，如CN101234481A中所述的用于将浆料保留在抛光垫上的设计，具体约束了凹槽方向而谋求将抛光液留存于抛光垫表面的效果；CN101234482A中所述降低浆液消耗的抛光垫，将凹槽设计与支架环设计相结合，使两者表面部分凹槽具有重合特性，以获得降低对浆料消耗的效果；CN1541807A中介绍了一种优化的凹槽的抛光垫，通过统一每个半径上的周向开槽率以获得更均匀的CMP性能。这些抛光垫的设计目标多着重于帮助降低抛光液消耗或提高抛光液流动性，通过对沟槽形状的变换达到对抛光液流动性的改进。例如，发散形凹槽设计有利于抛光液快速排出，封闭环形凹槽能够有效贮存抛光液，减少消耗等。
在抛光加工中，抛光垫绕中心轴线转动时，抛光液相对于抛光垫具有离心的运动状态，且这种离心运动并非以恒定速度进行，而是呈现线性加速趋势。这种现象使得抛光液在抛光垫内侧流动速度缓慢，容易滞留，而越接近抛光垫外侧，抛光液离心运动速度越高，抛光液迅速排出，甚至无法浸没凹槽顶部而导致其得不到与被加工对象表面充分的化学作用。
于是，就需要抛光垫能够使抛光液在凹槽中能够以均匀一致的速度沿径向更新，从而保证CMP过程中，抛光垫内外两侧获得同等效应的化学作用速率，提高加工表面平坦化的一致性。
发明内容
本发明的目的是针对现有的抛光垫在使用过程中抛光液存在离中心距离不同而流速不同，易导致加工反应不充分而影响加工质量的问题，设计一种抛光液均匀流动的抛光垫。
本发明的技术方案是：
一种抛光液均匀流动的抛光垫，它包括内环面1和外环面2，外环面2的半径不超过内环面1半径的四倍，其特征是在内环面1和外环面2之间的加工表面上设有凹槽区3，凹槽区3上设有若干数量相等、旋向相反的凹槽4；所述凹槽4的形状满足以下关系：
式中r0为凹槽4终点径向位置，r为凹槽上某一点到抛光垫中心的距离，θ1表示逆时针展成凹槽的极角，θ2表示顺时针展成方向凹槽的极。
所述的凹槽4的起点位于外环面2上，终点向内环面延伸，且终点位置离外环面2的距离不小于外环面2与内环面1半径差的60％。
本发明的有益效果：
一、本发明通过两种旋向相反的凹槽交错将抛光垫表面分割为多个类似于四边形的小块，凹槽围绕抛光垫一周以均匀的间隔展开，保证了抛光面被分割成大小一致的区块，有利于在抛光过程中被加工对象表面压力分布的一致性，进而有益于被加工对象表面材料去除速率均匀性。
二、抛光垫外环半径小于内环半径的4倍，保证最外侧凹槽方向与抛光垫边缘仍有明显夹角，不至于近乎呈现环形，从而有利于抛光液快速排出，防止在沟槽中滞留。
三、依照给出的凹槽形状，于接近内侧位置的凹槽方向与径向夹角小，跨越一定半径所需要经过的路程短，使位于内侧的低速流动抛光液能够以更快速更新；而于接近外侧位置的凹槽与径向夹角较大，跨越一定的半径所需要经过路程更长，从而减慢外侧高速流动抛光液的更新速度。在所给定的形状函数下，凹槽由内而外跨越单位半径所经过的路程严格依照线性增加，与抛光液速度分布一致，从而获得由内而外一致的径向更新速度，进而有益于抛光垫各位置上化学作用强度的均匀性。
四、采用交错而非单向展开的凹槽分布，使抛光垫表面产生的加工碎屑沿各个方向都能在十分有限的距离内进入凹槽，减小碎屑在抛光垫表面存留时间，有利于避免碎屑划伤工件。
附图说明
图1是本发明的抛光垫的俯视结构示意图。
图2是本发明的抛光垫与传统抛光垫使用效率比较示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示。
一种抛光液均匀流动的抛光垫，它包括内环面1和外环面2，外环面2的半径不超过内环面1半径的四倍，实验证明，当外环面2的半径大于内环面1半径的四倍时，流速均匀性下降，抛光质量也呈下降趋势，因此，实施制造时应控制外环面与内环面半径值。在内环面1和外环面2之间的加工表面上设有凹槽区3，凹槽区3上设有若干数量相等、旋向相反的凹槽4；所述凹槽4的形状满足以下关系：
式中r0为凹槽4终点径向位置，r为凹槽上某一点到抛光垫中心的距离，θ1表示逆时针展成凹槽的极角，θ2表示顺时针展成方向凹槽的极角。所述的凹槽4的起点位于外环面2上，终点向内环面延伸，最好是落在内环面1上，但具体实施时，终点也可不在内环面1上，但终点位置离外环面2的距离应该不小于外环面2与内环面1半径差的60％，如图1所示，图中，凹槽3的终点落在内环面上，凹槽3以固定的角度和间隔围绕抛光面中心均匀分布，凹槽3由相反方向的两种凹槽交错而成，一种以逆时针方向展成，另一种以顺时针方向展成。
本发明的抛光垫与传统抛光垫的加工效果对比如图2所示，图2中a显示了传统抛光垫中加工碎屑无法及时排除而导致的严重划伤；图2中b显示了在本发明加工中，提高了排屑效果，划伤数量明显减少；图2中c显示了在传统抛光垫边缘应力不均导致的严重塌边(在1mm范围内塌边28μm)；图2中d显示了在本发明加工下，塌边相对有明显减小(在1mm范围内仅为3μm)。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种抛光液均匀流动的抛光垫，它包括内环面(1)和外环面(2)，外环面(2)的半径不超过内环面(1)半径的四倍，其特征是在内环面(1)和外环面(2)之间的加工表面上设有凹槽区(3)，凹槽区(3)上设有若干数量相等、旋向相反的凹槽(4)；所述凹槽(4)的形状满足以下关系：
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式中r0为凹槽(4)终点相对于抛光垫中心的距离，r为凹槽上某一点到抛光垫中心的距离，θ1表示逆时针展成凹槽的极角，θ2表示顺时针展成凹槽的极角。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征是所述的凹槽(4)的起点位于外环面(2)上，终点向内环面延伸，且终点位置离外环面(2)的径向距离不小于外环面(2)与内环面(1)半径差的60％。
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