CN218747087U - 一种化学机械抛光修整器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种化学机械抛光修整器，所述化学机械抛光修整器包括：圆盘基体、沟槽以及固定在圆盘基体上的磨料颗粒，其中沟槽分布在圆盘基体表面，磨料颗粒分布在所述沟槽区域以外；本实用新型所涉及的化学机械抛光修整器通过在表面设计沟槽，有利于碎屑以及研磨副产物的排出，降低晶圆划伤的风险，同时避免碎屑粘附于磨料颗粒之间，延长修整器的工作寿命，除此之外，由于修整器表面设计有沟槽，还可以促进抛光液更加均匀的分布，提高研磨效率，且该化学机械抛光修整器结构简单，便于加工与生产。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体集成电路制造技术领域，特别涉及一种用于芯片化学机械抛光修整器。
背景技术
在半导体工艺流程中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)是非常重要的一道工序。在化学机械抛光时，晶圆以一定的压力与抛光垫接触，晶圆表面与抛光液发生化学反应，形成的化学反应物在机械作用下去除，抛光垫是一种具有微孔的聚氨酯材料，在化学机械抛光的过程中，研磨产生的碎屑会堵塞抛光垫的微孔，导致抛光垫表面粗糙度下降，容易发生釉化导致抛光性能下降，所以需要使用修整器来及时修整抛光垫的表面，保持抛光垫表面粗糙，并且及时清除掉研磨碎屑。
传统的化学机械抛光修整器，通常使用完整的圆盘基体，通过钎焊、烧结工艺的修整器整个基体上都排列有磨料颗粒，并未设计有排屑通道，电镀工艺通过控制布钻区域可以得到高度小于100μm的浅槽，排屑空间有限，且这些修整器在工作的过程中，抛光垫上的碎屑及副产物不容易排出，而残留在磨料颗粒之间的间隙中，容易堵塞抛光垫表面微孔，导致抛光性能下降；另一方面，若果没有及时将研磨碎屑清理掉，还可能导致晶圆的划伤，降低晶圆良率，增大生产成本。
因此，亟需要一种新型的化学机械抛光修整器，保证化学机械抛光过程中，修整抛光垫表面的同时，能够更加有效的清除掉研磨碎屑。
实用新型内容
鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种带有沟槽式排屑槽的化学机械抛光修整器，以解决现有技术中抛光垫上研磨碎屑排出效率低、抛光液分布不均匀以及晶圆划伤风险较高的问题。
本实用新型提供一种化学机械抛光修整器，包括圆盘基体，其中所述圆盘基体上表面包含有内部留白区域，沟槽区域，修整区域以及外部留白区域，所述内部留白区域、外部留白区域、圆盘基体为同心圆分布，且外部留白区域的外径与圆盘基体的直径相等，所述沟槽区域与修整区域位于外部留白区域与内部留白区域之间，所述沟槽区域中包含有一条或多条沟槽，所述修整区域内包含有磨料颗粒，所述内部留白区域、外部留白区域以及沟槽区域不包含有磨料颗粒；
进一步的，所述沟槽形状包含直线放射线型、弧线放射线型、螺旋型、同心圆型中的一种或多种组合；
进一步的，所述沟槽深度介于0.1～10mm之间，所述沟槽宽度介于1～10mm之间；
进一步的，所述沟槽截面形状包含有方型、圆弧型、U型、V型中的一种；
进一步的，所述沟槽是通过对圆盘基体进行机械加工或进行激光切割的方式得到；
进一步的，所述磨料颗粒包含有金刚石、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、加热处理的氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铝-氧化锆、氧化铁、二氧化铈，石榴石中的一种；
进一步的，所述磨料颗粒的粒径范围介于100～300μm之间，磨料颗粒之间的间距介于100～1000μm之间；
进一步的，所述磨料颗粒通过钎焊工艺、烧结工艺、电镀工艺中的一种固定在圆盘基体上；
进一步的，所述圆盘基体材料为不锈钢、聚碳酸酯塑料中的一种；
进一步的，所述圆盘基体的直径为108mm。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的具有沟槽型排屑槽的化学机械抛光修整器通过沟槽设计有利于碎屑和研磨副产物的排出，降低晶圆划伤的风险，也可以有效减少了对修整器基体表面磨料颗粒的损耗，延长修整器的工作寿命；同时可以促进抛光液分布更加均匀，提高研磨效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例1所涉及的化学机械抛光修整器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2所涉及的化学机械抛光修整器的结构示意图；
图3为本实用新型实施例3所涉及的化学机械抛光修整器的结构示意图；
图4为本实用新型实施例4所涉及的化学机械抛光修整器的结构示意图；
图5为本实用新型实施例5所涉及的化学机械抛光修整器的结构示意图；
图6为本实用新型中涉及的修整器在抛光过程中研磨碎屑少量存留于沟槽以及磨料颗粒之间的截面图；
图7为现有技术中钎焊和烧结工艺得到的修整器在抛光过程中研磨碎屑残留在磨料颗粒之间的截面图；
图8为现有技术中使用电镀工艺得到的修整器在抛光过程中研磨碎屑残留在磨料颗粒之间的截面图；
附图标记
11-圆盘基体，12-沟槽，13-磨料颗粒，14-研磨碎屑。
具体实施方式
如前所述，本实用新型提供一种带有沟槽排屑槽的化学机械抛光修整器，包括圆盘基体，本实用新型中的圆盘基体选择使用本领域常用的尺寸，直径为108mm，其中所述圆盘基体上表面包含有内部留白区域，以及外部留白区域，内部留白区域、外部留白区域、与圆盘基体呈同心圆分布，其中内部留白区域的直径介于14～18mm之间，优选的，内部留白区域的直径为16mm，外部留白区域为环形设计，且外部留白区域的外径与圆盘基体的外径相等，环形宽度为3～5mm，优选环形宽度为4mm，为了方便加工，外部留白区域与圆盘基体的周围连接处设置有倒角。
本实用新型中所涉及的内部留白区域和外部留白区域表面均未镶嵌有磨料颗粒。
本实用新型中，内部留白区域与外部留白区域之间包含有沟槽区域以及修整区域，沟槽形状包含有直线放射线型、弧线放射线型、螺旋型、同心圆型中的一种或多种组合，优选的，沟槽形状为直线放射线型、弧线放射线型、螺旋型中的一种，特别优选的，沟槽形状为直线放射线型或弧线放射线型中的一种。
本实用新型的一种实施例中，直线放射线型沟槽或弧线放射线沟槽从内部留白区域延伸至外部留白区域，每条沟槽以固定的圆心角分布于圆盘基体表面，其中直线放射线型沟槽和弧线放射线型沟槽的数量介于2～32条之间，优选的，直线放射线型沟槽和弧线放射线型沟槽的数量介于6～16条之间，特别优选的，直线放射线型沟槽和弧线放射线型沟槽的数量介于8～12条之间。
在本实用新型的另一种实施例中，同心圆型沟槽与内部留白区域和外部留白区域呈同心圆分布，其中不同条同心圆型沟槽之间沿直径方向间距相等，其中同心圆型沟槽的数量介于3～8条之间，优选的，同心圆型沟槽的数量介于3～5条之间。
本实用新型的另一种实施例中，包含同心圆型和直线放射线型组合沟槽，其中直线放射线沟槽从内部留白区域延伸至外部留白区域，其中直线放射线型沟槽的数量介于6～12条之间，优选的，直线放射线型沟槽的数量介于6～8条之间；其中同心圆型沟槽与内部留白区域和外部留白区域呈同心圆分布，其中不同条同心圆沟槽之间沿直径方向间距相等，同心圆型沟槽的数量介于3～8条之间，优选的，同心圆型沟槽的数量介于3～5条之间。
本实用新型中沟槽可选择使用机械加工或激光切割的方式获得，优选的，本实用新型中的沟槽使用机械加工的方式获得，本实用新型中沟槽与外部留白区域以及内部留白区域连接处设置有倒角。
本实用新型中，出于碎屑的顺利排出以及抛光液更加均匀的分布考虑，沟槽深度介于0.1～5mm之间，优选的，沟槽深度介于0.1～3mm之间，特别优选的，沟槽深度介于0.1～1mm之间；沟槽宽度介于0.1～10mm之间，优选的沟槽宽度介于0.1～5mm之间，特别优选的，宽度介于0.1～1mm之间。
本实用新型中沟槽截面形状可选择方型、圆弧型、U型、V型中的任意一种，考虑沟槽的容积大小问题，以及加工的难易程度，本使用新型优选沟槽截面形状为方型。
本实用新型中修整区域分布于圆盘基体之上，且圆盘基体之上包含有多个修整区域，每个修整区域由内部留白区域、外部留白区域以及沟槽分隔而形成，其中修整区域分布有磨料颗粒，磨料颗粒包含有金刚石、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、加热处理的氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铝-氧化锆、氧化铁、二氧化铈，石榴石中的一种，优选的，磨料颗粒包含金刚石或立方氮化硼中的一种。
本实用新型中出于修整器表面磨料颗粒出刃高度适合性，以及切削和清除能力的平衡性考虑，磨料颗粒的粒径范围介于100～300μm之间，优选的，磨料颗粒的粒径范围介于150～250μm之间；相邻磨料颗粒之间的间距介于100～1000μm之间，优选的，相邻磨料颗粒之间的间距介于400～800μm之间。
本实用新型中磨料颗粒通过现有技术中常见的工艺固定在圆盘基体上，可选择的，包括钎焊工艺、烧结工艺或电镀工艺中的一种，优选的，本实用新型中的磨料颗粒通过电镀工艺固定在圆盘基体上。
本实用新型中圆盘基体材料为不锈钢、聚碳酸酯塑料中的一种，优选的，圆盘基体材料为不锈钢。
实施例1
本实施例中化学机械抛光修整器的圆盘基体材料选择使用不锈钢材料，圆盘基体材料直径为108mm，其中内部留白区域的直径为16mm，外部留白区域沿直径方向宽度为4mm且在边缘处设置有倒角；其中沟槽区域使用弧线放射线型沟槽，沟槽数量为12条，沟槽宽度1mm，沟槽深度1mm，截面为方型；其中修整区域设置有金刚石磨料颗粒，金刚石磨料颗粒选择150～250μm的金刚石颗粒，金刚石颗粒之间的颗粒间距为600μm，本实施例中沟槽通过机械加工的工艺获得，磨料颗粒通过电镀的方式固定在圆盘基体上。
实施例2
本实施例中化学机械抛光修整器的圆盘基体材料以及留白区域尺寸与实施例1相同，区别在于沟槽区域的形状及尺寸不同；其中沟槽区域使用直线放射线型沟槽，沟槽数量为8条，沟槽宽度为1mm，沟槽深度为1.5mm，截面为方型；其中修整区域设置有金刚石磨料颗粒，金刚石磨料颗粒选择150～250μm的金刚石颗粒，金刚石颗粒之间颗粒间距为500μm，本实施例中沟槽通过机械加工工艺获得，磨料颗粒通过电镀的方式固定在圆盘基体上。
实施例3
本实施例中化学机械抛光修整器的圆盘基体材料以及留白区域尺寸与实施例1相同，区别在于沟槽区域的形状及尺寸不同；其中沟槽区域使用同心圆型沟槽，沟槽数量为3条同心圆，沟槽宽度为3mm，沟槽深度为2mm，截面为方型；其中修整区域设置有金刚石磨料颗粒，金刚石磨料颗粒选择150～250μm的金刚石颗粒，金刚石颗粒之间颗粒间距为400μm，本实施例中沟槽通过机械加工工艺获得，磨料颗粒通过电镀的方式固定在圆盘基体上。
实施例4
本实施例中化学机械抛光修整器的圆盘基体材料以及留白区域尺寸与实施例1相同，区别在于沟槽区域的形状及尺寸不同；其中沟槽区域使用同心圆型沟槽与直线放射线型沟槽组合沟槽，沟槽数量为3条同心圆与八条直线放射线沟槽的组合，同心圆沟槽宽度为3mm，沟槽深度为2mm，直线放射线沟槽宽度为1mm，沟槽深度为2mm，截面为方型；其中修整区域设置有金刚石磨料颗粒，金刚石磨料颗粒选择150～250μm的金刚石颗粒，金刚石颗粒之间颗粒间距为400μm，本实施例中沟槽通过机械加工工艺获得，磨料颗粒通过电镀的方式固定在圆盘基体上。
实施例5
本实施例中化学机械抛光修整器的圆盘基体材料以及留白区域尺寸与实施例1相同，区别在于沟槽区域的形状及尺寸不同；其中沟槽区域使用弧线放射线型沟槽，沟槽数量8条，沟槽宽度为5mm，沟槽深度为2mm，截面为方型；其中修整区域设置有金刚石磨料颗粒，金刚石磨料颗粒选择150～250μm的金刚石颗粒，金刚石颗粒之间颗粒间距为200μm，本实施例中沟槽通过机械加工工艺获得，磨料颗粒通过电镀的方式固定在圆盘基体上。
对比例1
本实施例中化学机械抛光修整器的圆盘基体材料以及留白区域尺寸与实施例1相同，不包含有沟槽区域，金刚石磨料颗粒选择150～250μm的金刚石颗粒，金刚石颗粒之间颗粒间距为600μm，磨料颗粒通过钎焊的方式固定在圆盘基体上。
对比例2
本实施例中化学机械抛光修整器的圆盘基体材料以及留白区域尺寸与实施例1相同，区别在于沟槽区域的深度为0mm，即该对比例中原有的沟槽为与内部留白区域和外部留白区域联通的留白区域；其中修整区域设置有金刚石磨料颗粒，金刚石磨料颗粒选择150～250μm的金刚石颗粒，金刚石颗粒之间颗粒间距为600μm，磨料颗粒通过电镀的方式固定在圆盘基体上。
化学机械抛光修整器评价：
对制备的实施例及对比例中的化学机械抛光修整器进行上机测试，测试条件如下：
测试机台为AMAT Refelxion(Modify 5Zone)；
抛光垫为鼎龙控股的DH3000系列抛光垫；
抛光液为ANJI U3061A(slurry(g):DIW(g):30％H2O2(g)＝1:10:0.37)，流速300mL/min；
化学机械抛光修整器为实施例1～5以及对比例1和2中所制备得到的化学机械抛光修整器；
Zone Pressure：RR/Z1/Z2/Z3/Z4/Z5:5.90/5.10/2.40/2.15/2.10/2.20；
所用的晶圆(wafer)为Patten wafer:Semitech 754,Cu Blanket wafer PreThickness 10～12KA。
评价不同化学机械抛光修整器在相同条件下，wafer表面产生Defect的数量多少以此来确定化学机械抛光修整器的性能，其中Defect评价方法为：使用科磊公司(KLA-Tencor)可获得的
SP2缺陷检查系统进行检查，检测缺陷的尺寸：0.16μm。
评价结果：实施例1～5中涉及的具有沟槽的化学机械抛光修整器在进行20小时评价之后，wafer表面defect极少，性能良好，研磨碎屑大量存在于沟槽中，利于研磨碎屑的排出，如图6所示；对比例1中涉及的钎焊工艺制备的不具备沟槽的化学机械抛光修整器进行20小时评价之后，wafer表面存在较多的defect，其表面不具备排屑沟槽，研磨碎屑存在于金刚石颗粒之间，如图7所示，造成wafer的划伤；对比例2中涉及的化学机械抛光修整器进行20小时评价后，wafer表面存在有少量的defect，其表面同样不具备排屑沟槽，即使其表面存在有联通中心留白区域和外部留白区域的留白区，如图8所示，其对研磨碎屑的存储及排出能力有限，因此不具备良好的性能。
以上对本实用新型所提供的一种化学机械抛光修整盘及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体的个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种化学机械抛光修整器，其特征在于，包括圆盘基体，其中所述圆盘基体上表面包含有内部留白区域，沟槽区域，修整区域以及外部留白区域，所述内部留白区域、外部留白区域、圆盘基体为同心圆分布，且外部留白区域的外径与圆盘基体的直径相等，所述沟槽区域与修整区域位于外部留白区域与内部留白区域之间，所述沟槽区域中包含有一条或多条沟槽，所述修整区域内包含有磨料颗粒，所述内部留白区域、外部留白区域以及沟槽区域不包含有磨料颗粒。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述沟槽形状包含直线放射线型、弧线放射线型、螺旋型、同心圆型中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述沟槽深度介于0.1～10mm之间，所述沟槽宽度介于1～10mm之间。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述沟槽截面形状包含有方型、圆弧型、U型、V型中的一种。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述沟槽是通过对圆盘基体进行机械加工或进行激光切割的方式得到。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述磨料颗粒包含有金刚石、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、加热处理的氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铝-氧化锆、氧化铁、二氧化铈，石榴石中的一种。
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述磨料颗粒的粒径范围介于100～300μm之间，磨料颗粒之间的间距介于100～1000μm之间。
8.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述磨料颗粒通过钎焊工艺、烧结工艺、电镀工艺中的一种固定在圆盘基体上。
9.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述圆盘基体材料为不锈钢、聚碳酸酯塑料中的一种。
10.根据权利要求1所述的化学机械抛光修整器，其特征在于，所述圆盘基体的直径为108mm。
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2022
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| CN117798814A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-02 | 浙江大学杭州国际科创中心 | 一种抛光垫、抛光垫的制备方法及抛光方法 |
| CN117798814B (zh) * | 2024-03-01 | 2024-05-28 | 浙江大学杭州国际科创中心 | 一种抛光垫、抛光垫的制备方法及抛光方法 |
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