[发明专利]抛光垫及化学机械抛光设备

说明书

本发明提供了一种抛光垫及化学机械抛光设备，属于半导体技术领域。抛光垫，包括衬底层和位于所述衬底层上的抛光层，所述抛光层包括多个沿周向设置、同圆心的周向沟槽，以及多个沿径向设置、连通相邻周向沟槽的径向沟槽。本发明能够提高抛光液的利用率、抛光垫的使用寿命和抛光质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种抛光垫及化学机械抛光设备。

背景技术

在多线切割、研磨等加工过程中，会在硅片表面残留下微缺陷、形成表面应力损伤层和吸附各种金属离子等杂质，为了使硅片表面获得全局及局部平整度极高、粗糙度极低的洁净、光亮“镜面”，满足制备各种微电子器件对硅片的技术要求，需要对硅片表面进行抛光，去除其表面由前工序造成的微缺陷及表面损伤层。

化学机械平坦化或化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是硅片表面平坦化或抛光的关键技术之一，也是目前在实际的半导体芯片制造生产中能够实现全局平坦化的唯一技术。CMP的基本原理是将硅片在抛光液(含有SiO₂胶体悬浮颗粒的溶液)的存在下相对于抛光垫旋转，并施加一定的压力，依靠化学腐烛和机械磨削的交替作用完成抛光，以去除硅片研磨加工中的表面损伤层，同时获得高表面质量的硅片。化学作用与机械作用的匹配程度对硅片抛光质量和抛光速率起决定作用，而且抛光速率主要决定于两个过程中速度较慢的一个。因此化学作用过程与机械作用过程的良好匹配是实现高质量、高效率抛光的关键所在。在CMP过程中，抛光垫具有储存、运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷及维持抛光环境等功能。抛光垫性能受其材料特性、表面组织、表面沟槽形状及工作温度等因素的影响。这些因素中抛光垫的表面沟槽形状及宽度作为决定抛光垫性能的关键参数之一，它直接影响到抛光区域抛光液的分布和运动及温度分布，进而影响化学反应速率和机械去除作用，最终影响到化学机械抛光的抛光质量和抛光效率。

目前抛光垫的抛光层沟槽形状简单，功能单一，在实际使用过程中，会存在抛光废液和废屑不能及时排除沉积堵塞沟槽划伤硅片表面，或者抛光液在沟槽停留时间过短导致抛光液利用率降低，增加抛光液消耗等问题，这将破坏和阻碍抛光液在抛光区域的输送、分布均匀性、停留时间、新旧抛光液混合效率及改变硅片、抛光垫和抛光液三者之间的温度，影响硅片表面抛光速率和抛光效果，降低了硅片产出良率，浪费大量抛光液，还会缩短CMP抛光垫的使用寿命，造成CMP抛光垫过早失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抛光垫及化学机械抛光设备，能够提高抛光液的利用率、抛光垫的使用寿命和抛光质量。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供一种抛光垫，包括衬底层和位于所述衬底层上的抛光层，所述抛光层包括多个沿周向设置、同圆心的周向沟槽，以及多个沿径向设置、连通相邻周向沟槽的径向沟槽。

可选地，所述周向沟槽的数量大于等于3。

可选地，从所述抛光层的圆心到圆周的方向上，所述多个周向沟槽分别为第1周向沟槽、第2周向沟槽、…、第K周向沟槽，K为周向沟槽的数量，所述径向沟槽包括连通第1周向沟槽至第K周向沟槽的第一径向沟槽。

可选地，所述第一径向沟槽的数量大于等于2。

可选地，所述径向沟槽包括仅连通相邻两个周向沟槽的第二径向沟槽。

可选地，所述第二径向沟槽将相邻两个周向沟槽之间的区域均匀分为N个子区域，N为大于1的整数。

可选地，所述第二径向沟槽将第k-1周向沟槽和第k周向沟槽之间的区域均匀分为m个子区域，所述第二径向沟槽将第k周向沟槽和第k+1周向沟槽之间的区域均匀分为m+d个子区域，m为大于1的整数，k为大于0小于K的整数；或