拋光液均勻流動的拋光墊的制作方法
【專利摘要】一種拋光液均勻流動的拋光墊，它包括內環面（1）和外環面（2），外環面（2）的半徑不超過內環面（1）半徑的四倍，其特征是在內環面（1）和外環面（2）之間的加工表面上設有凹槽區（3），凹槽區（3）上設有若干數量相等、旋向相反的凹槽（4）；所述凹槽（4）的形狀滿足一定的數學關系。本發明的拋光液能實現均勻流動，明顯提高加工質量。
【專利說明】
拋光液均勻流動的拋光墊
技術領域
[0001] 本發明涉及一種精加工技術，尤其是一種化學機械拋光用拋光墊，具體地說是一 種拋光液均勻流動的拋光墊。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，化學機械拋光(CMP)用于集成電路制造以及光學零件的加工過程，對工 件表面的平坦化起著重要作用。通過CMP，被加工對象能夠獲得表面質量優。
[0003] 在CMP過程中，拋光液與拋光墊共同與被加工對象發生相互作用。其中，拋光液起 到輸運化學物質、軟化加工表面，帶走加工廢肩的作用;而拋光墊則對被加工對象的表面軟 化層進行機械刻劃。通過化學作用與機械作用的交互，達到使被加工對象表面平坦化的目 標。
[0004] 拋光墊表面開槽能夠幫助存貯拋光液，引導拋光液依照既定的方向流動，從而使 被加工對象表面的化學物質能夠得到不斷的更新，保持化學作用的持續有效得進行。
[0005] 當前已經存在的多種拋光墊中，閉合環形凹槽，發散形凹槽，螺旋形凹槽等諸多結 構得到廣泛使用。另有一些新穎的設計出現，如CN101234481A中所述的用于將漿料保留在 拋光墊上的設計，具體約束了凹槽方向而謀求將拋光液留存于拋光墊表面的效果； CN101234482A中所述降低漿液消耗的拋光墊，將凹槽設計與支架環設計相結合，使兩者表 面部分凹槽具有重合特性，以獲得降低對漿料消耗的效果;CN1541807A中介紹了一種優化 的凹槽的拋光墊，通過統一每個半徑上的周向開槽率以獲得更均勻的CMP性能。這些拋光墊 的設計目標多著重于幫助降低拋光液消耗或提高拋光液流動性，通過對溝槽形狀的變換達 到對拋光液流動性的改進。例如，發散形凹槽設計有利于拋光液快速排出，封閉環形凹槽能 夠有效貯存拋光液，減少消耗等。
[0006] 在拋光加工中，拋光墊繞中心軸線轉動時，拋光液相對于拋光墊具有離心的運動 狀態，且這種離心運動并非以恒定速度進行，而是呈現線性加速趨勢。這種現象使得拋光液 在拋光墊內側流動速度緩慢，容易滯留，而越接近拋光墊外側，拋光液離心運動速度越高， 拋光液迅速排出，甚至無法浸沒凹槽頂部而導致其得不到與被加工對象表面充分的化學作 用。
[0007] 于是，就需要拋光墊能夠使拋光液在凹槽中能夠以均勻一致的速度沿徑向更新， 從而保證CMP過程中，拋光墊內外兩側獲得同等效應的化學作用速率，提高加工表面平坦化 的一致性。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是針對現有的拋光墊在使用過程中拋光液存在離中心距離不同而 流速不同，易導致加工反應不充分而影響加工質量的問題，設計一種拋光液均勻流動的拋 光墊。
[0009] 本發明的技術方案是：
[0010] -種拋光液均勻流動的拋光墊，它包括內環面1和外環面2,外環面2的半徑不超過 內環面1半徑的四倍，其特征是在內環面1和外環面2之間的加工表面上設有凹槽區3,凹槽 區3上設有若干數量相等、旋向相反的凹槽4;所述凹槽4的形狀滿足以下關系：
[0011]
[0012]
[0013]式中r()為凹槽4終點徑向位置，r為凹槽上某一點到拋光墊中心的距離，0康示逆時 針展成凹槽的極角，Θ 2表示順時針展成方向凹槽的極。
[0014] 所述的凹槽4的起點位于外環面2上，終點向內環面延伸，且終點位置離外環面2的 距離不小于外環面2與內環面1半徑差的60%。
[0015] 本發明的有益效果：
[0016] -、本發明通過兩種旋向相反的凹槽交錯將拋光墊表面分割為多個類似于四邊形 的小塊，凹槽圍繞拋光墊一周以均勻的間隔展開，保證了拋光面被分割成大小一致的區塊， 有利于在拋光過程中被加工對象表面壓力分布的一致性，進而有益于被加工對象表面材料 去除速率均勻性。
[0017] 二、拋光墊外環半徑小于內環半徑的4倍，保證最外側凹槽方向與拋光墊邊緣仍有 明顯夾角，不至于近乎呈現環形，從而有利于拋光液快速排出，防止在溝槽中滯留。
[0018] 三、依照給出的凹槽形狀，于接近內側位置的凹槽方向與徑向夾角小，跨越一定半 徑所需要經過的路程短，使位于內側的低速流動拋光液能夠以更快速更新;而于接近外側 位置的凹槽與徑向夾角較大，跨越一定的半徑所需要經過路程更長，從而減慢外側高速流 動拋光液的更新速度。在所給定的形狀函數下，凹槽由內而外跨越單位半徑所經過的路程 嚴格依照線性增加，與拋光液速度分布一致，從而獲得由內而外一致的徑向更新速度，進而 有益于拋光墊各位置上化學作用強度的均勻性。
[0019] 四、采用交錯而非單向展開的凹槽分布，使拋光墊表面產生的加工碎肩沿各個方 向都能在十分有限的距離內進入凹槽，減小碎肩在拋光墊表面存留時間，有利于避免碎肩 劃傷工件。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明的拋光墊的俯視結構示意圖。
[0021] 圖2是本發明的拋光墊與傳統拋光墊使用效率比較示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0023] 如圖1-2所示。
[0024] -種拋光液均勻流動的拋光墊，它包括內環面1和外環面2,外環面2的半徑不超過 內環面1半徑的四倍，實驗證明，當外環面2的半徑大于內環面1半徑的四倍時，流速均勻性 下降，拋光質量也呈下降趨勢，因此，實施制造時應控制外環面與內環面半徑值。在內環面1 和外環面2之間的加工表面上設有凹槽區3,凹槽區3上設有若干數量相等、旋向相反的凹槽 4;所述凹槽4的形狀滿足以下關系：
[0025]
[0026]
[0027]式中ro為凹槽4終點徑向位置，r為凹槽上某一點到拋光墊中心的距離，01表示逆時 針展成凹槽的極角，θ2表示順時針展成方向凹槽的極角。所述的凹槽4的起點位于外環面2 上，終點向內環面延伸，最好是落在內環面1上，但具體實施時，終點也可不在內環面1上，但 終點位置離外環面2的距離應該不小于外環面2與內環面1半徑差的60%，如圖1所示，圖中， 凹槽3的終點落在內環面上，凹槽3以固定的角度和間隔圍繞拋光面中心均勻分布，凹槽3由 相反方向的兩種凹槽交錯而成，一種以逆時針方向展成，另一種以順時針方向展成。
[0028]本發明的拋光墊與傳統拋光墊的加工效果對比如圖2所示，圖2中a顯示了傳統拋 光墊中加工碎肩無法及時排除而導致的嚴重劃傷；圖2中b顯示了在本發明加工中，提高了 排肩效果，劃傷數量明顯減少；圖2中c顯示了在傳統拋光墊邊緣應力不均導致的嚴重塌邊 (在1mm范圍內塌邊28μηι);圖2中d顯示了在本發明加工下，塌邊相對有明顯減小(在1mm范圍 內僅為3μπι)。
[0029]本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【主權項】
1. 一種拋光液均勻流動的拋光墊，它包括內環面（1)和外環面(2)，外環面(2)的半徑不 超過內環面（1)半徑的四倍，其特征是在內環面（1)和外環面(2)之間的加工表面上設有凹 槽區（3)，凹槽區（3)上設有若干數量相等、旋向相反的凹槽(4);所述凹槽(4)的形狀滿足以 下關系：式中rQ為凹槽(4)終點徑向位置，r為凹槽上某一點到拋光墊中心的距離，Θ:表示逆時針 展成凹槽的極角，Θ 2表示順時針展成方向凹槽的極。2. 根據權利要求1所述的拋光墊，其特征是所述的凹槽(4)的起點位于外環面(2)上，終 點向內環面延伸，且終點位置離外環面⑵的距離不小于外環面(2)與內環面⑴半徑差的 60% 〇
【文檔編號】B24B37/26GK105856063SQ201610257309
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】李軍, 花成旭, 唐詠凱, 朱永偉, 左敦穩, 王維, 曹遠遠
【申請人】南京航空航天大學