[发明专利]一种用于化学机械研磨的研磨垫

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种用于化学机械研磨的研磨垫。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是一个通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用的工艺。研磨过程中研磨头施加一定的压力在晶圆背面使晶圆正面紧贴研磨垫。同时研磨头带动晶圆和研磨垫同方向旋转，使晶圆正面与研磨垫产生机械摩擦。在研磨过程中通过一系列机械和化学作用去除晶圆表面的一层薄膜，从而达到晶圆平坦化的目的。

目前，为了增加晶圆与研磨垫的摩擦力以及提高研磨液的分布均匀性，目前主流的研磨垫表面都带有成同心圆分布的沟槽。在研磨过程中由于晶圆与研磨垫有机械摩擦，研磨垫的表面物质不可避免的有损耗。随着研磨时间的增加，损耗也增加，研磨垫的沟槽会逐渐变浅。

众所周知，研磨垫的不同区域在晶圆研磨过程中所产生的损耗不尽相同。其主要是因为在研磨过程中晶圆的不同位置作用于研磨垫的压力不同。同时，由于晶圆相对研磨垫具有转动和滑动运动，也将造成对研磨垫的磨损不同。如图3所示，图3所示为研磨垫在临近使用寿命前不同位置的厚度测量图。可知，随着研磨时间的增加，损耗快的区域会比损耗慢的区域研磨垫厚度薄。即，研磨垫的边缘位置最厚，而在中间位置则是最薄的区域。

业界普遍认同地，研磨垫的磨损程度严重的影响着研磨速率，这主要是因为随着磨损程度的增加，研磨垫的摩擦系数会逐渐减小，摩擦系数的减小又会导致研磨速率下降。如图4所示，图4所示为摩擦系数与研磨时间的关系图谱。由图可知，随着研磨时间增加，研磨垫损耗增大，摩擦系数减小。请参阅图5，图5所示为研磨速率与研磨时间的关系图谱。图5进一步表明，随着研磨时间的增加，研磨速率与研磨垫摩擦系数呈相同变化趋势。因此，对研磨垫的损耗进行及时有效的监测非常必要。

另外，在现有技术条件下，研磨垫的使用寿命一般是按照两种方式定义，第一、定义研磨垫的研磨时间；第二、定义研磨晶圆数。或者，采用两种方式的结合，以先到者定义为使用寿命。但是这种监测方法有极大的局限性，首先，不同产品的晶圆由于膜质和研磨压力的不同对研磨垫的损耗是不同的，因此在相同的研磨时间下损耗可能有很大不同；其次，同样在相同的研磨晶圆数下，如果研磨的是不同产品的晶圆，其对研磨垫的损耗也可能不同。

因此，目前的研磨垫监测方法不能实时监测研磨垫的磨损情况，使研磨垫很难得到充分的利用，容易造成生产成本上升。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种用于化学机械研磨的研磨垫。

发明内容

本发明是针对现有技术中，传统的研磨垫监测方法不能实时监测研磨垫的磨损情况，使研磨垫很难得到充分的利用，容易造成生产成本上升等缺陷提供一种用于化学机械研磨的研磨垫。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于化学机械研磨的研磨垫，所述研磨垫包括：研磨垫本体，所述研磨垫本体的上表面用于与所述待研磨晶圆之正面接触以实现化学机械研磨；沟槽，所述沟槽呈同心圆分布并设置在所述研磨垫本体之上表面；以及孔洞群，所述孔洞群进一步包括异于所述沟槽所在区域，并呈间隔设置且具有不同孔洞深度的孔洞。

可选地，所述孔洞群分布设置在所述研磨垫本体的不同区域，所述孔洞群的数量为3～30之间的任一整数取值。

可选地，所述任一孔洞群之不同孔洞深度的孔洞的数量优选的为3～10之间的任一整数取值。

可选地，所述孔洞群的任一孔洞之外径与紧邻设置在所述孔洞外围的沟槽之间距为1～20mm。

可选地，所述孔洞群之孔洞的最大孔洞深度小于所述沟槽的深度。

可选地，所述孔洞的孔洞深度为1～5mm。

可选地，所述孔洞群之孔洞的直径为1~10mm，且所述孔洞的直径小于所述沟槽的宽度。

综上所述，本发明用于化学机械研磨的研磨垫采用具有不同孔洞深度的孔洞构成孔洞群，并分布设置在所述研磨垫之上表面，以对所述研磨垫的各个区域的磨损量进行实时监控，所述实时监控过程不仅准确、稳定，而且提高了研磨垫的实际使用效率。

附图说明

图1(a)所示为本发明用于化学机械研磨的研磨垫之俯视图；

图1(b)所示为本发明用于化学机械研磨的研磨垫之截面图；

图2所示为本发明研磨垫磨损h1厚度后的结构示意图；

图3所示为研磨垫在临近使用寿命前不同位置的厚度测量图；

图4所示为摩擦系数与研磨时间的关系图谱；