[發(fā)明專利]基于葵花籽粒分布結(jié)構(gòu)的仿生拋光墊及制造方法

無效

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• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101823242A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂玉山;王軍;李楠
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: B24D3/20
• 分類號: B24D3/20;B24D11/00;B24D18/00
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標(biāo)代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于葵花籽粒分布結(jié)構(gòu)的 仿生拋光墊及制造方法。

背景技術(shù)

化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical?Mechanical?Polishing，簡稱CMP)是通過磨料粒子 的研磨作用與拋光液的化學(xué)腐蝕作用的有機(jī)結(jié)合，使被拋光的工件表面獲得超 光滑和超平坦加工方法。自1991年IBM公司首次成功地將CMP技術(shù)應(yīng)用到IC 制造過程以來，化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)已廣泛地用于集成電路、存儲磁盤與磁頭、 光學(xué)零件表面等的加工領(lǐng)域。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位越來越重要，半導(dǎo)體產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展主要表現(xiàn)在兩個方面：一是不斷縮小器件的特征尺寸，以滿足微型化、 高密度化的要求；二是不斷擴(kuò)大的晶片直徑尺寸，以增加IC芯片產(chǎn)量，降低單 元制造成本。特征尺寸的不斷縮小的對晶片表面的質(zhì)量提出了苛刻的要求，要 求亞微米級平整度、納米級表面粗糙度和高表面完整性；而宏觀尺寸的增大又 使得全晶片內(nèi)的平坦化均勻性帶來極大困難。

在平面的化學(xué)機(jī)械拋光過程中，拋光墊與拋光表面接觸，由于拋光墊的連續(xù) 性和材料的剪切效應(yīng)，接觸表面的壓強(qiáng)分布將產(chǎn)生不均勻效應(yīng)，而晶片表面材 料去除量正比于接觸壓強(qiáng)，因而導(dǎo)致被拋光表面產(chǎn)生宏觀與微觀幾何形貌不均 勻現(xiàn)象。同時拋光過程如何保證拋光液流動的均勻性和如何使拋光產(chǎn)生的切屑 和拋光液中雜質(zhì)粒子快速排除，也是拋光過程中難以有效解決的問題；另外拋 光過程中產(chǎn)生的熱常使接觸區(qū)域的溫度場分布不均，也將使得拋光產(chǎn)生的宏觀 表面不均勻。為了解決這個問題，人們采用了氣囊加壓法、流體背壓加壓法、 護(hù)環(huán)法和背墊法等進(jìn)行拋光，但仍然不能解決上述所有問題。然而，用“Winkler 地基”理論和生物的葉序理論為解決上述問題提供了可能，遵循葉序理論的葵 花籽粒排布，見圖8，具有籽粒凸起13、順時針斜列線溝槽14和逆時針斜列線 溝槽15結(jié)構(gòu)，具有表面對熱輻射的最大吸收，而斜列鐵溝槽對流體作用時有發(fā) 散效應(yīng)的特性。因此，發(fā)明一種新型拋光墊對提高CMP拋光效率和表面材料均 勻性去除，實(shí)現(xiàn)高效超平坦化拋光有重要的科學(xué)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是一部分是基于“Winkler地基”理論和生物學(xué) 的葉序理論設(shè)計拋光墊結(jié)構(gòu)，另一部分是制造該結(jié)構(gòu)的拋光墊的技術(shù)方法。 “Winkler地基”理論是將接觸對象看成是剪切彈性模量為零，接觸的支撐為由 一個個與接觸變形與壓強(qiáng)成正比的獨(dú)立“土柱”所組成，因此，如果將拋光墊 切割成相互分離的單元塊就可以解決連續(xù)結(jié)構(gòu)拋光墊的橫向牽連效應(yīng)，使接觸 平均壓強(qiáng)達(dá)到均勻的目的。葵花籽粒排布的結(jié)構(gòu)具有自分離效應(yīng)，滿足“Winkler 地基”理論模型要求，而這種排布滿足生物學(xué)的葉序理論Vogel模型，即籽粒 極坐標(biāo)角度θ＝137.508°n，籽粒塊極坐標(biāo)徑向位置Vogel模型是葵花籽 粒結(jié)構(gòu)排布規(guī)律模型，葵花籽粒結(jié)構(gòu)的排布具有表面對熱輻射的最大吸收，形 成的斜列線螺旋溝槽對流體作用時有發(fā)散效應(yīng)的特征。因此，按照上述理論設(shè) 計和制造的拋光墊就具有均勻接觸壓強(qiáng)分布、拋光液均布和接觸溫度場分布的 作用，同時溝槽和墊凸起塊的交互排布可合理地匹配拋光過程中的化學(xué)與機(jī)械 作用，從而達(dá)到提高拋光效率的目的的葵花籽粒分布結(jié)構(gòu)的仿生拋光墊。

采用的技術(shù)方案是：基于葵花籽粒分布結(jié)構(gòu)的仿生拋光墊，由上層硬質(zhì)凸塊 和下層支撐體組成。所述的下層支撐體由下層軟質(zhì)凸塊連接軟質(zhì)基層且為一整 體而構(gòu)成，所述下層軟質(zhì)凸塊與上層硬質(zhì)凸塊相對應(yīng)，上層硬質(zhì)凸塊支撐在下 層軟質(zhì)凸塊上，并固定連接。所述上層硬質(zhì)凸塊分布排列成葵花籽粒排列形狀， 基于生物學(xué)的葉序理論Vogel模型，即籽粒極坐標(biāo)角度θ＝137.508°n，籽粒塊極 坐標(biāo)徑向位置其中θ為分布角。r為分布半徑，n凸起塊的序數(shù)，k為 分布系數(shù)，并且硬質(zhì)凸塊依據(jù)“Winkler地基”理論分割。

上述的上層硬質(zhì)凸塊為具有混入粒度為5-200nm的氧化硅或氧化鈰、金剛 石、碳酸鈣、碳酸鋇磨料硬質(zhì)聚氨酯彈性體，下層支撐體為軟質(zhì)聚氨酯彈性體。

上述的上層硬質(zhì)凸塊為圓柱形，直徑為Φ0.5～5mm，厚度為0.3-0.75mm。

上述的下層支撐體的下層軟質(zhì)凸塊厚度為0.7-0.5mm，軟質(zhì)基層厚度為0.3 -0.5mm。

葵花籽粒分布結(jié)構(gòu)的仿生拋光墊的制造方法，包括下列步驟：