一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺。本发明专利技术通过采用特定的工艺利用模板将一个个簇状的修整单元通过钎焊工艺焊接在修整器基体上，修整单元顶端为单颗金刚石，整体高度一致，以实现对抛光垫的高效稳定修整。本发明专利技术工艺相对简单、稳定可控，无需对单颗金刚石进行修磨、修形，制备工艺简单可靠，大大降低了生产物料成本，且制备工艺结合，易于实现规模化制备，具有广泛的适用性、较高的性价比与经济效益。高的性价比与经济效益。高的性价比与经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺


[0001]本专利技术涉及一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，属于半导体制造领域，具体为一种应用于半导体制造领域中化学机械抛光工序(ChemicalMechanical Planarization，CMP)所用的修整器，可对工序中所用的抛光垫进行修整。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是目前半导体晶片表面平坦化的关键工艺。在化学机械抛光工艺中，抛光垫将抛光液稳定而均匀地输送至晶片与抛光垫之间，在化学蚀刻与机械磨削两者相互作用下，将芯片上凸出的沉积层去除。为了提高化学机械抛光效率以及保持抛光效率的稳定性，抛光垫需要在线实时清洁，移除化学机械抛光的副产物，以保证抛光液分布均匀，恢复抛光垫粗糙面状态，这样才能够稳定作业而不受所去除的材料的堆积影响。
[0003]抛光垫的在线实时清洁就用到了修整器。目前主流的修整器是利用金刚石固着在钢基体上进行制备，通过电镀、钎焊等工艺装金刚石颗粒固定在钢基体上，利用金刚石的锋利刃口对抛光垫进行修整。
[0004]经过多年的改进与更新，市面上常用的金刚石修整器(Diamond dresser)为金刚石钎焊工艺制备，即将人造金刚石通过真空钎焊的工艺焊接在钢基体表面，并可以排布一定的形貌，来达到不同的磨削特点。
[0005]但钎焊金刚石修整器的等高性受金刚石颗粒的差异以及晶型的影响，会产生大约5％～10％以上的高度性误差，有效参与加工的金刚石磨粒数波动大，影响加工的稳定性。等高性差时，前期修整效率高，后期效率会迅速降低；等高性佳时，修整器修整效率前后期的稳定性好，但若此时金刚石颗粒间距小、出露高度低，极易造成整体修整效率低，不利于化学机械抛光加工硅片效率提高。为解决此方案，有报道记载中国台湾的中国砂轮KINKI制备了新型修整器采用聚晶金刚石焊接在基体盘面上来进行加工，每颗聚晶金刚石的晶向与高度通过修磨达到一致，虽然刃口数量小于常规钎焊金刚石修整盘，但颗粒一致性高，顶尖修整稳定性佳，且颗粒大，出露高，仍然可以达到比较好的修整效率与寿命。但由于聚晶金刚石颗粒制造成本、精密修整成本以及修整器整体制造成本较高，应用受到一定局限，目前多应用于工艺制程短、精密要求较高的硅片加工领域。
[0006]若采用常规的大颗粒的金刚石焊接来实现PCD修整盘的效果，金刚石的顶尖形状控制、高度一致性、焊接一致性均存在较大的问题，且应用的金刚石颗粒度越大，成本越高，不利于控制修整器的性价比。
[0007]另外有专利涉及了一种团簇金刚石修整器(CN102049737A
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抛光垫修整器)，这种修整器出露的高度不高，且为平面区域内数颗金刚石聚集形成，在形成高排屑空间与高锋利度方面相对具有一定局限性。

技术实现思路

[0008]针对通过现有制备工艺得到的金刚石修整器在修整抛光垫时修整效率不稳定，且与高效率难以兼顾的问题，本专利技术创造性地专利技术了一种基于簇状单元的新型钎焊金刚石修整器的真空钎焊制备工艺，能够将一个个簇状的修整单元焊接在修整器基体上，修整单元顶端为单颗金刚石，整体高度一致，以实现对抛光垫的高效稳定修整。
[0009]本专利技术提供了一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其制备步骤如下：
[0010](1)准备原材：包括一个钢基体、若干个簇状单元、若干个金刚石、粘结剂Ⅰ、粘结剂Ⅱ、簇状单元孔模板、金刚石孔模板及合金焊料；
[0011](2)将钢基体的一个工作表面清理，并涂覆一层粘结剂Ⅱ，待用；
[0012](3)将若干个簇状单元布洒至簇状单元孔模板表面，簇状单元颗粒会嵌入簇状单元孔模板表面的孔内，保持固定，未嵌入的去除；
[0013](4)将步骤(2)得到的钢基体涂有粘结剂Ⅱ的工作面覆盖在步骤(3)布洒簇状单元的簇状单元孔模板表面，然后倒置，钢基体表面即可得到按设计要求排布的簇状单元基体；
[0014](5)在上述粘结有簇状单元的钢基体表面再喷涂一层粘结剂Ⅰ，之后布洒匹配粒度的合金焊料；
[0015](6)在布洒合金焊料之后再在表面喷涂一层粘结剂Ⅰ；
[0016](7)将若干金刚石颗粒布洒至金刚石孔模板表面，金刚石颗粒落入金刚石孔模板表面的孔内，保持固定；模板中落入金刚石，凹坑内金刚石与孔底面接触；
[0017](8)将步骤(6)所述处理后的钢基体喷涂粘结剂Ⅰ的一面与布洒金刚石颗粒的金刚石孔模板对正，将金刚石压入；
[0018](9)将步骤(8)的整体结构进行真空钎焊，真空钎焊后去除金刚石孔模板后倒置取出，即得到本专利技术所述一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器。
[0019]本专利技术所述修整器钢基体的材料为钢质品，可以为40Cr、45钢、Q235钢，特别地可以选择304不锈钢系列。
[0020]本专利技术所述金刚石为天然金刚石或人造金刚石，主要为单晶金刚石或聚晶金刚石，优选正八面体或近似正八面体，也可以选用六面体
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八面体聚形；所述金刚石颗粒粒径在0.4～3mm之间，且应用在同一个修整器上的金刚石，粒径差不大于15％。
[0021]本专利技术所述簇状单元顶端为圆弧凹面，用以支撑金刚石颗粒，所匹配的金刚石粒径小于凹面直径；优选形状为棱锥体或圆锥体，簇状单元底面为正多边形或圆形，所述正多边形优选正三角形、正四边形、正五边形或正六边形。所述簇状单元的底面直径为0.6mm～5mm，簇状单元高度为0.3～7mm，所述簇状单元的棱边或母线与水平面夹角30～75度之间。所述簇状单元可通过粉末冶金烧结、注塑烧结、3D激光打印烧结工艺制备，也可以通过机加工工艺制备，材料为钢、不锈钢等材料。
[0022]本专利技术所述簇状单元孔模板的材料选用硅胶，邵式硬度大于65以上；所述簇状单元孔模板表面有若干孔，孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形，与簇状单元基体匹配，孔径尺寸为金刚石粒径的1.2～1.6倍，孔深度为金刚石粒径的1.1～1.4倍；孔表面外径与簇状单元最大外径比为1：1.2～1.8；簇状单元孔模板孔径为要植入的簇状单元底面直径的0.8～0.95倍。
[0023]本专利技术所述金刚石孔模板表面有若干孔，孔形状与簇状单元基体匹配，孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形，所述金刚石孔模板的材料为能够耐高温1200度以上的非金属硬脆性材料，线膨胀系数常温状态不超过8
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10
‑6/℃，并且这种材料不与镍基合金焊料发生化学冶金反应，特别地可以采用氧化铝陶瓷基板或二氧化硅基板材料，金刚石孔模板表面平面度不大于0.03mm。
[0024]本专利技术所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌一致，这样每颗簇状单元便与每颗金刚石位置对应，为了保证对正的准确性，簇状单元孔模板与金刚石孔模板周边可以设计定位孔，通过销轴进行固定，相当于在两个模板上同一位置打若干个小孔，在一个模板孔内塞上定位销，另一个模板根据定位销的位置插到孔内，以保证对正的准确性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，其制备步骤如下：(1)准备原材：包括一个钢基体、若干个簇状单元、若干个金刚石、粘结剂Ⅰ、粘结剂Ⅱ、簇状单元孔模板、金刚石孔模板及合金焊料；(2)将钢基体的一个工作表面清理，并涂覆一层粘结剂Ⅱ，待用；(3)将若干个簇状单元布洒至簇状单元孔模板表面，簇状单元颗粒会嵌入簇状单元孔模板表面的孔内，保持固定，未嵌入的去除；(4)将步骤(2)得到的钢基体涂有粘结剂Ⅱ的工作面覆盖在步骤(3)布洒簇状单元的簇状单元孔模板表面，然后倒置，钢基体表面即可得到按设计要求排布的簇状单元基体；(5)在上述粘结有簇状单元的钢基体表面再喷涂一层粘结剂Ⅰ，之后布洒匹配粒度的合金焊料；(6)在布洒合金焊料之后再在表面喷涂一层粘结剂Ⅰ；(7)将若干金刚石颗粒布洒至金刚石孔模板表面，金刚石颗粒落入金刚石孔模板表面的孔内，保持固定；模板中落入金刚石，凹坑内金刚石与孔底面接触；(8)将步骤(6)所述处理后的钢基体喷涂粘结剂Ⅰ的一面与布洒金刚石颗粒的金刚石孔模板对正，将金刚石压入；(9)将步骤(8)的整体结构进行真空钎焊，真空钎焊后去除金刚石孔模板后倒置取出，即得到一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器；所述簇状单元顶端为圆弧凹面，用以支撑金刚石颗粒，所匹配的金刚石粒径小于凹面直径；所述合金焊料为镍基合金焊料颗粒；所述粘结剂Ⅰ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅰ按1：3～1：12体积比配制，所述粘结剂Ⅱ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅱ按1：3～1：5体积比配制；所述簇状单元孔模板表面有若干孔，孔形状与簇状单元基体匹配；所述金刚石孔模板表面有若干孔，孔形状与簇状单元基体匹配；且所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌一致；所述步骤(3)中当簇状单元基体落入孔模板表面时，布洒一段时间后，检查表面孔内是否均有簇状单元嵌入，若有空缺，持续布洒直至无空缺，然后通过振动或将模板倾斜一定角度，未嵌入孔内的簇状单元从模板表面滑落，嵌入孔内的固定不动。2.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述修整器钢基体的材料为40Cr、45钢、Q235钢或304不锈钢系列。3.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述金刚石为天然金刚石或人造金刚石；所述金刚石为单晶金刚石或聚晶金刚石，其为正八面体、近似正八面体或六面体
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八面体聚形；所述金刚石颗粒粒径在0.4～3mm之间，粒径差不大于15％。4.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述簇状单元形状为棱锥体或圆锥体，簇状单元底面为正多边形或圆形，所述正多边形为正三角形、正四边形、正五边形或正六边形；所述簇状单元的底面直径为0.6mm～5mm，簇状单元高度为0.3～7mm，所述簇状单元的棱边或母线与水平面夹角30～75度之间；
所述簇状单元通过粉末冶金烧结、注塑烧结、3D激光打印烧结工艺或机加工工艺制备，材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，林宗良，郭坤，丁潇杰，蔡昌鹏，
申请(专利权)人：江苏韦尔博新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：