一种高精度CMP修整盘制造方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种高精度CMP修整盘制造方法，包括准备物料步骤、植入金刚石步骤、配制烧结料步骤、制备胎体粉末步骤、制备胎体步骤、胎体脱脂步骤和胎体烧结步骤，准备好由限位环、限位板和限位器组成的反铸模具，使用限位器对金刚石对齐固定，再注入烧结料料，对烧结料进行压制、脱脂和烧结后得到CMP修整盘，该CMP修正盘是金属合金烧结，由于金属粉末无需考虑溢出等问题，可以精确地设计高度与边缘。此外，胎体粉末与金刚石之间具有高温化学惰性，烧结时不会出现金刚石颗粒原料的高温碳化。因此本发明专利技术的CMP修正盘具有良好的散热性能和抗磨屑磨损能力。损能力。损能力。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度CMP修整盘制造方法及设备


[0001]本专利技术涉及全降解复合材料
，更具体地说，涉及一种高精度CMP修整盘制造方法及设备。

技术介绍

[0002]CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)是半导体制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。晶圆制造过程主要包括7个相互独立的工艺流程：光刻、刻蚀、薄膜生长、扩散、离子注入、化学机械抛光、金属化。作为晶圆制造的关键制程工艺之一，化学机械抛光指的是，通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化。
[0003]由于目前集成电路元件普遍采用多层立体布线，集成电路制造的前道工艺环节需要进行多层循环。在此过程中，需要通过CMP工艺实现晶圆表面的平坦化。简单的理解，如果把芯片制造过程比作建造高层楼房，每搭建一层楼都需要让楼层足够平坦齐整，才能在其上方继续搭建另一层，否则楼面就会高低不平，影响整体性能和可靠性。而CMP就是能有效令集成电路的“楼层”达到纳米级全局平整的一种关键工艺技术。
[0004]CMP过程中需要用到抛光液、抛光垫、修整盘、清洗液等耗材，其中修整盘是CMP的催生者，控制晶圆与抛光垫的接触面积，使抛光垫表面产生大小适中及分布均匀的绒毛。修整盘顶点高度的分布控制了金刚石刺入抛光垫的深度分布，影响了CMP各种性能，是控制CMP性能的关键耗材。传统修整盘工艺以立足式对齐方法对齐金刚石，虽然金刚石植布数量较多，但实际工作金刚石数量仅为1％，约300至500颗左右，且粒度小，工作不稳定、易脱落。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高精度CMP修整盘制造方法及设备。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]构造一种高精度CMP修整盘制造方法及设备，包括准备物料步骤、植入金刚石步骤、配制烧结料步骤、制备胎体粉末步骤、制备胎体步骤、胎体脱脂步骤和胎体烧结步骤，其中：
[0008]S01、准备物料步骤，准备好反铸模具，所述反铸模具包括限位环、限位板和限位器，其中，所述限位板和限位环设置在限位器上，所述限位板设置在限位环底部，限位板上设有多个位于限位环内圈通孔；
[0009]S02、植入金刚石步骤，对金刚石进行筛选，选择对应通孔尺寸的金刚石，逐个在所有通孔中植入经过筛选的金刚石；
[0010]S03、配制烧结料步骤，烧结料由如下重量份数的原料配制而成：8
‑
15份Ti、7
‑
13份Cr、2
‑
4份W、3
‑
7份Si、30
‑
35份Cu、27
‑
34份Fe、25
‑
31份Co、24
‑
36份Al2O3和10
‑
25份氧化石墨烯；
[0011]S04、制备胎体粉末步骤，将烧结料制备成200
‑
300目的球形粉末，得到胎体粉末；
[0012]S05、制备胎体步骤，将胎体粉末造粒后填入限位环与限位板形成的腔体中，压力机对胎体粉末进行压制，胎体粉末经压力机压制后得到粉末压坯；
[0013]S06、胎体脱脂步骤，将所述粉末压坯放入脱脂炉中进行热脱脂，脱脂冷却完成后得到脱脂胎体；
[0014]S07、胎体烧结步骤，将脱脂胎体放入管式烧结炉中，采用压力烧结工艺对脱脂坯体烧结后得到烧结体，烧结体冷却后将压力机收回，将烧结体与反铸模具分离，得到成品。
[0015]优选的，在S03中，Ti、Cr、W、Si和Cu在烧结料中所占的比例为4.3％～18.4％，Fe、Co、Al2O3和氧化石墨烯在烧结料中所占的比例为81.6％～95.7％。
[0016]优选的，在S01中，限位环的外径为10～40mm，厚度为0.3～2.0mm，长度为5～16mm；通孔的数量为200～300个，通孔的孔径为0.3～1.5mm，多个通孔阵列分布，横纵向两通孔的间距为1.0～3.0mm；限位器的厚度为0.5～2.0mm，长度为1.0～4.0cm，宽度为2.0～4.0cm。
[0017]优选的，在S02中，金刚石的晶面为111面，目数为20
‑
100。
[0018]优选的，在S04中，通过球磨机将烧结料研磨成200
‑
300目的粉末，具体将烧结料在球料比小于8:1、装填系数小于0.5、球磨转速120rpm
‑
260rpm、温度＜50℃的条件下，按照球每4～6min反转一次的方式球磨2～4h，球磨后的烧结料静止时间不超过2小时，球磨机以8mm氧化锆球为球磨磨球，采用氩气保护气氛进行干式球磨。
[0019]优选的，在S04中，采用气雾化法将烧结料制备成胎体粉末原料，胎体粉末原料中的氧含量不大于0.15％(重量百分比)。
[0020]优选的，在S05中，压力机对胎体粉末进行压制时压力为60MPa，保压时间6秒，压力机上的压力片为与限位环的内径相同的圆片。
[0021]优选的，在S06中，粉末压坯脱脂时的最高温脱脂温度为460℃，最高温脱脂保温时间为25分钟；粉末压坯脱脂时在0至300℃温区采用30℃/h的升温速率进行升温，在300℃至400℃温区采用23℃/h的升温速率进行升温，在400℃至460℃温区采用52℃/h的升温速率进行升温。
[0022]优选的，在S07中，脱脂胎体烧结时的烧结温度为880
‑
920℃，烧结压力为15.1MPa
‑
15.2MPa，烧结时间为2
‑
6分钟。
[0023]本专利技术还提供了一种高精度CMP修整盘设备，该设备基于前述高精度CMP修整盘的制造方法制造而成。
[0024]本专利技术的有益效果在于：现有技术CMP修正盘的结合部分采用的材料为树脂，树脂无论在任何情况下注入都很难避免产生气泡，导致CMP修正盘圆柱体内气孔率较高，影响整个成品的硬度和磨损性能。本专利技术利用的是金属合金烧结，不会产生气泡，其次金属与合金的硬度、结合都都远强于树脂，同时金属无需考虑溢出等问题，可以精确地设计高度与边缘。胎体粉末主要由金属粉末构成，因此具有很高的压制成型性和压制强度，成型时不易出现分层和崩缺。并且具有较好的烧结活性和烧结致密性能。此外，胎体粉末与金刚石之间具有高温化学惰性，烧结时不会出现金刚石颗粒原料的高温碳化。
[0025]本专利技术的CMP修正盘具有良好的散热性能和抗磨屑磨损能力；烧结料中Co的加入确保了粉末烧结体的耐高温能力，Cu的加入则增加了粉末烧结体的导热性，Ti的加入确保了烧结体对于金刚石的把持能力，Cr的加入同时加入的氧化石墨烯确保了粉末烧结体优良
的散热能力，以及使用较低的温度最大程度避免金刚石在高温时所受的损伤，加入氧化石墨烯有利于Cr发挥其优良性能的同时不会对金刚石表面进行损伤。
附图说明
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度CMP修整盘制造方法，其特征在于，包括准备物料步骤、植入金刚石步骤、配制烧结料步骤、制备胎体粉末步骤、制备胎体步骤、胎体脱脂步骤和胎体烧结步骤，其中：S01、准备物料步骤，准备好反铸模具，所述反铸模具包括限位环、限位板和限位器，其中，所述限位板和限位环均设置在限位器上，所述限位板设置在限位环底部，限位板上设有多个位于限位环内圈通孔；S02、植入金刚石步骤，对金刚石进行筛选，选择对应通孔尺寸的金刚石，逐个在所有通孔中植入经过筛选的金刚石；S03、配制烧结料步骤，烧结料由如下重量份数的原料配制而成：8
‑
15份Ti、7
‑
13份Cr、2
‑
4份W、3
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7份Si、30
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35份Cu、27
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34份Fe、25
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31份Co、24
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36份Al2O3和10
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25份氧化石墨烯；S04、制备胎体粉末步骤，将烧结料制备成200
‑
300目的球形粉末，得到胎体粉末；S05、制备胎体步骤，将胎体粉末造粒后填入限位环与限位板形成的腔体中，压力机对胎体粉末进行压制，胎体粉末经压力机压制后得到粉末压坯；S06、胎体脱脂步骤，将所述粉末压坯放入脱脂炉中进行热脱脂，脱脂冷却完成后得到脱脂胎体；S07、胎体烧结步骤，将脱脂胎体放入管式烧结炉中，采用压力烧结工艺对脱脂坯体烧结后得到烧结体，烧结体冷却后将压力机收回，将烧结体与反铸模具分离，得到成品。2.根据权利要求1所述的高精度CMP修整盘的制造方法，其特征在于，在S03中，Ti、Cr、W、Si和Cu在烧结料中所占的比例为4.3％～18.4％，Fe、Co、Al2O3和氧化石墨烯在烧结料中所占的比例为81.6％～95.7％。3.根据权利要求1所述的高精度CMP修整盘的制造方法，其特征在于，在S01中，限位环的外径为10～40mm，厚度为0.3～2.0mm，长度为5～16mm；限位板的直径为10～30mm；通孔的数量为200～300个，通孔的孔径为0.3～1.5mm，多个通...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘登，张云宝，邓佳，陈滢，
申请(专利权)人：深圳烯钻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：