CN105881215A - 一种修整抛光机盘面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种修整抛光机盘面的方法，通过车刀的往复运动和研磨盘的圆周运动修整抛光机盘面形状，提高盘面平整度，进而提升抛光晶片的表面平整度。特别是修整前通过表面通热水、下盘通冷水来模拟抛光时的实际状况，使得修整出来的抛光盘形即是抛光时的盘形，为抛光工艺的调节和不同尺寸晶片的抛光带来方便。

Description

一种修整抛光机盘面的方法
技术领域
本发明提供一种修整抛光机盘面的方法，能显著改善加工晶片的表面平整度，属于晶片加工领域。
背景技术
平面抛光广泛应用在半导体晶圆制造和光学透镜加工领域，加工难度大，精度要求高，因此对设备部分也有更高的要求，随之而来的高昂的设备购买价格和维护成本。
平面抛光领域中化学机械抛光(CMP)占有很大比例，基本原理是在抛光机大的金属盘面上贴上抛光布，待抛光晶片贴在另一小的陶瓷或者锡盘盘面上，压在抛光布上抛光。抛光过程中需要控制晶片表面平整度，而关键因素就是下盘的平整度。抛光机在长期使用过程中，由于冷却水不均匀、经常受热冷却以及高载荷等因素，导致大盘盘面形状不规则，呈现：1.大盘直径方向平整，半径方向中间低两边高，类似于“w”形状；2.大盘直径方向平整，半径方向中间高两边低，类似于“m”形状；3.大盘整体形状呈现波浪线，类似于“ ~ ”。以上盘形严重影响抛光晶片的表面平整度，需要修整至直径方向呈现凹或凸，半径方向向中间逐渐凸起或者逐渐凹陷，类似“u”或者“n”。
近年来为提高化学机械抛光过程中晶片的表面平整度，出现了不同的控制方案，如专利CN202185817U、CN200320122937.3和CN201320071267.0，通过改变抛光头结构，使得抛光时的压力重新分布，进而提升晶片的表面平整度；如专利CN201320509949.5，通过抛布修整装置提升抛布的表面平整度，但由于抛布是贴在抛光机大盘上，所以大盘平整度合格后修整抛布才有意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种修整抛光机盘面的方法，该方法模拟抛光机工作时的状态，修整盘形，改善抛光机盘面的形状，显著提高加工晶片的表面平整度，提升制程的稳定性，进而提高产品良率。
本发明的技术方案如下：
本发明所述的修整抛光机盘面的方法，包括：用于粗加工—改变抛光机大盘的整体形状的车刀系统，用于精加工—微修大盘盘面形状以及提升盘面表面光洁度的修整系统，用于提供热水和冷却水的水循环系统。在大盘上盘添加热水和下盘通冷却水的同时，利用车刀修整盘面，达到预定的凹凸形状，然后使用研磨砂轮微修盘面，达到局部表面平整度的要求。
上述抛光机盘面的修整方法，其特征在于，所述热水温度35~45℃，循环使用，加热装置配有温控系统，能够保持温度在目标范围内；冷却水温度14~20℃，循环使用，冷却装置使用冰水机，能够恒定冷却水温度。
所述大盘可以自主旋转，转速50~100rpm，修整前调整大盘和抛光机的水平，保证加工时所有部件具有统一基准
所述车刀系统，工作时机械震动幅度<5μm，车刀采用kyocera的PR系列刀具，或者采用金刚石刀具，确保切削过程中，刀头不崩口且磨损量小于<5um。横梁伸缩长度600~1000mm，伸缩过程中横梁震动<3um，伸缩速率1~60mm/min。调节螺丝可上下调整横梁的仰角和倾角，千分表显示的调整范围-1500~1500um。
所述研磨砂轮直径等于抛光机大盘的半径，研磨面平整度<10μm，研磨时使用碳化硅磨料修整盘面，中心导轮和边导轮主要起固定作用，中心导轮直径有三种规格：100mm、200mm和300mm，边导轮直径50mm，但可以调节位置，通过改变中心导轮直径和边导轮位置，调节研磨盘在抛光机大盘上的位置，改变大盘表面凹凸程度。
本发明的优点在于，模拟抛光时的实际盘形，将盘形修整至直径方向0±10um、半径方向0±2um，可以适用不同工厂不同的的冷却水温度和抛光盘面温度，生产出4寸蓝宝石晶片表面平整度<4。
附图说明
图1是本发明使用车刀修整盘面的示意图。
图2是本发明使用研磨砂轮修整盘面的示。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明专利：
参见图1-图2，本发明包括大盘1、车刀2、横梁3、调节螺丝4、千分表5、研磨砂轮6、边导轮7和中心导轮8。
调整大盘1水平，开启热水和冷却水系统，保证上盘通热水，下盘通冷却水，将大盘表面加热至设定温度；
调整车刀系统水平，旋转调节螺丝4，通过观察千分表5的度数，改变横梁3与水平面的夹角；
调节车刀2的位置，便于切割盘面，修整盘形；
开启大盘1旋转和横梁3伸缩，给定车刀2固定进给量，由外向内或者由内向外缓慢移动，去除大盘1表面金属，达到预定盘形；
移走车刀系统，安装中心导轮7和边导轮8，放置研磨砂轮6，开启大盘旋转，将大盘1表面的车刀印记磨除干净；
清洗盘面，测量表面。
实施例1
采用KY法培育蓝宝石晶锭，通过掏棒得到4寸晶棒，再滚圆、切片、倒角、磨片和铜抛后，备用。
选择常规48吋抛光机，下盘通16℃冷却水，上盘铜35℃热水，通过“井”法测量初始盘形：直径方向-138、-110、-93，-89，半径方向-5、-3、-6、-3。调整大盘水平和车刀系统水平，保持上盘通35℃热水、下盘16℃冷却水。调整车刀位置，使刀头紧贴大盘盘面，开启横梁伸缩开关，将车刀退出大盘以外。开启大盘旋转，转速80rpm，车刀下降100um，横梁伸缩速度20mm/min，开启横梁伸进开关，开始修整盘面，到整个盘面修整结束停止。调节车刀下降40um，横梁伸缩速度5mm/min，开启横梁后退开关，开始修整至整个盘面修整结束。测量盘形：直径方向2、5、3、1，半径方向0、1、0、1。撤去车刀系统，安装300mm中心导轮和50mm边导轮，放上研磨砂轮，磨去整个盘面的车刀痕迹，清洗盘面，测量盘形：直径方向2、3、2、2，半径方向0、0、0、1。
机器清洗干净，贴上常用抛光时的抛布，选取上述备用4寸晶片36pcs，抛光3h，过程中控制温度32±1℃，去除量10um，卸片清洗，所有晶片表面平整度TTV<3um。
实施例2
采用KY法培育蓝宝石晶锭，通过掏棒得到4寸晶棒，再滚圆、切片、倒角、磨片和铜抛后，备用。
选择常规48吋抛光机，下盘通16℃冷却水，上盘铜40℃热水，通过“井”法测量初始盘形：直径方向-37、-31、-24，-30，半径方向-3、-2、-4、-3。调整大盘水平和车刀系统水平，保持上盘通40℃热水、下盘16℃冷却水。调整车刀位置，使刀头紧贴大盘盘面，开启横梁伸缩开关，将车刀退出大盘以外。开启大盘旋转，转速80rpm，车刀下降30um，横梁伸缩速度20mm/min，开启横梁伸进开关，开始修整盘面，到整个盘面修整结束停止。调节车刀下降10um，横梁伸缩速度5mm/min，开启横梁后退开关，开始修整至整个盘面修整结束。测量盘形：直径方向-1、2、-1、1，半径方向1、1、0、1。撤去车刀系统，安装300mm中心导轮和50mm边导轮，放上研磨砂轮，磨去整个盘面的车刀痕迹，清洗盘面，测量盘形：直径方向-1、-1、-1、0，半径方向0、0、0、0。
机器清洗干净，贴上常用抛光时的抛布，选取上述备用4寸晶片36pcs，抛光3h，过程中控制温度35±1℃，去除量10um，卸片清洗，所有晶片表面平整度TTV<3um。
实施例3
采用KY法培育蓝宝石晶锭，通过掏棒得到4寸晶棒，再滚圆、切片、倒角、磨片和铜抛后，备用。
选择常规48吋抛光机，下盘通16℃冷却水，上盘铜55℃热水，通过“井”法测量初始盘形：直径方向-70、-114、-83，-109，半径方向-5、-8、-5、-7。调整大盘水平和车刀系统水平，保持上盘通45℃热水、下盘16℃冷却水。调整车刀位置，使刀头紧贴大盘盘面，开启横梁伸缩开关，将车刀退出大盘以外。开启大盘旋转，转速80rpm，车刀下降100um，横梁伸缩速度20mm/min，开启横梁伸进开关，开始修整盘面，到整个盘面修整结束停止。调节车刀下降20um，横梁伸缩速度5mm/min，开启横梁后退开关，开始修整至整个盘面修整结束。测量盘形：直径方向-1、-3、-4、-2，半径方向0、-1、-1、-1。撤去车刀系统，安装300mm中心导轮和50mm边导轮，放上研磨砂轮，磨去整个盘面的车刀痕迹，清洗盘面，测量盘形：直径方向0、-1、-2、-1，半径方向0、0、0、0。
机器清洗干净，贴上常用抛光时的抛布，选取上述备用4寸晶片36pcs，抛光3h，过程中控制温度40±1℃，去除量10um，卸片清洗，所有晶片表面平整度TTV<3um。

Claims (7)

1.一种修整抛光机盘面的方法：
使用热水和冷水分别通入抛光盘上表面和下表面，维持抛光机盘面温度（根据实际抛光温度来定，一般30~40℃），模拟出实际抛光时的盘面状态；
再通过车刀系统修整盘面，达到工艺要求（根据实际情况，一般是0±10um）；
最后通过修整盘，去除表面毛刺，保证表面光洁。
2.根据权利要求1所述的修整抛光机盘面的方法，其特征在于盘面修整时大盘上表面通热水，热水温度40~50℃，下面通冷却水，冷却水使用抛光时厂务系统提供的冷却水，一般12~24℃，并保持盘面温度和抛光时盘面温度一致（30~40℃）。
3.根据权利要求1所述的修整抛光机盘面的方法，其特征在于车刀横梁的角度可调，调整角度可通过横梁尾部千分表显示出来，车刀刀头部分可伸缩移动，车削大盘盘面。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于采用中心导轮和边导轮固定研磨砂轮微调盘面形状，轻微修整盘面凹凸程度，并去除表面毛刺，保证盘面光洁；
研磨砂轮的研磨面具有沟槽，方便研磨碎屑及时排出，中心导轮和变导轮可自由转动，并起到限位作用，确定研磨砂轮的修整位置。
5.根据权利要求1所述的修整抛光机盘面的方法，其特征在于得出的抛光机大盘表面平整度在0±10um以内。
6.根据权利要求1所述的修整抛光机盘面的方法，其特征在于得到的抛光机大盘表面没有凸起和毛刺，可直接粘贴抛光布。
7.根据权利要求1所述的修整抛光机盘面的方法，其特征在于所获得的蓝宝石4英寸晶片抛光后表面平整度（TTV）<3um。
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