CN110270940B - 抛光垫的连续浇注制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛光垫的连续浇注制造方法，涉及半导体制备领域。本发明的技术方案包括将装有任意大小的环形模框的模具经传送带送至浇注机的浇注区，浇注机的浇注头移动到模框的圆心上方，开始向模框内浇注物料，浇注结束后得到浇注体，模具经传送带送至下一工序，下一模具由传送带送至浇注区，重复上述过程进行浇注；通过对圆心定位过程、浇注过程和浇注头的改进提高自动化程度，并有效提高生产效率，提高浇注的准确定位和稳定性，提高抛光垫的质量，有效减少废品率。

Description

抛光垫的连续浇注制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制备领域，具体的说是一种将半导体晶片等被研磨体表面的凹凸用化学机械研磨(CMP)平坦化之时所用的抛光垫的生产方法。

背景技术

在制造半导体装置时，进行在半导体晶片(以下也称作晶片)表面形成导电性膜并通过进行光刻、蚀刻等来形成配线层的工序；在配线层之上形成层间绝缘膜的工序等，在晶片表面会因这些工序而产生由金属等导电体或绝缘体构成的凹凸。近年来，虽然以半导体集成电路的高密度化为目的而进行配线的微细化或多层配线化，但是与之相伴，将晶片表面的凹凸平坦化的技术变得重要起来。

作为将晶片表面的凹凸平坦化的方法，一般来说采用CMP法。CMP是在将晶片的被研磨面推压在研磨垫的研磨面上的状态下，使用分散了磨料的料浆状的研磨剂(以下称为料浆)来进行研磨的技术。

CMP中一般使用的研磨装置例如如图4所示，具备支承抛光垫A2的抛光机台A3、支承待抛光材料(晶片等)A1的支架(研磨头)A4和用于进行待抛光材料A1的均一加压的衬板材料、抛光液A5的供给机构。抛光垫A2例如通过用双面胶带贴附，而被安装在抛光机台A3上。抛光机台A3和支架A4被配置为使各自所支承的抛光垫A2和待抛光材料A1相面对，分别具备旋转轴。另外，在支架A4侧，设有用于将待抛光材料A1向抛光垫A2推压的加压机构。

目前的抛光垫的连续浇注生产中，浇注头的定位一般采用传送带定位方式。传送带上设计有模具的固定位置，模具上有模框的固定位置。在浇注第一个浇注体(蛋糕)之前，需要手动调整浇注头的位置，将浇注头设置在第一个模框的圆心位置。之后的蛋糕则直接参照第一个蛋糕，不再进行浇注头位置的调整。由于圆心定位准确性要求较高，而蛋糕尺寸可能存在偏差或改变，采用这一方法需要经常进行浇注头位置的手动校准，位置校准的偏差较大，且操作起来不够便捷。另外，这一方法对传送带的要求很高，传送带移动过程中，模具的位置要求准确对准，不能有偏差，同样对设备和操作人员提出了严格的要求，不仅降低生产效率，也会对产品质量带来严重影响。

另一方面，物料的均匀性控制也非常重要，如何进一步保证浇注的稳定性、提高浇注体整体的均匀性是技术人员一直研究的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种方法简单，自动化程度高，有效提高生产效率，提高浇注的准确定位和稳定性，提高抛光垫的质量，有效减少废品率的抛光垫的生产方法。

技术方案包括以下浇注过程：将装有任意大小的环形模框的模具经传送带送至浇注机的浇注区，浇注机的浇注头移动到所述模框的圆心上方，开始向模框内浇注物料，浇注结束后得到浇注体，所述模具经传送带送至下一工序，下一模具由传送带送至浇注区，重复上述过程进行浇注；

其中，在浇注头移动到所述模框的圆心位置前先进行圆心定位步骤，所述圆心定位步骤在10s以内完成；

所述圆心定位步骤包括：

一)在所述浇注区周部设有A、B、C三个相同高度的测距点，所述测距点上均设有测距仪，由所述测距点建立一个平面坐标系；

二)当模具移动到浇注区后，A、B、C三个测距点的测距仪同时开始测距，测得获得A、B、C三点到模框外周对应三个检测点的距离a、b和c以及测距仪进行测距的对应测距角；

三)模框的外形为圆形D，结合距离a、b、c和A、B、C三点的测距仪与所述平面坐标系形成的对应测距角，经过计算可以得到圆形D上三个对应检测点A’、B’、C’的坐标；

四)将圆上三个点A’(x₁,y₁)、B’(x₂,y₂)、C’(x₃,y₃)的坐标分别带入代入以下坐标圆的坐标公式：

(x_n-e₁)²+(y_n-e₂)²＝r²

其中，r为圆形D的半径；

解方程组即可得到e₁和e₂的数值，即为圆形D的圆心E的坐标(e₁,e₂)；浇注机根据测得的圆心E的坐标数据将浇注头移动到所述模框的圆心上方。

所述浇注过程中，所述浇注机经传动部件控制浇注头在水平和/或垂直方向的移动。

所述浇注过程中，完成所述圆心定位步骤后，先控制浇注头快速垂直下降至一定高度后开始浇注，同时浇注头上升，控制浇注头的下降速率为20.0～200.0mm/s，优选40.0～150.0mm/s；上升速率为0.1～100.0mm/s，所述一定高度为浇注头距离模具底面的初始浇注高度，所述初始浇注高度为5～30mm。

所述浇注过程中，控制浇注的前20～80s，浇注头的上升速度在0.1～10mm/s，20～80s后上升速度在原基础上增加5～100％直至浇注结束。

所述浇注过程中，控制浇注体的高度为10～200mm，优选15～150mm，浇注头的出料温度为40～100℃，优选50～90℃。

所述浇注过程中，控制浇注物料的浇注速度为0.02～1.5kg/s，优选0.04～1.0kg/s；若浇注体直径为25英寸，浇注时间控制在40～300s，优选50～250s；若浇注体直径为35英寸，浇注时间控制在60～400s，优选80～350s。

所述浇注头沿出料方向依次由混合头出料口、扩径段和浇注出口管组成，所述混合头出料口和扩径段，以及扩径段和浇注出口管之间均由软管连接，浇注料经混合头出料口由扩径段减压后从浇注出口管流出。

所述扩径段的轴向长度为50.0～1000.0mm，优选100.0～800.0mm。

所述扩径段的入口直径与出口直径比为1：1.1～3.0，优选1：1.2～2.5。

一种半导体器件的制造方法，包括抛光垫研磨半导体晶片工序，所述工序中使用本发明所述的制造方法生产的抛光垫。

针对背景技术中存在的问题，发明人进行如下改进：

(1)将过去人工找圆的过程改为自动找圆，通过在浇注区周围设置三个测距点建立平面坐标系，再通过三点找圆心的方法通过程序自动计算得到圆心的坐标，进行圆心定位，以此控制浇注机的传动机构将浇注头移至模框的圆心位置，整个过程可控制在10S以内，不影响浇注的连贯性，每个进入浇注区的模框均进行一次找圆心的过程，整个过程可通过CPU接收测据仪的数据，计算出圆心坐标并控制传动部件带动浇注头完成，无论是生产效率还是找圆心的准确性均得到极大的提升，适用于不同尺寸的浇注体在同一生产线上的制造。

(2)对浇注过程进行深入的研究，优选的相关浇注的控制条件，当浇注开始后，浇注头应快速下降至接近模具表面然后上升，快速下降是希望出料时浇注头的出料口近可能的接近模具表面，以使物料更加均匀而稳定地在模具表面铺开；随着物料在模具内的液面上升，浇注头也随之上升，此时发明人研究发现，当物料初始进入模具内时，会在模具底面有一个延展平铺的过程，即使浇注头稳定出料，此时物料在模具内的液面高度并不会明显上升，而当物料铺满模具底面后，若出料稳定，则液面也会相应稳定上升。若控制浇注头一直保持匀速上升的状态，则会导致浇注高度(即浇注头出料口端部与物料液面之间的间隙高度)的不稳定，从而影响浇注体整体的均匀性，也会导致抛光垫产品产生纹路瑕疵。对此，发明人考虑控制浇注头的上升速度浇注早期即浇注的前20～80s时要慢一些，浇注头的上升速度控制在0.1～10mm/s，等待物料在模具表面铺开，在20～80s后上升速度在原基础上增加5～100％以保证浇注头与液面的上升速度是接近一致的，直至浇注结束，这样可以更好的提高浇注体的稳定性。控制浇注速度：0.02～1.5kg/s，优选0.04～1.0kg/s，过快则物料在混合头位置的停留时间很短，无法充分混合，过慢则物料在浇注过程中可能就已经凝固，蛋糕整体的均匀性被破坏。

(3)影响浇注体均匀性的问题很多，要尽可能提高浇注体均匀性就要从多方面找原因，发明人经多年研究发现，现有浇注机对抛光垫的浇注过程中，为保证浇注料的混合效果，浇注头的混合头出料口管径被严格限制，这导致浇注出料时，对模具上已有物料的冲击力很大，影响浇注蛋糕整体的均匀性，也会导致抛光垫外观上产生一些纹路的瑕疵。为此，发明人现有浇注头进行了改进，改为由混合头出料口、扩径段和浇注出口管组成，各段之间由软管连接，便于清洗维护，通过在混合头下方设置扩径段，使浇注料经扩径段减压后再由浇注出口管流出，从而在浇注速度不变的前提下，有效减轻出料压力，出料更加稳定、出料冲击力更小，进一步提高了浇注体的均匀性。

进一步的，所述扩径段的轴向长度最好控制在50.0～1000.0mm，优选100.0～800.0mm，扩径段过短会达不到扩径的效果，甚至引入气泡，过长则不利于浇注头位置的管路布置，也会影响浇注操作。所述扩径段的入口直径(相当于混合头出料口的直径)与出口直径(相当于浇注出口管的直径)直径比优选为1：1.2～2.5。

进一步，本发明中所述浇注机的传动部件为具有X轴、Y轴和Z轴的给进机构，通过X轴和Y轴给进可带动浇注头在平面上移动至坐标位置，Z轴给进可带动浇注头实现垂直升降，此为现有技术在此不作详述。

本发明方法简单、自动化程度高，有效提高生产效率，提高浇注的准确定位和稳定性，提高抛光垫的质量，有效减少废品率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明方法中圆心定位过程的原理示意图。

图2为三点定位的典型的坐标系示意图。

图3为本发明所使用的浇注头的结构示意图。

其中1-浇注头、1.1-混合头出料口、1.2-扩径段、1.3-浇注出口管、1.4-软管、2-模框、3-浇注区、4-传送带、5-传送带支架。

图4为现有CMP中一般使用的研磨装置示意图。

其中，A1-待抛光材料，A2-抛光垫，A3-抛光机台，A4-支架，A5-抛光液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图3，本发明中浇注头1沿出料方向依次由混合头出料口1.1、扩径段1.2和浇注出口管1.3组成，所述混合头出料口1.1和扩径段1.2，以及扩径段1.2和浇注出口管1.3之间均由软管1.4连接，浇注料经混合头出料口1.1由扩径段1.2减压后从浇注出口管1.3流出。所述扩径段1.2的轴向长度H为50.0～1000.0mm，优选100.0～800.0mm。所述扩径段1.2的入口直径d1(相当于混合头出料口的直径)与出口直径d2(相当于浇注出口管的直径)直径比为1：1.1～3.0，优选1:1.2～2.5。

实施例1：

参见图1，将装有环形模框2的模具的经传送带4送至浇注机的浇注区3，此时浇注机自动进行圆心定位过程：

在所述浇注区3周部设置三个相同高度的测距点A、B、C，所述测距点上均设有测距仪(优选激光激距仪，固定在传送带支架5上)，由三个测距点A、B、C可建立一个平面坐标系；

典型的坐标系如图2所示，AB点连线与AC点连线垂直，从而测距点A点可以作为直角坐标系的原点。通过AB间的距离值m和AC间的距离值n可以得到B点和C点的坐标。

将A、B、C三点的测距仪发射激光的角度固定，例如A点激光测距的发射角度与x轴的夹角为α，B点激光测距的发射角度与x轴的夹角为β，C点激光测距的发射角度与y轴的夹角为γ。

将装有模框2的模具移动到浇注区3后，接收到浇注机控制系统发出的“找圆心”命令进行圆心定位，A、B、C三个测距点同时开始测距，可以测得A、B、C三点到模框2外周对应三个检测点的距离a、b和c。

模框的外形为圆形D，结合所述平面坐标系，通过m、n、a、b、c、α、β、γ的数据可以计算得到圆形D上三个点A’、B’、C’的坐标，分别为：

A’(acosα,asinα)

B’(m-bcosβ,bsinβ)

C’(n-ccosγ,csinγ)

将三个点的坐标带入圆的坐标公式

(x-e₁)²+(y-e₂)²＝r²

其中，r为圆形D的半径；

解方程组即可得到e₁和e₂的数值，即为圆形D的圆心E的坐标(e₁,e₂)。

浇注机的控制系统(如CPU)接受测距仪传输的数据，并通过预设程序实现上述计算功能，快速得到模框2圆心在所述平面坐标系中的坐标位置。控制系统发出控制指令驱动传动部件的X轴和Y轴按照测得的圆心E的坐标数据将浇注头1移动到所述模框2的圆心上方位置。整个过程从发出“找圆心”命令到浇注头移动到位可以在10s内(优选5s)完成，不影响浇注过程。

当浇注机的浇注头1移动到所述模框2的圆心上方位置后，向模具内浇注物料：

所述浇注过程中，先控制浇注头快速垂直下降至一定高度后开始浇注，同时浇注头上升，控制浇注头的下降速率为20.0～200.0mm/s，优选40.0～150.0mm/s；上升速率为0.1～100.0mm/s，所述一定高度为浇注头距离模具底面的初始浇注高度为5～30mm。

优选地，控制浇注的前20～80s，浇注头的上升速度在0.1～10mm/s，20～80s后上升速度在原基础上增加5～100％直至浇注结束。

控制浇注体的高度为10～200mm，优选15～150mm，浇注头的出料温度为40～100℃，优选50～90℃；控制浇注物料的浇注速度为0.02～1.5kg/s，优选0.04～1.0kg/s；若浇注体直径为25英寸，浇注时间控制在40～300s，优选50～250s；若浇注体直径为35英寸，浇注时间控制为60～400s，优选80～350s。

浇注结束后，控制传动部件快速抬起浇注头1，退出浇注区3，所述模具(设有模框2)经传送带送至下一工序进行后续的熟化、切片等步骤，下一模具由传送带送至浇注区3，重复上述过程。

本发明制造方法生产的抛光垫可以用于半导体器件制造中，作为抛光垫用来研磨半导体晶片。

对比例1：

采用现有的人工较正定位圆心的方法，且浇注头不设扩径段1.2，其余方法同实施例1。与实施例1对比得到测试结果如下表1所示。

表1

组别	实施例1	对比例1
			有效产品数量/片	189	189
合格产品数量/片	161	131
			废品率	14.8％	36.0％
纹路瑕疵废品数量/片	23	49

从表1中可以看出，采用本发明的抛光垫的连续浇注制造方法的实施例1相较于对比例1，浇注效率可提高5～10％，废品率下降50％以上。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，浇注过程包括：将装有任意大小的环形模框的模具经传送带送至浇注机的浇注区，浇注机的浇注头移动到所述模框的圆心上方，开始向模框内浇注物料，浇注结束后得到浇注体，所述模具经传送带送至下一工序，下一模具由传送带送至浇注区，重复上述过程进行浇注；

其中，在浇注头移动到所述模框的圆心位置前先进行圆心定位步骤，所述圆心定位步骤在10s以内完成；

所述圆心定位步骤包括：

一)在所述浇注区周部设有A、B、C三个相同高度的测距点，所述测距点上均设有测距仪，由所述测距点建立一个平面坐标系；

二)当模具移动到浇注区后，A、B、C三个测距点的测距仪同时开始测距，测得获得A、B、C三点到模框外周对应三个检测点的距离a、b和c以及测距仪进行测距的对应测距角；

三)模框的外形为圆形D，结合距离a、b、c和A、B、C三点的测距仪与所述平面坐标系形成的对应测距角，经过计算可以得到圆形D上三个对应检测点A’、B’、C’的坐标；

四)将圆上三个点A’(x₁,y₁)、B’(x₂,y₂)、C’(x₃,y₃)的坐标分别带入代入以下坐标圆的坐标公式：

(x_n-e₁)²+(y_n-e₂)²＝r²

其中，r为圆形D的半径；

解方程组即可得到e₁和e₂的数值，即为圆形D的圆心E的坐标(e₁,e₂)；浇注机根据测得的圆心E的坐标数据将浇注头移动到所述模框的圆心上方。

2.如权利要求1所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述浇注过程中，所述浇注机经传动部件控制浇注头在水平和/或垂直方向的移动。

3.如权利要求1或2所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述浇注过程中，完成所述圆心定位步骤后，先控制浇注头快速垂直下降至一定高度后开始浇注，同时浇注头上升，控制浇注头的下降速率为20.0～200.0mm/s，上升速率为0.1～100.0mm/s，所述一定高度为浇注头距离模具底面的初始浇注高度，所述初始浇注高度为5～30mm。

4.如权利要求3所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述浇注过程中，控制浇注的前20～80s，浇注头的上升速度在0.1～10mm/s，20～80s后上升速度在原基础上增加5～100％直至浇注结束。

5.如权利要求1所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述浇注过程中，控制浇注体的高度为10～200mm，浇注头的出料温度为40～100℃。

6.如权利要求1或5所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述浇注过程中，控制浇注物料的浇注速度为0.02～1.5kg/s；若浇注体直径为25英寸，浇注时间控制在40～300s；若浇注体直径为35英寸，浇注时间控制在60～400s。

7.如权利要求1所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述浇注头沿出料方向依次由混合头出料口、扩径段和浇注出口管组成，所述混合头出料口和扩径段，以及扩径段和浇注出口管之间均由软管连接，浇注料经混合头出料口由扩径段减压后从浇注出口管流出。

8.如权利要求7所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述扩径段的轴向长度为50.0～1000.0mm。

9.如权利要求7或8所述的抛光垫的连续浇注制造方法，其特征在于，所述扩径段的入口直径与出口直径比为1：1.1～3.0。

10.一种半导体器件的制造方法，包括抛光垫研磨半导体晶片工序，所述工序中使用如权利要求1～9任一项所述的制造方法生产的抛光垫。

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