CN110948381A - 一种沟槽研磨盘及一种沟槽研磨盘的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沟槽研磨盘及一种沟槽研磨盘的制作方法，研磨盘上设置有沟槽；所述沟槽由半径逐渐扩大的多个同心圆沟槽和多个等距设置的螺旋线沟槽耦合而成；所述螺旋线的中心与同心圆沟槽的圆心同心；所述研磨盘上沿径向从内至外分为第一区域、第二区域及第三区域；所述第一区域及第三区域的同心圆沟槽之间的距离大于所述第二区域的同心圆沟槽之间的距离。应用本技术方案可实现提高研磨抛光过程中的研磨液的流动性能，明显改善磨盘堵塞磨损的问题。
Description
技术领域
本发明涉及研磨抛光技术领域，具体是指一种沟槽研磨盘及一种沟槽研磨盘的制作方法。
背景技术
随着半导体技术的迅速发展和广泛应用，对半导体材料的加工越来越趋于精密化。研磨抛光作为精密和超精密加工中一种重要加工方法，因其加工精度高的优点，在半导体制造过程中起着关键作用。
近年来，随着晶片规格尺寸的不断增大以及对表面质量要求的不断提高，研磨抛光技术面临着更高的要求与挑战。传统的游离磨粒研磨抛光技术因其加工效率低、环境污染大以及因自由磨粒的随机运动造成的面形精度差等问题已经不再适合。由此，固结磨料研磨抛光技术应运而生，固结磨料加工技术具有加工效率高、因固结磨料运动可控促使加工面形精度高、工艺可控性好以及对环境污染小等优点。在研磨抛光过程中，流场分布不均匀易造成排屑不畅、堵塞以及温度分布不均匀等问题。堵塞的碎屑会堆积在一起，在工件表面产生较深的切痕，导致工件表面粗糙度降低。研磨液流动不畅会导致摩擦产生的热量不能随研磨液散去，引起工件表面局部温度过高，甚至会烧伤工件。为了解决研磨液流动不畅的问题，有人提出在磨盘上加工出专门用于供研磨液和碎屑流动的沟槽。于是国内外学者又针对带沟槽的磨盘做了大量研究。研究表明沟槽形状、图案等因素对研磨液在加工区域的流量及其分布等产生重要影响，合适的沟槽图案是改善研磨盘最主要的途径。传统的加工方法加工复杂图案槽型的磨盘难以实现，生产效率十分低下，尤其对私人定制磨盘的需求更不具有现实操作性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沟槽研磨盘及一种沟槽研磨盘的制作方法，实现提高研磨抛光过程中的研磨液的流动性能，明显改善磨盘堵塞磨损的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种沟槽研磨盘，研磨盘上设置有沟槽；所述沟槽由半径逐渐扩大的多个同心圆沟槽和多个等距设置的螺旋线沟槽耦合而成；所述螺旋线的中心与同心圆沟槽的圆心同心；
所述研磨盘上沿径向从内至外分为第一区域、第二区域及第三区域；所述第一区域及第三区域的同心圆沟槽之间的距离大于所述第二区域的同心圆沟槽之间的距离。
在一较佳的实施例中，所述螺旋线沟槽包括粗螺旋线沟槽和细螺旋线沟槽；两个所述粗螺旋线沟槽之间等距设置有两个细螺旋线沟槽。
在一较佳的实施例中，所述研磨盘的盘面直径为300至2000mm。
在一较佳的实施例中，所述同心圆沟槽的深度为2至3mm；所述同心圆沟槽的宽度为2至3mm；所述第一区域及第三区域的同心圆沟槽之间的距离间距为10至16mm；所述第二区域的同心圆沟槽之间的间距为5至10mm。
在一较佳的实施例中，所述同心圆沟槽条数为8至60条。
在一较佳的实施例中，所述螺旋线沟槽的深度为2至3mm；所述粗螺旋线沟槽的宽度为3至5mm；所述细螺旋线沟槽宽度为1至2mm。
在一较佳的实施例中，所述粗螺旋线沟槽的条数为20至40条；所述细螺旋线沟槽的条数为40至60条。
在一较佳的实施例中，螺旋形沟槽的螺旋角为20°；所述螺旋线形状为阿基米德螺旋线。
本发明还提供了一种沟槽研磨盘的制作方法，制作了上述的沟槽研磨盘，包括如下步骤：
步骤1：采用SolidWorks建立磨具模型；
步骤2：采用3D打印增材制造技术制备可溶模具；
步骤3：采用常规铣削工艺加工出金属基体盘；
步骤4：配置支撑层的混料，成分为：3301#型树脂63至70％、余下为306#型树脂，进行混合，并加入固化剂，所用固化剂为甲基四氢笨酐，混合树脂与甲基四氢笨酐按1:1体积比例配置搅拌均匀；
步骤5：将配置好的支撑层混料均匀平铺在金属基体盘上，然后在紫外光下固化10至15min，形成支撑层；
步骤6：配置工作层的混料，主成分为支撑层混料和微粉磨料，添加剂为气相二氧化硅和分散剂，其中支撑层混料和微粉磨料的质量分数比在3：1到9：1之间，气相二氧化硅、分散剂按主成分质量的0.5％至1％分别加入，搅拌均匀；
步骤7：将工作层的混料均匀平铺在支撑层上，将可溶模具平放入铺好的混料中，放入紫外光下固化2至3h；
步骤8：将固化后工作层中的模具去除；机将固化后的磨盘放入温水中浸泡至模具溶解，然后直接用水冲洗干净；
步骤9：修整研磨盘加工面，得到制备好的复杂图案槽型研磨盘。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提供了一种沟槽研磨盘及一种沟槽研磨盘的制作方法，研磨抛光的过程中研磨液的流动方向与螺旋线沟槽的方向相吻合，槽壁对研磨液流动的阻力小，有利于排屑能力，提高了工件的表面质量。同心圆沟槽呈封闭状，有很强的容留能力，能够迅速让研磨液充满整个盘面，改善研磨环境，缩短干摩擦阶段的时间，减少因干摩擦造成的工件变形、烧伤、表面质量降低。同心圆沟槽与螺旋线沟槽耦合的设计结合上诉优点，本发明的复杂图案沟槽研磨盘对比普通沟槽研磨盘，工件表面粗糙度更低，平坦度更优，加工效果明显更好。本发明提出的消失模法制备复杂图案沟槽模具的方法，与传统机加工相比，一次溶解模成型，适合复杂图案沟槽快速成型；与化学加工相比，能够很好的控制表面质量。其制备工艺简单，效率高，价格低廉，生产的磨盘沟槽精度高，适应柔性单件定制生产。实现为不同需求的客户快速提供需要的磨盘，而且克服传统去模过程中取模难的问题，该方法在特种加工和科学研究中能极大提高工作效率。能够大大提高研磨抛光过程中的研磨液的流动性能，明显改善磨盘堵塞磨损的问题，加工出来的工件与普通的图案沟槽磨盘加工的工件相比，具有更好的表面质量，对提高半导体的精密和超精密加工精度和加工效率具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明优选实施例中沟槽研磨盘上螺旋线沟槽与同心圆沟槽的位置分布示意图；
图2为本发明优选实施例中沟槽研磨盘的剖面示意图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种沟槽研磨盘，参考图1至2,研磨盘上设置有沟槽；所述沟槽由半径逐渐扩大的多个同心圆沟槽1和多个等距设置的螺旋线沟槽2耦合而成；所述螺旋线沟槽2的中心与同心圆沟槽1的圆心同心；所述研磨盘上沿径向从内至外分为第一区域3、第二区域4及第三区域5；所述第一区域3及第三区域5的同心圆沟槽1之间的距离大于所述第二区域4的同心圆沟槽1之间的距离。所述研磨盘的盘面直径为300至2000mm。所述同心圆沟槽1和螺旋线沟槽2,其截面槽型为矩形、也可为五边形、六边形、圆形、半圆形或者以上图形的结合。在本实施例中，螺旋形沟槽的螺旋角为20°；所述螺旋线形状为阿基米德螺旋线。具体来说，所述同心圆沟槽1的深度为2至3mm；所述同心圆沟槽1的宽度为2至3mm；所述第一区域3及第三区域5的同心圆沟槽1之间的距离间距为10至16mm；所述第二区域4的同心圆沟槽1之间的间距为5至10mm。所述同心圆沟槽1条数为8至60条。
所述螺旋线沟槽2包括粗螺旋线沟槽21和细螺旋线沟槽22；两个所述粗螺旋线沟槽21之间等距设置有两个细螺旋线沟槽22。所述螺旋线沟槽2的深度为2至3mm；所述粗螺旋线沟槽21的宽度为3至5mm；所述细螺旋线沟槽22宽度为1至2mm。所述粗螺旋线沟槽21的条数为20至40条；所述细螺旋线沟槽22的条数为40至60条。
下面阐述沟槽研磨盘的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：采用SolidWorks建立磨具模型；
步骤2：采用3D打印增材制造技术制备可溶模具；在本实施例中，3D打印成型，选用的材料为水溶性PVA材料；
步骤3：采用常规铣削工艺加工出金属基体盘；
步骤4：配置支撑层的混料，成分为：3301#型树脂63至70％、余下为306#型树脂，进行混合，并加入固化剂，所用固化剂为甲基四氢笨酐，混合树脂与甲基四氢笨酐按1:1体积比例配置搅拌均匀；适当加热去除里面搅拌时混入的气泡，避免固化后磨盘内部出现空腔，使磨盘强度下降的缺陷；
步骤5：在基体盘周围贴一层防油纸或固定一个环形挡圈，形成密封的腔体，使得树脂不会渗出，防油纸的高度大于5mm，并在防油纸上做好高度标记。将配置好的支撑固化层混料均匀平铺在金属基体盘上，用刮板刮平，保证支撑层混料高度在2至3mm之间，然后将基体盘平放在紫外光灯环境下固化，形成支撑层；
步骤6：配置工作层的混料，主成分为支撑层混料和微粉磨料，添加剂为气相二氧化硅和分散剂，其中支撑层混料和微粉磨料的质量分数比在3：1到9：1之间，气相二氧化硅、分散剂按主成分质量的0.5％至1％分别加入，搅拌10min以上至均匀后，适当加热去除里面搅拌时混入的气泡；
步骤7：将工作层的混料均匀平铺在支撑固化层上，用刮板刮平，保证工作层混料高度在1.5至2mm之间，将沟槽模具平放入铺好的混料中，此时混料高度上升至2.5mm左右，将基体盘平放入紫外光环境下照射2至3小时固化；
步骤8：固化后取下基体盘上的防油纸或挡圈，将磨盘放入水中浸泡，PVA材料具有很好的溶水性，待模具溶解后直接用水冲去磨盘表面的杂质；
步骤9：用研磨盘对研，修整研磨盘加工面，即可制备得到具有复杂图案沟槽的研磨盘工具。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (9)
1.一种沟槽研磨盘，其特征在于，研磨盘上设置有沟槽；所述沟槽由半径逐渐扩大的多个同心圆沟槽和多个等距设置的螺旋线沟槽耦合而成；所述螺旋线的中心与同心圆沟槽的圆心同心；
所述研磨盘上沿径向从内至外分为第一区域、第二区域及第三区域；所述第一区域及第三区域的同心圆沟槽之间的距离大于所述第二区域的同心圆沟槽之间的距离。
2.根据权利要求1所述的沟槽研磨盘，其特征在于，所述螺旋线沟槽包括粗螺旋线沟槽和细螺旋线沟槽；两个所述粗螺旋线沟槽之间等距设置有两个细螺旋线沟槽。
3.根据权利要求1所述的沟槽研磨盘，其特征在于，所述研磨盘的盘面直径为300至2000mm。
4.根据权利要求1所述的沟槽研磨盘，其特征在于，所述同心圆沟槽的深度为2至3mm；所述同心圆沟槽的宽度为2至3mm；所述第一区域及第三区域的同心圆沟槽之间的距离间距为10至16mm；所述第二区域的同心圆沟槽之间的间距为5至10mm。
5.根据权利要求4所述的沟槽研磨盘，其特征在于，所述同心圆沟槽条数为8至60条。
6.根据权利要求1所述的沟槽研磨盘，其特征在于，所述螺旋线沟槽的深度为2至3mm；所述粗螺旋线沟槽的宽度为3至5mm；所述细螺旋线沟槽宽度为1至2mm。
7.根据权利要求6所述的沟槽研磨盘，其特征在于，所述粗螺旋线沟槽的条数为20至40条；所述细螺旋线沟槽的条数为40至60条。
8.根据权利要求7所述的沟槽研磨盘，其特征在于，螺旋形沟槽的螺旋角为20°；所述螺旋线形状为阿基米德螺旋线。
9.一种沟槽研磨盘的制作方法，其特征在于制作了上述权利要求1至8中任意一项所述的沟槽研磨盘，包括如下步骤：
步骤1：采用SolidWorks建立磨具模型；
步骤2：采用3D打印增材制造技术制备可溶模具；
步骤3：采用常规铣削工艺加工出金属基体盘；
步骤4：配置支撑层的混料，成分为：3301#型树脂63至70％、余下为306#型树脂，进行混合，并加入固化剂，所用固化剂为甲基四氢笨酐，混合树脂与甲基四氢笨酐按1:1体积比例配置搅拌均匀；
步骤5：将配置好的支撑层混料均匀平铺在金属基体盘上，然后在紫外光下固化10至15min，形成支撑层；
步骤6：配置工作层的混料，主成分为支撑层混料和微粉磨料，添加剂为气相二氧化硅和分散剂，其中支撑层混料和微粉磨料的质量分数比在3：1到9：1之间，气相二氧化硅、分散剂按主成分质量的0.5％至1％分别加入，搅拌均匀；
步骤7：将工作层的混料均匀平铺在支撑层上，将可溶模具平放入铺好的混料中，放入紫外光下固化2至3h；
步骤8：将固化后工作层中的模具去除；机将固化后的磨盘放入温水中浸泡至模具溶解，然后直接用水冲洗干净；
步骤9：修整研磨盘加工面，得到制备好的复杂图案槽型研磨盘。
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