CN113172553A - 一种化学机械研磨抛光垫整修器及其制备方法 - Google Patents

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CN113172553A CN202110573678.9A CN202110573678A CN113172553A CN 113172553 A CN113172553 A CN 113172553A CN 202110573678 A CN202110573678 A CN 202110573678A CN 113172553 A CN113172553 A CN 113172553A
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边逸军
潘杰
王学泽
陈石
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Abstract

本发明提供一种化学机械研磨抛光垫整修器及其制备方法，所述抛光垫整修器包括基座，所述基座设置有至少一个凹槽，所述凹槽内部设置有研磨区块，所述研磨区块外表面设置有凸起磨粒，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。所述整修器通过研磨区块和基座的组合设计，可以通过更换区块来实现整修器与工况的匹配，增加了整修器的使用灵活性，降低了整修器的使用成本。且整修器整体硬度高、耐磨、耐腐蚀，且研磨面凸起的磨粒可以通过加工工艺有效控制，从而保证整修器的修整效果。

Description

一种化学机械研磨抛光垫整修器及其制备方法
技术领域
本发明属于化学机械研磨领域，涉及一种化学机械研磨抛光垫整修器及其制备方法。
背景技术
随着半导体制程工艺的发展，光刻技术对晶圆表面平坦程度的要求越来越高，目前化学机械研磨(CMP)是最常用的全局平坦化工艺。在进行化学机械研磨时，整修器用于去除研磨垫(Pad)上的杂质，保持研磨垫表面新鲜，保证研磨垫研磨质量的同时提高了研磨垫使用寿命，大幅降低耗材成本。现在使用最广泛的整修器是金刚石整修器，以金刚石作为修整磨粒，按一定排布方式有规律或随机地固定在某种材质的胎体上，固定的方法有烧结、钎焊、电镀等。这些方法制作的整修器上的金刚石磨粒排布在制造阶段就已经确定，无法在一块整修器上的不同区域排列不同间距和大小的磨粒，限制了整修器的使用性能。而实验测试表明，在一块整修器上通过合理组合磨粒间距和大小不同的区块可以有效提高整修器的性能。
CN202952159U提供了一种化学机械研磨整修器，包括：一基板、一结合层、一固定模板以及多个磨粒；结合层设置于基板上，固定模板设置于结合层上，而其具有多个贯孔，其中，且所述磨粒是对应容设于所述贯孔并置抵于结合层，所述磨粒分别具有一相对于固定模板表面凸出的研磨端；其中，基板及固定模板的热膨胀系数是高于或低于结合层的热膨胀系数，通过控制基板、固定模板与结合层的热膨胀系数差异的关系，以便能得到轻薄化的化学机械研磨整修器，不仅消除基板轻薄化后经过硬焊法时所产生的变形问题，也消除了金刚石颗粒脱落及异位的问题，进而降低了制造成本。
CN203380772U公开了一种化学机械研磨整修器，包括：一基板；一结合层，是设置于该基板上；以及一研磨层，该研磨层是具有一金属薄片及一第一研磨颗粒层，该第一研磨颗粒层是设置于该金属薄片上方，且该研磨层是通过该结合层以耦合至该基板上；其中，该第一研磨颗粒层是含有多个研磨颗粒，所述研磨颗粒的突出尖端是具有一平坦表面，使所述研磨颗粒不具有一个或多个特别显著的突出尖端，且所述研磨颗粒具有一图案化排列。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种化学机械研磨抛光垫整修器及其制备方法，所述化学机械研磨抛光垫整修器规格可控，可根据实际生产需要进行调整，磨粒不易崩坏脱落。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种化学机械研磨抛光垫整修器，所述抛光垫整修器包括基座，所述基座设置有至少一个凹槽，所述凹槽内部设置有研磨区块，所述研磨区块外表面设置有凸起磨粒，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
本发明中，将陶瓷或硬质合金材料以粉末冶金的方法烧结成所需形状的坯料，然后通过激光加工、放电加工等方法在坯料表面加工出某种形状的凸起磨粒。可以根据使用要求将不同的坯料区块组合粘结到基座上，实现一块整修器的不同区域排列有不同间距、大小及形状的磨粒；也可以在一块坯料的不同区域加工出排列有不同间距、大小及形状的磨粒，实现同样的功能。
作为本发明优选的技术方案，所述研磨区块的材质包括氧化铝、立方氮化硼、碳化硅、碳化钨或碳化硼中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氧化铝和立方氮化硼的组合、立方氮化硼和碳化硅的组合、碳化硅和碳化钨的组合、碳化钨和碳化硼的组合、碳化硼和氧化铝的组合或氧化铝和立方氮化硼的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述研磨区块的厚度为0.2～2mm，如0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm或1.8mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述凸起磨粒的形状包括圆锥、棱锥、棱台、圆台或坡屋顶型中的任意一种或至少两种的组合形状。
作为本发明优选的技术方案，所述凸起磨粒间的距离不超过600μm，如50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm或550μm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述凸起磨粒的粒径不超过600μm，如50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm或550μm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述凸起磨粒的高度不超过600μm，如50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm或550μm等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述底座的材质包括不锈钢、塑料或陶瓷中的任意一种或至少两种的组合。
本发明目的之二在于提供一种上述化学机械研磨抛光垫整修器的制备方法，所述制备方法包括：
将坯料切割成与所述基座凹槽形状对应的研磨区块，采用激光加工和/或放电加工的方法在所述研磨区块表面加工出凸起磨粒；
将所述研磨区块安装入所述基座的凹槽内，并采用胶粘固定。
作为本发明优选的技术方案，所述胶粘固定采用热固胶。
本发明中，可以是先固定区块形状，再按照区块形状对底座的凹槽进行加工，也可以先对底座的凹槽的形状进行固定，再根据凹槽的形状对区块进行加工。其中，凹槽的加工方式可以是切割或腐蚀等，而塑料以及陶瓷等材料可以事先加工出所需的模具，再通过模具进行注塑或烧结得到所需底座。
本发明中，所述区块与基座的固定方式除了粘接外，还以通过铆接、卡扣或锁扣等方式进行固定，以便于区块的更换。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种化学机械研磨抛光垫整修器及其制备方法，所述整修器通过研磨区块和基座的组合设计，可以通过更换区块来实现整修器与工况的匹配，增加了整修器的使用灵活性，降低了整修器的使用成本。且整修器整体硬度高、耐磨、耐腐蚀，且研磨面凸起的磨粒可以通过加工工艺有效控制，从而保证整修器的修整效果。
附图说明
图1本发明实施例2提供的化学机械研磨抛光垫整修器的结构示意图；
图2本发明实施例3提供的化学机械研磨抛光垫整修器的结构示意图；
图3本发明实施例4提供的化学机械研磨抛光垫整修器的结构示意图；
图4本发明实施例5提供的化学机械研磨抛光垫整修器的结构示意图；
图5本发明实施例6提供的化学机械研磨抛光垫整修器的结构示意图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种化学机械研磨抛光垫整修器，所述抛光垫整修器包括基座，所述基座设置有至少一个凹槽，所述凹槽内部设置有研磨区块，所述研磨区块外表面设置有凸起磨粒，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
实施例2
本实施例提供一种化学机械研磨抛光垫整修器，其结构如图1所示，所述抛光垫整修器包括圆形铝合金基座，所述基座设置有三个凹槽(一个位于中部的圆形凹槽，两个环形凹槽)，所述凹槽内部设置有研磨区块，研磨区块厚度为2mm，所述研磨区块外表面设置有圆锥形凸起磨粒，所述研磨区块材质为氧化铝，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
实施例3
本实施例提供一种化学机械研磨抛光垫整修器，其结构如图2所示，所述抛光垫整修器包括圆形陶瓷基座，所述基座设置有6个圆形凹槽，所述凹槽沿所述底座圆周等间距设置，所述凹槽内部设置有研磨区块，研磨区块厚度为1mm，所述研磨区块外表面设置有棱锥型凸起磨粒，所述研磨区块材质为碳化硅，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
实施例4
本实施例提供一种化学机械研磨抛光垫整修器，其结构如图3所示，所述抛光垫整修器包括圆形铝合金基座，所述基座设置有8个凹槽，所述凹槽沿所述底座圆周设置，所述凹槽相邻设置形成完整的圆环形状，所述凹槽内部设置有研磨区块，研磨区块厚度为1mm，所述研磨区块外表面设置有棱台型凸起磨粒，所述研磨区块材质为碳化硅，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
实施例5
本实施例提供一种化学机械研磨抛光垫整修器，其结构如图4所示，所述抛光垫整修器包括正方形铝合金基座，所述基座设置有6个矩形凹槽，所述凹槽为2×3相邻，所述凹槽内部设置有研磨区块，研磨区块厚度为1.5mm，所述研磨区块外表面设置有棱锥型凸起磨粒，所述研磨区块材质为碳化硼，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
实施例6
本实施例提供一种化学机械研磨抛光垫整修器，其结构如图5所示，所述抛光垫整修器包括等边三角形铝合金基座，所述基座设置有4个矩形凹槽，所述凹槽为4个面积相等的等边三角形，且形状均分所述等边三角形铝合金基座，所述凹槽内部设置有研磨区块，研磨区块厚度为1.5mm，所述研磨区块外表面设置有棱锥型凸起磨粒，所述研磨区块材质为碳化硼，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
对实施例2-6提供的化学机械研磨抛光垫整修器的硬度，修整磨粒与基体的结合强度以及耐磨性能进行测试，其结果如表1所示。并与传统金刚石整修器进行对比。
硬度的测试方法为：维氏硬度计检测。
修整磨粒与基体的结合强度的测试方法为：用推拉力计对磨粒施加一与基体面平行的力，磨粒脱离基底时推拉力计的示数与结合面积的比值即为结合强度。
耐磨性能的测试方法为：将整修器置于旋转的抛光垫上，用25N的力压紧，整修器与抛光垫做相对运动，以研磨至抛光垫粗糙度Ra＜4μm所需的时间作为指标，时间越长耐磨性能越好。
表1
硬度 磨粒与基体的结合强度 耐磨性能
实施例2 2700HV 7.2MPa 90h
实施例3 3000HV 9.1MPa 95h
实施例4 3000HV 9.1MPa 95h
实施例5 2800HV 7.2MPa 90h
实施例6 2800HV 7.2MPa 90h
金刚石整修器 ＞5000HV 2MP<sub>a</sub> 120h
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨抛光垫整修器，其特征在于，所述抛光垫整修器包括基座，所述基座设置有至少一个凹槽，所述凹槽内部设置有研磨区块，所述研磨区块外表面设置有凸起磨粒，所述区块的厚度不小于所述凹槽的深度。
2.根据权利要求1所述的抛光垫整修器，其特征在于，所述研磨区块的材质包括氧化铝、立方氮化硼、碳化硅、碳化钨或碳化硼中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的抛光垫整修器，其特征在于，所述研磨区块的厚度为0.2～2mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抛光垫整修器，其特征在于，所述凸起磨粒的形状包括圆锥、棱锥、棱台、圆台或坡屋顶型中的任意一种或至少两种的组合形状。
5.根据权利要求1-4任一项所述的抛光垫整修器，其特征在于，所述凸起磨粒间的距离不超过600μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的抛光垫整修器，其特征在于，所述凸起磨粒的粒径不超过600μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的抛光垫整修器，其特征在于，所述凸起磨粒的高度不超过600μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的抛光垫整修器，其特征在于，所述底座的材质包括不锈钢、塑料或陶瓷中的任意一种或至少两种的组合。
9.一种权利要求1-6任一项所述的化学机械研磨抛光垫整修器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将坯料切割成与所述基座凹槽形状对应的研磨区块，采用激光加工和/或放电加工的方法在所述研磨区块表面加工出凸起磨粒；
将所述研磨区块安装入所述基座的凹槽内，并采用胶粘固定。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述胶粘固定采用热固胶。
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