CN113529154A - 金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体生产制造技术领域，具体公开了一种金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法。其包括如下步骤：S1、丝网印刷油墨层：利用丝网印刷法在基体表面涂布印刷一层设定图案的油墨层；S2、电镀金刚石：采用埋砂法在表面印刷好设定图案油墨层的基体上电镀金刚石；S3、去除油墨层：将电镀金刚石后的基体放入碱溶液中浸泡使油墨层去除，得到去除油墨的基体；S4、基体整面电镀加厚：将去除油墨的基体放入电镀液中进行基体整面电镀加厚，得到金刚石有序排布的研磨修整器。本发明相比光刻胶法，工艺简单、周期短、易操作，油墨成本低，有利于大规模推广。本方法制备的金刚石研磨修整器，金刚石把持力高达50N以上。
Description
技术领域
本发明属于半导体生产制造技术领域，具体涉及一种金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法。
背景技术
化学机械研磨，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。
随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面平整度达到纳米级。从而对研磨工艺也提出了更高的要求。其中直接参与晶片表面抛光的研磨垫在使用中会被研磨下的碎屑堵塞小孔，从而影响其自身的粗糙度和抛光液的运输，进而使抛光性能恶化。为了防止此种情况的出现，并延长研磨垫的使用寿命，需要利用修整器对研磨垫进行修整。
目前电镀金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法普遍采用光刻胶法，是将不锈钢基体上先涂覆一层光刻胶，然后通过光照-刻蚀形成特定图形，最后布金刚石后电镀。这种生产工艺流程琐长，并且光刻胶的使用大大增加了生产成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可大大缩短工艺流程、显著降低生产成本且把持力高的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法。
为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：
金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，包括如下步骤：
S1、丝网印刷油墨层：
利用丝网印刷法在基体表面涂布印刷一层设定图案的油墨层；
S2、电镀金刚石：
采用埋砂法在表面印刷好设定图案油墨层的基体上电镀金刚石；
S3、去除油墨层：
将电镀金刚石后的基体放入碱溶液中浸泡使油墨层去除，得到去除油墨的基体；
S4、基体整面电镀加厚：
将去除油墨的基体放入电镀液中进行基体整面电镀加厚，得到金刚石有序排布的研磨修整器。
作为优选的技术方案，S1中，丝网印刷油墨层具体包括如下步骤：
S11、将设计好的图案复刻到丝网上，将基体固定在样品台上，将丝网固定基体上方；
S12、将油墨搅拌均匀后，平铺在丝网上方；
S13、调节涂布压力为8～12N/cm2，涂布速度为2～10cm/s，启动涂布开关；涂布速度优选为5cm/s，涂布速度越快，所得到的涂层厚度越薄；
S14、涂布完成后将样品放入烘箱中200℃烘烤，获得具有设定图案油墨层的基体；增大烘烤温度，有助于获得更耐电镀液侵蚀的油墨层。
作为优选的技术方案，S2中，电镀金刚石具体包括如下步骤：
S21、将表面印刷好设定图案油墨层的基体放入HCL溶液中，超声清洗1～2min，除去微孔中基体表面的氧化层，然后用去离子水冲洗，以除去材料表面和小孔中残留的酸液；
S22、将活化后的基体浸入电镀液中，将金刚石均匀的平铺在基体上；
S23、开启电源，在0.2～5A/dm2的条件下电镀15～180min。
作为优选的技术方案，S3中，去除油墨层的方法为：将电镀金刚石后的基体放入200～500g/L的KNO3溶液中，在50～70℃下浸泡1～2h，使油墨层充分溶解脱离基体。
作为优选的技术方案，S4中，基体整面电镀加厚的方法为：将去除油墨的基体放入电镀液中，在0.2～5A/dm2的条件下电镀60～360min。
作为优选的技术方案，丝网印刷油墨层的厚度为5～10μm，油墨图案中的孔径为50～100μm。
作为优选的技术方案，金刚石的粒径为100～200μm。
作为优选的技术方案，超声清洗时功率为10～40W，优选为20W。
作为优选的技术方案，所述电镀液为硫酸盐体系电镀液，包括如下含量的组分：NiSO4 150～250g/L，NiCl2 10-50g/L，H3BO3 20～30g/L，pH＝3～5。
作为优选的技术方案，烘烤保温时间为30～150min。
由于采用上述技术方案，本发明具有至少以下有益效果：
(1)丝网印刷工艺简单、周期短、易操作，可以通过调整油墨粘度、涂布参数，方便地控制理想的涂层厚度。
(2)相比光刻胶法，本发明中的油墨成本低，有利于大规模推广。
(3)丝网印刷与电镀镍法相结合制备金刚石研磨修整器，具有高强的金刚石把持力，把持力高达50N以上。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是丝网印刷后油墨在基体上的图形示意图；
图2是图1中A-A向的剖面结构示意图；
图3是使用埋砂法的布砂过程中金刚石分布示意图；
图4是油墨层去除后金刚石与镀镍层状态示意图；
图5是成品研磨修整器的剖面结构示意图；
图6是成品研磨修整器的照片(显示金相结构)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
实施例一
金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，包括如下步骤：
S1、丝网印刷油墨层：
利用丝网印刷法在不锈钢基体1表面涂布印刷一层设定图案的油墨层；具体方法为：
S11、将设计好的特定图案复刻到孔径50μm的丝网上，将厚度为4mm、边长为120mm的不锈钢基体1固定在样品台上，将丝网固定基体1上方；
S12、将油墨搅拌均匀后，平铺在丝网上方；
S13、开启涂布机电源开关，待设备进入待机模式后，调节涂布压力为9N/cm2，设定涂布速度为4cm/s，启动涂布开关，得到7μm厚的油墨层2；
S14、涂布完成后将基体放入烘箱中200℃烘烤40min，获得具有设定图案油墨层的基体，基体上形成有序排布的微孔3(参考图1和图2)；
S2、电镀金刚石：
采用埋砂法在表面印刷好设定图案油墨层的基体上电镀金刚石；具体方法为：
S21、将表面印刷好设定图案油墨层的基体放入1mol/l的HCL溶液中，超声清洗1～2min，除去微孔3中基体表面的氧化层，然后用去离子水冲洗3遍，以彻底除去材料表面和小孔中残留的酸液；
S22、将活化后的基体浸入电镀液(组成为：NiSO4 180g/L，NiCl230g/L，H3BO3 20g/L，pH＝3)中，将金刚石4均匀的平铺在基体1上(参考图3)；
S23、开启电源，在2.5A/dm2的条件下电镀40min，微孔中基体表面与金刚石上形成镀镍层5，得到金刚石有序排布的带有油墨层的样品；
S3、去除油墨层：
将电镀金刚石后的基体放入300g/L的KNO3溶液中，在50℃下浸泡2h，使油墨层充分溶解脱离基体，得到金刚石有序排布的基体(参考图4)；
S4、基体整面电镀加厚：
将去除油墨的基体再次放入电镀液中，在3A/dm2的条件下整面电镀100min，形成加厚镀镍层6，得到金刚石有序排布的研磨修整器(参考图5)。
本实施例中得到的研磨修整器，其金刚石排布高度有序，可以实现金刚石磨粒的高利用率，并利用金刚石与金刚石间的有序间隙，提高研磨削的排出，提高研磨能力。本实施例中得到的研磨修整器，其金刚石把持力达到55N以上。
实施例二
金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，包括如下步骤：
S1、丝网印刷油墨层：
利用丝网印刷法在不锈钢基体1表面涂布印刷一层设定图案的油墨层2；具体方法为：
S11、将设计好的特定图案复刻到孔径50μm的丝网上，将厚度为4mm、直径为120mm的不锈钢基体1固定在样品台上，将丝网固定于基体1上方；
S12、将油墨搅拌均匀后，平铺在丝网上方；
S13、开启涂布机电源开关，待设备进入待机模式后，调节涂布压力为10N/cm2，设定涂布速度为3cm/s，启动涂布开关，得到9μm厚的油墨层2；
S14、涂布完成后将基体放入烘箱中200℃烘烤90min，获得具有设定图案油墨层的基体，基体上形成有序排布的微孔3(参考图1和图2)；
S2、电镀金刚石：
采用埋砂法在表面印刷好设定图案油墨层的基体上电镀金刚石；具体方法为：
S21、将表面印刷好设定图案油墨层的基体放入1mol/l的HCL溶液中，超声清洗2min，除去微孔3中基体表面的氧化层，然后用去离子水冲洗3遍，以彻底除去材料表面和小孔中残留的酸液；
S22、将活化后的基体浸入电镀液(组成为：NiSO4 200g/L，NiCl230g/L，H3BO3 20g/L，pH＝3.2)中，将金刚石4均匀的平铺在基体1上(参考图3)；
S23、开启电源，在2.5A/dm2的条件下电镀70min，微孔中基体表面与金刚石上形成镀镍层5(参考图4)，得到金刚石有序排布的带有油墨层的样品；
S3、去除油墨层：
将电镀金刚石后的基体放入300g/L的KNO3溶液中，在60℃下浸泡2h，使油墨层充分溶解脱离基体，得到金刚石有序排布的基体(参考图4)；
S4、基体整面电镀加厚：
将去除油墨的基体再次放入电镀液中，在3A/dm2的条件下整面电镀100min，形成加厚镀镍层6，得到金刚石有序排布的研磨修整器(参考图5和图6)。
本实施例中得到的研磨修整器，其金刚石排布高度有序，其金刚石把持力达到50N以上。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、丝网印刷油墨层：
利用丝网印刷法在基体表面涂布印刷一层设定图案的油墨层；
S2、电镀金刚石：
采用埋砂法在表面印刷好设定图案油墨层的基体上电镀金刚石；
S3、去除油墨层：
将电镀金刚石后的基体放入碱溶液中浸泡使油墨层去除，得到去除油墨的基体；
S4、基体整面电镀加厚：
将去除油墨的基体放入电镀液中进行基体整面电镀加厚，得到金刚石有序排布的研磨修整器。
2.如权利要求1所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于，S1中，丝网印刷油墨层具体包括如下步骤：
S11、将设计好的图案复刻到丝网上，将基体固定在样品台上，将丝网固定基体上方；
S12、将油墨搅拌均匀后，平铺在丝网上方；
S13、调节涂布压力为8～12N/cm2，涂布速度为2～10cm/s，启动涂布开关；
S14、涂布完成后将样品放入烘箱中200℃烘烤，获得具有设定图案油墨层的基体。
3.如权利要求2所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于，S2中，电镀金刚石具体包括如下步骤：
S21、将表面印刷好设定图案油墨层的基体放入HCL溶液中，超声清洗1～2min，除去微孔中基体表面的氧化层，然后用去离子水冲洗，以除去材料表面和小孔中残留的酸液；
S22、将活化后的基体浸入电镀液中，将金刚石均匀的平铺在基体上；
S23、开启电源，在0.2～5A/dm2的条件下电镀15～180min。
4.如权利要求3所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于，S3中，去除油墨层的方法为：将电镀金刚石后的基体放入200～500g/L的KNO3溶液中，在50～70℃下浸泡1～2h，使油墨层充分溶解脱离基体。
5.如权利要求4所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于：S4中，基体整面电镀加厚的方法为：将去除油墨的基体放入电镀液中，在0.2～5A/dm2的条件下电镀60～360min。
6.如权利要求5所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于：丝网印刷油墨层的厚度为5～10μm，油墨图案中的孔径为50～100μm。
7.如权利要求5所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于：金刚石的粒径为100～200μm。
8.如权利要求5所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于：超声清洗时功率为10～40W。
9.如权利要求5所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于：所述电镀液为硫酸盐体系电镀液，包括如下含量的组分：NiSO4 150～250g/L，NiCl2 10-50g/L，H3BO3 20～30g/L，pH＝3～5。
10.如权利要求5所述的金刚石有序排布的研磨修整器的制备方法，其特征在于：烘烤保温时间为30～150min。
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2021
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