CN113977467A - 一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，属于半导体制造技术领域，包括如下步骤：在钢基体前平面上通过第一粘结剂均匀布洒粘结若干焊料颗粒，并在若干焊料颗粒上喷涂第二粘结剂；在惰性基板刚性平面上通过第三粘结剂按照预设排布样式布洒粘结若干金刚石颗粒；将粘结有焊料颗粒的钢基体前平面倒置于粘结有金刚石颗粒的惰性基板刚性平面上，使焊料颗粒通过第二粘结剂与金刚石颗粒相粘结；利用真空钎焊加热使焊料颗粒融化后与钢基体扩散结合和包埋紧固金刚石颗粒；移除惰性基板，获得修整器。本发明能够使金刚石颗粒在修整器表面的高度分布处于同一平面，操作简单、稳定。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法。
背景技术
化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是目前半导体晶片表面平坦化的关键工艺。在化学机械抛光工艺中，抛光垫将抛光液稳定而均匀地输送至晶片与抛光垫之间，在化学蚀刻与机械磨削两者相互作用下，将芯片上凸出的沉积层去除。
为了提高化学机械抛光效率以及保持抛光效率的稳定性，抛光垫需要在线实时清洁，移除化学机械抛光的副产物，以保证抛光液分布均匀，恢复抛光垫粗糙面状态，能够稳定作业而不受所去除的材料的堆积影响。目前，现有的修整器大多存在表盘磨粒固接不稳定，使用寿命短和抛光效率低下的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，能够使金刚石颗粒在修整器表面的高度分布处于同一平面，且受合金焊料颗粒钎焊工艺影响小，制备工艺操作简单、稳定，易于实现修整器规模化制备，具有较高的经济效益。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在钢基体前平面上通过第一粘结剂均匀布洒粘结若干焊料颗粒，并在所述若干焊料颗粒上喷涂第二粘结剂；
在惰性基板刚性平面上通过第三粘结剂按照预设排布样式布洒粘结若干金刚石颗粒；
将粘结有焊料颗粒的钢基体前平面倒置于粘结有若干金刚石颗粒的惰性基板刚性平面上，使所述焊料颗粒通过第二粘结剂与所述金刚石颗粒相粘结；
利用真空钎焊加热使所述第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂气化挥发，以使所述金刚石颗粒在自身重力和所述钢基体的重力作用下抵压在所述惰性基板刚性平面上，同时使所述焊料颗粒融化后与所述钢基体扩散结合和包埋紧固所述金刚石颗粒；
移除所述惰性基板，获得若干所述金刚石颗粒顶端高度处于同一平面的修整器。
进一步的，所述第一粘结剂由丙稀酸酯压敏胶与丙酮按体积比1：2～1：8混合制备。
进一步的，所述第二粘结剂由丙稀酸酯压敏胶与丙酮按体积比1：8～1：12 混合制备。
进一步的，所述第三粘结剂由丙稀酸酯压敏胶与丙酮按体积比1：6～1：12 混合制备。
进一步的，所述惰性基板的材质采用耐高温不小于1200度、线膨胀系数常温状态不超过8×10－6/℃且不与所述焊料颗粒发生化学冶金反应的非金属脆性材料。
进一步的，所述惰性基板的刚性平面的平面度误差不大于0.02mm。
进一步的，所述焊料颗粒粒径不超过所要焊接的所述金刚石颗粒粒径的三分之一，且所述焊料颗粒融化后包埋紧固所述金刚石颗粒粒径高度的30％～50％。
进一步的，布洒粘结的若干所述金刚石颗粒相互之间的粒度差不超过20％。
进一步的，所述金刚石颗粒按照均匀无序排布或均匀阵列排布的排布样式布洒粘结于所述惰性基板的刚性平面上。
进一步的，利用真空钎焊加热包括如下步骤：
放入真空钎焊炉，真空钎焊炉的极限真空大于6.67×10-3Pa；
加热过程中炉温升温速度不超过5度每分钟，达到真空钎焊最高温度1025 摄氏度后保温不少于15分钟。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供的修整器的制备方法采用粘结剂粘结焊料颗粒、金刚石颗粒，并通过惰性基板刚性平面约束金刚石颗粒的顶部高度，通过钎焊加热能够使金刚石颗粒在重力作用下抵靠于惰性基板刚性表面上，从而使修整器表面的金刚石颗粒高度分布处于同一平面，且受合金焊料颗粒钎焊工艺影响小，制备工艺操作简单、稳定，易于实现修整器规模化制备，具有较高的经济效益。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法流程示意图；
图2是根据本发明实施例提供的一种钢基体上粘结焊料颗粒的示意图；
图3是根据本发明实施例提供的一种喷涂第二粘结剂的示意图；
图4是根据本发明实施例提供的一种惰性基板上粘结金刚石颗粒的示意图；
图5是根据本发明实施例提供的一种钢基体倒置于惰性基板的示意图；
图6是根据本发明实施例提供的一种焊料颗粒真空钎焊加热融化成钎焊层的示意图；
图7是根据本发明实施例提供的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的结构示意图。
图中：
1、钢基体；2、第一粘结剂；3、焊料颗粒；4、第二粘结剂；5、惰性基板； 6、第三粘结剂；7、金刚石颗粒；8、钎焊层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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，而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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例中提供了一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，该方法包括如下步骤：
在钢基体前平面上通过第一粘结剂均匀布洒粘结若干焊料颗粒，并在所述若干焊料颗粒上喷涂第二粘结剂；
在惰性基板刚性平面上通过第三粘结剂按照预设排布样式布洒粘结若干金刚石颗粒；
将粘结有焊料颗粒的钢基体前平面倒置于粘结有若干金刚石颗粒的惰性基板刚性平面上，使所述焊料颗粒通过第二粘结剂与所述金刚石颗粒相粘结；
利用真空钎焊加热使所述第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂气化挥发，以使所述金刚石颗粒在自身重力和所述钢基体的重力作用下抵压在所述惰性基板刚性平面上，同时使所述焊料颗粒融化后与所述钢基体扩散结合和包埋紧固所述金刚石颗粒；
移除所述惰性基板，获得若干所述金刚石颗粒顶端高度处于同一平面的修整器。
本发明所提供的修整器的制备方法能够使金刚石颗粒在修整器表面的高度分布处于同一平面，由于各粘结剂的作用使金刚石颗粒在焊接过程中受合金焊料颗粒钎焊工艺影响小，制备工艺操作简单、稳定，易于实现修整器规模化制备，具有较高的经济效益。
在一些实施例中，在钢基体前平面上粘结焊料颗粒之前，先在要制备修整器的钢基体表面清洗干净，以便于保持、提高后续刷涂胶水、粘结剂以及真空钎焊工艺效果，其清洗方法可采取去油、喷砂、清洗等工序，以保证基体表面无油、无尘、无杂质。
其中，钢基体材质可以为45钢、不锈钢，亦可以为Q235、40Cr等钢种，特别地，优选304不锈钢，防止修整器制备后基体表面氧化生锈、污染作业表面。
在一些实施例中，如图2所示，为实现钢基体前平面上粘结焊料颗粒，采用以下方法步骤：首先，在钢基体表面刷涂一层第一粘结剂。
第一粘结剂的作用是用于粘结焊料颗粒，具体的，第一粘结剂可采用丙稀酸酯压敏胶与丙酮等有机溶剂按体积比1：2～1：8混合制备。其体积浓度的变化是与焊料颗粒的粒度有关，一般地，选用的焊料颗粒粒度越大，所采用的第一粘结剂的浓度越高，以利于粘附牢固。
其次，在钢基体前平面的第一粘结剂层上布洒一层若干焊料颗粒。
焊料颗粒可采用可以与金刚石发生化学冶金结合的镍基合金焊料且能与钢基体扩散结合。
本实施例中，焊料颗粒形状为球形或近似球形。其粒度一般选用60目～300 目的范围，且颗粒粒径不超过所制备修整器中要焊接的金刚石颗粒粒径的三分之一，且焊料颗粒融化后包埋紧固金刚石颗粒粒径高度的30％～50％。例如，优选牌号为BNi2的镍基合金焊料。
其中，焊料颗粒不超过金刚石粒径的三分之一是避免焊料颗粒过大，以便于保持若干焊料颗粒铺展后的平整度，即达到均匀平铺一层效果。
最后，如图3所示，在铺展平整后的焊料颗粒上喷涂第二粘结剂。
焊料颗粒布洒平整后，在其表面上喷涂一层第二粘结剂。喷涂的第二粘结剂覆盖于焊料颗粒顶表面、侧表面以及相邻焊料颗粒缝隙中。
其中，第二粘结剂可采用丙稀酸酯压敏胶与丙酮等有机溶剂按体积比1：8～1： 12混合制备，喷涂后各焊料颗粒表面具有一定的粘性，以便于后续和金刚石颗粒相粘结固定。
在一些实施例中，如图4所示，在惰性基板上粘结待焊接金刚石颗粒，采用如下方法步骤：
首先，准备一块惰性基板。
惰性基板的材料选择能够耐高温1200度以上的非金属脆性材料，线膨胀系数常温状态不超过8×10－6/℃，并且不与镍基合金焊料发生化学冶金反应。
特别地，惰性基板可以采用氧化铝陶瓷基板、二氧化硅基板等材料。
为了便于应用操作，惰性基板的厚度优选4～6mm，基板的尺寸大于修整器金刚石布料区域尺寸。
此外，为控制金刚石的等高性，惰性基板刚性平面的平面度误差不大于 0.02mm。
其次，在惰性基板刚性平面上刷涂一层第三粘结剂，第三粘结剂的作用是粘结待焊接的金刚石颗粒。
第三粘结剂可采用丙稀酸酯压敏胶与丙酮等有机溶剂按体积比1：6～1：12 混合制备。其体积浓度的变化是与金刚石的粒度有关，一般地，选用的金刚石粒度越大，所用的粘结剂的浓度越高，以利于粘附牢固。
最后，待第三粘结剂刷涂后，在第三粘结剂层上按照预设排布样式布洒粘结若干金刚石颗粒，由于第三粘结剂为不干胶，质地软，金刚石颗粒排布后粘结在惰性基板刚性平面上。
在本实施例中，金刚石颗粒可以是包括但不限于人造金刚石，也可以是天然金刚石、聚晶金刚石等，其粒度范围：18目～400目。
其中，为了保持良好的焊接效果和等高性控制效果，需对金刚石颗粒进行制备筛分形成一定的目数范围，对采用的金刚石颗粒的粒度差异进行限制。
具体的，布洒粘结的若干金刚石颗粒相互之间的粒度差不超过20％。例如， 30/35目粒度区间金刚石颗粒，其粒径范围为0.425～0.5mm,粒径差达17.6％。
为了保持修整器的金刚石颗粒保持等高性，第三粘结剂厚度不超过0.1mm, 以便于钎焊加热挥发后，金刚石颗粒能够充分抵靠于惰性基板刚性平面上，保持金刚石颗粒顶部处于同一平面，达到等高性控制效果。
金刚石颗粒的排布样式根据设计要求排布，可以是有序列的，也可以是无序均匀排布的，也可以是区域团簇排布的，例如圆环排布等。
在钎焊加热之前，如图5所示，需要将布洒有焊料颗粒的修整器钢基体倒置在布洒有金刚石颗粒的惰性基板刚性平面上。
由于焊料颗粒表面喷涂有第二粘结剂，可以粘结住金刚石颗粒，从而使修整器的钢基体、焊料颗粒与金刚石颗粒、陶瓷基板粘结连接在一起，相互之间形成一个整体，不会发生滑移晃动，为后续的钎焊加热做好准备工作。
由于第三粘结剂为不干胶非常柔软，当受到来自钢基体和焊料颗粒的一定压力后，金刚石颗粒可以轻松嵌入至第三粘结剂层中并与惰性基板刚性平面接触。由于惰性基板刚性平面是一个平面精度较高的平面，金刚石颗粒的顶部与惰性基板刚性平面接触，相当于金刚石颗粒顶部均处在一个平面上，达到等高性控制效果。
在一些实施例中，利用真空钎焊加热制得金刚石颗粒顶端高度处于同一平面的修整器的操作中采用如下方法步骤：
首先，如图6所示，利用真空钎焊炉加热上述粘结在一起的待制备修整器和惰性基板，使第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂气化挥发，以使金刚石颗粒在自身重力和钢基体的重力作用下更充分地抵压在惰性基板刚性平面上，同时使焊料颗粒融化后与钢基体扩散结合和包埋紧固金刚石颗粒。
具体的，真空钎焊炉的极限真空大于6.67×10-3Pa。为保证钎焊稳定，真空钎焊加热过程中炉温升温速度不超过5度每分钟。
具体的，焊料颗粒融化后包埋紧固金刚石颗粒粒径高度的30％～50％。
其次，如图7所示，钎焊加热后再整体倒置，移除惰性基板，获得若干金刚石颗粒顶端高度处于同一平面的修整器。
在一些实施例中，为了更有效批量地制备修整器，将惰性基板尺寸做得较大，其面积大小以满足约束若干个修整器上金刚石颗粒高度的需要。具体操作如下：
惰性基板刚性平面上按照区域、预设排布样式等排布多个修整器需要的金刚石颗粒；
然后将多个按上述方面粘结有焊料颗粒的修整器钢基体倒置在惰性基板的各个预先粘结好的金刚石颗粒上面；
将惰性基板连同其上倒置的多个钢基体等放入真空钎焊炉中整体钎焊，待钎焊后取出、移去惰性基板，一次性获得多个金刚石颗粒顶端高度处于同一平面的修整器。这样可以节约惰性基板加工成本，节省时间，提高一致性，提高效率，更有利于批量稳定制备修整器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在钢基体前平面上通过第一粘结剂均匀布洒粘结若干焊料颗粒，并在所述若干焊料颗粒上喷涂第二粘结剂；
在惰性基板刚性平面上通过第三粘结剂按照预设排布样式布洒粘结若干金刚石颗粒；
将粘结有焊料颗粒的钢基体前平面倒置于粘结有若干金刚石颗粒的惰性基板刚性平面上，使所述焊料颗粒通过第二粘结剂与所述金刚石颗粒相粘结；
利用真空钎焊加热使所述第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂气化挥发，以使所述金刚石颗粒在自身重力和所述钢基体的重力作用下抵压在所述惰性基板刚性平面上，同时使所述焊料颗粒融化后与所述钢基体扩散结合和包埋紧固所述金刚石颗粒；
移除所述惰性基板，获得若干所述金刚石颗粒顶端高度处于同一平面的修整器。
2.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，所述第一粘结剂由丙稀酸酯压敏胶与丙酮按体积比1：2～1：8混合制备。
3.根据权利要求2所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，所述第二粘结剂由丙稀酸酯压敏胶与丙酮按体积比1：8～1：12混合制备。
4.根据权利要求3所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，所述第三粘结剂由丙稀酸酯压敏胶与丙酮按体积比1：6～1：12混合制备。
5.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，所述惰性基板的材质采用耐高温不小于1200度、线膨胀系数常温状态不超过8×10－6/℃且不与所述焊料颗粒发生化学冶金反应的非金属脆性材料。
6.根据权利要求5所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，所述惰性基板的刚性平面的平面度误差不大于0.02mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，所述焊料颗粒粒径不超过所要焊接的所述金刚石颗粒粒径的三分之一，且所述焊料颗粒融化后包埋紧固所述金刚石颗粒粒径高度的30％～50％。
8.根据权利要求7所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，布洒粘结的若干所述金刚石颗粒相互之间的粒度差不超过20％。
9.根据权利要求8所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，所述金刚石颗粒按照均匀无序排布或均匀阵列排布的排布样式布洒粘结于所述惰性基板的刚性平面上。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种用于化学机械抛光的钎焊金刚石修整器的制备方法，其特征在于，利用真空钎焊加热包括如下步骤：
放入真空钎焊炉，真空钎焊炉的极限真空大于6.67×10-3Pa；
加热过程中炉温升温速度不超过5度每分钟，达到真空钎焊最高温度1025摄氏度后保温不少于15分钟。
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