本實(shí)用新型涉及一種拋光墊修整器的制造設(shè)備。

背景技術(shù)：

晶圓制造過程中，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是關(guān)鍵制程之一，CMP越平坦，能制造的線寬越細(xì)。隨晶圓線寬的需求越來越細(xì)，對CMP的要求也越高。晶圓CMP工藝是利用多孔拋光墊及拋光液(內(nèi)含研磨粒子)來拋光晶圓，拋光墊的孔洞有助于拋光液的流動(dòng)，使晶圓拋光得更平坦，但拋光過程中的異物(拋光液中的研磨粒子、晶圓粒子)會(huì)逐步填滿拋光墊孔洞，使拋光效能降低，因此拋光過程中需同時(shí)使用修整器對拋光墊修整以去除孔洞內(nèi)的異物。

過去修整器是由矩陣排列的金剛石通過電鍍法(electroplating)或釬焊法 (brazing)方式固定于一圓平板上，利用金剛石凸出的尖角來修整拋光墊，但此類工藝有許多缺陷，比如(1)電鍍法對金剛石把持力較弱，金剛石容易脫落造成晶圓刮傷；(2)釬焊法雖對金剛石把持力明顯較高，但因制作過程中產(chǎn)生的高溫會(huì)破壞金剛石強(qiáng)度，使用時(shí)金剛石容易破裂，掉落的金剛石碎片亦會(huì)造成晶圓刮傷；(3)金剛石顆粒大小及形狀有別，造成每顆金剛石凸出量不一致(高低差可達(dá)40μm)，使得只有約20％的金剛石能有效參與修整拋光墊，且個(gè)別修整器也存在一定程度的不穩(wěn)定。

近期有種以陶瓷材料制成的修整器，將陶瓷粉末通過模具壓制燒結(jié)成具三維結(jié)構(gòu)化表面的圓錠，此結(jié)構(gòu)化表面具有大量等凸出高的尖角，大幅改善過去尖角高度不一致的問題，但仍存在一些缺陷，如因尖角部分屬于高深寬比的結(jié)構(gòu)特征，在模具壓制燒結(jié)工藝中因粉末與模具間存在摩擦力，壓力無法傳遞至尖部，進(jìn)而使尖部組織松散，在使用中導(dǎo)致尖部容易破裂，使晶圓刮傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種拋光墊修整器的制造設(shè)備，采用該設(shè)備能夠研磨出穩(wěn)定的具有等高尖角的三維結(jié)構(gòu)化表面的拋光墊修整器，提升尖部組織強(qiáng)度，解決現(xiàn)有修整器的陶瓷尖部組織松散的問題。

為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是：

一種拋光墊修整器的制造設(shè)備，包括一數(shù)控平面磨床，用于將陶瓷錠頂部研磨形成具有等高尖角的正四棱錐陣列；所述數(shù)控平面磨床采用V型砂輪對陶瓷錠進(jìn)行研磨，所述數(shù)控平面磨床設(shè)置有用于修整V型砂輪的在線自動(dòng)修整機(jī)構(gòu)。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述在線自動(dòng)修整機(jī)構(gòu)包括一修整座和兩個(gè)金剛石磨塊，兩個(gè)金剛石磨塊對稱固定在修整座的上部，兩個(gè)金剛石磨塊的工作面分別設(shè)置有一金剛石磨料層，兩個(gè)金剛石磨料層之間形成V型夾角。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述數(shù)控平面磨床的工作臺上設(shè)置有電磁吸盤，所述修整座安裝在電磁吸盤的后部，所述電磁吸盤的上方吸附有用于固定放置陶瓷錠的磁性平板。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述磁性平板的尺寸為長120mm×寬120mm ×厚15mm。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述磁性平板的六面平面度和平行度達(dá)5μm，六面相互間垂直度達(dá)0.02mm。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述數(shù)控平面磨床還設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)工作臺左右移動(dòng)的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、用于驅(qū)動(dòng)工作臺前后移動(dòng)的前后電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及用于驅(qū)動(dòng)V型砂輪上下移動(dòng)的上下電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述前后電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和上下電機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給精度均為0.1μm。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，該制造設(shè)備還包括一等靜壓燒結(jié)裝置，用于將陶瓷粉等靜壓燒結(jié)制成組織均勻致密的陶瓷錠。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述等靜壓燒結(jié)裝置包括等靜壓成型機(jī)和燒結(jié)爐。

在進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，該制造設(shè)備還包括一涂膜裝置，用于將磨好的陶瓷錠尖端表面涂覆金剛石膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：通過該設(shè)備可以得到穩(wěn)定的具有等高尖角的正四棱錐陣列表面的拋光墊修整器，可有效解決因模具直接壓制的三維結(jié)構(gòu)化表面尖部組織松散的問題，避免在使用中導(dǎo)致尖部容易破裂而使晶圓刮傷。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為電磁吸盤的俯視圖。

圖3為在線自動(dòng)修整機(jī)構(gòu)的俯視圖。

圖4為V型砂輪修整時(shí)的示意圖。

圖5為V型砂輪對陶瓷錠不同研磨深度的對比示意圖一。

圖6為V型砂輪對陶瓷錠不同研磨深度的對比示意圖二。

圖7為V型砂輪對陶瓷錠不同研磨深度的對比示意圖三。

圖8為拋光墊修整器的表面結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記：100-數(shù)控平面磨床，101-工作臺，110-V型砂輪，120-電磁吸盤，130-磁性平板，140-在線自動(dòng)修整機(jī)構(gòu)，141-修整座，142-金剛石磨塊，143- 金剛石磨料層，200-陶瓷錠，210-第一方向V型溝槽，211-尖頂，220-拋光墊修整器，221-正四棱錐，222-尖角，A-平面。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1至圖8所示，一種拋光墊修整器的制造設(shè)備，包括一數(shù)控平面磨床 100，用于將陶瓷錠200頂部研磨形成具有等高尖角222的正四棱錐221陣列；所述數(shù)控平面磨床100采用V型砂輪110對陶瓷錠200進(jìn)行研磨，所述數(shù)控平面磨床100設(shè)置有用于修整V型砂輪110的在線自動(dòng)修整機(jī)構(gòu)140。

在本實(shí)施例中，所述在線自動(dòng)修整機(jī)構(gòu)140包括一修整座141和兩個(gè)金剛石磨塊142，兩個(gè)金剛石磨塊142可以分別通過螺栓對稱固定在修整座141的上部，兩個(gè)金剛石磨塊142的工作面分別設(shè)置有一金剛石磨料層143，兩個(gè)金剛石磨料層143之間形成V型夾角θ。

在本實(shí)施例中，所述數(shù)控平面磨床100的工作臺101上設(shè)置有電磁吸盤120，所述修整座141安裝在電磁吸盤120的后部，所述電磁吸盤120的上方吸附有用于固定放置陶瓷錠200的磁性平板130。

其中，所述磁性平板的尺寸優(yōu)選長120mm×寬120mm×厚15mm，所述磁性平板130的六面平面度和平行度達(dá)5μm，六面相互間垂直度達(dá)0.02mm，但并不局限于此，當(dāng)然平面度、平行度和垂直度的值越小越好。

在本實(shí)施例中，所述數(shù)控平面磨床100還設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)工作臺101左右移動(dòng)的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、用于驅(qū)動(dòng)工作臺101前后移動(dòng)的前后電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及用于驅(qū)動(dòng)V型砂輪110上下移動(dòng)的上下電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、前后電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和上下電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等均可采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。

其中，所述前后電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和上下電機(jī)驅(qū)動(dòng)均采用伺服電機(jī)，其進(jìn)給精度優(yōu)選0.1μm，但并不局限于此，當(dāng)然進(jìn)給精度的值越小越好。

在本實(shí)施例中，該制造設(shè)備還可以包括一等靜壓燒結(jié)裝置(圖中省略)，用于將陶瓷粉等靜壓燒結(jié)制成組織均勻致密的陶瓷錠200；所述等靜壓燒結(jié)裝置包括等靜壓成型機(jī)和燒結(jié)爐，所述等靜壓成型機(jī)用于將陶瓷粉等靜壓成型，即將陶瓷粉加入模具中在高壓下經(jīng)過一定時(shí)間成型，形成陶瓷錠200坯料；所述燒結(jié)爐用于將成型后的陶瓷錠200坯料再加熱固化得到陶瓷錠200。

在本實(shí)施例中，該制造設(shè)備還可以包括一涂膜裝置(圖中省略)，用于將磨好的陶瓷錠尖端表面涂覆金剛石膜。該涂膜裝置可以采用但并不局限于化學(xué)氣相沉積(CVD)法涂覆金剛石膜，該金剛石膜的厚度優(yōu)選但并不限于3-20微米。

在研磨中，根據(jù)V型砂輪110的磨損情況適當(dāng)修整V型砂輪110。修整時(shí)，修整座141先隨工作臺101向前移動(dòng)至V型砂輪110的正下方，再隨工作臺101 左右往復(fù)移動(dòng)，同時(shí)V型砂輪110由高精度伺服電機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)控制沿金剛石磨料層143的平面前后移動(dòng)，首先V型砂輪110抵靠后方金剛石磨料層143以前低后高的移動(dòng)方式修整V型砂輪110的后方斜面，接著V型砂輪110抵靠前方金剛石磨料層143以前高后低的移動(dòng)方式修整V型砂輪110的前方斜面，通過分別修整V型砂輪110的前方與后方兩斜面，形成夾角為θ的V型砂輪110。

本實(shí)施例的工作原理如下：先將陶瓷粉(例如氮化硅粉、碳化硅粉、碳化鎢粉等)等靜壓燒結(jié)制成組織均勻致密的陶瓷錠200，陶瓷錠200優(yōu)選直徑14mm、厚度4mm的圓錠，然后利用黏結(jié)臘將陶瓷錠200固定于磁性平板130上，接著將帶陶瓷錠200的磁性平板130以磁力方式固定于工作臺101上的電磁吸盤120上，最后再將陶瓷錠200頂部研磨形成具有等高尖角222的正四棱錐221陣列，即可得到拋光墊修整器220。

上述研磨的方法具體可以包括以下步驟：

(1)使用V型砂輪110對陶瓷錠200頂部的表面進(jìn)行第一方向(如縱向) 研磨，形成多條第一方向V型溝槽210；其中，任意相鄰的兩條第一方向V型溝槽210的相鄰斜面相交于陶瓷錠200頂部的表面之下，形成等高的尖頂211；

(2)使用V型砂輪110對陶瓷錠200頂部的表面進(jìn)行垂直于第一方向的第二方向(如橫向)研磨，形成多條第二方向V型溝槽；其中，任意相鄰的兩條第二方向V型溝槽的相鄰斜面相交于尖頂211，形成等高的尖角222；垂直交錯(cuò)的第一方向V型溝槽210和第二方向V型溝槽將陶瓷錠200頂部分隔形成具有等高尖角222的正四棱錐221陣列。

步驟(2)可直接先將磁性平板130旋轉(zhuǎn)90°，角度靠磁性平板130的兩相鄰面垂直度確保，然后重復(fù)步驟(1)磨V型溝槽工藝(尖頂211及等高)，即可實(shí)現(xiàn)第二方向研磨，相互垂直的V型溝槽構(gòu)成了正四棱錐221型結(jié)構(gòu)化表面。

由于尖頂211的達(dá)成仰賴兩條相鄰V型溝槽的兩個(gè)相鄰斜面互相交錯(cuò)，若兩個(gè)斜面的交錯(cuò)線位于陶瓷錠200頂部表面以上(即陶瓷錠200之外)，則無法形成尖頂211而形成平面A，要形成尖頂211必須將兩個(gè)斜面的交錯(cuò)線落于陶瓷錠 200頂部表面以下(即陶瓷錠200內(nèi)部)。設(shè)步驟(1)和步驟(2)中的V型砂輪110研磨的槽寬為W、研磨深度為D、槽距為P、砂輪夾角為θ，則槽寬大于槽距(即W＞P)，又槽寬與研磨深度成比例關(guān)系(即)，根據(jù)此原則可推導(dǎo)出以控制研磨深度來達(dá)成尖頂211。例如：目標(biāo)槽距0.32mm的90°V型溝槽，則砂輪進(jìn)刀量可設(shè)定為0.17mm (D>0.32/(2*tan45°)mm＝0.16mm)，使兩個(gè)斜面的交錯(cuò)線落于陶瓷錠200頂部表面下方0.01mm。

為了使槽頂形成等高的尖頂211，除了達(dá)成尖頂211這一關(guān)鍵工藝，還要達(dá)成等高這一關(guān)鍵工藝，而研磨中因砂輪磨損，V型溝槽會(huì)越磨越高，因此步驟(1) 和步驟(2)中的V型砂輪110在研磨時(shí)應(yīng)自動(dòng)加深加工量，以補(bǔ)償V型砂輪110 在研磨中磨損導(dǎo)致的尺寸變化，保證尖角222等高。采用具備自動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)刀功能的數(shù)控平面磨床進(jìn)行研磨加工，該自動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)刀功能在研磨下一條V型溝槽時(shí)自動(dòng)加深研磨深度，具體方式為設(shè)定一補(bǔ)償參數(shù)，此參數(shù)于研磨下一條V型溝槽時(shí)自動(dòng)累加至研磨深度上，具體的補(bǔ)償參數(shù)值需根據(jù)砂輪種類、陶瓷錠200材料與陶瓷錠200數(shù)量的不同進(jìn)行設(shè)定。

以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。