[发明专利]一种抛光垫修整器的制造方法和制造设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光垫修整器的制造方法和制造设备。

背景技术

晶圆制造过程中，化学机械抛光(CMP)是关键制程之一，CMP越平坦，能制造的线宽越细。随晶圆线宽的需求越来越细，对CMP的要求也越高。晶圆CMP工艺是利用多孔抛光垫及抛光液(内含研磨粒子)来抛光晶圆，抛光垫的孔洞有助于抛光液的流动，使晶圆抛光得更平坦，但抛光过程中的异物(抛光液中的研磨粒子、晶圆粒子)会逐步填满抛光垫孔洞，使抛光效能降低，因此抛光过程中需同时使用修整器对抛光垫修整以去除孔洞内的异物。

过去修整器是由矩阵排列的金刚石通过电镀法(electroplating)或钎焊法(brazing)方式固定于一圆平板上，利用金刚石凸出的尖角来修整抛光垫，但此类工艺有许多缺陷，比如(1)电镀法对金刚石把持力较弱，金刚石容易脱落造成晶圆刮伤；(2)钎焊法虽对金刚石把持力明显较高，但因制作过程中产生的高温会破坏金刚石强度，使用时金刚石容易破裂，掉落的金刚石碎片亦会造成晶圆刮伤；(3)金刚石颗粒大小及形状有别，造成每颗金刚石凸出量不一致(高低差可达40μm)，使得只有约20％的金刚石能有效参与修整抛光垫，且个别修整器也存在一定程度的不稳定。

近期有种以陶瓷材料制成的修整器，将陶瓷粉末通过模具压制烧结成具三维结构化表面的圆锭，此结构化表面具有大量等凸出高的尖角，大幅改善过去尖角高度不一致的问题，但仍存在一些缺陷，如因尖角部分属于高深宽比的结构特征，在模具压制烧结工艺中因粉末与模具间存在磨擦力，压力无法传递至尖部，进而使尖部组织松散，在使用中导致尖部容易破裂，使晶圆刮伤。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种抛光垫修整器的制造方法和制造设备，该制造方法以研磨工艺为主，以制造出等高尖角的三维结构化表面，同时提升尖部组织强度，解决现有修整器的陶瓷尖部组织松散的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种抛光垫修整器的制造方法，包括以下步骤：

(1)将陶瓷粉等静压烧结制成组织均匀致密的陶瓷锭；

(2)将陶瓷锭顶部研磨形成具有等高尖角的正四棱锥阵列；

(3)将磨好的陶瓷锭尖端表面涂覆金刚石膜，即得到抛光垫修整器。

在进一步优选的技术方案中，步骤(2)中的研磨的方法包括以下步骤：

(2.1)使用V型砂轮对陶瓷锭顶部的表面进行第一方向研磨，形成多条第一方向V型沟槽；其中，任意相邻的两条第一方向V型沟槽的相邻斜面相交于陶瓷锭顶部的表面之下，形成等高的尖顶；

(2.2)使用V型砂轮对陶瓷锭顶部的表面进行垂直于第一方向的第二方向研磨，形成多条第二方向V型沟槽；其中，任意相邻的两条第二方向V型沟槽的相邻斜面相交于尖顶，形成等高的尖角；垂直交错的第一方向V型沟槽和第二方向V型沟槽将陶瓷锭顶部分隔形成具有等高尖角的正四棱锥阵列。

在进一步优选的技术方案中，步骤(2.1)和步骤(2.2)中的V型砂轮研磨时的槽宽大于槽距，设槽宽为W、研磨深度为D、槽距为P、砂轮夹角为θ，因且W＞P，则

在进一步优选的技术方案中，步骤(2.1)和步骤(2.2)中的V型砂轮在研磨时自动加深加工量，以补偿V型砂轮在研磨中磨损导致的尺寸变化，保证尖角等高。

在进一步优选的技术方案中，步骤(1)中的陶瓷粉为氮化硅粉、碳化硅粉或碳化钨粉。

在进一步优选的技术方案中，步骤(3)中的金刚石膜的厚度为3-20微米。

在进一步优选的技术方案中，步骤(3)用化学气相沉积法涂覆金刚石膜。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种抛光垫修整器的制造设备，包括：

一等静压烧结装置，用于将陶瓷粉等静压烧结制成组织均匀致密的陶瓷锭；

一数控平面磨床，用于将陶瓷锭顶部研磨形成具有等高尖角的正四棱锥阵列；以及

一涂膜装置，用于将磨好的陶瓷锭尖端表面涂覆金刚石膜；

其中，所述数控平面磨床采用V型砂轮对陶瓷锭进行研磨，所述数控平面磨床设置有用于修整V型砂轮的在线自动修整机构。

在进一步优选的技术方案中，所述在线自动修整机构包括一修整座和两个金刚石磨块，两个金刚石磨块对称固定在修整座的上部，两个金刚石磨块的工作面分别设置有一金刚石磨料层，两个金刚石磨料层之间形成V型夹角。