一种制造化学机械抛光修整器的方法技术

本发明专利技术公开了一种制造化学机械抛光修整器的方法，属于激光精加工技术领域。该加工系统平台包括紫外皮秒激光器、激光光路、三维扫描振镜、三轴数控平台，激光光束从紫外皮秒激光器中输出，经过激光光路射入三维扫描振镜，三维扫描振镜控制激光对三轴数控平台上的陶瓷基体在三维方向上进行快速扫描加工，制得表面具有金字塔型结构的基体，再通过热丝化学气相沉积在该基体表面沉积厚度均匀的金刚石薄膜，制造出化学机械抛光修整器。该制造方法实现了不同结构、尺寸、间距微结构的精密加工，解决了传统修整器金刚石磨料尺寸、形状以及金刚石把持力弱等问题，进而保证抛光垫的修整质量及效率，提高晶圆的化学机械抛光的抛光质量。提高晶圆的化学机械抛光的抛光质量。提高晶圆的化学机械抛光的抛光质量。

【技术实现步骤摘要】
一种制造化学机械抛光修整器的方法


[0001]本专利技术属于激光精密加工
，尤其涉及一种制造化学机械抛光修整器的方法。

技术介绍

[0002]晶圆的超平坦化加工是实现半导体芯片精密制造的基础，化学机械抛光（CMP）工艺是实现晶圆超平坦化加工不可或缺的技术。CMP工艺依靠化学作用与机械作用相结合，通过抛光垫和抛光液对晶圆表面进行抛光，但抛光过程中抛光垫会因弹性疲乏发生老化等现象，使表面粗糙度降低，同时抛光过程中产生的碎屑、杂质会堵塞抛光垫孔洞，使抛光垫表面釉化，从而失去抛光功能，需要使用化学机械抛光修整器对抛光垫进行修整。
[0003]传统的化学机械抛光修整器通过在基体上电镀或者钎焊金刚石磨料制造而成，利用金刚石的露出尖顶对抛光垫进行修整。但这种传统的修整器存在对金刚石把持力较弱、金刚石尺寸及形状存在差异、金刚石取向不同、金刚石露出高度难以统一等缺点，使得修整抛光垫的效率、质量较差，从而影响晶圆的表面质量。
[0004]目前，有一种化学机械抛光修整器，通过砂轮在基体上加工出四棱锥结构，并沉积金刚石膜，此修整器虽改善了传统修整器金刚石结合力弱、露出高度不统一等缺陷，但是采用砂轮等机械加工方法在硬度较高的陶瓷基体（如碳化硅陶瓷）上加工三维微结构极为困难，材料去除率极低、砂轮磨损量较大，且对于不同倾角的结构需要定制结构不同的砂轮，成本较高。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种制造化学机械抛光修整器的方法，利用激光精密加工技术对基体进行金字塔微结构阵列的加工，可有效解决陶瓷基体表面三维微结构难以加工、加工效率低、砂轮磨损严重的问题，可实现不同结构、尺寸、间距微结构的精密加工，并解决传统修整器金刚石磨料尺寸、形状、取向及露出高度不统一，以及金刚石把持力弱等问题，进而保证抛光垫的修整质量及效率，提高晶圆的CMP抛光质量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种制造化学机械抛光修整器的方法，用紫外皮秒激光器、激光光路、三维扫描振镜、三轴数控平台搭建紫外皮秒激光加工系统平台；激光光束从紫外皮秒激光器中输出，经过激光光路射入三维扫描振镜，三维扫描振镜控制激光对三轴数控平台上的陶瓷基体在三维方向上进行快速扫描加工，制得表面具有金字塔型结构的陶瓷基体，再通过热丝化学气相沉积在该基体表面沉积厚度均匀的金刚石薄膜，即制造出化学机械抛光修整器。
[0007]一种制造化学机械抛光修整器的方法，具体步骤如下：（1）搭建加工系统平台：所搭建的激光加工系统平台包括紫外皮秒激光器、激光光路、三维扫描振镜、三轴数控平台；（2）将清洗后的陶瓷基体装夹固定于三轴数控平台之上，并将该陶瓷基体上表面
移动至激光焦点的平面位置，等待加工；（3）通过三维扫描振镜控制激光沿第一方向对步骤（2）中陶瓷基体进行扫描，加工出若干条倒梯形沟槽，相邻两个倒梯形沟槽腰的顶端相接处形成尖顶；（4）待步骤（3）陶瓷基体第一方向的沟槽加工结束后，通过三维扫描振镜控制激光沿垂直于第一方向的第二方向进行扫描加工，形成垂直于第一方向的倒梯形沟槽，垂直交叉的倒梯形沟槽在陶瓷基体表面形成金字塔型结构阵列；（5）在步骤（4）中已加工出金字塔型结构阵列的陶瓷基体上，通过热丝化学气相沉积技术沉积厚度均匀的金刚石薄膜，制得表面具有金字塔型结构的化学机械抛光修整器。
[0008]优选的，所述步骤（2）中陶瓷基体为碳化硅基体、碳化钨基体、氮化硅基体、氮化铬基体或氧化铝基体。
[0009]优选的，所述步骤（3）通过三维扫描振镜控制激光加工倒梯形沟槽时，采用三维分层扫描加工方法，将沟槽由上至下分为等厚度的若干层，在通过三维扫描振镜控制激光由上至下分层扫描加工，直至陶瓷基体表面形成倒梯形沟槽。
[0010]优选的，所述三维扫描振镜控制激光由上至下分层扫描加工时，激光采用“井”字形线填充。
[0011]优选的，所述步骤（4）中经激光扫描的陶瓷基体表面形成的金字塔型结构阵列等高度、等距离。
[0012]优选的，所述步骤（3）和（4）中激光能量为5
‑
20W、激光扫描速度为100
‑
500mm/s、激光扫描线间距为1
‑
10μm。
[0013]优选的，所述步骤（5）中热丝化学气相沉积步骤如下：将加工好的金字塔型结构阵列的陶瓷基体置于热丝化学气相沉积设备腔体内，保持基体与热灯丝的距离为4
‑
7mm；将热灯丝通电加热，温度控制在2000
‑
2500℃之间；向腔体内通入氢气和碳源，控制气压在1
‑
5kPa；待金刚石沉积完毕后取出腔体，制得表面具有金字塔型结构的化学机械抛光修整器。
[0014]本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术采用皮秒激光对基体表面微结构进行加工，通过三维分层扫描加工技术，可以实现几乎任意尺寸、排布、间距的微结构阵列，相比传统机械加工手段，通用性更强，且激光峰值功率密度高、扫描速度快、材料普适性强，拥有数倍于机械加工手段的材料去除效率，更适合对碳化硅陶瓷等硬脆材料进行微加工，可避免加工工具如砂轮的损耗，降低了生产成本，同时可大幅度提高加工效率。
[0015]2.本专利技术采用紫外波段的超快激光进行加工，基体材料对激光的吸收率高，加工热影响小，配以高精度的三维扫描振镜，可实现极高的加工精度，为化学机械抛光修整器提供了一种新的更为有效的制造方法。
[0016]3.采用本专利技术公开的方法制造的化学机械抛光修整器解决了传统修整器对金刚石磨料把持力弱、金刚石结构以及露出高度不统一等缺陷，可显著提高对抛光垫的修整质量及效率。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技
术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术激光加工系统平台示意图。
[0019]图2为本专利技术实施例4倒梯形沟槽阵列结构示意图。
[0020]图3为本专利技术实施例4倒梯形沟槽激光加工分层示意图。
[0021]图4为本专利技术实施例4井字形线填充示意图。
[0022]图5为本专利技术实施例4陶瓷基体表面金字塔型结构阵列示意图。
[0023]图6为本专利技术实施例4沉积金刚石膜示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1一种制造化学机械抛光修整器的方法，该加工系统平台包括紫外皮秒激光器200、激光光路201、三维扫描振镜202、三轴数控平台204，激光光束203从紫外皮秒激光器200中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造化学机械抛光修整器的方法，其特征在于：用紫外皮秒激光器、激光光路、三维扫描振镜、三轴数控平台搭建紫外皮秒激光加工系统平台；激光光束从紫外皮秒激光器中输出，经过激光光路射入三维扫描振镜，三维扫描振镜控制激光对三轴数控平台上的陶瓷基体在三维方向上进行快速扫描加工，制得表面具有金字塔型结构的陶瓷基体，再通过热丝化学气相沉积在该基体表面沉积厚度均匀的金刚石薄膜，即制造出化学机械抛光修整器。2.根据权利要求1所述的制造化学机械抛光修整器的方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）搭建加工系统平台：所搭建的激光加工系统平台包括紫外皮秒激光器、激光光路、三维扫描振镜、三轴数控平台；（2）将清洗后的陶瓷基体装夹固定于三轴数控平台之上，并将该陶瓷基体上表面移动至激光焦点的平面位置，等待加工；（3）通过三维扫描振镜控制激光沿第一方向对步骤（2）中陶瓷基体进行扫描，加工出若干条倒梯形沟槽，相邻两个倒梯形沟槽腰的顶端相接处形成尖顶；（4）待步骤（3）陶瓷基体第一方向的沟槽加工结束后，通过三维扫描振镜控制激光沿垂直于第一方向的第二方向进行扫描工，形成垂直于第一方向的倒梯形沟槽，垂直交叉的倒梯形沟槽在陶瓷基体表面形成金字塔型结构阵列；（5）在步骤（4）中已加工出金字塔型结构阵列的陶瓷基体上，通过热丝化学气相沉积技术沉积厚度均匀的金刚石薄膜，制得表面具有金字塔型结构的化学机械抛光修整器。3.根据权利要求2所述的制造化学机械抛光修整器的方法，其特征在于：所述步骤（2）中陶瓷基体为碳化硅基体、碳化钨基体、氮化硅基体、氮化铬基...

【专利技术属性】
技术研发人员：方旭阳，李彬，王帅，包华，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：