[發(fā)明專利]一種仿生表面結(jié)構(gòu)拋光墊及制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010193812.4
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101972995A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王軍;呂玉山;張?zhí)?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: B24D7/00
• 分類號: B24D7/00;B24D3/28;B24D18/00
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標(biāo)代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域為化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種仿生表面結(jié)構(gòu)拋光墊及制造方法。

背景技術(shù)

化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是利用化學(xué)和機(jī)械的作用使材料去除，并且獲得超光滑和超平坦表面的一種加工方法。該技術(shù)被廣泛用于半導(dǎo)體晶片、光學(xué)鏡面、顯示器基板、硬磁盤基片和陶瓷平面零件等的制造領(lǐng)域。特別是該技術(shù)被應(yīng)用于集成電路(IC)和微機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)制造領(lǐng)域以來，其越來越得到國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)界人士的廣泛重視。

在化學(xué)機(jī)械拋光過程中，被拋光工件表面與固結(jié)在拋光盤表面的拋光墊接觸，并在一定的壓力和速度條件下相互摩擦，同時注入相應(yīng)的拋光液，通過拋光液的化學(xué)作用和拋光墊(包括拋光液中的磨料)與拋光表面的機(jī)械摩擦作用使材料去除。在這個過程中拋光墊的形態(tài)起到了十分關(guān)鍵的作用。一般的拋光墊是一種較軟的粘彈性材料制成，并且一些拋光墊是通過特定的工藝使其內(nèi)部含有一定的空隙。在拋光過程中，拋光墊的作用不僅是貯存拋光液并把它運(yùn)送到工件的整個加工區(qū)域，以及移除拋光過程產(chǎn)生的殘留物質(zhì)(如拋光碎屑，拋光墊碎片等)，而且還直接參與工件表面的摩擦切削和利用其的彈性變形來改變與工件的接觸狀態(tài)，并且嵌入磨料和提高磨料的等高性。因此，拋光墊的表面幾何結(jié)構(gòu)特性和物理特性對被拋光表面的宏觀與微觀幾何特性有十分重要的影響。

拋光墊通?？梢苑譃橛操|(zhì)和軟質(zhì)(彈性，粘性)兩種。硬質(zhì)拋光墊可以較好地保證工件表面的平面度；軟質(zhì)拋光墊可以獲得加工變質(zhì)層和表面粗糙度都很小的拋光表面。用于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過程的硬質(zhì)拋光墊有各種粗布墊，纖維織物墊，聚乙烯墊等，軟質(zhì)拋光墊主要有聚氨酯墊，細(xì)毛氈墊，各種絨毛布墊等。目前在集成平坦化拋光中多使用兩層疊加的拋光墊，如聚氨酯IC1000和聚氨酯SUBAIV疊加組成的拋光墊，其上層選用較硬的聚氨酯IC1000拋光墊，承受化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過程的機(jī)械與化學(xué)作用，從而提高材料的去除率且獲得較好平面度；底層選用較軟有彈性的聚氨酯SUBAIV拋光墊，能改善整個拋光墊的可壓縮性，使拋光墊表面與工件均勻接觸，保證晶片表面材料更均勻去除。但是這些拋光墊仍不能更全面地解決拋光過程由于拋光墊材料的剪切效應(yīng)帶來的接觸壓強(qiáng)分布不均勻問題、接觸溫度場均勻性問題，以及拋光液的可控性均勻輸入問題等。這些問題的存在，使得大尺寸表面得到宏觀與微觀表面平坦化仍然難以實現(xiàn)最佳平坦化，特別是對大尺寸晶片制造IC的集成平坦化問題仍然具有較大的困難。

然而，彈性力學(xué)的“Winkler地基”理論和生物學(xué)的葉序理論為解決上述問題提供了理論基礎(chǔ)?！癢inkler地基”是把接觸支撐看成是由無數(shù)個相互獨(dú)立“土柱”所組成，它忽略了剪切效應(yīng)。滿足葉序理論排布的葵花籽粒排布結(jié)構(gòu)具有自分離、對輻射的最大吸收的作用，而且葉序排布形成的順時針和逆時針斜列線溝槽也具有對流體均布分散的作用。因此，發(fā)明一種新型拋光墊對平面化學(xué)機(jī)械拋光實現(xiàn)最佳化有重要的科學(xué)意義和實際價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是針對拋光過程中由于拋光墊材料的剪切效應(yīng)使得產(chǎn)生的接觸壓強(qiáng)不均勻、被拋光件中心溫度較高、拋光液難以均勻進(jìn)入接觸區(qū)域和產(chǎn)生的廢物難以排出的問題，而提供的一種仿生表面結(jié)構(gòu)拋光墊。

本發(fā)明的另一目的是提供了制造一種仿生表面結(jié)構(gòu)拋光墊的制造方法。

采用的技術(shù)方案是：一種仿生表面結(jié)構(gòu)拋光墊，包括多個凸塊與基層，多個凸塊經(jīng)過固化及硫化處理固結(jié)在基層上。

其技術(shù)要點(diǎn)在于：所述的凸塊由上層硬質(zhì)凸塊和下層軟質(zhì)凸塊組成，凸塊的直徑范圍為φ0.5～5mm。下層軟質(zhì)凸塊材料為軟質(zhì)聚氨酯，經(jīng)過固化及硫化處理固結(jié)在基層上，厚度在0.3～0.5mm。上層硬質(zhì)凸塊材料為硬質(zhì)聚氨酯或混入微納米磨料的硬質(zhì)聚氨酯，經(jīng)過固化及硫化處理固結(jié)在下層軟質(zhì)凸塊上，上層硬質(zhì)凸塊厚度為0.3～0.75mm，上下兩層凸塊形成一整體結(jié)構(gòu)。混入的微納米磨料可以為金剛石、立方氮化硼、二氧化硅、氧化鈰或氧化鋁等，粒度為5～200nm。

硬質(zhì)聚氨酯由聚氨酯材料或混入微納米磨料的聚氨酯材料在溫度為80℃-110℃，硫化3-5小時制得。軟質(zhì)聚氨酯由聚氨酯材料在溫度為80℃-110℃，硫化2-4小時制得。

上述聚氨酯材料由PU樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑組成，質(zhì)量比例為100∶100-150∶100-300。上述混有微納米磨料的硬質(zhì)聚氨酯φPU樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑與微納米磨料的質(zhì)量比例為100∶100-150∶100-300∶200-280。