[发明专利]研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型冰粒型固结磨料抛光垫，尤其是一种研磨和抛光一体化的冰粒型固结磨料抛光垫，具体地说是一种研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫。

背景技术

众所周知，传统的CMP（化学机械抛光法）系统是由一个旋转的工件夹持装置、承载抛光垫的工作台和抛光液（浆料）供给系统三大部分组成。抛光时，旋转的工件以一定的压力压在随工作台一起旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨料和化学液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并在工件表面产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械摩擦作用去除。由于选用比工件软或者与工件硬度相当的游离磨料，在化学成膜和机械成膜的交替过程中，通过化学和机械的共同作用从工件表面去除极薄的一层材料，实现超精密表面加工。尽管这种传统的CMP技术在超精密表面加工中得到广泛应用，但在实际应用中也显现出一定的缺点：（1）传统的CMP是基于三体(游离磨料、抛光垫和硅片)磨损机理，工艺参数多、加工过程不稳定，不易实现自动控制，生产效率低。（2）由于抛光垫是具有一定弹性的有机织物，抛光时对材料去除的选择性不高，导致产生过度抛光（Over polishing）、碟形凹陷（Dishing）、氮化物腐蚀（Nitride erosion）等缺陷。（3）抛光后一部分游离磨料会镶嵌在薄膜层表面，不易清洗。而且浆料成分复杂，抛光表面残留浆料的清除是CMP后清洗的难题。（4）由于在抛光垫和工件之间磨粒分布不均匀，工件各部分的材料去除率不一致，影响表面平坦度。特别是对大尺寸工件，这种影响更突出。（5）抛光过程中，抛光垫产生塑性变形而逐渐变得光滑，或抛光垫表面微孔发生堵塞使其容纳浆料和排除废屑的能力降低，导致材料去除率随时间下降。需要不断地修整和润湿抛光垫以恢复其表面粗糙度和多孔性。此外抛光垫的不均匀磨损，使得抛光过程不稳定，很难进行参数优化。（6）CMP浆料、抛光垫、修整盘等耗材的成本占CMP总成本的 70%左右，而抛光浆料的成本就占耗材的60%～ 80%。（7）抛光浆料管理和废料浆处理也相当麻烦。（8）粗抛和精抛过程分开，需多次装夹工件，工件的加工定位基准会发生改变，从而影响最终的加工精度与效率。

综上所述，随着对CMP平坦化的效率、成本、均匀性、可靠性、工艺控制能力等的要求越来越高。目前在利用抛光垫进行加工时，急需一种去除速率高，制造方便，磨削热小，采用固结磨料的抛光垫代替传统CMP中的游离磨料和抛光垫供使用，使工件在一次装夹下就能完成粗研、半精研与精抛光。

发明内容

本发明的目的是针对现有的冷冻固结磨料抛光垫在抛光过程中去除速率低、多次装夹抛光盘致使其加工定位基准发生改变的问题，提供一种研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫及其制备方法，以适应目前既要保证工件抛光质量又要提高经济效益的要求。。

本发明的技术方案之一是：

一种研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫，其特征是它由占抛光垫总重量的4%～20%的微米级冰冻磨料层、占总重量的2%～12%的亚微米级冰冻磨料层、占抛光垫总重量1%～5%的纳米级冰冻磨料层和余量的去离子水冰冻层组成。

所述抛光垫自底层往上所含磨料粒径逐渐变大，去离子水冰冻层紧邻抛少垫夹持头。

在微米级冰冻磨料层与亚微米级冰冻磨料层之间、亚微米级冰冻磨料层与纳米级冰冻磨料层之间以及纳米级冰冻磨料层与抛光垫夹持层之间均设有的去离子水冰冻层。

所述的抛光垫中心设有一通孔，通孔直径为，式中e为抛光垫偏心距，r为抛光工件半径，偏心距e取值为20～100mm。

所述的微米级磨料、亚微米级磨料和纳米级磨料为同一种磨料或不同种类磨料的组合。

所述的微米级磨料、亚微米级磨料和纳米级磨料为SiC、Cr₂O_3、SiO₂、Al₂O₃和CeO₂中的一种或几种的组合。

本发明的技术方案之二是：

一种研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）首先将占抛光垫总重量4%～20%的微米级磨料、占抛光垫2%～12%的亚微米级磨料、占抛光垫1%～5%的纳米级磨料与余量的去离子水配制成抛光液；

（2）其次，将抛光液静置一段时间，直至抛光液出现上下层间色差；

（3）将抛光液雾化系统的导管末端置于抛光液液面处，由上至下开始雾化；

（4）将雾化后的液氮喷向雾化后的抛光液，这使雾化后的液滴快速冷凝成含磨料冰粒；