一种机械化学研磨保持环的表面处理方法与流程

1.本发明涉及机械化学抛光领域，具体涉及一种机械化学研磨保持环的表面处理方法。


背景技术：

2.目前，机械化学研磨是半导体器件制造工艺中的一种技术，用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。基本原理是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动，借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除，并获得光洁表面。
3.如cn1786275a公开了一种机械化学抛光方法。该方法包括以下步骤：(1)将晶片放在抛光机上进行常规机械化学抛光，包括初试轻压和重压阶段；(2)在重压抛光结束后进入最终轻压阶段，停止抛光液供给，供给一定流量的清洗溶液，直到抛光结束。所用清洗溶液为水溶液，溶剂包含表面活性剂，浓度最好控制在10ppm到20％之间。清洗溶液还可包含ph值调节剂或者氧化剂，各成分的浓度都控制在10ppm到20％之间为好。清洗溶液可减小抛光布与晶片的摩擦力，从而减少晶片飞片现象，也降低了出现晶片划道的几率，还提高了晶片的亲水性，去除抛光液颗粒更有效，并有利于后续清洗效果。
4.cn111633563a公开了一种抛光介质制备装置和方法、机械化学抛光设备和方法。其中，所述一种抛光介质制备装置包括用于储存抛光液的储液罐、用于向所述储液罐内释放预定压力气体的气压泵、第一管道和第二管道；所述第一管道的一端与所述气压泵的出气口连接，另一端从所述储液罐的进液口延伸至所述储液罐的底部；所述第二管道从所述储液罐的底部延伸至所述储液罐外；所述第一管道延伸至所述储液罐的底部的一端设置有螺旋增压结构，所述螺旋增压结构用于促进从所述第一管道释放的气体与所述储液罐内的抛光液充分混合，以形成抛光介质。通过上述技术上方案，能够制备满足高效率抛光和高品质抛光的抛光介质。
5.然而现有研磨中用于固定研磨目标物的研磨保持环存在研磨效率低，保持环磨损率不均一，导致保持环的使用率较低。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种机械化学研磨保持环的表面处理方法，解决了目前保持环在机械化学研磨过程中由于保持环性能差导致的研磨效率低，保持环使用寿命短的问题。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供了一种机械化学研磨保持环的表面处理方法，所述表面处理方法包括如下：
9.对保持环的金属面依次进行第一研磨和第二研磨，对所述保持环的塑料面进行第
三研磨；
10.所述第一研磨中对保持环施加有0.3
‑
0.7mpa的压力；
11.所述第二研磨中对保持环施加有0.8
‑
1.2mpa的压力。
12.本发明提供的表面处理方法，通过对处理过程的特定设计，采用特定的处理过程保证得到的保持环具有良好的使用性能，显著提升了机械化学研磨中的研磨效率，进一步地的也延长了保持环的使用寿命。
13.本发明中，所述第一研磨中对保持环施加有0.3
‑
0.7mpa的压力，例如可以是0.3mpa、0.35mpa、0.4mpa、0.45mpa、0.5mpa、0.55mpa、0.6mpa、0.65mpa或0.7mpa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
14.本发明中，所述第二研磨中对保持环施加有0.8
‑
1.2mpa的压力，例如可以是0.8mpa、0.85mpa、0.9mpa、0.95mpa、1mpa、1.05mpa、1.1mpa、1.15mpa或1.2mpa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
15.作为本发明优选的技术方案，所述第一研磨的转速为30
‑
60r/min，例如可以是30r/min、32r/min、34r/min、36r/min、38r/min、40r/min、42r/min、44r/min、46r/min、48r/min、50r/min、52r/min、54r/min、56r/min、58r/min或60r/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
16.优选地，所述第一研磨的时间为20
‑
40min，例如可以是20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min或40min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
17.作为本发明优选的技术方案，所述第一研磨后金属面的平面度≤0.015mm，例如可以是0.015mm、0.014mm、0.013mm、0.012mm、0.011mm、0.010mm、0.009mm、0.008mm、0.006mm或0.004mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
18.作为本发明优选的技术方案，所述第二研磨的转速为30
‑
60r/min，例如可以是30r/min、32r/min、34r/min、36r/min、38r/min、40r/min、42r/min、44r/min、46r/min、48r/min、50r/min、52r/min、54r/min、56r/min、58r/min或60r/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
19.优选地，所述第二研磨的时间为20
‑
40min，例如可以是20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min或40min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
20.作为本发明优选的技术方案，所述第二研磨后金属面的粗糙度≤0.1μm，例如可以是0.1μm、0.09μm、0.08μm、0.07μm、0.06μm、0.05μm、0.04μm、0.03μm、0.02μm、0.01μm或0.001μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
21.作为本发明优选的技术方案，所述第三研磨开始前对所述保持环的塑料面进行清洗。
22.优选地，所述清洗包括对所述塑料面采用异丙醇进行超声清洗。
23.作为本发明优选的技术方案，所述清洗的温度为20
‑
40℃，例如可以是20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37
℃、38℃、39℃或40℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
24.优选地，所述清洗的时间为3
‑
8min，例如可以是3min、3.2min、3.4min、3.6min、3.8min、4min、4.2min、4.4min、4.6min、4.8min、5min、5.2min、5.4min、5.6min、5.8min、6min、6.2min、6.4min、6.6min、6.8min、7min、7.2min、7.4min、7.6min、7.8min或8min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
25.作为本发明优选的技术方案，所述第三研磨的压力为0.1
‑
0.3mpa，例如可以是0.1mpa、0.11mpa、0.12mpa、0.13mpa、0.14mpa、0.15mpa、0.16mpa、0.17mpa、0.18mpa、0.19mpa、0.2mpa、0.21mpa、0.22mpa、0.23mpa、0.24mpa、0.25mpa、0.26mpa、0.27mpa、0.28mpa、0.29mpa或0.3mpa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
26.优选地，所述第三研磨的转速为50
‑
70r/min，例如可以是50r/min、51r/min、52r/min、53r/min、54r/min、55r/min、56r/min、57r/min、58r/min、59r/min、60r/min、61r/min、62r/min、63r/min、64r/min、65r/min、66r/min、67r/min、68r/min、69r/min或70r/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
27.优选地，所述第三研磨的时间为60
‑
110min，例如可以是60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、100min、105min或110min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
28.作为本发明优选的技术方案，所述第三研磨后塑料面的粗糙度ra≤0.1μm，例如可以是0.1μm、0.09μm、0.08μm、0.07μm、0.06μm、0.05μm、0.04μm、0.03μm、0.02μm、0.01μm或0.001μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
29.作为本发明优选的技术方案，所述表面处理方法包括如下：
30.对保持环的金属面依次进行第一研磨和第二研磨，对所述保持环的塑料面进行第三研磨；
31.所述第一研磨中对保持环施加有0.3
‑
0.7mpa的压力；所述第一研磨的转速为30
‑
60r/min，时间为20
‑
40min；所述第一研磨后金属面的平面度≤0.015mm；
32.所述第二研磨中对保持环施加有0.8
‑
1.2mpa的压力；所述第二研磨的转速为30
‑
60r/min，时间为20
‑
40min；所述第二研磨后金属面的粗糙度≤0.1μm；
33.所述第三研磨开始前对所述保持环的塑料面进行清洗；所述清洗包括对所述塑料面采用异丙醇进行超声清洗；所述清洗的温度为20
‑
40℃，时间为3
‑
8min；所述第三研磨的压力为0.1
‑
0.3mpa，转速为50
‑
70r/min，时间为60
‑
110min；所述第三研磨后塑料面的粗糙度ra≤0.1μm。
34.本发明中，采用特定的研磨后表面的平面度和粗糙度有利于保持环性能的体现。
35.与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
36.本发明提供的表面处理方法通过采用特定的研磨过程，并将研磨压力控制在特定的范围内，同时控制最终的表面粗糙度，确保了保持环具有良好的使用性能，对靶材进行研磨时单位时间内可研磨的靶材数明显提升，单位时间内可研磨的靶材数增加至少3个，同时保持环的使用时间延长15％以上。
具体实施方式
37.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
38.实施例1
39.本实施例提供一种机械化学研磨保持环的表面处理方法，所述表面处理方法包括如下：
40.对保持环的金属面依次进行第一研磨和第二研磨，对所述保持环的塑料面进行第三研磨；
41.所述第一研磨中对保持环施加有0.5mpa的压力；所述第一研磨的转速为45r/min，时间为30min；所述第一研磨后金属面的平面度为0.015mm；
42.所述第二研磨中对保持环施加有1mpa的压力；所述第二研磨的转速为45r/min，时间为30min；所述第二研磨后金属面的粗糙度为0.1μm。
43.所述第三研磨开始前对所述保持环的塑料面进行清洗；所述清洗包括对所述塑料面采用异丙醇进行超声清洗；所述清洗的温度为30℃，时间为5min；所述第三研磨的压力为0.2mpa，转速为60r/min，时间为85min；所述第三研磨后塑料面的粗糙度ra为0.1μm。
44.所述保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率显著提升，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升3个，同时研磨过程中各个部位的磨损率一致，保持环的使用率明显提升，使用时间延长20％。
45.实施例2
46.本实施例提供一种机械化学研磨保持环的表面处理方法，所述表面处理方法包括如下：
47.对保持环的金属面依次进行第一研磨和第二研磨，对所述保持环的塑料面进行第三研磨；
48.所述第一研磨中对保持环施加有0.3mpa的压力；所述第一研磨的转速为60r/min，时间为40min；所述第一研磨后金属面的平面度为0.005mm；
49.所述第二研磨中对保持环施加有0.8mpa的压力；所述第二研磨的转速为30r/min，时间为20min；所述第二研磨后金属面的粗糙度为0.01μm。
50.所述第三研磨开始前对所述保持环的塑料面进行清洗；所述清洗包括对所述塑料面采用异丙醇进行超声清洗；所述清洗的温度为40℃，时间为3min；所述第三研磨的压力为0.1mpa，转速为50r/min，时间为60min；所述第三研磨后塑料面的粗糙度ra为0.02μm。
51.所述保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率显著提升，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升5个，同时研磨过程中各个部位的磨损率一致，保持环的使用率明显提升，使用时间延长15％。
52.实施例3
53.本实施例提供一种机械化学研磨保持环的表面处理方法，所述表面处理方法包括如下：
54.对保持环的金属面依次进行第一研磨和第二研磨，对所述保持环的塑料面进行第三研磨；
55.所述第一研磨中对保持环施加有0.7mpa的压力；所述第一研磨的转速为30r/min，
时间为20min；所述第一研磨后金属面的平面度为0.01mm；
56.所述第二研磨中对保持环施加有1.2mpa的压力；所述第二研磨的转速为60r/min，时间为40min；所述第二研磨后金属面的粗糙度为0.05μm。
57.所述第三研磨开始前对所述保持环的塑料面进行清洗；所述清洗包括对所述塑料面采用异丙醇进行超声清洗；所述清洗的温度为20℃，时间为8min；所述第三研磨的压力为0.3mpa，转速为70r/min，时间为110min；所述第三研磨后塑料面的粗糙度ra为0.06μm。
58.所述保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率显著提升，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升4个，同时研磨过程中各个部位的磨损率一致，保持环的使用率明显提升，使用时间延长16％。
59.对比例1
60.与实施例1的区别仅在于不进行第一研磨。所得保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率基本未变化，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升0个，同时研磨过程中各个部位的磨损率不一致，研磨时外缘的磨损明显高于内缘的磨损，使用时间延长1％。
61.对比例2
62.与实施例1的区别仅在于不进行第二研磨。所得保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率基本未变化，同时研磨过程中各个部位的磨损率不一致，研磨时内缘的磨损明显高于外缘的磨损，使用时间保持不变。
63.对比例3
64.与实施例1的区别仅在于第一研磨施加的压力为1mpa。所得保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率基本未变化，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升1个，同时研磨过程中各个部位的磨损率不一致，研磨时外缘的磨损明显高于内缘的磨损，使用时间延长2％。
65.对比例4
66.与实施例1的区别仅在于第二研磨施加的压力为0.5mpa。所得保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率基本未变化，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升0个，同时研磨过程中各个部位的磨损率不一致，研磨时外缘的磨损明显高于内缘的磨损，使用时间延长1％。
67.对比例5
68.与实施例1的区别仅在于第二研磨的时间为60min。所得保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率基本未变化，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升1个，同时研磨过程中各个部位的磨损率不一致，研磨时外缘的磨损明显高于内缘的磨损，使用时间延长7％。
69.对比例6
70.与实施例1的区别仅在于第三研磨的压力为0.7mpa。所得保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率基本未变化，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升0个，同时研磨过程中各个部位的磨损率不一致，研磨时外缘的磨损明显高于内缘的磨损，使用时间延长5％。
71.对比例7
72.与实施例1的区别仅在于第三研磨的压力为1mpa。所得保持环在后续研磨使用过程中可以研磨效率基本未变化，单位时间内对靶材进行研磨时，可研磨靶材的个数提升2个，同时研磨过程中各个部位的磨损率不一致，研磨时外缘的磨损明显高于内缘的磨损。
73.通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的表面处理方法，通过采用特定的处理过程，实现了保持环使用性能的提升，提升了最终的研磨效率和保持环的使用时间。
74.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
75.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
76.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
77.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。