单面抛光机制作工艺

PG-510型单面抛光机的主要结构特点：

PG-510型单面抛光机的结构组成主要由抛光盘组件、抛光头组件、抛光液流量控制系统、晶片纯水冲洗系统、电气控制系统、操作系统等组成。

抛光盘组件的结构及特点：

抛光盘组件主要包括抛光盘部件、主轴系统、抛光盘驱动系统、抛光盘温度控制系统组成。PG-510型单面抛光机抛光盘组件的整体结构如图2所示:

抛光盘组件是抛光机的核心部件，他的主要功能是抛光过程中带动粘贴在抛光盘表面的抛光垫作平稳旋转，从而实现CMP工艺过程中磨料对材料表面化学反应物的磨削去除作用。抛光过程中，不同的阶段对抛光盘的转速要求也不尽相同，在抛光的初始阶段，由于材料表面粗糙度较低，极易造成抛光垫的快速磨损和损伤，一般要求抛光盘要慢启动低转速，而在抛光的中间过程，为了提高抛光效率达到较高的去除率，要求抛光盘的转速相对较高，在抛光结束时为了防止纳米级的抛光表面被划伤，则要求抛光盘能够实现低转速慢停止，整个抛光过程中抛光盘的速度曲线为梯形，如图3所示。

PG-510型单面抛光机的抛光盘驱动采用变频器与三相异步电机来完成，可实现平稳启动和停止的工艺要求，控制采用PLC模拟量加数字量控制，模拟量控制转速，数字量控制方向，整个抛光过程中抛光盘的速度最多可分为十个阶段，不同阶段可设定不同转速，整个过程中速度的变换由程序自动控制完成。PG-510型单面抛光机抛光盘的速度控制范围为：0~120r/min。由于蓝宝石晶体硬度高、化学性质稳定，抛光过程中需要施加的抛光压力大，抛光所需的时间长，加上抛光液与材料之间化学反应产生的热量，抛光过程中抛光盘表面温度会升高，当温度高于40℃时，粘接晶片的蜡将可能融化，出现掉片、碎片现象，所以蓝宝石衬底材料表面抛光必须对抛光盘表面温度进行控制。PG-510型单面抛光机采用冷却水循环的方式对抛光盘进行温度控制，抛光过程中磁力泵将冷却水箱中的水经主轴空腔内的管道输送到抛光盘的腔体内，经循环后将抛光盘表面的热量带走，使抛光盘温度降低，从而达到抛光盘温度控制的目的，抛光盘内部结构如图4所示。

抛光盘的温度控制为：≤40℃。

抛光头组件的结构及特点：抛光头组件主要包括抛光头驱动控制系统、升降机构、压力加载机构、抛光头翻转机构、承载器部件等组成，抛光头组件的结构如图5所示。

抛光头驱动控制系统的主要功能是通过旋转驱动轴带动固定在承载器上的蓝宝石晶片做旋转运动，驱动控制系统采用变频器与三相异步电机来完成，其速度控制方式及速度曲线同抛光盘驱动控制系统相似。升降机构采用气缸与直线导轨组合的结构，可使旋转驱动轴及承载器部件做上下运动，翻转机构同样是通过气缸驱动实现的，升降机构和翻转机构的主要作用是使抛光过程中上下料方便。

抛光压力采用气缸加载的方式，为了实现压力柔性加载避免冲击造成晶片碎裂，加压汽缸选用特殊用途的薄膜汽缸，同时在结构设计上我们将抛光头升降与压力加载设计为两个互不干扰的机构，使压力加载机构的质量和运动惯性大大减小，提高压力控制的精确性和灵敏性。抛光头组件中的承载器部件主要是完成蓝宝石晶片的夹持固定，在CMP抛光工艺中，晶片夹持固定技术有多种方案，比较成熟且常用的方法有机械夹持与石蜡粘结方法、水表面张力吸附夹持方法、静电吸盘夹持方法、真空吸盘夹持方法、载荷分布完全均匀化夹持系统、多区域压力调整夹持系统等。PG-510抛光机晶片加持技术采用的是石蜡粘接与真空吸附相结合的方法，具体做法是先把要抛光的晶片用石蜡粘接在陶瓷盘上，再利用真空的吸附作用把陶瓷盘吸附在承载器上，承载器的结构如图6所示。

PG-510型抛光机的承载器在结构上增加了浮动防护套，防护套在抛光过程中可以起到抛光液在抛光盘表面均匀分布的目的，同时在抛光头升降、翻转、抛光过程中可以防止陶瓷盘脱落，具有断气、断电保护功能。

抛光液供给、纯水冲洗系统的结构及特点：

PG-510型单面抛光机的抛光液供给系统采用超洁净管道与抛光液箱体连接，抛光液流量大小、供给时间通过蠕动泵进行控制，纯水冲洗系统可直接与纯水供给系统连接，两种系统的机构都具有旋转摆动功能，在初始状态，抛光液供给、纯水冲洗机构停放在抛光区域外，当抛光过程中需要供给抛光液或抛光结束后进行晶片冲洗时，抛光液供给机构、冲洗机构可以自动旋转到工作位置，工作过成完成后，再返回到初始位置，两种机构的旋转摆动采用气缸驱动，程序自动控制，抛光液供给机构、冲洗机构在抛光区域不同位置如图7所示。

主要工艺参数控制方案：

在CMP抛光工艺中，抛光设备的主要功能是对工艺条件、主要工艺参数的调整和控制。虽然，影响CMP抛光机理的因素很多，但是大量的研究结果表明，抛光压力、上下盘转速及速比，抛光液流量大小、抛光液成份、抛光垫类型等是影响抛光效果的主要因素。PG-510型单面抛光机的抛光压力、抛光液流量、上下盘转速等主要工艺参数均采用模拟量控制，根据工艺要求在触摸屏操作界面上输入工艺参数值后，PLC把输入值转换为模拟量输出信号，控制元器件再将模拟量信号转换为实际需要的工艺参数值输出，从而调节气缸压力、电机转速、流量大小。传感器再把检测到的压力、速度、流量等参数值，经信号放大与处理，以模拟量反馈给PLC，最后将工艺参数值显示在触摸屏上。其原理如图8所示。

电气控制及整机操作系统：

PG-510单面抛光机整机电气控制系统主要是由PLC通过触摸屏对整个系统进行控制。系统控制如图9所示主要由电源控制单元、程序控制单元、操作显示单元、驱动控制单元、I/O数字控制单元以及模拟量控制单元等组成。整机操作主要是通过触摸屏上的人机交互界面来完成，人性化的人机界面为使用者提供了简明扼要的操作流程提示，工艺参数显示，故障报警及故障模式提示。抛光前，操作者可根据材料工艺要求不同预先进行工艺参数、抛光时间设置，抛光过程中，操作者也可以对各工艺参数直接进行修改，对优化后的工艺方案进行采集储存，系统内置了可存储20条工艺方案的标准工艺参数库。

免责声明：文章来源于网络，不代表本公司观点，如有侵权请联系作者删除。