單面拋光機制作工藝
PG-510型單面拋光機的主要結構特點：
PG-510型單面拋光機的結構組成主要由拋光盤組件、拋光頭組件、拋光液流量控制系統(tǒng)、晶片純水沖洗系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等組成。
拋光盤組件的結構及特點：
拋光盤組件主要包括拋光盤部件、主軸系統(tǒng)、拋光盤驅動系統(tǒng)、拋光盤溫度控制系統(tǒng)組成。PG-510型單面拋光機拋光盤組件的整體結構如圖2所示:
拋光盤組件是拋光機的核心部件，他的主要功能是拋光過程中帶動粘貼在拋光盤表面的拋光墊作平穩(wěn)旋轉，從而實現(xiàn)CMP工藝過程中磨料對材料表面化學反應物的磨削去除作用。拋光過程中，不同的階段對拋光盤的轉速要求也不盡相同，在拋光的初始階段，由于材料表面粗糙度較低，極易造成拋光墊的快速磨損和損傷，一般要求拋光盤要慢啟動低轉速，而在拋光的中間過程，為了提高拋光效率達到較高的去除率，要求拋光盤的轉速相對較高，在拋光結束時為了防止納米級的拋光表面被劃傷，則要求拋光盤能夠實現(xiàn)低轉速慢停止，整個拋光過程中拋光盤的速度曲線為梯形，如圖3所示。
PG-510型單面拋光機的拋光盤驅動采用變頻器與三相異步電機來完成，可實現(xiàn)平穩(wěn)啟動和停止的工藝要求，控制采用PLC模擬量加數(shù)字量控制，模擬量控制轉速，數(shù)字量控制方向，整個拋光過程中拋光盤的速度最多可分為十個階段，不同階段可設定不同轉速，整個過程中速度的變換由程序自動控制完成。PG-510型單面拋光機拋光盤的速度控制范圍為：0~120r/min。由于藍寶石晶體硬度高、化學性質穩(wěn)定，拋光過程中需要施加的拋光壓力大，拋光所需的時間長，加上拋光液與材料之間化學反應產(chǎn)生的熱量，拋光過程中拋光盤表面溫度會升高，當溫度高于40℃時，粘接晶片的蠟將可能融化，出現(xiàn)掉片、碎片現(xiàn)象，所以藍寶石襯底材料表面拋光必須對拋光盤表面溫度進行控制。PG-510型單面拋光機采用冷卻水循環(huán)的方式對拋光盤進行溫度控制，拋光過程中磁力泵將冷卻水箱中的水經(jīng)主軸空腔內的管道輸送到拋光盤的腔體內，經(jīng)循環(huán)后將拋光盤表面的熱量帶走，使拋光盤溫度降低，從而達到拋光盤溫度控制的目的，拋光盤內部結構如圖4所示。
拋光盤的溫度控制為：≤40℃。
拋光頭組件的結構及特點：拋光頭組件主要包括拋光頭驅動控制系統(tǒng)、升降機構、壓力加載機構、拋光頭翻轉機構、承載器部件等組成，拋光頭組件的結構如圖5所示。
拋光頭驅動控制系統(tǒng)的主要功能是通過旋轉驅動軸帶動固定在承載器上的藍寶石晶片做旋轉運動，驅動控制系統(tǒng)采用變頻器與三相異步電機來完成，其速度控制方式及速度曲線同拋光盤驅動控制系統(tǒng)相似。升降機構采用氣缸與直線導軌組合的結構，可使旋轉驅動軸及承載器部件做上下運動，翻轉機構同樣是通過氣缸驅動實現(xiàn)的，升降機構和翻轉機構的主要作用是使拋光過程中上下料方便。
拋光壓力采用氣缸加載的方式，為了實現(xiàn)壓力柔性加載避免沖擊造成晶片碎裂，加壓汽缸選用特殊用途的薄膜汽缸，同時在結構設計上我們將拋光頭升降與壓力加載設計為兩個互不干擾的機構，使壓力加載機構的質量和運動慣性大大減小，提高壓力控制的精確性和靈敏性。拋光頭組件中的承載器部件主要是完成藍寶石晶片的夾持固定，在CMP拋光工藝中，晶片夾持固定技術有多種方案，比較成熟且常用的方法有機械夾持與石蠟粘結方法、水表面張力吸附夾持方法、靜電吸盤夾持方法、真空吸盤夾持方法、載荷分布完全均勻化夾持系統(tǒng)、多區(qū)域壓力調整夾持系統(tǒng)等。PG-510拋光機晶片加持技術采用的是石蠟粘接與真空吸附相結合的方法，具體做法是先把要拋光的晶片用石蠟粘接在陶瓷盤上，再利用真空的吸附作用把陶瓷盤吸附在承載器上，承載器的結構如圖6所示。
PG-510型拋光機的承載器在結構上增加了浮動防護套，防護套在拋光過程中可以起到拋光液在拋光盤表面均勻分布的目的，同時在拋光頭升降、翻轉、拋光過程中可以防止陶瓷盤脫落，具有斷氣、斷電保護功能。
拋光液供給、純水沖洗系統(tǒng)的結構及特點：
PG-510型單面拋光機的拋光液供給系統(tǒng)采用超潔凈管道與拋光液箱體連接，拋光液流量大小、供給時間通過蠕動泵進行控制，純水沖洗系統(tǒng)可直接與純水供給系統(tǒng)連接，兩種系統(tǒng)的機構都具有旋轉擺動功能，在初始狀態(tài)，拋光液供給、純水沖洗機構停放在拋光區(qū)域外，當拋光過程中需要供給拋光液或拋光結束后進行晶片沖洗時，拋光液供給機構、沖洗機構可以自動旋轉到工作位置，工作過成完成后，再返回到初始位置，兩種機構的旋轉擺動采用氣缸驅動，程序自動控制，拋光液供給機構、沖洗機構在拋光區(qū)域不同位置如圖7所示。
主要工藝參數(shù)控制方案：
在CMP拋光工藝中，拋光設備的主要功能是對工藝條件、主要工藝參數(shù)的調整和控制。雖然，影響CMP拋光機理的因素很多，但是大量的研究結果表明，拋光壓力、上下盤轉速及速比，拋光液流量大小、拋光液成份、拋光墊類型等是影響拋光效果的主要因素。PG-510型單面拋光機的拋光壓力、拋光液流量、上下盤轉速等主要工藝參數(shù)均采用模擬量控制，根據(jù)工藝要求在觸摸屏操作界面上輸入工藝參數(shù)值后，PLC把輸入值轉換為模擬量輸出信號，控制元器件再將模擬量信號轉換為實際需要的工藝參數(shù)值輸出，從而調節(jié)氣缸壓力、電機轉速、流量大小。傳感器再把檢測到的壓力、速度、流量等參數(shù)值，經(jīng)信號放大與處理，以模擬量反饋給PLC，最后將工藝參數(shù)值顯示在觸摸屏上。其原理如圖8所示。
電氣控制及整機操作系統(tǒng)：
PG-510單面拋光機整機電氣控制系統(tǒng)主要是由PLC通過觸摸屏對整個系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)控制如圖9所示主要由電源控制單元、程序控制單元、操作顯示單元、驅動控制單元、I/O數(shù)字控制單元以及模擬量控制單元等組成。整機操作主要是通過觸摸屏上的人機交互界面來完成，人性化的人機界面為使用者提供了簡明扼要的操作流程提示，工藝參數(shù)顯示，故障報警及故障模式提示。拋光前，操作者可根據(jù)材料工藝要求不同預先進行工藝參數(shù)、拋光時間設置，拋光過程中，操作者也可以對各工藝參數(shù)直接進行修改，對優(yōu)化后的工藝方案進行采集儲存，系統(tǒng)內置了可存儲20條工藝方案的標準工藝參數(shù)庫。
免責聲明：文章來源于網(wǎng)絡，不代表本公司觀點，如有侵權請聯(lián)系作者刪除。