本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种用于化学机械研磨的固定环车削方法。
背景技术：
随着集成电路尤其是超大规模集成电路的飞速发展，电子元件的特征尺寸也在不断缩小，集成电路制造工艺对半导体工艺的表面平坦化处理要求也越来越高。化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺能够提供优良的全局平坦化技术，在集成电路制造领域有着广泛的应用。
但是，现有技术形成的用于化学机械研磨的固定环质量有待提高。
技术实现要素：
本发明解决的问题是提供一种用于化学机械研磨的固定环车削方法，提高所述固定环的质量。
为解决上述问题，本发明提供一种用于化学机械研磨的固定环车削方法，包括：提供环形本体和环形背板；将所述环形本体和环形背板通过胶水进行粘结，形成初始固定环，所述初始固定环具有加工表面；将所述初始固定环固定在夹具上；采用第一刀具对所述加工表面进行粗车削加工；采用第二刀具对所述加工表面进行半精车削加工；采用第三刀具对所述加工表面进行精车削加工，形成固定环。
可选的，将所述初始固定环固定在夹具上的步骤包括：采用12个M6的螺丝将所述初始固定环固定在所述夹具上。
可选的，所述第一刀具刀片的形状为菱形，所述第二刀具刀片的形状为菱形，所述第三刀具刀片的形状为菱形。
可选的，所述第一刀具的切削刃夹角为35°，所述第二刀具的切削刃夹角为35°，所述第三刀具的切削刃夹角为35°。
可选的，所述第一刀具的刀片为硬质合金刀片。
可选的，所述第二刀具的刀片为细晶粒硬质合金刀片。
可选的，所述第三刀具的刀片为聚晶金刚石刀片或者金刚石刀片。
可选的，所述第一刀具具有涂层和断屑槽。
可选的，所述第二刀具具有涂层和断屑槽。
可选的，所述第三刀具具有涂层和断屑槽。
可选的，所述涂层的材料为：TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
可选的，所述粗车削加工采用的切削速度为300m/min至350m/min，进给量为0.1mm/r至0.3mm/r，吃刀量为0.1mm至0.2mm。
可选的，所述半精车削加工采用的切削速度为400m/min至450m/min，进给量为0.06mm/r至0.08mm/r，吃刀量为0.05mm至0.07mm。
可选的，所述精车削加工采用的切削速度为500m/min至600m/min，进给量为0.03mm/r至0.04mm/r，吃刀量为0.01mm至0.02mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
通过胶水将所述环形本体和环形背板进行粘结，形成的初始固定环用于后续进行车削加工。在进行车削加工之前，先将所述初始固定环通过夹具进行固定，从而有利于防止车削加工过程中由于所述初始固定环松动而导致的加工位置不准确问题。将所述初始固定环固定之后，通过采用三次不同的车削加工对所述加工表面进行车削加工，并对三次车削加工的刀具进行特别选取，具体地，选取第一刀具先进行粗车削，再选取第二刀具进行半精车削，最后选取第三刀具进行精车削。由于所述第一刀具、第二刀具以及第三刀具能够提供适当的车削强度，从而有利于改善所述初始固定环在车削加工过程中发生的变形、崩裂等问题，使得所述固定环表面的粗糙度得到下降，同时还降低了所述固定环的平面度和同心度，进而提高了所述固定环的质量。
可选方案中，通过控制所述第一刀具、第二刀具以及第三刀具的切削刃夹角，从而使得对所述初始固定环进行车削加工的车削强度合适，进而有利于改善所述固定环的质量。具体地，所述第一刀具的切削刃夹角为35°，所述第二刀具的切削刃夹角为35°，所述第三刀具的切削刃夹角为35°。若选取切削刃夹角大于35°的第一刀具、第二刀具以及第三刀具，则会导致所述车削加工的车削强度过大，从而会对所述初始固定环加工表面的结构产生破坏；若选取切削刃夹角小于35°的第一刀具、第二刀具以及第三刀具，则无法满足所述固定环的工艺制造要求。
附图说明
图1是本发明实施例用于化学机械研磨的固定环车削方法的流程示意图；
图2是图1中步骤S1中环形本体的立体图；
图3是图1中步骤S1中环形背板的立体图；
图4是图1中步骤S2中初始固定环的立体图；
图5是图1中步骤S3中第一刀具的俯视图；
图6是图1中步骤S3中第二刀具的俯视图；
图7是图1中步骤S3中第三刀具的俯视图。
具体实施方式
由背景技术可知，用于化学机械研磨的固定环质量有待提高。
用于化学机械研磨的固定环由环形本体和背板粘结而成。在半导体制造技术领域，所述环形本体的材料通常为特种塑料(PPS)，所述背板的材料则通常为不锈钢。特种塑料的成分为聚苯硫醚，它是一种综合性能优异的热塑性特种工程塑料，具有耐高温、耐腐性和优越的机械性能。此外，它的化学稳定性高，还具有良好的刚性、耐蠕变性等。但是，特种塑料的质地比较脆，对所述环形本体的表面进行车削加工的性能较差，从而导致难以制造出满足产品质量要求的固定环。
分析所述用于化学机械研磨的固定环质量有待提高的原因包括：所述特种塑料的质地比较脆，在进行车削加工中，由于车削速度较快，所述环形本体在高速加工过程中容易产生变形，造成卡屑，并容易导致所述环形本体与背板发生崩裂问题，从而不能满足所述固定环的质量要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于化学机械研磨的固定环车削方法，通过采用三次不同的车削加工，并对所述车削加工的刀具进行特别选取，从而提高了所述初始固定环在车削加工过程中的稳定性，使得所述固定环表面的粗糙度得到下降，同时还降低了所述固定环的平面度和同心度误差，因此所述固定环的质量得到提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图1，图1示出了本发明实施例用于化学机械研磨的固定环车削方法的流程示意图。具体地，本实施例用于化学机械研磨的固定环车削方法包括以下基本步骤：
S1：提供环形本体和环形背板。
S2：将所述环形本体和环形背板通过胶水进行粘结，形成初始固定环，所述初始固定环具有加工表面。
S3：将所述初始固定环固定在夹具上。
S4：采用第一刀具对所述加工表面进行粗车削加工；采用第二刀具对所述加工表面进行半精车削加工；采用第三刀具对所述加工表面进行精车削加工，形成所述固定环。
下面将结合附图对本发明的具体实施例做进一步说明。
参考图1，结合参考图2和图3，执行步骤S1，提供环形本体100和环形背板200。其中，图2是图1中步骤S1中环形本体100的立体图，图3是图1中步骤S1中环形背板200的立体图。
本实施例中，所述环形本体100具有第一表面100a和第二表面100b。所述环形背板200具有第一表面200a和第二表面200b。其中，所述环形本体100的第二表面100b与所述环形背板200的第一表面200a后续通过胶水进行粘结。
参考图1，结合参考图4，执行步骤S2，将所述环形本体100和环形背板200通过胶水进行粘结，形成初始固定环300，所述初始固定环300具有加工表面300a。其中，图4是图1中步骤S2中初始固定环300的立体图。
本实施例中，将所述环形本体100和环形背板200通过胶水进行粘结的目的是形成初始固定环300，所述初始固定环300的加工表面300a用于进行后续车削加工。具体地，所述固定环300的加工表面300a是所述环形本体100的第一表面100a(如图2所示)。
参考图1，执行步骤S3，将所述初始固定环300固定在夹具上。
本实施例中，通过所述夹具将所述初始固定环300先进行固定，使得后续在对所述初始固定环300加工表面300a进行车削加工的稳定性得到提高，从而有利于防止车削加工过程中由于所述初始固定环300松动而导致的加工位置不准确问题，进而有利于提高后续形成的固定环质量。具体地，将所述初始固定环300固定在夹具上的步骤包括：采用12个M6的螺丝将所述初始固定环300固定在所述夹具上。
参考图1，结合参考图5至图7，执行步骤S4，采用第一刀具400对所述加工表面300a(参考图4)进行粗车削加工；采用第二刀具500对所述加工表面300a进行半精车削加工；采用第三刀具600对所述加工表面300a进行精车削加工，形成所述固定环。其中，图5是图1中步骤S3中第一刀具400的俯视图，示出了所述第一刀具400的刀片。图6是图1中步骤S3中第二刀具500的俯视图，示出了所述第二刀具500的刀片。图7是图1中步骤S3中第三刀具600的俯视图，示出了所述第三刀具600的刀片。
本实施例中，将所述初始固定环300固定之后，通过采用三次不同的车削加工对所述加工表面300a进行车削加工，并对三次车削加工的刀具进行特别选取，具体地，选取第一刀具400先进行粗车削，再选取第二刀具500进行半精车削，最后选取第三刀具600进行精车削。由于所述第一刀具400、第二刀具500以及第三刀具600能够提供适当的车削强度，从而有利于改善车削加工过程中出现的变形、崩裂等问题，使得所述固定环表面的粗糙度得到下降，同时还降低了所述固定环的平面度和同心度误差，进而提高了所述固定环的质量。
为了使所述用于化学机械研磨的固定环表面的粗糙度降低至0.1微米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的平面度降低至0.02毫米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的同心度降低至0.03毫米以下，在粗车削过程中，需要选择特定的第一刀具400对所述初始固定环300加工表面300a进行加工。具体地，本实施例中，所述第一刀具400刀片的形状为菱形，所述第一刀具400的切削刃夹角为35°，所述第一刀具400的刀片为硬质合金刀片，且所述第一刀具400还具有涂层和断屑槽。其中，所述第一刀具400刀片的型号为VCGX110404。
以下将对所述第一刀具400的选取进行详细说明。
本实施例中，所述第一刀具400具有装配孔400a，所述第一刀具400的两头均为切削刃，所述切削刃的夹角表示为θ(如图5所示)。
本实施例中，通过控制所述第一刀具400的切削刃夹角，从而使得对所述初始固定环300进行粗车削加工的车削强度合适，进而有利于改善所述固定环的质量。若选取切削刃夹角θ大于35°的第一刀具400，则会导致所述粗车削加工的车削强度过大，从而会对所述初始固定环300加工表面300a的结构产生破坏；若选取切削刃夹角θ小于35°的第一刀具400，则无法满足所述固定环的工艺制造要求。因此，所述第一刀具400的切削刃夹角θ为35°。
本实施例中，所述第一刀具400的刀片为硬质合金刀片。由于所述第一刀具400的硬度较大，使得所述第一刀具400具有较为锋利的切削刃，从而提高了所述粗车削的效率。
本实施例中，所述第一刀具400还具有涂层和断屑槽。所述涂层的作用是增强所述第一刀具400的耐磨性，并延长所述第一刀具400的使用寿命，从而有利于节约成本。所述断屑槽的作用是使得在粗切削加工过程中的断屑能够更容易地排除，从而避免所述断屑对后续加工过程造成不良影响。
具体地，本实施例中，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
为了使所述用于化学机械研磨的固定环表面的粗糙度降低至0.1微米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的平面度降低至0.02毫米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的同心度降低至0.03毫米以下，需要选取适当粗车削的切削速度、进给量以及吃刀量参数。具体地，本实施例中，所述粗车削加工采用的切削速度为300m/min至350m/min，进给量为0.1mm/r至0.3mm/r，吃刀量为0.1mm至0.2mm。
以下将对所述粗车削参数的选取进行详细说明。
本实施例中，所述粗车削采用的切削速度既不能过大也不能过小。若所述切削速度过大，则会容易对所述第一刀具400产生磨损，且在粗车削加工时会产生摩擦，从而导致粗车削过程中的车削温度上升，进而会使得所述加工表面300a的内部结构发生破坏；若所述切削速度过小，则会降低所述粗车削加工的效率，从而不利于降低粗车削成本。因此，所述粗车削采用的切削速度为300m/min至350m/min。
本实施例中，所述粗车削采用的进给量既不能过大也不能过小。由于所述进给量容易影响所述加工表面300a的变形，通过将所述进给量控制在合理的范围内，有利于提高所述加工表面300a的质量。若所述进给量过大，则会加剧造成所述加工表面300a的磨损，甚至会导致崩角问题；若所述进给量过小，则容易导致所述加工表面300a变形的不均匀，从而对所述固定环的质量产生不良影响。因此，所述粗车削采用的进给量为0.1mm/r至0.3mm/r。
本实施例中，所述粗车削采用的吃刀量既不能过大也不能过小。若所述吃刀量过大，所述第一刀具400对所述加工表面300a的背向力较大，由于所述初始固定环300的硬度较小，从而容易导致所述加工表面300a发生弯曲变形，使得初始固定环300加工过程中容易发生崩裂；若所述吃刀量过小，则会影响所述粗车削的效率。因此，所述粗车削加工采用的吃刀量为0.1mm至0.2mm。
为了使所述用于化学机械研磨的固定环表面的粗糙度降低至0.1微米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的平面度降低至0.02毫米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的同心度降低至0.03毫米以下，在半精车削过程中，需要选择特定的第二刀具500对所述初始固定环300加工表面300a进行加工。具体地，本实施例中，所述第二刀具500刀片的形状为菱形，所述第二刀具500的切削刃夹角为35°，所述第二刀具500的刀片为细晶粒硬质合金刀片，且所述第二刀具500还具有涂层和断屑槽。其中，所述第二刀具500刀片的型号为YM051。
以下将对所述第二刀具500的选取进行详细说明。
本实施例中，所述第二刀具500具有装配孔500a，所述第二刀具500的两头均为切削刃，所述切削刃的夹角表示为β(如图6所示)。
本实施例中，通过控制所述第二刀具500的切削刃夹角，从而使得对所述初始固定环300进行半精车削加工的车削强度合适，进而有利于改善所述固定环的质量。若选取切削刃夹角β大于35°的第二刀具500，则会导致所述半精车削加工的车削强度过大，从而会对所述初始固定环300加工表面300a的结构产生破坏；若选取切削刃夹角β小于35°的第二刀具500，则无法满足所述固定环的工艺制造要求。因此，所述第二刀具500的切削刃夹角为35°。
本实施例中，所述第二刀具500的刀片为细晶粒硬质合金刀片。由于所述第二刀具500的硬度较大，使得所述第二刀具500具有较为锋利的切削刃，从而提高了所述半精车削的效率。
本实施例中，所述第二刀具500还具有涂层和断屑槽。所述涂层的作用是增强所述第二刀具500的耐磨性，并延长所述第二刀具500的使用寿命，从而有利于节约成本。所述断屑槽的作用是使得在半精切削加工过程中的断屑能够更容易地排除，从而避免所述断屑对后续加工过程造成不良影响。
具体地，本实施例中，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
为了使所述用于化学机械研磨的固定环表面的粗糙度降低至0.1微米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的平面度降低至0.02毫米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的同心度降低至0.03毫米以下，需要选取适当半精车削的切削速度、进给量以及吃刀量参数。具体地，本实施例中，所述半精车削加工采用的切削速度为400m/min至450m/min，进给量为0.06mm/r至0.08mm/r，吃刀量为0.05mm至0.07mm。
以下将对所述半精车削参数的选取进行详细说明。
本实施例中，所述半精车削采用的切削速度既不能过大也不能过小。若所述切削速度过大，则会容易对所述第二刀具500产生磨损，且在半精车削加工时会产生摩擦，从而导致半精车削过程中的车削温度上升，进而会使得所述加工表面300a的内部结构发生破坏；若所述切削速度过小，则会降低所述半精车削加工的效率，从而不利于降低半精车削成本。因此，所述半精车削采用的切削速度为400m/min至450m/min。
本实施例中，所述半精车削采用的进给量既不能过大也不能过小。由于所述进给量容易影响所述加工表面300a的变形，通过将所述进给量控制在合理的范围内，有利于提高所述加工表面300a的质量。若所述进给量过大，则会加剧造成所述加工表面300a的磨损，甚至会导致崩角问题；若所述进给量过小，则容易导致所述加工表面300a变形的不均匀，从而对所述固定环的质量产生不良影响。因此，所述半精车削采用的进给量为0.06mm/r至0.08mm/r。
本实施例中，所述半精车削采用的吃刀量既不能过大也不能过小。若所述吃刀量过大，所述第二刀具500对所述加工表面300a的背向力较大，由于所述初始固定环300的硬度较小，从而容易导致所述加工表面300a发生弯曲变形，使得初始固定环300加工过程中容易发生崩裂；若所述吃刀量过小，则会影响所述半精车削的效率。因此，所述半精车削加工采用的吃刀量为0.05mm至0.07mm。
为了使所述用于化学机械研磨的固定环表面的粗糙度降低至0.1微米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的平面度降低至0.02毫米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的同心度降低至0.03毫米以下，在精车削过程中，需要选择特定的第三刀具600对所述初始固定环300加工表面300a进行加工。具体地，本实施例中，所述第三刀具600刀片的形状为菱形，所述第三刀具600的切削刃夹角为35°，所述第三刀具600的刀片为聚晶金刚石刀片或者金刚石刀片，且所述第三刀具600还具有涂层和断屑槽。其中，所述第三刀具600刀片的型号为VCMW110404或者YM052。
以下将对所述第三刀具600的选取进行详细说明。
本实施例中，所述第三刀具600具有装配孔600a，所述第三刀具600的两头均为切削刃，所述切削刃的夹角表示为α(如图7所示)。
本实施例中，通过控制所述第三刀具600的切削刃夹角，从而使得对所述初始固定环300进行精车削加工的车削强度合适，进而有利于改善所述固定环的质量。若选取切削刃夹角α大于35°的第三刀具600，则会导致所述精车削加工的车削强度过大，从而会对所述初始固定环300加工表面300a的结构产生破坏；若选取切削刃夹角α小于35°的第三刀具600，则无法满足所述固定环的工艺制造要求。因此，所述第三刀具600的切削刃夹角为35°。
本实施例中，所述第三刀具600的刀片为聚晶金刚石刀片或者金刚石刀片。由于所述第三刀具600的硬度较大，使得所述第三刀具600具有较为锋利的切削刃，从而提高了所述精车削的效率。
本实施例中，所述第三刀具600还具有涂层和断屑槽。所述涂层的作用是增强所述第三刀具600的耐磨性，并延长所述第三刀具600的使用寿命，从而有利于节约成本。所述断屑槽的作用是使得在精切削加工过程中的断屑能够更容易地排除，从而避免所述断屑对后续加工过程造成不良影响。
具体地，本实施例中，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
为了使所述用于化学机械研磨的固定环表面的粗糙度降低至0.1微米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的平面度降低至0.02毫米以下，使所述用于化学机械研磨的固定环的同心度降低至0.03毫米以下，需要选取适当精车削的切削速度、进给量以及吃刀量参数。具体地，本实施例中，所述精车削加工采用的切削速度为500m/min至600m/min，进给量为0.03mm/r至0.04mm/r，吃刀量为0.01mm至0.02mm。
以下将对所述精车削参数的选取进行详细说明。
本实施例中，所述精车削采用的切削速度既不能过大也不能过小。若所述切削速度过大，则会容易对所述第三刀具600产生磨损，且在精车削加工时会产生摩擦，从而导致精车削过程中的车削温度上升，进而会使得所述加工表面300a的内部结构发生破坏；若所述切削速度过小，则会降低所述精车削加工的效率，从而不利于降低精车削成本。因此，所述精车削采用的切削速度为500m/min至600m/min。
本实施例中，所述精车削采用的进给量既不能过大也不能过小。由于所述进给量容易影响所述加工表面300a的变形，通过将所述进给量控制在合理的范围内，有利于提高所述加工表面300a的质量。若所述进给量过大，则会加剧造成所述加工表面300a的磨损，甚至会导致崩角问题；若所述进给量过小，则容易导致所述加工表面300a变形的不均匀，从而对所述固定环的质量产生不良影响。因此，所述精车削采用的进给量为0.03mm/r至0.04mm/r。
本实施例中，所述精车削采用的吃刀量既不能过大也不能过小。若所述吃刀量过大，所述第三刀具600对所述加工表面300a的背向力较大，由于所述初始固定环300的硬度较小，从而容易导致所述加工表面300a发生弯曲变形，使得初始固定环300加工过程中容易发生崩裂；若所述吃刀量过小，则会影响所述精车削的效率。因此，所述精车削加工采用的吃刀量为0.01mm至0.02mm。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。