[发明专利]一种碳纤维复合的注塑成型方法

说明书

技术领域

本发明属于晶圆化学机械抛光加工领域,特别是涉及一种碳纤维复合的注塑成型方法。

背景技术

晶圆化学机械抛光（ CMP ）中，由于晶圆表面受力的不均匀性，使抛光后的晶圆表面很难达到理想的精度，尤其是晶圆边缘由于应力集中，会出现边缘“过磨”现象，降低了晶圆抛光质量和晶圆利用率，晶圆直径越大，晶圆边缘的“过磨”现象越严重。目前，为了解决晶圆边缘的“过磨”现象，在晶圆外围加上一个保持环，能够在晶圆平坦化时盛装晶圆，确定晶圆的位置，产生低研磨速度，同时能够压下晶圆外弹起的抛光垫，缓解晶圆边缘的应力集中，生成具有紧密平整度公差的均匀抛光表面。但是目前关于保持环的研究很少，保持环优异的功能还不能被更好的表现出来。同时，保持环的磨损性对其使用寿命有很大影响，保持环的抗磨损性好，这样一个保持环可以加工更多的晶圆，降低了了单个晶圆的成本。

对保持环的诸多要求中，保持环与抛光垫接触面（磨损面）要求抗磨损，并抗磨损率要一致，保持环内力学性能要一致，注塑成型保持环时，还要求没有注塑融接痕。这些要求对保证晶圆 CMP 加工后平坦化很重要。这些要求除过需要保持环材料保证外，还要依靠保持环生产工艺来保证。

目前，保持环主要使用聚四氟乙烯、聚碳酸酷和聚苯硫醚几种材料，它们的抗磨损性和抗腐蚀性都不理想，致使生产中不得不频繁更换保持环，影响晶圆加工质量和效率。

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（以下简称 CF / PEEK ）己经被证明是理想的保持环材料。但该材料成型温度高、成型压力高、流动性差和需要模具加温等技术难点。采用传统的注塑成型方法成型保持环这样要求很高的零件时，存在以下缺陷： 1 ）保持环上有融接痕，融解痕处材料强度难以保证，容易断裂。 2 ）注塑中，沿保持环环向压力和温度不一致，磨损面抗磨损率不一致，使用中磨损快慢不一致，难以保证晶圆表面均匀一致。 3 ）注塑中模具温度、注塑温度和压力控制不严格，使材料结晶度不高或变化大，也会引起保持环磨损快慢不一致或抗磨损性不高。 4 ）生产中易污染原料或加入回收料都会污染晶圆。

发明内容

为了克服传统的注塑方法成型 CF / PEEK 复合材料保持环时存在的性能不一致、抗磨损性不高或不一致，有融接痕等缺点，本发明公开了一种注塑成型碳纤维增强 PEEK 复合材料保持环的方法，能够保证注塑成型的晶圆加工用 CF / PEEK 复合材料无污染，保持环力学性能一致，无融接痕，耐磨损性能一致等。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

第一步、注塑机准备：注塑机料筒容积应该是塑件和流道等材料体积的 2 - 5 倍。采用拆开方式清洗。如果不能拆开，那么就必须采取净化措施，采用在 PEEK 融化温度（ 343 ℃ ）以上仍保持稳定的材料进行清洗，例如融化温度为 380 ℃ 的聚醚矾和聚醚酞亚胺。

第二步、模具准备：采用耐热工具钢制作模具，并对模具进行高精度抛光；采用膜型浇口，浇口厚度是 l -2mm ，长度 3 -4mm 。

第三步、原料准备：碳纤维增强聚醚醚酮复合材料以塑粒料形式在 150 ℃ 干燥的最少 3 小时或在 160 ℃ 干燥 2 小时，不能添加二次回收料；

第四步、注塑：在 385℃ -395 ℃ 料筒温度下注射，注射压力为 120 -140MPa ，模具温度为 185 - 220 ℃ 。保温保压 30 秒即可成型。

生产中断处理：如果生产过程由于停电等原因中断延迟时间超过 1 小时而不足 3 小时，注塑机内温度就应该减到 340 ℃ 左右，要继续加工，就应该再提高料筒温度和模具温度至第四步的要求后继续进行。如果延迟造成聚合体停留时间超过 3 小时，则应该清空机器内存料，重新加入新料，由上述第一步重新开始。

本发明的有益效果是：本发明注塑成型的晶圆 CMP 加工用 PEEK 复合材料保持环，能够保证整体性能均匀一致、无融接痕等薄弱区域，材料内结晶度高，保持环耐磨。应用本发明制作的保持环半成品在 CMP 磨损试验机磨损试验后结果表明，磨损面处处磨损量一致；保持环在 CMP 产线上应用效果表明，该保持环使晶圆面平坦化均匀。

具体实施方式

实例 1 :

l ）料筒容积是塑件和流道材料体积的 2 倍，采用拆开方式清洗。 

2 ）模具材料采用马氏体铬工具钢，并进行高精度抛光。采用膜型浇口，浇口厚度是 lmm ，长度 3mm 。 

3 ）原料在150 ℃ 干燥的最少 3 小时，不添加回收料。