CN104552034A - 研磨垫、研磨装置及制造研磨垫的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种研磨垫，其包含一发泡树脂结构骨架及多个辅助纤维丝，其中各辅助纤维丝间彼此独立且任意分散于该发泡树脂结构骨架间。本发明还提供一种研磨装置及制造研磨垫的方法。

Description

研磨垫、研磨装置及制造研磨垫的方法

技术领域

本发明涉及一种研磨(抛光)垫、研磨装置及制造研磨垫的方法。

背景技术

研磨一般是指在化学机械研磨(CMP)工艺中，对于起初为粗糙表面的磨耗控制，其是利用含细粒子的研磨浆液平均分散于一研磨垫的上表面，同时将一待研磨基材抵住该研磨垫后以重复规律动作搓磨。该待研磨基材为诸如半导体、储存介质基材、集成电路、液晶显示器平板玻璃、光学玻璃和光电面板等物体。在研磨过程中，必须使用一研磨垫研磨该待研磨基材，因而该研磨垫的质量会直接影响该待研磨基材的研磨效果。

参考图1，其显示具有已知研磨垫的研磨装置的示意图。该研磨装置1包括一压力板11、一吸附垫片12、一待研磨基材13、一研磨盘14、一研磨垫15及一研磨浆液16。该压力板11与该研磨盘14相对。该吸附垫片12利用一背胶层(图中未示出)粘附于该压力板11上，且该吸附垫片12用以吸附且固定该待研磨基材13。该研磨垫15固定于该研磨盘14，且面向该压力板11，用以对该待研磨基材13进行研磨。

该研磨装置1的操作方式如下。首先将该待研磨基材13置于该吸附垫片12上，且该待研磨基材13被该吸附垫片12吸住。接着，该研磨盘14及该压力板11以相反方向旋转，且同时将该压力板11向下移动，使该研磨垫15接触到该待研磨基材13的表面，通过不断补充该研磨浆液16以及该研磨垫15的作用，可对该待研磨基材13进行研磨作业。

参考图2，其显示第一种已知研磨垫的剖视示意图。该研磨垫25为不织布型研磨垫，其包括多(复数)条纤维251及一树脂252。该研磨垫25的制造方法为使用丝绒或仿麂皮等的纤维251与树脂252的复合材料，所述纤维251可利用针刺或疏棉、叠棉等不织布制造方法制得，所制得的纤维彼此交缠，将所述纤维251所形成的不织布含浸于热塑性聚氨基甲酸酯树脂252并使其湿式凝固而成压缩变形性大且较柔软的薄片。然而，此不织布型研磨垫25的柔软性容易导致研磨面平坦化性能不好，再者，此研磨垫25的硬度并不足，并不适合于粗研磨，且其使用寿命不长。

参考图3，其显示第二种已知研磨垫的剖视示意图，如美国专利第5,578,362号所描述，该研磨垫35为一独立发泡型研磨垫，其包括多个孔洞353及一树脂352。该研磨垫35的制造方法为将该树脂352(通常为热塑性聚氨基甲酸酯的高分子发泡体)灌入一圆形铸模筒中，待冷却凝固后再予以切片制得。该研磨垫35的刚性比该第一种已知研磨垫25(如图2所示)高且耐磨，且具有独立气泡结构，常被用在高平坦化研磨。然而，该研磨垫35最大的问题在于因该树脂352浓度在该圆形铸模筒中的分布较不易均匀，成型时该圆形铸模筒各位置温度分布的差异性会造成所述孔洞353大小及分布不一，且不易控制，再经切片工艺后，会使该研磨垫35的切片面的孔洞353大小不一更为明显。此外，所述孔洞353彼此不连通，在使用时会使研磨液不易流通，且研磨时研磨浆液无法渗透至研磨垫内部，使表面保持研磨液的效果低，另一方面，亦由于其硬度高，热压缩率低，容易造成待研磨基材刮伤，通常仅适合于粗抛。

因此，本领域中亟需开发一新颖的研磨垫，以克服前述不织布型研磨垫及独立发泡型研磨垫的缺点，而扩大其使用的范围。

发明内容

本发明在独立发泡型的研磨垫中加入多(复数)个辅助纤维丝，所得的研磨垫可具有高硬度等独立发泡型研磨垫的优点，更具有提高的研磨均匀度、具有部分弹性，且研磨浆液可通过所述辅助纤维丝而渗透至研磨垫内部，可提高研磨垫的研磨液保持率，同时具有不织布型研磨垫的优点。

本发明提供一种研磨垫，其包含：

一发泡树脂结构骨架，其包含多个孔洞；及

多个辅助纤维丝，其中各辅助纤维丝间彼此独立且任意(随意)分散于该发泡树脂结构骨架间。

本发明还提供一种研磨装置，其包含：

一研磨盘；

一基材；

一前述的研磨垫，其粘附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及

一研磨浆液，其接触该基材，以进行研磨。

本发明再提供一种制造前述研磨垫的方法，其包括：

(a)提供一载体，其中该载体为一离型材料；

(b)提供一发泡树脂组合物；

(c)提供多个辅助纤维丝；

(d)将步骤(c)中所述辅助纤维丝均匀任意分散于步骤(b)中的该发泡树脂组合物中；

(e)将步骤(d)的任意分散有所述辅助纤维丝的该发泡树脂组合物涂布于步骤(a)的该载体上；及

(f)使步骤(e)的发泡树脂组合物固化。

本发明还提供一种制造前述研磨垫的方法，其包括：

(a)提供一模具；

(b)提供一发泡树脂组合物；

(c)提供多个辅助纤维丝；

(d)将步骤(c)中所述辅助纤维丝均匀任意分散于步骤(b)中的该发泡树脂组合物中；

(e)将步骤(d)的任意分散有所述辅助纤维丝的该发泡树脂组合物充满于步骤(a)的该模具的模穴；

(f)使步骤(e)的发泡树脂组合物固化；及

(g)将步骤(f)中已固化的发泡树脂组合物剖片以制得该研磨垫。

附图说明

图1显示具有已知研磨垫的研磨装置的示意图；

图2显示第一种已知研磨垫的剖视示意图；

图3显示第二种已知研磨垫的剖视示意图；

图4显示根据本发明研磨垫的剖视示意图；及

图5显示具有本发明研磨垫的研磨装置的示意图。

符号说明

1 已知研磨装置

11 压力板

12 吸附垫片

13 待研磨基材

14 研磨盘

15 研磨垫

16 研磨浆液

25 研磨垫

35 研磨垫

45 本发明研磨垫

51 压力板

52 吸附垫片

53 基材

54 研磨盘

55 本发明研磨垫

56 研磨浆液

251 纤维

252 树脂

352 树脂

353 孔洞

451 辅助纤维丝

452 发泡树脂结构骨架

453 孔洞

具体实施方式

本发明提供一种研磨垫(参见图4)，其包含：

一发泡树脂结构骨架，其包含多个孔洞；及

多个辅助纤维丝，其中各辅助纤维丝间彼此独立且任意分散于该发泡树脂结构骨架间。

根据本发明的“发泡树脂骨架”为构成研磨垫的主要部分，其大致由发泡树脂构成。

根据本发明的发泡树脂优选优选为一弹性体。本发明所述的“弹性体”一词指展现类似橡胶的质量的一聚合物种类。当研磨时，该弹性体可充当良好的缓冲器以避免刮伤待研磨物表面。本发明所述的“发泡树脂”一词指含有热塑性树脂及热分解发泡剂的材料。该树脂优选地包含选自由以下各物质组成的组的至少一种：聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性橡胶、聚苯乙烯、聚芳烃、含氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚芳酰胺、聚芳烃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异氰酸酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其掺合物(共混物)。

根据本发明的发泡树脂发泡的方法可为化学发泡或物理发泡，其中化学发泡是利用可进行化学反应以产生气体的试剂，使其反应后所产生的气体均匀分布于该树脂组合物中。另一方面，物理发泡是将气体打入该树脂组合物中，并通过搅拌使打入的气体均匀分布于该树脂组合物中。

根据本发明的发泡树脂结构骨架包含多个孔洞，其经发泡而形成。所述孔洞可为连通型孔洞或独立型孔洞，本发明所述的“连通型孔洞”是指至少二孔洞间是连通的，从而形成类似蚁穴型的孔洞，一般而言，该连通型孔洞由化学发泡制得；本发明所述的“独立型孔洞”是指各孔洞间彼此不连通而独立，从而形成类似气泡型的孔洞，一般而言，该独立型孔洞由物理发泡制得；优选地，所述孔洞为独立型孔洞，其中所述多个孔洞间是彼此独立的。

本发明的技术特征之一为提供多个辅助纤维丝，本发明所述的“纤维”意指一单一纤维或复合物纤维，优选为复合物纤维。本发明所属技术领域中具有通常知识者可根据待研磨物来选择纤维。本发明所属技术领域中具有通常知识者根据说明书的揭示内容可协调发泡树脂结构骨架与纤维的兼容性并选择适当的纤维。根据本发明的所述辅助纤维丝为丝状结构，优选为短丝状或短棒状的结构，所述辅助纤维丝彼此间为独立的，彼此间并不形成网状结构，并不交缠，亦不粘结、编织、针织、簇织或缝编为一布料。于本发明的一优选具体实施方式中，所述辅助纤维丝的长度为约0.1mm至约1.0mm，优选为约0.2mm至约0.8mm，更优选为约0.4mm至约0.6mm，另一方面，所述辅助纤维丝的直径为约0.2丹尼尔至约0.5丹尼尔。优选地，该辅助纤维丝由至少一种材料制成，其中该材料选自由聚酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯及聚丙烯腈所组成的群，且可将多种材料的辅助纤维丝应用于同一研磨垫中。

根据本发明的辅助纤维丝可依据所需的硬度、移除率(移除速率)及研磨浆液保持率，选择适当的辅助纤维丝含量，优选地，所述辅助纤维丝的比例为约1重量%至约30重量%，基于所述研磨垫的总重量，更优选为约5重量%至约20重量%，基于所述研磨垫的总重量。

于本发明的一优选具体实施方式中，所述多个辅助纤维丝突出于该发泡树脂结构骨架，所述多个辅助纤维丝半镶嵌或半埋于该发泡树脂结构骨架中，并半露于研磨垫的表面，形成类似绒毛的结构。此实施方式中的研磨垫因表面具有突出的柔软辅助纤维丝，可进一步降低待研磨基材刮伤的机率，亦可协助提高研磨浆液于该研磨垫表面的保持率，使研磨作用效果更加提升。

根据本发明的研磨垫，其优选于独立发泡型的研磨垫中加入多个辅助纤维丝，所得的研磨垫可具有高硬度等独立发泡型研磨垫的优点，更具有提高的研磨均匀度、具有部分弹性，且研磨浆液可通过所述辅助纤维丝而渗透至研磨垫内部，可提高研磨垫的研磨液保持率，同时具有不织布型研磨垫的优点。

于本发明的一优选具体实施方式中，该研磨垫还包含多个研磨粒子，所述研磨粒子可均匀分布于发泡树脂结构骨架中。该研磨粒子可均匀分布于该发泡树脂结构骨架中，其可位于该发泡树脂结构骨架的树脂部分，亦可位于该发泡树脂结构骨架的发泡孔洞内。优选地，所述研磨粒子为二氧化铈、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二钇或三氧化二铁。另一方面，所述研磨粒子的粒径为约0.01微米至约10微米。

本发明还提供一种研磨装置，其中包含：

一基材；

一研磨垫，其粘附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及

一研磨浆液，其接触该基材，以进行研磨。

优选地，该研磨装置还包含：

一压力板，其设置成与该研磨盘相对；及

一吸附垫片，其粘附于该压力板上，用以吸附且固定该基材。

参考图5，其显示具有本发明研磨垫的研磨装置的示意图。该研磨装置5包括一压力板51、一吸附垫片52、一基材53、一研磨盘54、一研磨垫55及一研磨浆液56。该压力板51与该研磨盘54相对。该吸附垫片52利用一背胶层(图中未示)粘附于该压力板21上，且该吸附垫片52用以吸附且固定该基材53。该研磨垫55固定于该研磨盘54，且面向该压力板51，用以对该基材53进行研磨。

该研磨装置5的操作方式如下。首先将该基材53置于该吸附垫片52上，且该基材53被该吸附垫片52吸住。接着，该研磨盘54及该压力板51以相反方向旋转，且同时将该压力板51向下移动，使该研磨垫55接触到该基材53的表面，通过不断补充该研磨浆液56以及该研磨垫55的作用，可对该基材53进行研磨作业。

本发明再提供第一制造前述研磨垫的方法，其包括：

(a)提供一载体，其中该载体为一离型材料；

(b)提供一发泡树脂组合物；

(c)提供多个辅助纤维丝；

(d)将步骤(c)中所述辅助纤维丝均匀任意分散于步骤(b)中的该发泡树脂组合物中；

(e)将步骤(d)的任意分散有所述辅助纤维丝的该发泡树脂组合物涂布于步骤(a)的该载体上；及

(f)使步骤(e)的发泡树脂组合物固化。

本发明所述的“载体”一词是指一可容许该发泡树脂组合物形成于其上的组件，且为可于该发泡树脂组合物固化后，便于移除的材料，优选地，其为一片材；另一方面，该载体为一离型材料。本发明所述的“离型材料”是指于该研磨垫制造过程中不与该发泡树脂组合物反应的材料，且于该发泡树脂组合物固化后，可轻易移除。优选地，该离型材料为一“具有低渗透率的膜”。本发明所述的“具有低渗透率的膜”一词是指一膜或薄膜，其大体上防止本发明的具有低渗透率的膜的上表面上的发泡树脂组合物渗透至具有低渗透率的膜的下表面。于本发明的一优选具体实施方式中，该具低渗透率的膜可形成于一基底材料，例如纸上。优选地，其中该载体为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜、离型纸或离型布。此外，聚丙烯优选为定向聚丙烯。

优选地，该载体是连续式提供的，例如为滚轧离型材料。该滚轧离型材料可以卷筒对卷筒的方式使用，与制造涉及模制或铸造的单个研磨垫的已知方法比较，此方式改良了批次均匀性。

于本发明的一具体实施方式中，该发泡树脂组合物包含树脂、发泡剂及交联剂。

本发明所述的“交联剂”一词是指可与根据本发明的树脂产生交联反应，并使该树脂于合宜的条件下固化的试剂。该交联剂的种类是搭配该树脂的种类而确定的。

根据本发明的步骤(d)中，将步骤(c)中所述辅助纤维丝均匀任意分散于步骤(b)中的该发泡树脂组合物，其具体实施方式是本发明所属技术领域中具有通常知识者可完成的，例如与该发泡树脂组合物中的各成分共同混合或搅拌，以同时制得该发泡树脂组合物及将所述辅助纤维丝均匀任意分散于该发泡树脂组合物中。于本发明的一优选具体实施方式中，该步骤(b)、(c)及(d)可同时实施。

于本发明的一具体实施方式中，步骤(e)的涂布为刮刀涂布、印刷轮印刷涂布、滚轮挤压涂布或喷涂。所述涂布方式的具体实施方式是本发明所属技术领域中具有通常知识者可实施的。

根据本发明的方法，步骤(f)为使步骤(e)的发泡树脂组合物固化。所述固化的具体实施方式是本发明所属技术领域中具有通常知识者依据所欲固化的树脂种类及视需要的交联剂种类所决定的。于本发明的优选具体实施方式中，该固化步骤为将经高温干燥后的发泡树脂组合物于约60℃至约130℃固化。

于本发明的一优选具体实施方式中，该方法还包括步骤(g)：移除该载体。优选地，该载体的移除步骤可为，于该研磨垫制造完成后，使研磨垫从生产设备上移除，另一方面，该载体的移除步骤亦可于应用于研磨时，再从该研磨垫上移除。该移除的具体实施方式视所使用的载体而定，例如使用撕除的方式。

本发明还提供第二制造前述研磨垫的方法，其包含：

(a)提供一模具；

(b)提供一发泡树脂组合物；

(c)提供多个辅助纤维丝；

(d)将步骤(c)中所述辅助纤维丝均匀任意分散于步骤(b)中的该发泡树脂组合物中；

(e)将步骤(d)的任意分散有所述辅助纤维丝的该发泡树脂组合物充满于步骤(a)的该模具的模穴；

(f)固化步骤(e)的发泡树脂组合物；及

(g)将步骤(f)中已固化的发泡树脂组合物剖片以制得该研磨垫。

于此第二制造研磨垫的方法中，步骤(b)、(c)、(d)及(f)的实施类似于关于前述第一制造研磨垫的方法所述的。

根据本发明的第二制造研磨垫的方法，其中步骤(a)的模具优选为一圆筒状模具，其具体提供方式是本发明所属技术领域中具有通常知识者可决定的。步骤(e)为将步骤(d)的任意分散有所述辅助纤维丝的该发泡树脂组合物充满于步骤(a)的该模具的模穴，其具体提供方式是本发明所属技术领域中具有通常知识者可决定的。

根据本发明的步骤(g)为将步骤(f)中已固化的发泡树脂组合物剖片以制得该研磨垫，其具体提供方式是本发明所属技术领域中具有通常知识者可决定的，例如使用刀具将固化的树脂块剖成片状，以制得该研磨垫。

于本发明的一优选具体实施方式中，该第一制造研磨垫的方法或第二制造研磨垫的方法进一步包括一表面修整步骤，其为修整已固化的树脂组合物的表面。该修整的具体实施方式例如为抛光或剖除表面的部分，抛光及剖除的方式可为任何已知的抛光或剖除方法，诸如使用砂纸研磨或使用刀具剖除，其抛光及剖除的条件为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知。

现以下列实施例详细说明本发明，但其并不意谓着本发明仅局限于所述实施例所揭示的内容。

实施例：

将包含当量数为1的聚异氰酸酯、当量数为50至150的多元醇类发泡剂及当量数为50至250的二元胺交联剂的树脂组合物搅拌均匀，其中包含25重量%的Nylon纤维丝，其直径为约0.3丹尼尔，并将空气打入该树脂组合物中，在1000rpm至4000rpm进行搅拌旋转40至60分钟，利用刮刀涂布于平面离型纸上，再于烘箱中在110℃烘干1分钟，接着于80℃固化30秒，接着剖除表面。

上述实施方式仅为说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者对上述实施方式所做的修改及变化仍不违背本发明的精神。本发明所要求保护的范围应如所附权利要求所列。

Claims (14)

1.一种研磨垫，其包含：

一发泡树脂结构骨架，其包含多个孔洞；及

多个辅助纤维丝，其中各辅助纤维丝间彼此独立且任意分散于该发泡树脂结构骨架间。

2.根据权利要求1的研磨垫，其中该发泡树脂骨架包含选自由以下各物质组成的组的至少一种：聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性橡胶、聚苯乙烯、聚芳烃、含氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚芳酰胺、聚芳烃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异氰酸酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其掺合物。

3.根据权利要求1的研磨垫，其中所述多个孔洞间是彼此独立的。

4.根据权利要求1的研磨垫，其中所述辅助纤维丝的长度为约0.1mm至约1.0mm。

5.根据权利要求1的研磨垫，其中所述辅助纤维丝的直径为约0.2丹尼尔至约0.5丹尼尔。

6.根据权利要求1的研磨垫，其中所述辅助纤维丝的比例为约1重量%至约30重量%，基于所述研磨垫的总重量。

7.根据权利要求1的研磨垫，其中所述辅助纤维丝由至少一种材料制成，其中该材料选自由聚酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯及聚丙烯腈所组成的组。

8.根据权利要求1的研磨垫，其中所述多个辅助纤维丝突出于该发泡树脂结构骨架表面。

9.根据权利要求1的研磨垫，其还包含多个研磨粒子，所述研磨粒子可均匀分布于发泡树脂结构骨架中。

10.一种研磨装置，其包含：

一研磨盘；

一基材；

一根据权利要求1至9任何一项的研磨垫，其粘附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及

一研磨浆液，其接触该基材，以进行研磨。

11.一种制造根据权利要求1至9任何一项的研磨垫的方法，其包括：

(a)提供一载体，其中该载体为一离型材料；

(b)提供一发泡树脂组合物；

(c)提供多个辅助纤维丝；

(d)将步骤(c)中所述辅助纤维丝均匀任意分散于步骤(b)中的该发泡树脂组合物中；

(e)将步骤(d)的任意分散有所述辅助纤维丝的该发泡树脂组合物涂布于步骤(a)的该载体上；及

(f)使步骤(e)的发泡树脂组合物固化。

12.根据权利要求11的方法，其中该载体为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜、离型纸或离型布。

13.根据权利要求11的方法，其中该载体是连续式提供的。

14.一种制造根据权利要求1至9中任何一项研磨垫的方法，其包括：

(a)提供一模具；

(b)提供一发泡树脂组合物；

(c)提供多个辅助纤维丝；

(d)将步骤(c)中所述辅助纤维丝均匀任意分散于步骤(b)中的该发泡树脂组合物中；

(e)将步骤(d)的任意分散有所述辅助纤维丝的该发泡树脂组合物充满于步骤(a)的该模具的模穴；

(f)使步骤(e)的发泡树脂组合物固化；及

(g)将步骤(f)中已固化的发泡树脂组合物剖片以制得该研磨垫。