CN105437056B - 研磨垫、研磨装置及制造研磨垫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种研磨垫、研磨装置及制造研磨垫的方法，该研磨垫包含具限制层的基底层。本发明也提供一种研磨装置及制造研磨垫的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种研磨垫、研磨装置及制造研磨垫的方法。
背景技术
研磨一般指化学机械研磨(CMP)制作工艺中，对于初为粗糙表面的磨耗控制，其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。该待研磨基材诸如半导体、存储媒体基材、集成电路、液晶显示器平板玻璃、光学玻璃与光电面板等物体。在研磨过程中，必须使用一研磨垫研磨该待研磨基材，因而该研磨垫的品质会直接影响该待研磨基材的研磨效果。
参考图1，显示具有现有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相对于该研磨盘14。该吸附垫片12利用一背胶层(图中未示)黏附于该压力板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上，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的作动方式如下。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。
因该研磨垫15于作动时同时承受来自该压力板11与该研磨盘14不同方向的压力，为避免造成该待研磨基材13的损伤，通常该研磨垫15包含一研磨层及一基底层。该研磨层视该待研磨基材13所需，可为不织布、高分子弹性体或其组合，该基底层则以不织布为主体，并填充高分子弹性体，因为包含不织布的基底层较研磨层具有优选的压缩率及回复率，其中压缩率可提高研磨层与待研磨基材的密合度，回复率则可提高研磨垫的使用寿命。
然而，不织布的制造上不易控制其厚度的均匀度，故使用包含不织布的基底层，常因不织布的厚度不均匀而造成许多问题。例如，当研磨垫承受压力时，由于不织布的厚度不均匀导致基底层的各区域密度不同，进而产生不同的压缩率，当中压缩率较小或厚度较厚的区域会造成研磨层与待研磨基材间的摩擦力变大，研磨垫也因此磨耗较快，又因磨耗程度不同，研磨垫表面更加不平坦，导致待研磨基材的研磨表面移除率不稳定，平坦度不足，而形成不良品。
因此，本领域中亟需开发一研磨垫，以克服前述基底层中不织布压力受力不均匀的缺点，以提高研磨效果。
发明内容
本发明的目的在于，本发明在研磨垫的基底层中，加入限制层，以得到厚度及附量均一的基底层。由于限制层的结构紧密及固定，且重量及厚度均一，而可产生一致的压缩特性，在研磨过程中不至于变形，因此，研磨垫与待研磨基材间的摩擦力也较均匀，可增加待研磨基材表面平坦度，并防止研磨垫的凹陷及变形。
为达上述目的，本发明提供一种研磨垫，其包含一研磨层及一基底层，该基底层包含：
限制层，其包含多个第一定向纤维及多个第二定向纤维，其中所有该第一定向纤维都以一第一方向排列，所有该第二定向纤维都以一第二方向排列，且该第一方向与第二方向相交，并界定出一空间；及
第一高分子弹性体，其填充于该第一方向与第二方向界定出的空间。
本发明也提供一种研磨装置，其包含：
研磨盘；
基材；
前述的研磨垫，其黏附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及
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，其中该基底层由包含下列步骤的方法所提供：
(a)提供一限制层，其包含多个第一定向纤维及多个第二定向纤维，其中所有该第一定向纤维都以一第一方向排列，所有该第二定向纤维都以一第二方向排列，且该第一方向与第二方向相交，并界定出一空间；及
(b)含浸该限制层于一包含第一高分子弹性体的溶液内，使该第一高分子弹性体填充于该第一方向与第二方向界定出的空间。
附图说明
图1为具有现有研磨垫的研磨装置的示意图；
图2为本发明一具体实施例的基底层上视图；
图3为本发明一具体实施例的限制层上视图；
图4为本发明另一具体实施例的限制层上视图；
图5为本发明一具体实施例的基底层剖视图；
图6为本发明再一具体实施例的基底层剖视图；及
图7为具有本发明研磨垫的研磨装置的示意图。
符号说明
1 现有研磨装置
7 本发明研磨装置
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 基底层
55 基底层
65 基底层
71 压力板
72 吸附垫片
73 基材
74 研磨盘
75 研磨垫
76 研磨浆液
251 限制层
252 第一定向纤维
253 第二定向纤维
254 第一高分子弹性体
351 限制层
352 第一定向纤维
353 第二定向纤维
451 限制层
452 第一定向纤维
453 第二定向纤维
454 第三定向纤维
551 限制层
555 第二高分子弹性体
556 表面
557 表面
651 限制层
655 第二高分子弹性体
具体实施方式
本发明提供一种研磨垫，其包含一研磨层及一基底层，该基底层包含：
限制层，其包含多个第一定向纤维及多个第二定向纤维，其中所有该第一定向纤维都以一第一方向排列，所有该第二定向纤维都以一第二方向排列，且该第一方向与第二方向相交，并界定出一空间；及
第一高分子弹性体，其填充于该第一方向与第二方向界定出的空间。
如本发明的「研磨垫」是指化学机械研磨制作工艺中，用以抵住一待研磨基材的垫，该研磨垫并以重复规律动作搓磨该待研磨基材，并配合含细粒子的研磨浆液，使该待研磨基材初为粗糙表面进行磨耗至平整。
如本发明的研磨层为该研磨垫中，用以搓磨该待研磨基材的部位。依待研磨基材的需求，可为不织布、高分子弹性体或其组合。
本文中使用「不织布」一词指具方向性或随机定向纤维的制造片、网或毡，其由摩擦力及/或内聚力及/或黏合力接合，并不包括纸及并入有接结纱或丝的经编织、针织、簇生、缝编或由湿式碾磨进行黏结(无论是否经额外针缝)的产品。该多个纤维可为天然或人造。其可为定长或连续的丝或可原位形成。取决于形成网的方法，不织布通常包含合成不织布、针轧不织布、熔喷不织布、纺黏不织布、干式成网不织布、湿式成网不织布、缝编不织布或水刺不织布。与织布相比，不织布具有较好的材料特性。
本发明所言的「高分子弹性体」一词指展现类似橡胶品质的一聚合物种类。当研磨时，该高分子弹性体可充当良好的缓冲器以避免刮伤待研磨物表面。优选地，该高分子弹性体为发泡树脂。本发明所言的「发泡树脂」一词指含有热塑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组成的群的至少一者：聚胺酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、耐纶、弹性橡胶、聚苯乙烯、聚芳烃分子、含氟聚合物、聚酰亚胺、架桥聚胺酯、架桥聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(对苯二甲酸亚乙酯)、聚芳烃酰胺、聚芳烃、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其掺合物。
如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。
在本发明的一优选具体实施例中，该研磨层还包含孔洞。在本发明的一具体实施例中，该孔洞为不织布纤维间的孔洞；在本发明的另一具体实施例中，该孔洞为高分子弹性体所形成的孔洞；在本发明的再一具体实施例中，该孔洞由高分子弹性体与纤维共同形成。该多个孔洞可为连通型孔洞或独立型孔洞，本发明所言的「连通型孔洞」指至少二孔洞间为连通，而形成类似蚁穴型的孔洞，该孔洞优选为连通多孔洞，其有利于研磨液的流动、研磨颗粒的分布及研磨残留物的移除。在本发明的优选实施例中，该多个连通多孔洞具有自0.1μm至500μm的孔尺寸。另一方面，优选地，该研磨层包含一表面，且该表面包含该孔洞。
在本发明的一优选具体实施例中，该研磨层表面孔洞的形成将已形成的研磨层表面经研磨或刮除一定厚度，使表面的孔洞露出。
在本发明的一优选具体实施例中，该研磨层还包含多个研磨粒子，该多个研磨粒子可均匀分布于研磨层中。其可位于该不织布或高分子弹性体的结构骨架部分，也可位于孔洞内。优选地，该多个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，该多个研磨粒子的粒径介于约0.01微米至约10微米之间。
在本发明的一优选具体实施例中，该研磨层的形成可将该基底层作为一载体，并于该基底层上涂布高分子弹性体，并经固化、水洗、干燥后形成，该多个固化、水洗、干燥的步骤可与下述基底层中固化、水洗、干燥第一高分子弹性体的方式相同。
在本发明的另一优选具体实施例中，该研磨层可先形成，再与该基底层贴合，该贴合的方法可为一般现有的方法。
本发明所言的「基底层」指位于该研磨层于研磨机台间的薄层。在该研磨垫于作动时同时承受来自压力板与研磨盘不同方向的压力，以避免造成该待研磨基材的损伤。
本发明所属技术领域中具通常知识者可根据本说明书的揭示内容来选择适合种类的纤维。本文中使用的「纤维」一词指单纤维或复合纤维，优选地指复合纤维。优选地，该纤维由选自由以下各物组成的群的至少一种材料制成：聚酰胺、对苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈及其混合物。
参看图2，如本发明的基底层25包含一限制层251，其包含多个第一定向纤维252及多个第二定向纤维253，其中所有该第一定向纤维252都以一第一方向排列，所有该第二定向纤维253都以一第二方向排列，且该第一方向与第二方向相交，并界定出一空间。通过该多个定向纤维的提供，可进一步将研磨层传至基底层本体的压力进一步均匀分散，而提供研磨垫均匀的缓冲力；再者，通过该多个定向纤维的提供，在该基底层的内部提供一骨架，可使整体基底层的厚度及附量均一，因此，研磨垫与待研磨基材间的摩擦力也较均匀，可增加待研磨基材表面平坦度，并防止研磨垫的凹陷及变形。
该限制层的厚度可依所需而定，优选地，其自约0.05mm至约2.0mm；如其厚度小于约0.05mm，则其压力分散效果较不佳；如其厚度大于约2.0mm，则其缓冲效果较不佳。
如本发明的基底层25包含一第一高分子弹性体254，其填充于该第一方向与第二方向界定出的空间。优选地，该第一高分子弹性体254同时覆盖该多个第一定向纤维252及/或该多个第二定向纤维253，该覆盖可为部分覆盖或完全覆盖。另一方面，该第一高分子弹性体254填充于该第一方向与第二方向界定出的空间可为部分填充或完全填充。
如本发明的该第一方向与该第二方向间所夹的角度可为任一的角度，参看图3如本发明的限制层351上视图，在本发明的一具体实施例中，该限制层351包含多个第一定向纤维352及多个第二定向纤维353，其中所有该第一定向纤维352都以一第一方向排列，及所有该第二定向纤维353都以一第二方向排列，且该第一方向与该第二方向垂直，且该第一方向及该第二方向平行该限制层351的上表面。
如本发明的该多个第一定向纤维与该多个第二定向纤维可彼此叠放或彼此交叉编织而构成该限制层，优选地，该多个第一定向纤维与该多个第二定向纤维位于同一层状结构内，并彼此交叉编织，在本发明的一优选具体实施例中，该限制层由一织布提供。
参看图4如本发明的限制层上视图，在本发明的一具体实施例中，该限制层451包含多个第一定向纤维452及多个第二定向纤维453，并还包含多个第三定向纤维454，其中所有该第三定向纤维454都以一第三方向排列，且该第三定向纤维454与第一定向纤维452及/或第二定向纤维453相交。在此具体实施例中，该限制层451除该第一定向纤维452及第二定向纤维453外，可包含其他定向纤维，例如该第三定向纤维454。
如本发明的该多个定向纤维优选为长纤维，可使压力分散的效果提高，更佳地，例如图3或图4所示，每一该第一定向纤维352、452及/或第二定向纤维353、453贯穿该基底层。
该多个定向纤维的材料可为相同或不同，优选地，该多个第一定向纤维的材料与该第二定向纤维相同。在本发明的一具体实施例中，该多个定向纤维的材料为韧性高、不易断折的材料。
优选地，该多个基底层以成卷式提供，可改进批次均匀性。
参看图5如本发明的基底层55剖面示意图，在本发明的一具体实施例中，本发明基底层55包含一限制层551及一第二高分子弹性体555，其中该第二高分子弹性体555构成该基底层55的一表面556，且该限制层551构成该基底层55的另一表面557。在此具体实施例中，该限制层551及该第二高分子弹性体555为两层状结构，其中该第二高分子弹性体555可将填充有该第一高分子弹性体(图未示)的限制层551进一步经涂布而形成。
参看图6，其是根据本发明的基底层65剖面示意图，在本发明的一具体实施例中，本发明基底层65包含一限制层651及一第二高分子弹性体655，其中该限制层651夹置于该第二高分子弹性体655内。在此具体实施例中，该第二高分子弹性体655由两层状结构共同提供，其中该第二高分子弹性体655可将填充有该第一高分子弹性体(图未示)的限制层651进一步经涂布而形成。
如本发明的该第一高分子弹性体与该第二高分子弹性体可为相同或不同，优选地，该第一高分子弹性体与该第二高分子弹性体相同。
如本发明的研磨垫，因包含具有限制层的基底层，可得到厚度及附量均一的基底层。由于限制层的结构紧密及固定，且重量及厚度均一，而可产生一致的压缩特性，在研磨过程中不至于变形，因此，研磨垫与待研磨基材间的摩擦力也较均匀，可增加待研磨基材表面平坦度，并防止研磨垫的凹陷及变形。
本发明也提供一种研磨装置，其中包含：
研磨盘；
基材；
研磨垫，其黏附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及
研磨浆液，其接触该基材，以进行研磨；
优选地，该研磨装置另包含：
压力板，其设置相对于该研磨盘；及
吸附垫片，其黏附于该压力板上，用以吸附且固定该基材。
参考图7，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7包括一压力板71、一吸附垫片72、一基材73、一研磨盘74、一研磨垫75及一研磨浆液76。该压力板71相对于该研磨盘74。该吸附垫片72利用一背胶层(图中未示)黏附于该压力板71上，且该吸附垫片72用以吸附且固定该基材73。该研磨垫75固定于该研磨盘74，且面向该压力板71，用以对该基材73进行研磨。
该研磨装置7的作动方式如下。首先将该基材73置于该吸附垫片72上，且该基材73被该吸附垫片72吸住。接着，该研磨盘74及该压力板71以相反方向旋转，且同时将该压力板71向下移动，使该研磨垫75接触到该基材73的表面，通过不断补充该研磨浆液76以及该研磨垫75的作用，可对该基材73进行研磨作业。
本发明再提供一种制造前述研磨垫的方法，其中该基底层由包含下列步骤的方法所提供：
提供一限制层，其包含多个第一定向纤维及多个第二定向纤维，其中所有该第一定向纤维都以一第一方向排列，所有该第二定向纤维都以一第二方向排列，且该第一方向与第二方向相交，并界定出一空间；及
含浸该限制层于一包含第一高分子弹性体的溶液内，使该第一高分子弹性体填充于该第一方向与第二方向界定出的空间。
步骤(a)中，如本发明的该多个第一定向纤维与该多个第二定向纤维经彼此叠放或彼此交叉编织而构成该限制层，优选地，该多个第一定向纤维与该多个第二定向纤维彼此交叉编织。在本发明的一优选具体实施例中，步骤(a)将该第一定向纤维及第二定向纤维系以叠棉、编织或针轧，使其相交，以构成该限制层。
在该方法的步骤(b)中，含浸该限制层于该包含第一高分子弹性体的溶液内使用一般弹性体溶液浸透纤维的方法。含浸条件为本发明所属技术领域中具通常知识者所熟知。用于第一高分子弹性体的溶液中的适合溶剂包括二甲基甲酰胺(DMF)。该包含第一高分子弹性体的溶液视情况包含诸如界面活性剂的添加剂。该包含第一高分子弹性体的溶液中弹性体的浓度优选在2wt％至60wt％的范围内。
步骤(b)优选包含用包含第一高分子弹性体的溶液含浸整个限制层。
在本发明的一优选具体实施例中，该方法另包含步骤(c)，使含浸于限制层中的第一高分子弹性体固化。在本发明的一实施例中，将限制层放入一固化溶液中以进行固化。该固化溶液优选包含水中0至40wt％的二甲基甲酰胺。固化条件为本发明所属技术领域中具通常知识者所熟知。固化优选在室温及压力下进行。
在本发明的一优选实施例中，该制造研磨垫的方法进一步包含在步骤(c)后洗涤限制层的步骤(c1)。洗涤的目的自限制层移除残余物。在本发明的一实施例中，用水洗涤且视情况使用挤压轮。洗涤条件为本发明所属技术领域中具通常知识者所熟知。优选在50至90℃的水中洗涤基底层且接着使其经历挤压轮数次。
在本发明的一更佳实施例中，该制造研磨垫的方法进一步包含在步骤(c1)后干燥限制层的步骤(c2)。干燥的目的自步骤(c1)移除过量溶剂。干燥条件为熟悉此领域者所熟知。在本发明的一实施例中，干燥为空气干燥，且干燥温度在100℃至160℃的范围内。
该制造研磨垫的方法优选进一步包含机械研磨该限制层表面及第一高分子弹性体的步骤(c3)。举例而言，机械研磨可使用喷砂来完成。机械研磨的条件为本发明所属技术领域中具通常知识者所熟知。
在本发明的一优选实施例中，重复步骤(b)及(c)数次。每次使用的第一高分子弹性体种类可不同或相同。
上述实施例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通常知识者对上述实施例所做的修改及变化仍不违背本发明的精神。本发明的权利范围应如附上的权利要求所列。
Claims (9)
1.一种研磨垫，其包含研磨层及基底层，该基底层包含：
限制层，其包含多个第一定向纤维、多个第二定向纤维及多个第三定向纤维，该多个第一定向纤维与该多个第二定向纤维位于同一层状结构内且彼此交叉编织，其中所有该第一定向纤维都完全以一第一方向排列，所有该第二定向纤维都完全以一第二方向排列，所有该第三定向纤维都完全以一第三方向排列，该第一方向、该第二方向及该第三方向平行该限制层的上表面，且该第一方向与第二方向相交，且该第三定向纤维与第一定向纤维及第二定向纤维相交；及
第一高分子弹性体，其填充于该限制层。
2.如权利要求1所述的研磨垫，其中该研磨层包含一表面，且该表面包含多个孔洞。
3.如权利要求1所述的研磨垫，其中该第一方向与该第二方向垂直。
4.如权利要求1所述的研磨垫，其中每一该第一定向纤维及/或第二定向纤维贯穿该基底层。
5.如权利要求1所述的研磨垫，其中该基底层还包含第二高分子弹性体，该第二高分子弹性体构成该基底层的一表面，且该限制层构成该基底层的另一表面。
6.如权利要求1所述的研磨垫，其中该基底层还包含第二高分子弹性体，其中该限制层夹置于该第二高分子弹性体内。
7.一种研磨装置，其包含：
研磨盘；
基材；
如权利要求1至6任何一项所述的研磨垫，其黏附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及
研磨浆液，其接触该基材，以进行研磨。
8.一种制造如权利要求1至6任何一项所述的研磨垫的方法，其中该基底层由包含下列步骤的方法所提供：
(a)提供一限制层，其包含多个第一定向纤维、多个第二定向纤维及多个第三定向纤维，该多个第一定向纤维与该多个第二定向纤维位于同一层状结构内且彼此交叉编织，其中所有该第一定向纤维都完全以一第一方向排列，所有该第二定向纤维都完全以一第二方向排列，所有该第三定向纤维都完全以一第三方向排列，该第一方向、该第二方向及该第三方向平行该限制层的上表面，且该第一方向与第二方向相交，且该第三定向纤维与第一定向纤维及第二定向纤维相交；及
(b)含浸该限制层于一包含第一高分子弹性体的溶液内，使该第一高分子弹性体填充于该限制层。
9.如权利要求8所述的方法，其中步骤(a)将该第一定向纤维、第二定向纤维及第三定向纤维以叠棉、编织或针轧，使其相交，以构成该限制层。
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