CN108274387A - 研磨垫及研磨装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种研磨垫及研磨装置。该研磨垫包含一研磨层、一弹性基底层及一黏合剂，用于将该弹性基底层黏合至该研磨层，其中该弹性基底层的压缩率大于该研磨层的压缩率。本发明也提供一种研磨装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种研磨垫及研磨装置。
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。该待研磨基材是诸如半导体、存储介质基材、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，为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，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。
为使研磨可顺利进行，研磨垫必须兼顾硬度及可压缩性，中国台湾专利公开第200538234号揭示一种兼具硬度与可压缩性的单层研磨垫及其制造方法，其利用发泡成型的发泡塑胶及切割方式以制造研磨垫，使研磨垫的研磨面的密度与固定支撑面的密度不同。此现有研磨垫的制造方法为将树脂灌入一圆形铸模筒中，待冷却凝固后再予以切片制得，其所包含的独立气泡结构常被用在高平坦化研磨，具有较大的硬度且耐磨。然而，制造此现有研磨垫时，不易控制使研磨面与固定支撑面的密度不同，再经切片后，会使该研磨垫的切片面的孔洞大小不一更为明显。此外，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。
另一方面，业界也习用一不织布型研磨垫，其包括多条纤维及一树脂。该研磨垫的制造方法为使用丝绒或仿麂皮等的纤维与树脂的复合材料，该多个纤维可利用针扎或疏棉、叠棉等不织布制作工艺所制得，所制得的纤维彼此交缠，将该多个纤维所形成的不织布含浸于热可塑性聚胺基甲酸酯树脂并使其湿式凝固而成的压缩变形性大且较柔软的薄片。然而此不织布型研磨垫其的柔软性容易导致研磨面平坦化性能不好，再者，此研磨垫的硬度并不足，并不适合于粗研磨，且其使用寿命不长。
为克服前述现有研磨垫的缺点，业界开发一复合式研磨垫，其包含一研磨层及一缓冲层，该研磨层为发泡塑胶，该缓冲层以不织布或不织布含浸树脂为主体，期望包含不织布的缓冲层较研磨层可具有较佳的压缩率及回复率。然而，不织布的制造上不易控制其厚度的均匀度，故使用以不织布为主体的缓冲层，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缓冲层的各区域密度不同，进而产生不同的压缩率，其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。且不织布的纤维于研磨过程中会吸收研磨浆液中的水分，而使研磨效率降低，并同时造成研磨层与缓冲层间的贴合不牢。此外，随着业界对化学研磨的要求日益严格，使用以不织布为主体的缓冲层所能提供的压缩率已不足以承受研磨过程中的压力，且针对具有曲面或非平坦表面的待研磨基材的研磨，由于缓冲效果的不足，此复合式现有研磨垫需进行多次多方向的研磨，造成良率降低，且也因研磨垫整体硬度较高，不易进入待研磨基材的凹陷处进行研磨。
因此，本领域中亟需开发一研磨垫，以克服前述现有各研磨垫的缺点，以提高研磨效果。
发明内容
本发明的目的在于提供特殊的弹性基底层，通过特殊孔洞的设计可提供高压缩性，且使研磨层可与待研磨基材紧密贴合，以增加待研磨基材表面平坦度，并适于研磨具有曲面的待研磨基材。
为达上述目的，本发明提供一种研磨垫，其包含：
一研磨层，包含第一高分子弹性体及多个第一孔洞；
一弹性基底层，包含第二高分子弹性体及多个第二孔洞，该多个第二孔洞为圆柱状孔洞，且该圆柱状孔洞包含一底部及一顶部，其中该底部为封闭且该顶部开放于该弹性基底层表面，且该底部的直径大于该顶部的直径；及
一黏合剂，用于将该弹性基底层黏合至该研磨层；
其中该弹性基底层的压缩率大于该研磨层的压缩率。
本发明也提供一种研磨待研磨基材的方法，其包含使用前述的研磨垫研磨该待研磨基材的一表面。
本发明再提供一种研磨装置，其包含：
一研磨盘；
一待研磨基材；
一前述的研磨垫，其黏附于该研磨盘上，并用以研磨该待研磨基材；及
一研磨浆液，其接触该待研磨基材，以进行研磨。
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研磨垫剖面的穿透式电子显微镜观察图；及
图3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
2 本发明研磨垫
3 本发明研磨装置
21 研磨层
22 弹性基底层
23 黏合剂
31 压力板
32 吸附垫片
33 基材
34 研磨盘
35 研磨垫
36 研磨浆液
211 第一高分子弹性体
212 第一孔洞
221 第二高分子弹性体
222 第二孔洞
具体实施方式
本发明提供一种研磨垫，其包含：
一研磨层，包含第一高分子弹性体及多个第一孔洞；
一弹性基底层，包含第二高分子弹性体及多个第二孔洞，该多个第二孔洞为圆柱状孔洞，且该圆柱状孔洞包含一底部及一顶部，其中该底部为封闭且该顶部开放于该弹性基底层表面，且该底部的直径大于该顶部的直径；及
一黏合剂，用于将该弹性基底层黏合至该研磨层；
其中该弹性基底层的压缩率大于该研磨层的压缩率。
根据本发明的「研磨垫」指化学机械研磨制作工艺中，用以抵住一待研磨基材之垫，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。
根据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，参看图2，其是本发明研磨垫2剖面的穿透式电子显微镜观察图，其包含一研磨层21，且该研磨层21包含第一高分子弹性体211及多个第一孔洞212。
本发明所言的「弹性体」乙词指展现类似橡胶品质的一聚合物种类。当研磨时，该弹性体可同时具有研磨的效果且避免刮伤待研磨物表面。较佳地，该弹性体为发泡树脂。本发明所言的「发泡树脂」乙词指含有热塑树脂及热分解发泡剂的材料。
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。
在本发明的较佳具体实施例中，该第一高分子弹性体为聚胺酯、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、其混合物或其掺合物。
在本发明的一较佳具体实施例中，该多个第一孔洞为该第一高分子弹性体所形成的孔洞；该多个第一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，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；本发明所言的「独立型孔洞」指彼此为独立不连通的孔洞，通常具有圆形或椭圆形的剖面，而为球状或卵状孔洞，其具有较大的硬度，而具高移除效率。
较佳地，如图2所示，该多个第一孔洞212彼此为独立不连通的独立型孔洞；再者，该多个第一孔洞212较佳为球状或卵状孔洞。另一方面，在本发明的较佳实施例中，该多个第一孔洞具有自约2μm至约250μm的孔直径；更佳为自约27μm至约177μm的孔直径；尤佳为自约52μm至约127μm的孔直径。
另一方面，该研磨层的硬度较佳为约SHORE D 40至约SHORE D 60；更佳为约SHORED 44至约SHORE D 56；尤佳为约SHORE D 48至约SHORE D 52。
在本发明的一具体实施例中，该研磨层另包含一不织布，其可提供于该第一高分子弹性体的下方或上方，或使该第一高分子弹性体含浸该不织布而形成该研磨层。
本文中使用「不织布」乙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。
本发明所属技术领域中熟悉此技术者可根据本发明的揭示内容来选择适合种类的纤维。本文中使用的「纤维」乙词指单纤维或复合纤维，较佳地指复合纤维。较佳地，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。
在本发明的一具体实施例中，该多个第一孔洞为不织布纤维间的孔洞；在本发明的再一具体实施例中，该多个第一孔洞由第一高分子弹性体与纤维共同形成。
在本发明的一较佳具体实施例中，该研磨层另包含多个研磨粒子，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第一高分子弹性体的结构骨架部分，也可位于孔洞内。较佳地，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。
在本发明的另一较佳具体实施例中，该研磨层另包含至少一沟槽，其位于该研磨层的表面，本发明所属技术领域中熟悉此技术者根据说明书的揭示内容可选择适当的加工方式于该研磨层的表面形成沟槽，例如使用激光加工。该沟槽当于研磨过程中可帮助研磨液流动，较佳地，该沟距与沟宽比为1至0.05。
参看图2本发明研磨垫2剖面的穿透式电子显微镜观察图，其包含一弹性基底层22，包含第二高分子弹性体221及多个第二孔洞222。
在本发明的较佳具体实施例中，该第二高分子弹性体为聚胺酯、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、其混合物或其掺合物。根据本发明的该第高分子一弹性体与该第二高分子弹性体的种类可为相同或不同。
在本发明的一具体实施例中，当该第一高分子弹性体与该第二高分子弹性体的种类为相同时，该多个第一孔洞的总体积小于该多个第二孔洞的总体积，而使该弹性基底层的压缩率大于该研磨层的压缩率。在本发明的另一具体实施例中，当该第一高分子弹性体与该第二高分子弹性体的种类为不同时，该多个第一孔洞的总体积小于该多个第二孔洞的总体积，或是该第一高分子弹性体的压缩率小于该第二高分子弹性体的压缩率，而使该弹性基底层的压缩率大于该研磨层的压缩率。
参看图2，根据本发明的该多个第二孔洞222为圆柱状孔洞，且该圆柱状孔洞包含一底部及一顶部，其中该底部为封闭且该顶部开放于该弹性基底层22表面，且该底部的直径大于该顶部的直径。较佳地，该多个第二孔洞为独立不连通的孔洞。
在本发明的一较佳具体实施例中，该多个第二孔洞排列为一第二孔洞层，且该弹性基底层包含多个第二孔洞层，两第二孔洞层间以该第二高分子弹性体区分。
虽不愿为理论所限制，但咸信此圆柱状孔洞的设计可使该弹性基底层沿垂直方向的压缩率大于沿水平方向的压缩率，以可吸收研磨过程中来自研磨盘及压力板所施加的垂直方向压力，且可提供较研磨层为大的压缩率；另一方面，该多个圆柱状孔洞的底部及顶部的设计可同时使该弹性基底层具有足够的支撑力，且当以该黏合剂黏合时，使该弹性基底层与该研磨层间具有足够的接触面以提高黏着度，防止研磨过程中研磨层与弹性基底层因黏合不佳而分离。此外，由于该弹性基底层提供了良好的压缩率、支撑力及黏着度，故可进入待研磨基材的凹陷处，而提高待研磨基材的表面平坦度，更适于研磨具有曲面的待研磨基材，无须如现有研磨垫于研磨具有曲面的待研磨基材时，需采多次多方向研磨，而可运用所具有的良好压缩率，研磨具有曲面的待研磨基材。
在本发明的一较佳具体实施例中，该多个圆柱状的多个第二孔洞沿垂直方向的高度为约400μm至约1100μm；更佳为约550μm至约950μm；尤佳为约650μm至约850μm。
在本发明的一较佳具体实施例中，该弹性基底层的压缩率为约30％至约65％；更佳为约35％至约60％；尤佳为约45％至约55％。
参看图2，根据本发明的黏合剂23用于将该弹性基底层黏合至该研磨层，较佳地，该黏合剂选自由感压胶、一液型糊剂、二液型糊剂、压克力树脂及环氧树脂所组成之群。感压胶通常包含一载体膜，该载体膜包括(例如)聚酯，且在载体膜的上侧及下侧上具有具流动性的黏合层。一液型糊剂指包含高分子量弹性体充当黏接剂的糊剂，较佳地是包含聚胺酯，一液型糊剂包含油改质型涂料及湿气硬化型涂料，其中油改质型涂料采用天然油脂与二甘油脂等改质多醇类(polyol)与甲苯二对氰酸(toluene diisocyanate，TDI)反应而成；湿气硬化型糊剂含有氢氧基的聚酯类(polyester)与聚醚类(polyether)，通过过量的NCO基(NCO/OH>1)与甲苯二对氰酸、二苯基甲烷二异氰酸酯(diphenylmethane diisocyanate，MDI)、己二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate，HMDI)等的氢氧基反应，形成末端含有异氰酸酯(isocyanate)基的预聚合体，此官能基可与空气中的湿气产生胺类(amine)形成尿素结合，和双缩尿素(biuret)成为硬化涂膜。二液型糊剂指包含彼此相互作用或交联以实现黏合作用的两种成分的糊剂，较佳地是包含一弹性体及聚异氰酸酯，包含有触媒硬化型，其主要是由聚乙二醇(polyethylene glycol)、聚丙二醇(polypropylene glycol)或多元醇(polyol)的酯化交换的单二酸甘油脂(mono diglyceride)的混合体与三级胺及金属盐类等触媒反应使其硬化；多元醇硬化型PU涂料是由异氰酸酯预聚合物(isocyanateprepolymer)、聚醇类(polyol-ester)或聚醚类(polyether)，以及含有OH-的压克力树脂等多元醇的OH-反应形成。压克力树脂包含常温硬化型及加热硬化干燥型；其中常温硬化型主要为压克力树脂单体，加热硬化干燥型则是以压克力树脂聚合物为基本构造，在其中导入活性反应基，当加热时该树脂单独或与含有反应基的树脂以及交联剂反应形成三次元的网状结构。环氧树脂可通过加入交联剂，形成三次元结构。
在本发明的一具体实施例中，该研磨层及该弹性基底层是分别制得，再以该黏合剂黏合。将弹性基底层黏合至研磨层的方式根据黏合剂的形式而变化。用于将弹性基底层黏合至研磨层的黏合剂较佳地是通过涂覆、转写、印刷或刮擦在该弹性基底层或该研磨层的一表面上，较佳地是将该黏合层涂覆在该弹性基底层或该研磨层的一表面上。
在本发明的一较佳具体实施例中，该研磨垫另包含一具低渗透率之膜，该具低渗透率之膜接触该弹性基底层相对该研磨层的另一表面。如本文中所使用，术语「具低渗透率之膜」指一膜或薄膜，其大体上防止本发明的具低渗透率之膜的上表面上的第二高分子弹性体渗透至具低渗透率之膜的下表面。较佳地，具低渗透率之膜的材料选自由以下各物组成之群：聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚碳酸酯，及聚乙烯。此外，聚丙烯较佳为定向聚丙烯。
在本发明的一较佳具体实施例中，该研磨垫另包含一糊状层，该糊状层接触于该具低渗透率之膜相对该弹性基底层的另一表面。该糊状层形成于该具低渗透率之膜的下表面上。更佳地，该糊状层为压敏性黏接剂或聚胺基甲酸酯。
本发明也提供一种研磨待研磨基材的方法，其包含使用前述的研磨垫研磨该待研磨基材的一表面。较佳地，其中该待研磨基材的该表面为一曲面。
本发明也提供一种研磨装置，其中包含：
一待研磨基材；
一研磨垫，其黏附于该研磨盘上，并用以研磨该待研磨基材；及
一研磨浆液，其接触该待研磨基材，以进行研磨；
较佳地，该研磨装置另包含：
一压力板，其设置相对于该研磨盘；及
一吸附垫片，其黏附于该压力板上，用以吸附且固定该待研磨基材。
参考图3，为具有本发明研磨垫的研磨装置的示意图。该研磨装置3包括一压力板31、一吸附垫片32、一待研磨基材33、一研磨盘34、一研磨垫35及一研磨浆液36。该压力板31相对于该研磨盘34。该吸附垫片32利用一背胶层(图中未示)黏附于该压力板31上，且该吸附垫片32用以吸附且固定该待研磨基材33。该研磨垫35固定于该研磨盘34，且面向该压力板31，用以对该待研磨基材33进行研磨。
该研磨装置3的作动方式如下。首先将该待研磨基材33置于该吸附垫片32上，且该待研磨基材33被该吸附垫片32吸住。接着，该研磨盘34及该压力板31以相反方向旋转，且同时将该压力板31向下移动，使该研磨垫35接触到该待研磨基材33的表面，通过不断补充该研磨浆液36以及该研磨垫35的作用，可对该待研磨基材33进行研磨作业。
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熟悉此技术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 (11)
1.一种研磨垫，其包含：
研磨层，包含第一高分子弹性体及多个第一孔洞；
弹性基底层，包含第二高分子弹性体及多个第二孔洞，该多个第二孔洞为圆柱状孔洞，且该圆柱状孔洞包含一底部及一顶部，其中该底部为封闭且该顶部开放于该弹性基底层表面，且该底部的直径大于该顶部的直径；及
黏合剂，用于将该弹性基底层黏合至该研磨层；
其中该弹性基底层的压缩率大于该研磨层的压缩率。
2.根据权利要求1所述的研磨垫，其中该多个第一孔洞或该多个第二孔洞彼此为独立不连通。
3.根据权利要求1所述的研磨垫，其中该多个第一孔洞为球状或卵状孔洞。
4.根据权利要求1所述的研磨垫，其中该研磨层另包含一不织布。
5.根据权利要求1所述的研磨垫，其中该多个第二孔洞排列为一第二孔洞层，且该弹性基底层包含多个第二孔洞层。
6.根据权利要求1所述的研磨垫，其另包含一具低渗透率之膜，该具低渗透率之膜接触该弹性基底层相对该研磨层的另一表面。
7.根据权利要求6所述的研磨垫，其另包含糊状层，该糊状层接触于该具低渗透率之膜相对该弹性基底层的另一表面。
8.一种研磨待研磨基材的方法，其包含使用根据权利要求1至7任何一项的研磨垫研磨该待研磨基材的一表面。
9.根据权利要求8所述的方法，其中该待研磨基材的该表面为一曲面。
10.一种研磨装置，其包含：
研磨盘；
待研磨基材；
根据权利要求1至7任何一项所述的研磨垫，其黏附于该研磨盘上，并用以研磨该待研磨基材；及
研磨浆液，其接触该待研磨基材，以进行研磨。
11.根据权利要求10所述的研磨装置，其中该待研磨基材包含一曲面。
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