CN115087519A - 晶片抛光装置用抛光垫以及用于制造其的设备和方法 - Google Patents

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CN115087519A CN202080095684.1A CN202080095684A CN115087519A CN 115087519 A CN115087519 A CN 115087519A CN 202080095684 A CN202080095684 A CN 202080095684A CN 115087519 A CN115087519 A CN 115087519A
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Abstract

本发明提供了一种制造抛光垫的方法，所述方法包括：用于制造非织造垫的步骤；用聚氨酯浸渍非织造垫的聚氨酯浸渍步骤；以及对用聚氨酯浸渍的非织造垫的表面进行抛光的表面抛光步骤，其中实施聚氨酯浸渍步骤和表面抛光步骤，使得表面层和抛光垫内部之间的密度比均匀。

Description

晶片抛光装置用抛光垫以及用于制造其的设备和方法
技术领域
一些实施方式涉及晶片(wafer)抛光设备，更具体地涉及用于晶片抛光设备的抛光垫。
背景技术
通常，使用可以丘克拉斯基法(Czochralski method)生长并制造单晶硅锭。该方法是一种在腔室中的坩埚内熔化多晶硅、将晶种(单晶)浸泡在熔化的硅中并缓慢提升晶种以生长为具有所需直径的单晶硅锭(以下称为锭)的方法。
单晶硅晶片制造工艺包括使用上述方法形成锭的单晶生长工艺、对锭进行切片以获得薄的圆盘形晶片的切片工艺、对通过切片工艺获得的晶片边缘进行研磨以防止晶片破裂或变形的边缘研磨(grind)工艺、去除晶片上残留的机械加工造成的损坏以提高晶片的平整度的精研(lap)工艺、对晶片进行抛光的抛光工艺以及从抛光的晶片上去除抛光剂和异物的清洁工艺。
在晶片抛光工艺中，其中，晶片的两个表面可以使用双侧抛光(DSP)设备同时进行抛光。
图1是常规晶片抛光设备的透视图。
如图1所示，常规晶片抛光设备100包括上表面板110、下表面板120、上部垫(或上部抛光垫)130、下部垫(或下部抛光垫)140、载体150、太阳齿轮160、内齿轮170和中央轴180。
设置上表面板110和下表面板120以使得在面对彼此时是可旋转的。
上部垫130设置在上表面板110下方，下部垫140设置在下表面板120上方。在上表面板110和下表面板120内侧，上部垫和下部垫130和140设置成彼此面对以对晶片W进行抛光。
上表面板110和下表面板120可以各自具有圆盘形，并且上部垫和下部垫130和140分别附着至上表面板110和下表面板120，也可以具有圆盘形。
太阳齿轮160安装在中央轴180的外圆周处，并且内齿轮170安装在下表面板120的外圆周处。内齿轮170可以沿与太阳齿轮160旋转方向相反的方向旋转。
载体150设置在上部垫130和下部垫140之间，并且可以通过太阳齿轮160和内齿轮170的旋转而旋转。此外，载体150具有插入孔和浆料孔，晶片W可以插入该插入孔中，浆料可以通过该浆料孔引入。载体150可以以圆盘形状形成，所述圆盘具有形成在其外圆周表面上的螺钉。
太阳齿轮160的外圆周表面处形成的齿状物和内齿轮170的内圆周表面处形成的齿状物与载体150的外圆周表面处形成的齿状物啮合。当上表面板110和下表面板120通过驱动源(未显示)围绕中央轴180旋转，因此，载体150进行自转和公转。
虽然未显示，但是多个浆料供应孔190可以穿过上表面板110形成，在浆料供应孔中安装了构造成从上表面板110上方供应浆料的喷嘴。
在具有上述构造的常规晶片抛光设备100中，当晶片W插入安装在上表面板110和下表面板120之间的载体150的插入孔中并落座于该插入孔中时，晶片W与分别附着至上表面板110和下表面板120的上部垫和下部垫130和140之间发生摩擦。此时，安装在载体150中的多个晶片W的两个表面由从上表面板110和抛光垫130和140上方的向内供应的浆料以间歇方式进行抛光。也就是说，由于摩擦，可以通过上表面板110的上部垫130和下表面板120的下部垫140以相反方向旋转来进行对晶片W的抛光。
然而，出现了光滑化(glazing)，其中由于抛光垫130和140与晶片W之间的频繁摩擦，抛光垫130和140的多孔表面发生变化，并且抛光垫的表面层被浆料和抛光副产物封闭。该光滑化降低了抛光垫130和140的摩擦系数，从而降低了晶片抛光质量。
发明内容
技术问题一些实施方式提供了一种晶片抛光设备用抛光垫，其能够在晶片抛光工艺期间防止光滑化，从而改进晶片的平整度；并且提供了用于制造其的设备和方法。
技术方案
一个实施方式提供了抛光垫制造方法，所述方法包括：制造非织造织物的步骤；用聚氨酯浸渍非织造织物的聚氨酯浸渍步骤；以及对用聚氨酯浸渍的非织造织物的表面进行精加工的表面精加工步骤，其中，实施聚氨酯浸渍步骤和表面精加工步骤，以使表面层和抛光垫内部之间的密度比均匀。
聚氨酯浸渍步骤可以包括：对非织造织物进行预处理的预处理步骤；去除非织造织物中水分的第一干燥步骤；用聚氨酯浸渍非织造织物的浸渍步骤；对通过浸渍包含在非织造织物中的聚氨酯进行干燥的第二干燥步骤；以及对用聚氨酯浸渍的非织造织物进行压制的压制工艺。
在浸渍步骤中，聚氨酯浸渍工艺可以实施至少两次。
浸渍步骤可以包括：用亲水性聚氨酯浸渍非织造织物的第一浸渍工艺；以及用疏水性聚氨酯浸渍非织造织物的第二浸渍工艺。
在表面精加工步骤中，可以进行磨光，以使抛光垫表面层中含有聚氨酯的多孔层与不含聚氨酯的多孔层的密度之比为1:1。
非织造织物的厚度可以为4mm至6mm，并且，通过磨光去除的非织造织物的厚度可以为2.5mm至3.5mm。
抛光垫的总密度可以为0.44g/cm3至0.55g/cm3。
另一实施方式提供了一种制造晶片抛光设备用抛光垫的设备，所述设备包括：非织造织物制造单元，其构造成制造非织造织物；聚氨酯浸渍单元，其构造成用聚氨酯浸渍非织造织物；以及表面精加工单元，其构造成对用聚氨酯浸渍的非织造织物的表面进行精加工，其中，聚氨酯浸渍单元包括：第一聚氨酯水箱，其构造成容纳亲水性聚氨酯；以及第二聚氨酯水箱，其构造成容纳用于浸渍的疏水性聚氨酯。
表面精加工单元可以进行磨光，以使抛光垫表面层中含有聚氨酯的多孔层与不含聚氨酯的多孔层的密度之比为1:1。
非织造织物的厚度可以为4mm至6mm，并且，通过磨光去除的非织造织物的厚度可以为2.5mm至3.5mm。
另一实施方式提供了使用制造方法或设备制造的晶片抛光设备用抛光垫。
有益效果
根据实施方式的晶片抛光设备用抛光垫以及用于制造该抛光垫的设备和方法具有以下效果：使通过浸渍提供在抛光垫表面层上的聚氨酯的密度均衡，由此可以防止晶片抛光工艺期间的光滑化，因此可以改进晶片的平整度。
此外，根据实施方式的抛光垫具有保持抛光垫表面层高粗糙度的效果，由此可以抑制去除率由于垫使用时间增加而降低的常规现象，因此增加了抛光垫的寿命。
附图说明
图1是常规晶片抛光设备的透视图。
图2是显示根据一个实施方式的晶片抛光垫制造设备的构造的示意图。
图3是显示根据一个实施方式的晶片抛光垫制造方法的流程图。
图4和图5是显示根据图3的制造方法来制造抛光垫的过程的工艺图
图6是含有聚氨酯的抛光垫在磨光(a)前和磨光(b)后的剖面图。
图7是显示根据实施例的抛光垫和根据比较例的抛光垫的密度与其厚度的曲线图。
图8是显示图7的抛光垫在厚度100μm处的故障状态的CT图像。
具体实施方式
在下文中，参考附图，通过实施方式的说明将对实施方式进行清楚公开。在实施方式的以下描述中，应理解，当元件[如层(膜)、区域、图案或结构]被称为在另一元件(如，基材、层(膜)、区域、垫或图案)“之上”或“之下”时，其可以“直接”在另一元件之上或之下，或者可以“间接”形成以使得还存在中间元件。术语如“之上”或“之下”基于附图进行描述。
在附图中，为了方便地进行说明且清楚，各元件的尺寸可能夸大、省略、概略显示。此外，各元件的尺寸不会完整反映其实际尺寸。此外，在整个附图描述中，相同的附图标记表示相同的元件。在下文中，将参考附图对实施方式进行描述。
图2是显示根据一个实施方式的晶片抛光垫制造设备的构造的示意图；
图3是显示根据一个实施方式的晶片抛光垫制造方法的流程图；图4和图5是显示根据图3的制造方法来制造抛光垫的过程的工艺图；并且图6是含有聚氨酯的抛光垫在磨光(a)前和磨光(b)后的剖面图。
如图2所示，根据该实施方式的晶片抛光垫制造设备可以包括非织造织物制造单元1、聚氨酯浸渍单元2、表面精加工单元3和胶带粘贴和切割单元4。
此处，单元1、2、3和4各自可以是一系列装置的组合，并且单元1、2、3和4各自可以构成单个连接制造路线。
非织造织物制造单元1包括构造成制造非织造织物的一系列装置，所述非织造织物是用于抛光垫的主要材料。例如，如图4所示，非织造织物制造单元1可以包括：构造成供应纤维束C的供应单元10、构造成对纤维束C进行压制的压制单元20、以及构造成进行针刺工艺的粘结单元30和冲孔单元40。
聚氨酯浸渍单元2包括构造成用聚氨酯浸渍非织造织物的一系列装置，从而用聚氨酯涂覆非织造织物。例如，如图4所示，聚氨酯浸渍单元2可以包括预处理水箱50、第一干燥单元60、第一聚氨酯水箱70、第二聚氨酯水箱80、第二干燥单元100和压辊110。
表面精加工单元3包括构造成从用聚氨酯浸渍的非织造织物中去除表面层部分的一系列装置。例如，如图5所示，表面精加工单元3可以包括用于磨光的砂纸120。
胶带粘贴和切割单元4包括构造成将双面胶带T粘结至磨光的抛光垫的一个表面上并以圆形垫形式切割抛光垫的一系列装置。
例如，如图5所示，胶带粘贴和切割单元4可以包括切割单元130、胶带粘贴单元140、压制单元150、形状切割单元160和包装检查单位170。
在下文中，将详细描述一种抛光垫制造方法，其使用根据实施方式的包括上述构造的晶片抛光垫制造设备进行。
如图3所示，根据一个实施方式的晶片抛光设备用抛光垫(下文中称为抛光垫)可以使用抛光垫制造方法进行制造，所述方法包括：非织造织物制造步骤(S100)、聚氨酯浸渍步骤(S200)、表面精加工步骤(S300)、胶带粘贴和切割步骤(S400)和抛光垫安装步骤(S500)。
1)非织造织物制造步骤(S100)
根据该实施方式的抛光垫开始以垫形式进行制造，同时实施非织造织物制造步骤。非织造织物是未使用织机织造的织物。由于纤维以织物形式直接组合，非织造织物也可以称为粘结织物。此处，可以选择聚酯、粘胶人造丝、尼龙、聚丙烯、棉花、大麻、羊毛、石棉、玻璃纤维或乙酸酯作为纤维。
非织造织物使用干法成网非织造织物制造方法(其不使用水)或湿法成网非织造织物制造方法(其使用水)来制造。在根据该实施方式的非织造织物制造步骤(S100)中，可以使用干法成网非织造织物制造方法。
更具体地，在非织造织物制造步骤(S100)中，i)供应单元10为压制单元20供应纤维束C，ii)压制单元20将所供应的纤维束C压制成网状物(铺得很薄的纤维)W，并且iii)粘结单元30和穿孔单元40使用针对网状物(W)进行穿孔以制造非织造织物F，如图4(1)中所示。实施聚氨酯浸渍步骤(S200)以提供制造的非织造织物F，所述非织造织物F具有抛光垫Pad所需物理性能。
2)聚氨酯浸渍步骤(S200)
聚氨酯浸渍步骤(S200)包括如下工艺：将步骤1)(S100)中所制造的非织造织物F浸泡在聚氨酯水箱70中，从而用聚氨酯浸渍预定时间。多个孔(即多孔层)不仅存在于非织造织物F的表面，而且还存在于非织造织物F的内部。聚氨酯PU可以渗透非织造织物F的多孔层以提供抛光垫Pad所需物理性能。
聚氨酯PU是多元醇和异氰酸酯结合结果产生的化合物。也就是说，聚氨酯是在聚合物链中具有重复结合的氨基甲酸酯的聚合物化合物。该化合物有环氧树脂、聚酯和苯酚(phenol)。
如图4(2)所示，聚氨酯浸渍步骤(S200)可以包括：i)预处理工艺、ii)第一干燥工艺、iii)浸渍工艺、iv)第二干燥工艺和v)压制工艺。
预处理和干燥工艺在聚氨酯(PU)浸渍之前进行，以使聚氨酯(PU)浸渍工艺顺利进行。预处理工艺可以包括将非织造织物F浸泡在预处理水箱50中的工艺，预处理水箱中含有清洗溶液或化学品。步骤1)(S100)中制造的非织造织物F可以通过辊R移动至预处理水箱50中。在预处理工艺后，非织造织物F可以通过辊R移动至第一干燥工艺。
第一干燥工艺可以是去除浸泡在清洗溶液或化学品中的非织造织物F的水分的工艺。例如，第一干燥工艺可以通过第一干燥单元60进行，其能够使用加热器或风扇使清洁溶液或化学品蒸发。
浸渍工艺是将非织造织物F浸泡在聚氨酯水箱70中的工艺，聚氨酯水箱中含有聚氨酯PU。聚氨酯PU通过混合两种或更多种的液体来制造的，其性能取决于作为反应物的异氰酸酯和多元醇的种类。多元醇中所含的长联合体(long combination)有助于形成软弹性聚合物，而大型联合体(huge-amount combination)有助于形成硬聚合物。当保持长度对应于两种联合体之间的中间程度时，可以实现高弹性和中等刚性。也就是说，当制造聚氨酯PU时，可以调整作为其组分的软链段和硬链段之间的比率，以获得适合使用的弹性和柔软度。当软链段的百分比较高时，获得了较低的硬度和较高的弹性。
在聚氨酯(PU)浸渍工艺中，可以控制条件以改变非织造织物F中所含聚氨酯PU的质量、体积和厚度。此处，条件可以是浸渍时间、聚氨酯PU浓度、浸渍次数和非织造织物F的移动速度。
在该实施方式中，抛光垫Pad内部内和表面处的聚氨酯(PU)的密度可以进行均衡，由此可以改进透气性，并且因此可以修复光滑化。为此，可在聚氨酯浸渍工艺中包括以下至少一个均衡条件。
首先，在聚氨酯浸渍工艺中，可以将含有聚氨酯PU的非织造织物F主要浸泡在第二聚氨酯水箱80中。也就是说，聚氨酯浸渍工艺可以实施至少两次。此外，含有聚氨酯PU的非织造织物F可以进一步浸泡在第三聚氨酯水箱90或清洁箱90中，从而用聚氨酯进行进一步浸渍或根据需要进行清洁。
此处，第一聚氨酯水箱70和第二聚氨酯水箱80中的聚氨酯可以是疏水性的。也就是说，聚氨酯可能不会与水结合。
此外，第一聚氨酯水箱70可以填充有亲水性聚氨酯，并且第二聚氨酯水箱80可以填充有疏水性聚氨酯。当第一聚氨酯水箱70中的聚氨酯是亲水性的，则当非织造织物用聚氨酯浸渍时，该聚氨酯可以比疏水性聚氨酯更顺利地从表面移动到非织造织物F的内部。
其次，用聚氨酯浸渍的非织造织物可以制造成是厚的。例如，聚氨酯浸渍步骤(S200)可以在以非织造织物制造步骤(S100)制造的厚度5mm的非织造织物上进行(常规非织造织物的厚度为2.3mm)。在将会在下文中进行描述的表面精加工步骤(S300)中，磨光厚度因此可比常规非织造织物增加2.7mm。
也就是说，在该实施方式中，非织造织物的厚度可以为4mm至6mm，在磨光时去除的非织造织物厚度可以为2.5mm至3.5mm。
随后，可以实施第二干燥工艺。例如，第二干燥工艺可以通过第二干燥单元100进行，其能够使用加热器或风扇使聚氨酯干燥。
随后，含有聚氨酯PU的非织造织物UF行进通过压制辊110以进行压制，由此使聚氨酯PU甚至深深渗透到非织造织物UF的内部。
3)表面精加工步骤(S300)
在聚氨酯浸渍步骤(S200)之后，在非织造织物UF上实施表面精加工步骤(S300)。在表面精加工步骤(S300)中，非织造织物UF使用砂纸进行砂磨或磨光，以去除非织造织物UF表面和底部的异物。而且，在表面精加工步骤(S300)中，抛光垫的厚度和抛光垫的表面孔隙率可以进行调整。
如图6(a)所示，抛光垫Pad的聚氨酯(PU)浸渍密度在抛光垫表面层部分处较高，并且向着抛光垫内部逐步降低。由于抛光垫Pad表面处的聚氨酯(PU)密度较高，因此，在晶片抛光时引入抛光垫Pad表面处的浆料不会移动到抛光垫内部。结果，在浆料附着至抛光垫表面的状态下发生光滑化。
为了解决该问题，在表面精加工步骤(S300)中，可以通过使用砂纸120进行磨光去除部分表面使表面层中的孔隙P进一步暴露，如图5(3)和图6(b)所示。因此，可以提高用聚氨酯PU浸渍的抛光垫Pad的表面层部分与未用聚氨酯浸渍的抛光垫内部的份额之比，从而可以使得浆料移动到抛光垫Pad的内部中，因此，浆料可能不会粘附到抛光垫的表面。
抛光垫Pad的总密度可为0.44g/cm3至0.55g/cm3，抛光垫Pad的压缩率可为1.9至2.0％，并且抛光垫Pad的硬度可为88Asker C。亦即，即使调整了抛光垫Pad表面层部分中的聚氨酯(PU)浸渍密度，也可以满足抛光垫Pad所需的基本物理性能。
4)胶带粘贴和切割步骤(S400)
胶带粘贴和切割步骤(S400)是将双面胶带T附着至用聚氨酯PU浸渍的抛光垫UF的一个表面并以圆形垫形式切割抛光垫的步骤。
更具体地说，在胶带粘贴和切割步骤(S400)中，如图5(4)所示，i)切割单元130将用聚氨酯PU浸渍的抛光垫UF切割成预定长度，ii)胶带粘贴单元140将双面胶带T粘贴到抛光垫UF的一个表面(PSA预粘贴)，iii)压制单元150对双面胶带T进行压制(PAS粘贴，压制)，iv)形状切割单元160通过压制将粘贴有双面胶带T的抛光垫UF切割成预定形状(例如，具有表面板尺寸的圆形形状)，以及v)包装检查单元170对产品进行检查并对产品进行包装(检查、装运)。
5)抛光垫安装步骤(S500)
第四步骤(S400)中包装的抛光垫UF的双面胶带T的一个表面附着至晶片抛光设备的表面板，并且使用浆料实施晶片抛光工艺。
图7是显示根据实施例的抛光垫和根据比较例的抛光垫的密度与其厚度的曲线图。
如图7所示，可以看出，使用上述制造设备和方法制造以具有均匀聚氨酯浸渍率的根据实施例的抛光垫具有与抛光垫(从顶部到底部)的厚度无关的平均密度值。不同的是，根据比较例的抛光垫在构成顶部和底部的表面层部分处具有高密度。
在常规抛光垫(比较例)中，由于抛光垫表面的高密度，抛光工艺期间引入至抛光垫表面的浆料不会移动到抛光垫内部，由此，在浆料附着至抛光垫表面的状态下发生光滑化。
在根据实施例的抛光垫中，垫表面和内部处的密度是均匀的，因此，可以改进浆料移动至抛光垫内部的移动性。
图8是显示图7的抛光垫在厚度100μm处的故障状态的CT图像。
观察到，根据比较例的抛光垫出现形成的光滑化是从从抛光垫表面到深度300μm的内部。也就是说，光滑化的层厚度可以形成为从抛光垫的前部至300μm深度。
如图8所示，由拍摄的实施例和比较例的100μm厚度层中可以看出，比较例具有更大更白的点(光滑化区域)。
在根据实施例的抛光垫中，垫表面和内部处的密度是均匀的，由此浆料被顺利地引入到垫内部中，因此，控制了垫表面层到100μm深度的光滑化区域。
在根据实施方式的晶片抛光设备用抛光垫以及制造其的方法中，使从抛光垫表面暴露的聚氨酯的密度均衡，由此可以防止晶片抛光工艺期间的光滑化，并且因此可以改进晶片的平整度。
而且，在根据实施方式的抛光垫中，保持垫表面层的高粗糙度，由此可以抑制去除率由于垫使用时间增加而降低的常规现象。亦即，可以增加抛光垫的寿命。
上述实施方式中所述的特征、结构和效果包括在至少一个实施方式中，并且并非受限于仅一个实施方式。此外，各实施方式中所示的特征、结构和效果等可以由实施方式所属领域的技术人员与其他实施方式组合或修改。因此，应该理解，该组合和修改落入本公开的范围内。
工业适用性
一些实施方式可应用于晶片抛光设备用抛光垫和用于制造晶片抛光垫的设备和方法。

Claims (11)

1.一种制造晶片抛光设备用抛光垫的方法，所述方法包括：
制造非织造织物的步骤；
用聚氨酯浸渍非织造织物的聚氨酯浸渍步骤；以及
对用聚氨酯浸渍的非织造织物的表面进行精加工的表面精加工步骤，其中，
实施聚氨酯浸渍步骤和表面精加工步骤，以使表面层和抛光垫内部之间的密度比均匀。
2.如权利要求1所述的方法，其中，聚氨酯浸渍步骤包括：
对非织造织物进行预处理的预处理步骤；
去除非织造织物中水分的第一干燥步骤；
用聚氨酯浸渍非织造织物的浸渍步骤；
对通过浸渍包含在非织造织物中的聚氨酯进行干燥的第二干燥步骤；以及
对用聚氨酯浸渍的非织造织物进行压制的压制工艺。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在浸渍步骤中，聚氨酯浸渍工艺进行至少两次。
4.如权利要求3所述的方法，其中，浸渍步骤包括：
用亲水性聚氨酯浸渍非织造织物的第一浸渍工艺；以及
用疏水性聚氨酯浸渍非织造织物的第二浸渍工艺。
5.如权利要求4所述的方法，其中，进行磨光，以使得抛光垫表面层中含有聚氨酯的多孔层与不含聚氨酯的多孔层的密度之比为1:1。
6.如权利要求5所述的方法，其中，
非织造织物的厚度为4mm至6mm，并且，
通过磨光去除的非织造织物的厚度为2.5mm至3.5mm。
7.如权利要求6所述的方法，其中，抛光垫的总密度为0.44至0.55g/cm3。
8.一种制造晶片抛光设备用抛光垫的设备，所述设备包括：
非织造织物制造单元，其构造成制造非织造织物；
聚氨酯浸渍单元，其构造成用聚氨酯浸渍非织造织物；以及
表面精加工单元，其构造成对用聚氨酯浸渍的非织造织物的表面进行精加工，其中，
聚氨酯浸渍单元包括：
第一聚氨酯水箱，其构造成容纳亲水性聚氨酯；以及
第二聚氨酯水箱，其构造成容纳用于浸渍的疏水性聚氨酯。
9.如权利要求8所述的设备，其中，表面精加工单元进行磨光，以使得抛光垫表面层中含有聚氨酯的多孔层与不含聚氨酯的多孔层的密度之比为1:1。
10.如权利要求9所述的设备，其中，
非织造织物的厚度为4mm至6mm，并且，
通过磨光去除的非织造织物的厚度为2.5mm至3.5mm。
11.使用如权利要求1至10中任一项所述的方法或设备制造的晶片抛光设备用抛光垫。
CN202080095684.1A 2020-02-05 2020-05-08 晶片抛光装置用抛光垫以及用于制造其的设备和方法 Withdrawn CN115087519A (zh)

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