CN117601014B - 一种研磨垫及其制备方法 - Google Patents
一种研磨垫及其制备方法Info
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Abstract
本发明提供了一种研磨垫及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将顶层和第一粘合层进行第一贴合，得到初料；(2)将步骤(1)所述的初料与缓冲层进行第二贴合，得到中间料；所述缓冲层的硬度为28‑32SHA；(3)将步骤(2)所述的中间料与和第二粘合层进行第三贴合，得到研磨垫。所述制备方法通过使用低硬度的缓冲层以及层层热压贴合的方式，不仅有效调节了研磨垫的硬度与表面平整度，还解决了现有技术研磨过程中晶圆表面划伤、产生缺陷的问题，从而提高晶圆表面平整度，提升成品良率。
Description
技术领域
本发明属于研磨垫技术领域，涉及一种研磨垫及其制备方法。
背景技术
目前，由于半导体行业的技术发展，晶片表面的平坦化方法愈发引人关注。晶片表面的处理采用化学机械研磨进行处理。在化学机械研磨过程中，晶圆被保持环真空吸附，在一定压力下，以面朝下的方式，与研磨垫/抛光垫表面紧密接触。晶圆研磨后表面平整度是保持环施加的压力与研磨垫的基本物性、表面沟槽形态及分布多者耦合作用的结果。而其中研磨垫的硬度性能是决定晶圆综合品质性能的关键因素之一。高硬度研磨垫会引起晶圆表面划伤、缺陷等一系列问题，从而影响成品良率。
研磨垫主要是由上层垫、热熔粘合层、缓冲垫和压感粘合层这四部分构成。上层垫在晶圆研磨过程中与晶圆直接接触，主要起研磨作用；热熔粘合层主要起粘接上层垫和缓冲垫的作用；缓冲垫起到缓冲来自保持环向下的压力；压感粘合层起到将整个研磨垫与机台固定贴合的作用。目前，行业内普遍通过改进上层垫的合成方法，改善研磨垫整体的抛光效果。
CN114536212A公开了一种微孔热塑性聚氨酯抛光垫及其半连续制备方法，包括如下步骤：(1)将高硬度热塑性聚氨酯和助剂熔融挤出、压延、收卷；(2)对卷材进行高压流体浸渍、低温锁气、低温储存、升温发泡、收卷，得到发泡卷材；(3)将发泡卷材去皮、冲切，得到上层垫；(4)将上层垫磨平、开槽、贴合背胶或贴合缓冲层和背胶，得到微孔热塑性聚氨酯抛光垫；所述高硬度热塑性聚氨酯的硬度为55～85HD；所述上层垫的硬度为25～80HD，厚度为1.3～2.0mm，密度为0.1～1.0g/cm3，泡孔尺寸为1～200μm。所述方法制备的抛光垫具有优良的抛光效果和抛光速率。但上述制备方法复杂，需要控制多个工艺参数，才能选出最优上层垫配方。整体耗费时间较长，总体成本较高，不方便操作。
综上所述，研发一种成本低、工艺简便和低硬度的研磨垫制备方法，避免因研磨垫引起晶圆表面划伤、产生缺陷的问题，从而提高晶圆表面平整度，提升成品良率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨垫及其制备方法，所制得的研磨垫硬度低，同时提高了研磨垫的表面平整度，解决了晶圆在化学抛光过程中，因研磨垫硬度高引起晶圆表面划伤、产生缺陷的问题，从而提高晶圆表面平整度，提升成品良率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种研磨垫的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将顶层和第一粘合层进行第一贴合，得到初料；
(2)将步骤(1)所述的初料与缓冲层进行第二贴合，得到中间料；
所述缓冲层的硬度为28-32SHA，例如可以是28.5SHA、29SHA、29.5SHA、30SHA、30.5SHA、31SHA或31.5SHA等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
(3)将步骤(2)所述的中间料与和第二粘合层进行第三贴合，得到研磨垫。
本发明中，将初料与缓冲层进行第二贴合时，初料的第一粘合层和缓冲层相结合。将中间料与第二粘合层进行第三贴合时，中间料的缓冲层和第二粘合层相结合。
本发明提供的制备方法，通过使用低硬度的缓冲层以及层层热压贴合的方式，有效调节了研磨垫的硬度与表面平整度。所述制备方法制得的研磨垫解决了现有技术研磨过程中晶圆表面划伤、产生缺陷等问题，提高晶圆表面平整度，提升了成品良率。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述顶层(上层垫)的材质为聚氨酯。
值得说明的是，所述顶层、第一粘合层、缓冲层和第二粘合层在贴合前，均进行表面预处理，以保证研磨垫成品的粗糙度等性能达标。
本发明中，所述顶层在进行第一贴合前还包括：采用自动化切割机将顶层表面切出规则窗口。
优选地，步骤(1)所述顶层的厚度为2-3mm，例如可以是2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm或2.9mm等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述顶层的硬度为60-70SHA，例如可以是61SHA、62SHA、63SHA、64SHA、65SHA、66SHA、67SHA、68SHA或69SHA等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第一粘合层为热敏双面胶。
本发明中，所述热敏双面胶为橡胶系热敏双面胶。且本发明对热敏双面胶使用材料不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。
优选地，步骤(1)所述第一粘合层的厚度为50-100μm，例如可以是55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm或95μm等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述第一贴合的温度为85-145℃，例如可以是90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、105℃、120℃、125℃、130℃或140℃等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第一贴合的压力为2-5bar，例如可以是2.2bar、2.5bar、2.7bar、3bar、3.2bar、3.5bar、3.7bar、4bar、4.2bar、4.5bar、4.7bar或4.9bar等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述缓冲层(缓冲垫)的材质为多孔聚氨酯。
优选地，所述多孔聚氨酯的孔径为50-100μm，例如可以是55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm或95μm等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述缓冲层的厚度为0.5-1.1mm，例如可以是0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、1mm或1.05mm等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述第二贴合的温度为85-145℃，例如可以是90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、105℃、120℃、125℃、130℃或140℃等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第二贴合的压力为2-5bar，例如可以是2.2bar、2.5bar、2.7bar、3bar、3.2bar、3.5bar、3.7bar、4bar、4.2bar、4.5bar、4.7bar或4.9bar等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述第二粘合层为压敏双面胶。
本发明中，所述压敏双面胶为橡胶系压敏双面胶。且本发明对压敏双面胶使用材料不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。
优选地，步骤(3)所述第二粘合层的厚度为80-120μm，例如可以是85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm或115μm等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述第三贴合的温度为85-145℃，例如可以是90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、105℃、120℃、125℃、130℃或140℃等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述第三贴合的压力为2-5bar，例如可以是2.2bar、2.5bar、2.7bar、3bar、3.2bar、3.5bar、3.7bar、4bar、4.2bar、4.5bar、4.7bar或4.9bar等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，为了加快生产效率，步骤(1)所述第一贴合、步骤(2)所述第二贴合和步骤(3)所述第三贴合的温度、压力可以为同一数值。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)得到研磨垫后还包括依次进行的切割定型和加工沟槽。
本发明中，通过对研磨垫进行切割定型，使之与研磨机台的尺寸大小相匹配。由于沟槽的存在，研磨垫的研磨率大幅提升。在研磨过程中，当研磨液流入沟槽后，其中颗粒物质二氧化硅可与晶圆充分接触，摩擦去除作用增强，因此研磨率进一步得到提升。
本发明中，制得的研磨垫在出货前需进行吹净包装，吹净过程通过利用高压空气，将研磨垫表面及沟槽内部废屑、毛刺吹净，然后对研磨垫进行定制化包装，以防止在运输过程中，其表面被划伤，被灰尘污染，受潮等问题发生。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将顶层和第一粘合层在温度85-145℃、压力为2-5bar下进行第一贴合，得到初料；
所述顶层的材质为聚氨酯；所述顶层的厚度为2-3mm、硬度为60-70SHA；
所述第一粘合层为热敏双面胶；所述第一粘合层的厚度为50-100μm；
(2)将步骤(1)所述的初料与缓冲层在温度85-145℃、压力为2-5bar下进行第二贴合，得到中间料；
所述缓冲层的材质为多孔聚氨酯；所述缓冲层的厚度为0.5-1.1mm、硬度为28-32SHA；
(3)将步骤(2)所述的中间料与和第二粘合层在温度85-145℃、压力为2-5bar下进行第三贴合，得到研磨垫；
所述第二粘合层为压敏双面胶；所述第二粘合层的厚度为80-120μm。
第二方面，本发明提供一种研磨垫，所述研磨垫采用第一方面所述的制备方法制得。
优选地，所述研磨垫的表面平整度为1-5μm，例如可以是1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm或4.5μm等，但不仅限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，通过采用特定硬度范围的缓冲层制得的研磨垫，降低了研磨垫整体硬度，同时提高了研磨垫的表面平整度。采用本发明提供的研磨垫解决了现有技术研磨过程中晶圆表面划伤、产生缺陷的问题，从而提高晶圆表面平整度，提升成品良率。
本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的制备方法，通过使用低硬度的缓冲层以及层层热压贴合的方式，有效调节了研磨垫的硬度与表面平整度；且所述制备方法成本低、工艺简便，适合于大规模生产；
(2)本发明制得的研磨垫解决了现有技术研磨过程中晶圆表面划伤、产生缺陷的问题，从而提高晶圆表面平整度，提升成品良率。
附图说明
图1为实施例1制得的研磨垫的结构示意图；
其中，1-顶层，2-第一粘合层，3-缓冲层，4-第二粘合层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
下述实施例及对比例中各层原料在进行贴合前均进行了表面预处理，使顶层的粗糙度Ra为2-3μm。下述实施例及对比例中顶层在进行贴合前还进行了窗口形状制作。
实施例1
本实施例提供了一种研磨垫的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将顶层1和第一粘合层2在温度115℃、压力为4bar下进行第一贴合，得到初料；
所述顶层1的材质为聚氨酯；所述顶层1的厚度为2.5mm、硬度为70SHA；
所述第一粘合层2为热敏双面胶；所述第一粘合层2的厚度为70μm；
(2)将步骤(1)所述的初料与缓冲层3在温度115℃、压力为4bar下进行第二贴合，得到中间料；
所述缓冲层3的材质为孔径为50μm的多孔聚氨酯；所述缓冲层3的厚度为0.8mm、硬度为32SHA；
(3)将步骤(2)所述的中间料与和第二粘合层4在温度115℃、压力为4bar下进行第三贴合，得到研磨垫(其结构示意图如图1所示)；
所述第二粘合层4为压敏双面胶；所述第二粘合层4的厚度为100μm；
(4)将步骤(3)所述的研磨垫依次进行切割定型和加工沟槽。
实施例2
本实施例提供了一种研磨垫的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将顶层和第一粘合层在温度145℃、压力为2bar下进行第一贴合，得到初料；
所述顶层的材质为聚氨酯；所述顶层的厚度为3mm、硬度为65SHA；
所述第一粘合层为热敏双面胶；所述第一粘合层的厚度为100μm；
(2)将步骤(1)所述的初料与缓冲层在温度115℃、压力为2bar下进行第二贴合，得到中间料；
所述缓冲层的材质为孔径为50μm的多孔聚氨酯；所述缓冲层的厚度为1.1mm、硬度为30SHA；
(3)将步骤(2)所述的中间料与和第二粘合层在温度145℃、压力为2.5bar下进行第三贴合，得到研磨垫；
所述第二粘合层为压敏双面胶；所述第二粘合层的厚度为120μm；
(4)将步骤(3)所述的研磨垫依次进行切割定型和加工沟槽。
实施例3
本实施例提供了一种研磨垫的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将顶层和第一粘合层在温度85℃、压力为5bar下进行第一贴合，得到初料；
所述顶层的材质为聚氨酯；所述顶层的厚度为2mm、硬度为60SHA；
所述第一粘合层为热敏双面胶；所述第一粘合层的厚度为50μm；
(2)将步骤(1)所述的初料与缓冲层在温度95℃、压力为4.5bar下进行第二贴合，得到中间料；
所述缓冲层的材质为孔径为50μm的多孔聚氨酯；所述缓冲层的厚度为0.5mm、硬度为28SHA；
(3)将步骤(2)所述的中间料与和第二粘合层在温度85℃、压力为5bar下进行第三贴合，得到研磨垫；
所述第二粘合层为压敏双面胶；所述第二粘合层的厚度为80μm；
(4)将步骤(3)所述的研磨垫依次进行切割定型和加工沟槽。
实施例4
本实施例提供了一种研磨垫的制备方法，除了步骤(1)所述第一贴合、步骤(2)所述第二贴合和步骤(3)所述第三贴合的温度均为55℃以外，其他条件均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种研磨垫的制备方法，除了步骤(1)所述第一贴合、步骤(2)所述第二贴合和步骤(3)所述第三贴合的温度均为170℃以外，其他条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种研磨垫的制备方法，除了步骤(1)所述第一贴合、步骤(2)所述第二贴合和步骤(3)所述第三贴合的压力均为0.5bar以外，其他条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种研磨垫的制备方法，除了步骤(1)所述第一贴合、步骤(2)所述第二贴合和步骤(3)所述第三贴合的压力均为7bar以外，其他条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种研磨垫的制备方法，除了步骤(2)所述缓冲层的硬度为40SHA以外，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种研磨垫的制备方法，除了步骤(2)所述缓冲层的硬度为23SHA以外，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供了一种研磨垫的制备方法，除了采用一步贴合成型，即将顶层、第一粘合层、缓冲层和第二粘合层在温度115℃、压力为4bar下进行贴合以外，其他条件均与实施例1相同。
将上述实施例和对比例制得的研磨垫进行性能测试，结果如表1所示。其中，硬度的测试方法为：使用A型邵氏硬度计对研磨垫进行穿刺测量。
将上述实施例和对比例制得的研磨垫用于晶圆的研磨，晶圆表面的缺陷数量及成品率结果如表1所示。
表1
由表1可知：
(1)本发明提供的制备方法，通过使用低硬度的缓冲层以及层层热压贴合的方式，不仅有效调节了研磨垫的硬度与表面平整度，还解决了现有技术研磨过程中晶圆表面划伤、缺陷等问题，提升了成品良率；
(2)综合实施例1和实施例4-5对比可知，当层层热压贴合的温度较低时，由于热感双面胶不能被有效激活，粘结性能差，导致顶层与研磨垫层间无法有效贴合，贴合后的热感双面胶易在研磨过程中，发生径向相对位移，从而相互粘结、堆积，使得整体研磨垫表面凸起，进而造成研磨后，晶圆表面产生缺陷及划伤等问题；当层层热压贴合的温度较高时，因研磨垫在高温下发生形变，使制得的研磨垫表面平整度不一致，从而导致晶圆在研磨后，高度不一致等现象的发生；
(3)综合实施例1和实施例6-7对比可知，当层层热压贴合的压力较低时，因压感双面胶不能被有效激活，使制得的研磨垫不能与研磨机台有效贴合，导致研磨过程中研磨垫边缘翘曲，研磨垫各区域平整度不一致，从而造成研磨后晶圆表面高度不一致等问题的发生；当层层热压贴合的压力较高时，顶层与缓冲层发生一定程度的塑性形变，其孔结构被破坏，结构变得更为致密，导致研磨垫硬度增加，因过度压缩过程中，顶层骨架破坏并以碎屑及粒子的形式脱离，附着在研磨垫表面，导致研磨垫的局部粗糙度增大，所以在研磨过程中会造成划伤，从而导致晶圆缺陷及划伤等问题的加剧；
(4)综合实施例1和对比例1-2对比可知，当缓冲层的硬度较高时，研磨垫整体硬度增大，磨削作用增强，从而造成晶圆过磨划伤缺陷等问题的发生；当缓冲层的硬度较低时，在研磨过程中，其不能有效缓冲来自保持环的压力，使得晶圆与研磨粒子间的磨削作用加强，从而造成晶圆过磨划伤缺陷等问题的发生；
(5)综合实施例1和对比例3对比可知，当采用一步贴合成型制得研磨垫是，因研磨垫层间空气不能被有效去除，导致成品研磨垫各区域平整度不一致，以及顶层与缓冲层隔热，导致热感双面胶不能被有效激活，致使层间粘结性能差，研磨垫的研磨效果大幅下降，产品表面产生缺陷划伤等问题。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (14)
1.一种研磨垫的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将顶层和第一粘合层进行第一贴合，得到初料；
所述第一贴合的温度为85-145℃；所述第一贴合的压力为2-5bar；
（2）将步骤（1）所述的初料与缓冲层进行第二贴合，得到中间料；
所述缓冲层的硬度为28-32SHA；所述缓冲层的材质为多孔聚氨酯；
所述第二贴合的温度为85-145℃；所述第二贴合的压力为2-5bar；
（3）将步骤（2）所述的中间料与和第二粘合层进行第三贴合，得到研磨垫；
所述第三贴合的温度为85-145℃；所述第三贴合的压力为2-5bar。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述顶层的材质为聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述顶层的厚度为2-3mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述顶层的硬度为60-70SHA。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述第一粘合层为热敏双面胶。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述第一粘合层的厚度为50-100μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述多孔聚氨酯的孔径为50-100μm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述缓冲层的厚度为0.5-1.1mm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述第二粘合层为压敏双面胶。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述第二粘合层的厚度为80-120μm。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）得到研磨垫后还包括依次进行的切割定型和加工沟槽。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将顶层和第一粘合层在温度85-145℃、压力为2-5bar下进行第一贴合，得到初料；
所述顶层的材质为聚氨酯；所述顶层的厚度为2-3mm、硬度为60-70SHA；
所述第一粘合层为热敏双面胶；所述第一粘合层的厚度为50-100μm；
（2）将步骤（1）所述的初料与缓冲层在温度85-145℃、压力为2-5bar下进行第二贴合，得到中间料；
所述缓冲层的材质为多孔聚氨酯；所述缓冲层的厚度为0.5-1.1mm、硬度为28-32SHA；
（3）将步骤（2）所述的中间料与和第二粘合层在温度85-145℃、压力为2-5bar下进行第三贴合，得到研磨垫；
所述第二粘合层为压敏双面胶；所述第二粘合层的厚度为80-120μm。
13.一种研磨垫，其特征在于，所述研磨垫采用权利要求1-12任一项所述的制备方法制得。
14.根据权利要求13所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨垫的表面平整度为1-5μm。
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