TW201825234A - 研磨墊及研磨裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種研磨墊，其包含具一研磨層、一彈性基底層及一黏合劑，用於將該彈性基底層黏合至該研磨層，其中該彈性基底層之壓縮率大於該研磨層之壓縮率。本發明亦提供一種研磨裝置。
Description
本發明係關於一種研磨墊及研磨裝置。
研磨一般係指化學機械研磨(CMP)製程中，對於初為粗糙表面的磨耗控制，其係利用含細粒子的研磨漿液平均分散於一研磨墊之上表面，同時將一待研磨基材抵住該研磨墊後以重覆規律動作搓磨。該待研磨基材係諸如半導體、儲存媒體基材、積體電路、液晶顯示器平板玻璃、光學玻璃與光電面板等物體。在研磨過程中，必須使用一研磨墊研磨該待研磨基材，因而該研磨墊之品質會直接影響該待研磨基材之研磨效果。 參考圖1，顯示具有習知研磨墊之研磨裝置之示意圖。該研磨裝置1包括一壓力板11、一吸附墊片12、一待研磨基材13、一研磨盤14、一研磨墊15及一研磨漿液16。該壓力板11係相對於該研磨盤14。該吸附墊片12係利用一背膠層(圖中未示)黏附於該壓力板11上，且該吸附墊片12係用以吸附且固定該待研磨基材13。該研磨墊15係固定於該研磨盤14，且面向該壓力板11，用以對該待研磨基材13進行研磨。 該研磨裝置1之作動方式如下。首先將該待研磨基材13置於該吸附墊片12上，且該待研磨基材13被該吸附墊片12吸住。接著，該研磨盤14及該壓力板11以相反方向旋轉，且同時將該壓力板11向下移動，使該研磨墊15接觸到該待研磨基材13之表面，藉由不斷補充該研磨漿液16以及該研磨墊15的作用，可對該待研磨基材13進行研磨作業。 為使研磨可順利進行，研磨墊必需兼顧硬度及可壓縮性，中華民國專利公開第200538234號揭示一種兼具硬度與可壓縮性之單層研磨墊及其製造方法，其利用發泡成型之發泡塑膠及切割方式以製造研磨墊，使研磨墊之研磨面之密度與固定支撐面之密度不同。此習知研磨墊之製造方法為將樹脂灌入一圓形鑄模筒中，待冷卻凝固後再予以切片製得，其所包含之獨立氣泡結構常被用在高平坦化研磨，具有較大之硬度且耐磨。然而，製造此習知研磨墊時，不易控制使研磨面與固定支撐面之密度不同，再經切片後，會使該研磨墊之切片面的孔洞大小不一更為明顯。此外，由於其硬度高，熱壓縮率低，容易造成待研磨基材刮傷，通常僅適合於粗拋。 另一方面，業界亦習用一不織布型研磨墊，其包括複數條纖維及一樹脂。該研磨墊之製造方法為使用絲絨或仿麂皮等之纖維與樹脂之複合材料，該等纖維可利用針扎或疏棉、疊棉等不織布製程所製得，所製得之纖維彼此交纏，將該等纖維所形成之不織布含浸於熱可塑性聚胺基甲酸酯樹脂並使其濕式凝固而成之壓縮變形性大且較柔軟的薄片。然而此不織布型研磨墊其之柔軟性容易導致研磨面平坦化性能不好，再者，此研磨墊之硬度並不足，並不適合於粗研磨，且其使用壽命不長。 為克服前述習知研磨墊之缺點，業界開發一複合式研磨墊，其包含一研磨層及一緩衝層，該研磨層為發泡塑膠，該緩衝層以不織布或不織布含浸樹脂為主體，期望包含不織布之緩衝層較研磨層可具有較佳之壓縮率及回復率。然而，不織布之製造上不易控制其厚度之均勻度，故使用以不織布為主體之緩衝層，常因不織布之厚度不均勻而造成許多問題。例如，當研磨墊承受壓力時，由於不織布之厚度不均勻導致緩衝層之各區域密度不同，進而產生不同的壓縮率，其中壓縮率較小或厚度較厚之區域會造成研磨層與待研磨基材間之摩擦力變大，研磨墊亦因此磨耗較快，又因磨耗程度不同，研磨墊表面更加不平坦，導致待研磨基材之研磨表面移除率不穩定，平坦度不足，而形成不良品。且不織布之纖維於研磨過程中會吸收研磨漿液中之水分，而使研磨效率降低，並同時造成研磨層與緩衝層間之貼合不牢。此外，隨著業界對化學研磨之要求日益嚴格，使用以不織布為主體之緩衝層所能提供之壓縮率已不足以承受研磨過程中之壓力，且針對具有曲面或非平坦表面之待研磨基材之研磨，由於緩衝效果之不足，此複合式習知研磨墊需進行多次多方向之研磨，造成良率降低，且亦因研磨墊整體硬度較高，不易進入待研磨基材之凹陷處進行研磨。 因此，本領域中亟需開發一研磨墊，以克服前述習知各研磨墊之缺點，以提高研磨效果。
本發明提供特殊之彈性基底層，藉由特殊孔洞之設計可提供高壓縮性，且使研磨層可與待研磨基材緊密貼合，以增加待研磨基材表面平坦度，並適於研磨具有曲面之待研磨基材。 本發明提供一種研磨墊，其包含： 一研磨層，包含第一高分子彈性體及複數個第一孔洞； 一彈性基底層，包含第二高分子彈性體及複數個第二孔洞，該等複數個第二孔洞係為圓柱狀孔洞，且該圓柱狀孔洞包含一底部及一頂部，其中該底部係為封閉且該頂部開放於該彈性基底層表面，且該底部之直徑係大於該頂部之直徑；及 一黏合劑，用於將該彈性基底層黏合至該研磨層； 其中該彈性基底層之壓縮率大於該研磨層之壓縮率。 本發明亦提供一種研磨待研磨基材之方法，其包含使用前述之研磨墊研磨該待研磨基材之一表面。 本發明再提供一種研磨裝置，其包含： 一研磨盤； 一待研磨基材； 一前述之研磨墊，其係黏附於該研磨盤上，並用以研磨該待研磨基材；及 一研磨漿液，其接觸該待研磨基材，以進行研磨。
本發明提供一種研磨墊，其包含： 一研磨層，包含第一高分子彈性體及複數個第一孔洞； 一彈性基底層，包含第二高分子彈性體及複數個第二孔洞，該等複數個第二孔洞係為圓柱狀孔洞，且該圓柱狀孔洞包含一底部及一頂部，其中該底部係為封閉且該頂部開放於該彈性基底層表面，且該底部之直徑係大於該頂部之直徑；及 一黏合劑，用於將該彈性基底層黏合至該研磨層； 其中該彈性基底層之壓縮率大於該研磨層之壓縮率。 根據本發明之「研磨墊」係指化學機械研磨製程中，用以抵住一待研磨基材之墊，該研磨墊並以重覆規律動作搓磨該待研磨基材，並配合含細粒子的研磨漿液，使該待研磨基材初為粗糙表面進行磨耗至平整。 根據本發明之研磨層係為該研磨墊中，用以搓磨該待研磨基材之部位，參看圖2，其係本發明研磨墊2剖面之穿透式電子顯微鏡觀察圖，其包含一研磨層21，且該研磨層21包含第一高分子彈性體211及複數個第一孔洞212。 本發明所言之「彈性體」乙詞指展現類似橡膠品質之一聚合物種類。當研磨時，該彈性體可同時具有研磨之效果且避免刮傷待研磨物表面。較佳地，該彈性體係為發泡樹脂。本發明所言之「發泡樹脂」乙詞指含有熱塑樹脂及熱分解發泡劑之材料。 根據本發明之發泡樹脂發泡之方法可為化學發泡或物理發泡，其中化學發泡係利用可進行化學反應以產生氣體之試劑，使其反應後所產生之氣體均勻分布於該樹脂組合物中。另一方面，物理發泡係將氣體打入該樹脂組合物中，並藉由攪拌使打入之氣體均勻分布於該樹脂組合物中。 於本發明之較佳具體實施例中，該第一高分子彈性體係為聚胺酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、耐綸、彈性橡膠、聚苯乙烯、聚芳烴分子、含氟聚合物、聚醯亞胺、架橋聚胺酯、架橋聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(對苯二甲酸亞乙酯)、聚芳烴醯胺、聚芳烴、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物或其摻合物。 於本發明之一較佳具體實施例中，該等第一孔洞係為該第一高分子彈性體所形成之孔洞；該等第一孔洞可為連通型孔洞或獨立型孔洞，本發明所言之「連通型孔洞」係指至少二孔洞間係為連通，而形成類似蟻穴型之孔洞，其有利於研磨液之流動、研磨顆粒之分布及研磨殘留物之移除；本發明所言之「獨立型孔洞」係指彼此為獨立不連通之孔洞，通常具有圓形或橢圓形之剖面，而為球狀或卵狀孔洞，其具有較大之硬度，而具高移除效率。 較佳地，如圖2所示，該等複數個第一孔洞212係彼此為獨立不連通之獨立型孔洞；再者，該等複數個第一孔洞212較佳為球狀或卵狀孔洞。另一方面，在本發明之較佳實施例中，該等第一孔洞具有自約2 mm至約250 mm之孔直徑；更佳為自約27 mm至約177 mm之孔直徑；尤佳為自約52 mm至約127 mm之孔直徑。 另一方面，該研磨層之硬度較佳為約SHORE D 40至約SHORE D 60；更佳為約SHORE D 44至約SHORE D 56；尤佳為約SHORE D 48至約SHORE D 52。 於本發明之一具體實施例中，該研磨層另包含一不織布，其可提供於該第一高分子彈性體之下方或上方，或使該第一高分子彈性體含浸該不織布而形成該研磨層。 本文中使用「不織布」乙詞指具方向性或隨機定向纖維之製造片、網或氈，其由摩擦力及/或內聚力及/或黏合力接合，並不包括紙及併入有接結紗或絲之經編織、針織、簇生、縫編或由濕式碾磨進行黏結(無論是否經額外針縫)之產品。該等纖維可為天然或人造。其可為定長或連續的絲或可原位形成。取決於形成網之方法，不織布通常包含合成不織布、針軋不織布、熔噴不織布、紡黏不織布、乾式成網不織布、濕式成網不織布、縫編不織布或水刺不織布。與織布相比，不織布具有較好的材料特性。 本發明所屬技術領域中具通常知識者可根據本說明書之揭示內容來選擇適合種類之纖維。本文中使用之「纖維」乙詞指單纖維或複合纖維，較佳地指複合纖維。較佳地，該纖維由選自由以下各物組成之群的至少一種材料製成：聚醯胺、對苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈及其混合物。 於本發明之一具體實施例中，該等第一孔洞係為不織布纖維間之孔洞；於本發明之再一具體實施例中，該等第一孔洞係由第一高分子彈性體與纖維共同形成。 於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨層另包含複數個研磨粒子，該等研磨粒子係可均勻分布於研磨層中。其可位於該不織布或第一高分子彈性體之結構骨架部分，亦可位於孔洞內。較佳地，該等研磨粒子係為二氧化鈰、二氧化矽、三氧化二鋁、三氧化二釔或三氧化二鐵。另一方面，該等研磨粒子之粒徑係介於約0.01微米至約10微米之間。 於本發明之另一較佳具體實施例中，該研磨層另包含至少一溝槽，其位於該研磨層之表面，本發明所屬技術領域中具通常知識者根據說明書之揭示內容可選擇適當之加工方式於該研磨層之表面形成溝槽，例如使用雷射加工。該溝槽當於研磨過程中可幫助研磨液流動，較佳地，該溝距與溝寬比為1至0.05。 參看圖2本發明研磨墊2剖面之穿透式電子顯微鏡觀察圖，其包含一彈性基底層22，包含第二高分子彈性體221及複數個第二孔洞222。 於本發明之較佳具體實施例中，該第二高分子彈性體係為聚胺酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、耐綸、彈性橡膠、聚苯乙烯、聚芳烴分子、含氟聚合物、聚醯亞胺、架橋聚胺酯、架橋聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(對苯二甲酸亞乙酯)、聚芳烴醯胺、聚芳烴、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物或其摻合物。根據本發明之該第高分子一彈性體與該第二高分子彈性體之種類可為相同或不同。 於本發明之一具體實施例中，當該第一高分子彈性體與該第二高分子彈性體之種類為相同時，該等第一孔洞之總體積小於該等第二孔洞之總體積，而使該彈性基底層之壓縮率大於該研磨層之壓縮率。於本發明之另一具體實施例中，當該第一高分子彈性體與該第二高分子彈性體之種類為不同時，該等第一孔洞之總體積小於該等第二孔洞之總體積，或是該第一高分子彈性體之壓縮率小於該第二高分子彈性體之壓縮率，而使該彈性基底層之壓縮率大於該研磨層之壓縮率。 參看圖2，根據本發明之該等複數個第二孔洞222係為圓柱狀孔洞，且該圓柱狀孔洞包含一底部及一頂部，其中該底部係為封閉且該頂部開放於該彈性基底層22表面，且該底部之直徑係大於該頂部之直徑。較佳地，該等複數個第二孔洞為獨立不連通之孔洞。 於本發明之一較佳具體實施例中，該等複數個第二孔洞係排列為一第二孔洞層，且該彈性基底層包含複數個第二孔洞層，兩第二孔洞層間係以該第二高分子彈性體區分。 雖不願為理論所限制，但咸信此圓柱狀孔洞之設計可使該彈性基底層沿垂直方向之壓縮率大於沿水平方向之壓縮率，以可吸收研磨過程中來自研磨盤及壓力板所施加之垂直方向壓力，且可提供較研磨層為大之壓縮率；另一方面，該等圓柱狀孔洞之底部及頂部之設計可同時使該彈性基底層具有足夠之支撐力，且當以該黏合劑黏合時，使該彈性基底層與該研磨層間具有足夠之接觸面以提高黏著度，防止研磨過程中研磨層與彈性基底層因黏合不佳而分離。此外，由於該彈性基底層提供了良好之壓縮率、支撐力及黏著度，故可進入待研磨基材之凹陷處，而提高待研磨基材之表面平坦度，更適於研磨具有曲面之待研磨基材，無須如習知研磨墊於研磨具有曲面之待研磨基材時，需採多次多方向研磨，而可運用所具有之良好壓縮率，研磨具有曲面之待研磨基材。 於本發明之一較佳具體實施例中，該等圓柱狀之複數個第二孔洞沿垂直方向之高度為約400 μm至約1100 μm；更佳為約550 μm至約950 μm；尤佳為約650 μm至約850 μm。 於本發明之一較佳具體實施例中，該彈性基底層之壓縮率為約30%至約65%；更佳為約35%至約60%；尤佳為約45%至約55%。 參看圖2，根據本發明之黏合劑23係用於將該彈性基底層黏合至該研磨層，較佳地，該黏合劑係選自由感壓膠、一液型糊劑、二液型糊劑、壓克力樹脂及環氧樹脂所組成之群。感壓膠通常包含一載體膜，該載體膜包括(例如)聚酯，且在載體膜之上側及下側上具有具流動性之黏合層。一液型糊劑係指包含高分子量彈性體充當黏接劑之糊劑，較佳係包含聚胺酯，一液型糊劑包含油改質型塗料及濕氣硬化型塗料，其中油改質型塗料採用天然油脂與二甘油脂等改質多醇類(polyol)與甲苯二對氰酸(toluene diisocyanate，TDI)反應而成；濕氣硬化型糊劑含有氫氧基的聚酯類(polyester)與聚醚類(polyether)，藉由過量的NCO基(NCO/OH＞1)與甲苯二對氰酸、二苯基甲烷二異氰酸酯(diphenylmethane diisocyanate，MDI)、己二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate，HMDI)等之氫氧基反應，形成末端含有異氰酸酯(isocyanate)基的預聚合體，此官能基可與空氣中的濕氣產生胺類(amine)形成尿素結合，和雙縮尿素(biuret)成為硬化塗膜。二液型糊劑指包含彼此相互作用或交聯以實現黏合作用之兩種成分的糊劑，較佳係包含一彈性體及聚異氰酸酯，包含有觸媒硬化型，其主要是由聚乙二醇(polyethylene glycol)、聚丙二醇(polypropylene glycol)或多元醇(polyol)的酯化交換的單二酸甘油脂(mono diglyceride)的混合體與三級胺及金屬鹽類等觸媒反應使其硬化；多元醇硬化型PU塗料是由異氰酸酯預聚合物(isocyanate prepolymer)、聚醇類(polyol-ester)或聚醚類(polyether)，以及含有OH-
之壓克力樹脂等多元醇之OH-
反應形成。壓克力樹脂包含常溫硬化型及加熱硬化乾燥型；其中常溫硬化型主要為壓克力樹脂單體，加熱硬化乾燥型則是以壓克力樹脂聚合物為基本構造，於其中導入活性反應基，當加熱時該樹脂單獨或與含有反應基之樹脂以及交聯劑反應形成三次元之網狀結構。環氧樹脂可藉由加入交聯劑，形成三次元結構。 於本發明之一具體實施例中，該研磨層及該彈性基底層係分別製得，再以該黏合劑黏合。將彈性基底層黏合至研磨層之方式根據黏合劑之形式而變化。用於將彈性基底層黏合至研磨層之黏合劑較佳係藉由塗覆、轉寫、印刷或刮擦在該彈性基底層或該研磨層之一表面上，較佳係將該黏合層塗覆在該彈性基底層或該研磨層之一表面上。 於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨墊另包含一具低滲透率之膜，該具低滲透率之膜係接觸該彈性基底層相對該研磨層之另一表面。如本文中所使用，術語「具低滲透率之膜」係指一膜或薄膜，其大體上防止本發明之具低滲透率之膜之上表面上的第二高分子彈性體滲透至具低滲透率之膜之下表面。較佳地，具低滲透率之膜之材料係選自由以下各物組成之群：聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚碳酸酯，及聚乙烯。此外，聚丙烯較佳為定向聚丙烯。 於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨墊另包含一糊狀層，該糊狀層係接觸於該具低滲透率之膜相對該彈性基底層之另一表面。該糊狀層形成於該具低滲透率之膜之下表面上。更佳地，該糊狀層為壓敏性黏接劑或聚胺基甲酸酯。 本發明亦提供一種研磨待研磨基材之方法，其包含使用前述之研磨墊研磨該待研磨基材之一表面。較佳地，其中該待研磨基材之該表面係為一曲面。 本發明亦提供一種研磨裝置，其中包含： 一待研磨基材； 一研磨墊，其係黏附於該研磨盤上，並用以研磨該待研磨基材；及 一研磨漿液，其接觸該待研磨基材，以進行研磨； 較佳地，該研磨裝置另包含： 一壓力板，其設置相對於該研磨盤；及 一吸附墊片，其係黏附於該壓力板上，用以吸附且固定該待研磨基材。 參考圖3，顯示具有本發明研磨墊之研磨裝置之示意圖。該研磨裝置3包括一壓力板31、一吸附墊片32、一待研磨基材33、一研磨盤34、一研磨墊35及一研磨漿液36。該壓力板31係相對於該研磨盤34。該吸附墊片32係利用一背膠層(圖中未示)黏附於該壓力板31上，且該吸附墊片32係用以吸附且固定該待研磨基材33。該研磨墊35係固定於該研磨盤34，且面向該壓力板31，用以對該待研磨基材33進行研磨。 該研磨裝置3之作動方式如下。首先將該待研磨基材33置於該吸附墊片32上，且該待研磨基材33被該吸附墊片32吸住。接著，該研磨盤34及該壓力板31以相反方向旋轉，且同時將該壓力板31向下移動，使該研磨墊35接觸到該待研磨基材33之表面，藉由不斷補充該研磨漿液36以及該研磨墊35的作用，可對該待研磨基材33進行研磨作業。 上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。本發明所屬技術領域中具通常知識者對上述實施例所做之修改及變化仍不違背本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧習知研磨裝置
2‧‧‧本發明研磨墊
3‧‧‧本發明研磨裝置
21‧‧‧研磨層
22‧‧‧彈性基底層
23‧‧‧黏合劑
31‧‧‧壓力板
32‧‧‧吸附墊片
33‧‧‧基材
34‧‧‧研磨盤
35‧‧‧研磨墊
36‧‧‧研磨漿液
211‧‧‧第一高分子彈性體
212‧‧‧第一孔洞
221‧‧‧第二高分子彈性體
222‧‧‧第二孔洞
圖1顯示具有習知研磨墊之研磨裝置之示意圖； 圖2顯示本發明一具體實施例之研磨墊剖面之穿透式電子顯微鏡觀察圖；及 圖3顯示具有本發明研磨墊之研磨裝置之示意圖。
Claims (11)
- 一種研磨墊，其包含： 一研磨層，包含第一高分子彈性體及複數個第一孔洞； 一彈性基底層，包含第二高分子彈性體及複數個第二孔洞，該等複數個第二孔洞係為圓柱狀孔洞，且該圓柱狀孔洞包含一底部及一頂部，其中該底部係為封閉且該頂部開放於該彈性基底層表面，且該底部之直徑係大於該頂部之直徑；及 一黏合劑，用於將該彈性基底層黏合至該研磨層； 其中該彈性基底層之壓縮率大於該研磨層之壓縮率。
- 根據請求項1之研磨墊，其中該等複數個第一孔洞或該等複數個第二孔洞彼此為獨立不連通。
- 根據請求項1之研磨墊，其中該等複數個第一孔洞為球狀或卵狀孔洞。
- 根據請求項1之研磨墊，其中該研磨層另包含一不織布。
- 根據請求項1之研磨墊，其中該等複數個第二孔洞係排列為一第二孔洞層，且該彈性基底層包含複數個第二孔洞層。
- 根據請求項1之研磨墊，其另包含一具低滲透率之膜，該具低滲透率之膜係接觸該彈性基底層相對該研磨層之另一表面。
- 根據請求項6之研磨墊，其另包含一糊狀層，該糊狀層係接觸於該具低滲透率之膜相對該彈性基底層之另一表面。
- 一種研磨待研磨基材之方法，其包含使用根據請求項1至7任何一項之研磨墊研磨該待研磨基材之一表面。
- 根據請求項8之方法，其中該待研磨基材之該表面係為一曲面。
- 一種研磨裝置，其包含： 一研磨盤； 一待研磨基材； 根據請求項1至7任何一項之研磨墊，其係黏附於該研磨盤上，並用以研磨該待研磨基材；及 一研磨漿液，其接觸該待研磨基材，以進行研磨。
- 根據請求項10之方法，其中該待研磨基材包含一曲面。
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