TW202224854A - 擋圈及其製造方法、包括該擋圈的cmp裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的一實施例的擋圈利用於CMP裝置，包括：框架層，結合於所述CMP裝置的載體的下端，並且包含熱固性樹脂或者熱塑性樹脂；及合成樹脂層，配置在所述框架層的下端，並且下部與拋光墊接觸來拋光晶片；其中，所述合成樹脂層在朝向所述框架層方向的一面形成多個槽部。

Description

擋圈及其製造方法、包括該擋圈的CMP裝置
本發明涉及擋圈及其製造方法、包括該擋圈的CMP裝置，更具體地說，涉及包括框架層及合成樹脂層的擋圈及其製造方法、包括該擋圈的CMP裝置。
近來，隨着半導體晶片的高密度和高功能性，作為將半導體晶片的表面平坦化的裝置，正在使用化學拋光和機械拋光同時進行的化學性機械拋光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)裝置。
在半導體製造工藝中，CMP工藝是使用作為化學液體的漿液和拋光墊在漿液和晶片之間產生化學反應的同時將拋光墊的機械力傳遞於晶片進而將晶片平坦化的工藝。
在CMP裝置中，拋光頭(polishing head)包括擋圈(retainer ring)和晶片載體(wafer carrier)。晶片載體起到在接觸於拋光頭下面的狀態下將晶片位於拋光墊上的作用，之後通過拋光墊、拋光頭的旋轉來旋轉晶片的同時進行研磨。
在晶片的研磨過程中，配置在晶片載體下端的擋圈起到在拋光晶片的途中防止晶片脫離晶片載體的作用。通常，擋圈位於晶片載體的最下端，是包圍晶片側面的環形狀。
目前，作為製造方法有插入金屬芯並注入合成樹脂的嵌件注塑成型(insert injection molding)的製造工藝，或者將合成樹脂粘結到金屬框架層的製造工藝。利用金屬芯的嵌件注塑成型(insert injection molding)的擋圈製造工藝在注塑成型(injection molding)時，在注塑之後硬化時因為表面收縮導致缺陷過多及強度的問題，因此作為解決方案插入金屬芯進行來製造。在金屬框架層粘結合成樹脂的製造工藝在使用時出現粘結部脫落，因此可引起質量問題。
對於這種擋圈可進行長期可靠性試驗，諸如抗溫抗濕試驗、熱衝擊試驗、耐高溫試驗等，在500小時以上的長期可靠性試驗時，出現擋圈的粘結強度(Bond strength)降低50%以上的問題。因此，需要開發在長期可靠性試驗之後也不會大幅度降低粘結強度的擋圈。
發明所欲解決之問題
本發明要解決的課題是為了解決以往提出的方法的如上所述的問題而提出的，提供一種擋圈及其製造方法、包括該擋圈的CMP裝置，即使沒有插入金屬芯，也保持強度，不會出現表面收縮，並且提高層間的可靠性，在長期可靠性試驗之後也不會大幅度降低粘結強度。
但是，本發明的實施例要解決的技術課題不限於上述的課題，而是在本發明包括的技術思想範圍內可進行各種擴展。
解決問題之技術手段
根據利用於CMP裝置的擋圈，本發明的一實施例的擋圈包括：框架層，結合於所述CMP裝置的載體的下端，並且包含熱固性樹脂或者熱塑性樹脂；及合成樹脂層，配置在所述框架層的下端，並且下部與拋光墊接觸來拋光晶片；其中，所述合成樹脂層在朝向所述框架層方向的一面形成多個槽部。
所述多個槽部的深度可以是0.1微米至500微米。
所述合成樹脂層可與所述框架層粘結。
所述框架層可包含環氧樹脂及熱固性樹脂硬化劑。
所述環氧樹脂可以是在雙酚型環氧基樹脂混合氯化聚丙烯(chlorinated polypropylene)、氯化乙基-丙基共聚物(chlorinated ethyl-propyl copolymer)、氯甲基環氧乙烷(chloromethyl oxirane)、丁氧基甲基環氧乙烷(butoxymethyl oxirane)、丁醛縮醛化聚乙烯醇亞烷基二異氰酸酯(butylaldehyde-acetalized polyvinyl alcohol akylene diisocyanate)、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物(butyl acrylate-glycidyl methacrylate copolymer)、乙烯丙烯酸酯共聚物(ethylene acrylate copolymer)、丙烯酸丁酯(butyl acrylate)、乙烯基苯丁二烯-苯乙烯(ethenyl benzene butadienestyrene)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene)及縮丁醛乙烯縮醛聚合物(butyral vinyl acetal polymer)中選擇的一種以上的熱固性樹脂。
所述熱固性樹脂硬化劑可包含二甲氨甲基苯酚(dimethyl aminomethyl phenol)、三共甲氨甲基苯酚(trisco-methyl aminomethyl phenol)、苄基二甲基氨基多乙烯多胺(benzyl dimethyl amino polyethylene polyamine)、氰乙基多胺(cyanoethyl polyamine)及酮封端多胺(ketone terminated polyamine)中的至少一種。
所述合成樹脂層可包括聚醚醚酮(PEEK)、聚甲烯(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯並咪唑(PBI)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚酮(Poketone)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰胺(PA)中的至少一種。
所述擋圈還可包括底漆樹脂層，所述底漆樹脂層位於所述合成樹脂層和所述框架層之間。
所述底漆樹脂層可包含雙酚A二縮水甘油醚、2,5呋喃二酮、聚丙烯、1-甲基-2-吡咯烷酮、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、氨丙基三甲氧基矽烷、氨丙基三乙氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、四甲氧基矽烷及四乙氧基矽烷中的至少一種。
在所述合成樹脂層可形成至少一個凸起部，在所述凸起部的表面可形成所述多個槽部。
所述凸起部可包括第一部分及第二部分，所述第一部分從所述合成樹脂層延伸，所述第二部分從所述第一部分延伸且寬度等於或大於所述第一部分的寬度。
在所述框架層可形成用於與所述載體的下端螺絲結合的一個以上的孔。
在所述合成樹脂層的下端和側面中的至少一處可形成一個以上的槽。
在所述合成樹脂層的下端和側面中的至少一處可形成一個以上的貫通孔。
根據製造利用於CMP裝置的擋圈的方法，本發明的一實施例的擋圈的製造方法包括如下的步驟：形成合成樹脂層；在所述合成樹脂層的一面形成多個槽部；及在所述合成樹脂層上形成框架層。
所述形成多個槽部的步驟可包括利用化學蝕刻方法及物理刮擦方法中的至少一種方法形成表面凹凸的步驟；在此，所述表面凹凸是指多個槽部。所述化學蝕刻方法可包括有機溶劑清洗法、鹼性溶液清洗法及酸性溶液清洗法中的至少一種。所述物理刮擦方法可包括噴丸法、鋼絲刷清理法、鋼絲研磨法、噴砂法及機械加工法中的至少一種。
在所述形成合成樹脂層的步驟中，通過利用模具的成型法或者注塑成型法可形成所述合成樹脂層。所述形成多個槽部的步驟可包括如下的步驟：在所述模具的表面實施粗化處理來形成凹凸結構；及在所述模具內形成所述合成樹脂層。所述凹凸結構轉移到所述合成樹脂層的表面，進而在所述合成樹脂層形成所述多個槽部。
所述多個槽部的深度可以是0.1微米至500微米。
所述擋圈的製造方法還可包括在所述合成樹脂層上進行底漆處理以形成底漆樹脂層的步驟。
所述形成框架層的步驟可包括如下的步驟：在成型框架插入所述合成樹脂層，並且在所述成型框架填充熱固性樹脂，硬化所述熱固性樹脂，之後從所述成型框架取出層疊結合的所述合成樹脂層及所述框架層。
所述形成框架層的步驟可包括如下的步驟：將液態熱固性樹脂在圓柱體中移動至圓柱體前端；將所述液態熱固性樹脂注塑注入並填充於由公模和母模構成的模具內腔體；及加熱所述模具來固化所述熱固性樹脂之後進行冷卻後取出。
本發明的一實施例的CMP裝置包括：所述擋圈；載體，結合於所述擋圈的上端；拋光墊，與所述擋圈的下端接觸，並且在上端放置晶片。
對照先前技術之功效
根據本發明的實施例，在構成擋圈的層間形成多個槽部，進而提高層間的粘結可靠性，最終可提高擋圈的粘結強度。
以下，參照附圖詳細說明本發明的各種實施例，以使在本發明所屬技術領域中具有常規知識的人可容易實施。本發明可實現為各種不同的形態，不限於在此說明的實施例。
為了明確說明本發明，省略與說明無關的部分，並且在說明書全文中對於相同或者類似的構成元素賦予相同的附圖標記。
另外，在附圖中示出的各個結構的大小及厚度是為了便於說明而任意示出的，因此本發明不必限於如圖所示的。在附圖中擴大示出了厚度，以明確表示各層及區域。然後，為了便於說明，誇張示出了一部分層及區域的厚度。
另外，在層、膜、區域、板等的部分位於另一部分上時，這除了直接位於另一部分上的情況，還包括中間存在其他部分的情況。相反地，在某一部分直接位於另一部分上時，意味着中間不存在其他部分。另外，位於作為基準的部分上是位於作為基準的部分的上或者下，不一定意味着位於朝向與重力相反的方向的上部。
另外，在說明書全文中，在某一部分包括某一構成元素時，除非有特別反對的記載，否則意味着還可包括其他構成元素，而不是要將其他構成元素除外。
另外，在說明書全文中，說明為“在平面上”時，這意味着從上方俯視對象部分；在說明“剖面上”時，這意味着側視垂直切割對象部分的剖面。
圖1是示出本發明的一實施例的擋圈的圖；圖2是示出本發明的一實施例的擋圈結合於載體的模樣的圖。
參照圖1及圖2，本發明的一實施例的擋圈110包括框架層112及合成樹脂層115。
具體地說，在CMP裝置利用的擋圈110包括：框架層112，結合於CMP裝置10的載體120的下端，並且包含熱固性樹脂或者熱塑性樹脂；合成樹脂層115，配置在框架層112的下端，並且下部與拋光墊200接觸，以拋光晶片300。
框架層112可以是一體型的圓環形狀，但是根據實施例也可以是分割型的圓環形狀。
在擋圈110結合於載體120的情況下，可接觸並結合框架層112的上端和載體120的下端，如圖1所示，在框架層112可形成用於與載體120的下端螺栓結合的一個以上的孔113。
圖3是示出沿着圖1的切割線A-A'切割的剖面的一部分的部分剖面圖。
一同參照圖1及圖3，在合成樹脂層115的朝向框架層112方向的一面形成多個槽部119。
合成樹脂層115可與位於上端的框架層112粘結，據此框架層112的粘結面也可形成與多個槽部119相對應的形狀。
多個槽部119的深度d1可以是0.1微米至500微米。具體地說，如圖所示，所述槽部119的深度d1是指以垂直方向形成槽部119的溝槽的深度，所述垂直方向可以是在合成樹脂層115上重疊框架層112的方向。另外，在本說明書中槽部119的深度d1作為凹凸的程度，可理解為合成樹脂層115上面的表面粗糙度Ra。
若槽部119的深度d1小於0.1微米，則框架層112和合成樹脂層115的粘結強度不夠，導致在對擋圈進行長期可靠性試驗之後可大幅度降低粘結強度。
另外，若槽部119的深度d1大於500微米，則成型液對於基材的錨固(anchoring)的效果不足，可導致降低粘結強度的問題。
本發明的發明人在合成樹脂層115的一面形成具有0.1微米至500微米的深度d1的多個槽部119，在該槽部119上形成框架層112，從而確認到可提高框架層112和合成樹脂層115的粘結強度。更詳細地說，確認到了在500小時以上的長期可靠性試驗之後擋圈的粘結強度也未發生變化。
另外，與載體120一同移動的擋圈110也以載體120的中心軸為基準進行旋轉移動、左右移動（X、Y軸方向），在對晶片300施加壓力的過程中也進行上下移動（Z軸），在此形成在合成樹脂層115一面的多個槽部119就傳遞於擋圈110的X、Y、Z軸方向的力方面可提供與框架層112強力結合的的結合力。
如上所述，框架層112可包含熱固性樹脂或者熱塑性樹脂。舉一示例，框架層112可包含作為熱固性樹脂的環氧樹脂及熱固性樹脂硬化劑。具體地說，所述環氧樹脂可以是在雙酚型環氧基樹脂混合氯化聚丙烯(chlorinated polypropylene)、氯化乙基-丙基共聚物(chlorinated ethyl-propyl copolymer)、氯甲基環氧乙烷(chloromethyl oxirane)、丁氧基甲基環氧乙烷(butoxymethyl oxirane)、丁醛縮醛化聚乙烯醇亞烷基二異氰酸酯(butylaldehyde-acetalized polyvinyl alcohol akylene diisocyanate)、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物(butyl acrylate-glycidyl methacrylate copolymer)、乙烯丙烯酸酯共聚物(ethylene acrylate copolymer)、丙烯酸丁酯(butyl acrylate)、乙烯基苯丁二烯-苯乙烯(ethenyl benzene butadienestyrene)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene)及縮丁醛乙烯縮醛聚合物(butyral vinyl acetal polymer)中選擇的一種以上的熱固性樹脂。所述熱固性樹脂硬化劑可包含在二甲氨甲基苯酚(dimethyl aminomethyl phenol)、三共甲氨甲基苯酚(trisco-methyl aminomethyl phenol)、苄基二甲基氨基多乙烯多胺(benzyl dimethyl amino polyethylene polyamine)、氰乙基多胺(cyanoethyl polyamine)及酮封端多胺(ketone terminated polyamine)中的至少一種。
合成樹脂層115也可包含聚醚醚酮(PEEK)、聚甲烯(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯並咪唑(PBI)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)及聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚酮(Poketone)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)及聚酰胺(PA)中的至少一種。
當然，不限於上述列出的樹脂，而是可包含聚碳酸酯(PC)、乙縮醛及耐熱性、耐磨損性、耐酸性、耐化學性優秀的工程塑料樹脂等。
圖4是示出本發明的另一實施例的擋圈的圖；圖5是示出沿着圖4的切割線B-B'切割的剖面的一部分的部分剖面圖。
參照圖4及圖5，本實施例的擋圈110a還可包括底漆樹脂層118，所述底漆樹脂層118位於合成樹脂層115和框架層112之間。這種底漆樹脂層118可提高合成樹脂層115和框架層112的粘結力。
如上所述，合成樹脂層115在朝向框架層112方向的一面形成多個槽部119，多個槽部119的深度d2可以是0.1微米至500微米。
此時，位於合成樹脂層115上的底漆樹脂層118可沿着由多個槽部119形成的凹凸形狀形成。
底漆樹脂層118起到粘結框架層112和合成樹脂層115的作用，為了容易與框架層112物理性結合，底漆樹脂層118可包含雙酚A二縮水甘油醚、2,5呋喃二酮、聚丙烯、1-甲基-2-吡咯烷酮、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、氨丙基三甲氧基矽烷、氨丙基三乙氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、四甲氧基矽烷及四乙氧基矽烷中的至少一種。
圖6是示出本發明的一實施例的合成樹脂層的圖。
如上所述，在擋圈110結合於載體120的情況下，可接觸並結合框架層112的上端和載體120的下端，如圖1所示，在框架層112可形成用於與載體120的下端螺栓結合的一個以上的孔113。
圖6作為示出合成樹脂層115的上端的圖，以下對於利用螺栓結合載體120和擋圈110進行說明。
參照圖6，可確認形成在合成樹脂層115上端的螺栓固定部117。螺栓固定部117作為包括兩個以上的凸出部的形狀，如圖6所示在凸出的部分內部配置螺栓（預埋螺栓），起到將預埋螺栓的下端固定在合成樹脂層115的作用。
如上所述，在螺栓固定部117固定螺栓的情況下，螺栓的上端部分被框架層112包圍，在以包含螺栓上端部分的狀態硬化的框架層112形成孔113。在形成底漆樹脂層118的情況下，螺栓的上端部分被底漆樹脂層118和框架層112包圍。
即，根據本發明的一實施例，在合成樹脂層115可包括一個以上的螺栓固定部117，在該情況下，在分別與螺栓固定部117相對應的框架層112也形成一個以上的孔113。
如上所述，在這種一個以上的孔113通過預埋螺栓成型(Insert Bolt Molding)方法成型螺栓，利用在擋圈110成型的螺栓部分可結合的螺栓結構可結合擋圈110和載體120下端。
圖7是示出本發明的另一實施例的框架層及插入於框架層的孔的螺旋線圈的圖。
圖7(a)作為擴大示出形成在框架層112的孔113的圖，如圖7(a)所示，在結合於CMP裝置的載體120下端的框架層112的上端可形成一個以上的插入螺旋線圈(helical coil)114的孔113。可確認到在經過攻絲作業的孔113插入螺旋線圈114的模樣，如此插入的螺旋線圈114通過螺栓結合可與載體120下端緊固。
圖7(b)作為示出在框架層112的孔113插入螺旋線圈114的圖，如圖7(b)所示，螺旋線圈114的結構可由線圈(coil)、用於插入的柄腳(tang)、用於在插入之後移除柄腳的切口(notch)構成。在本發明中利用的螺旋線圈114可使用耐久性強，並且具有強耐酸性、耐化學性的金屬，諸如不鏽鋼。
圖7(c)是示出在框架層112的孔113插入的螺旋線圈114的剖面的圖。在圖7(c)中從未插入於孔113的螺旋線圈114的部分可以確認到插入之前的螺旋線圈114的直徑可大於孔113的直徑。
將螺旋線圈114插入於孔113的過程是對螺旋線圈114的柄腳施加扭矩，縮小螺旋線圈114第一個圈環的直徑，進而可插入螺旋線圈114，在插入之後具有高拉伸力的線圈的各個圈環像彈簧一樣向外側擴張，進而可永久固定產品。通過如此的固定方法，在拆卸緊固於螺旋線圈114的螺栓時，可防止螺旋線圈114本身脫離孔113。
以下，對於本發明的一實施例的擋圈的製造方法進行說明。
參照圖1及圖2，在製造利用於CMP裝置的擋圈的方法中，本發明的一實施例的擋圈的製造方法包括如下的步驟：形成合成樹脂層115；在合成樹脂層115的一面形成多個槽部119；及在合成樹脂層115上形成框架層112。
本發明中的合成樹脂層115除了注塑產品的圓環形狀以外，也可形成為分割的圓環形狀，合成樹脂層115也可以是機械加工通過模具結構形成的注塑物或者滾軋的管(Tube)、板(Plate)等來製造而成。
對於擋圈，可根據使用規格機械加工外觀；根據實施例，為了結合載體和擋圈，還可包括結合框架層的上端和CMP裝置的載體的下端的步驟。
根據實施例，為了結合載體120和擋圈110，還可包括結合框架層112的上端和CMP裝置的載體120的下端的步驟。
為了結合載體120的下端和擋圈110，在配置在擋圈110上部的框架層112可形成一個以上的孔113，通過孔113可實現與載體120螺栓結合。
多個槽部119可以是在合成樹脂層115實施粗化處理而成。具體地說，形成所述多個槽部119的步驟可包括利用化學蝕刻方法及物理刮擦方法中的至少一種形成表面凹凸的步驟。具體地說，所述化學蝕刻方法可包括有機溶劑清洗法、鹼性溶液清洗法及酸性溶液清洗法中的至少一種；所述物理刮擦方法可包括噴丸法(shot blasting)、鋼絲刷清理法(wire brushing)、鋼絲研磨法(wire abrasion)、噴砂法(sand blasting)及機械加工法(machining)中的至少一種。
另一方面，在形成所述合成樹脂層115的步驟中，可通過利用模具的成型法或者注塑成型法形成所述合成樹脂層。
此時，所述形成多個槽部119的步驟可包括如下步驟：在所述模具的表面實施粗化處理來形成凹凸結構；及在所述模具內形成所述合成樹脂層。即，可利用上述的成型法或者注塑成型法在表面形成有凹凸結構的模具內製造合成樹脂層115。據此，所述凹凸結構轉移到合成樹脂層115的表面，可在合成樹脂層115形成多個槽部119。在所述模具的表面實施的粗化處理可無限制地適用化學性或者物理性方法。
之後，對於在合成樹脂層115上形成框架層112的步驟進行說明。
根據本實施例，框架層112可通過成型法形成，框架層112可包含熱固性樹脂。
具體地說，形成框架層112的步驟可包括在成型框架插入合成樹脂層115之後在所述成型框架填充熱固性樹脂並硬化所述熱固性樹脂的步驟。
所述熱固性樹脂可以是通過在環氧樹脂添加二氧化矽(SiO 2)之後利用高速攪拌器打散的步驟、在打散的環氧樹脂添加熱固性樹脂硬化劑並且以50phr~100phr的混合比例混合生成溶液的步驟及利用糊料攪拌機(Paste Mixer)在混合溶液以10 0~10 -2torr水平的真空度進行消泡完成成型液的步驟生成的成型液。
將如上所述的成型液利用真空注射器輸送於已插入合成樹脂層115的成型框架，在真空狀態下成型，之後在約100℃下硬化30分鐘，如此熱固化樹脂，即成型液硬化的同時可形成位於上部的框架層112。成型液的硬化可在真空烘箱、空氣對流烘箱或帶式烘箱中進行。
另一方面，還可接連執行從所述成型框架取出層疊結合的合成樹脂層115及框架層112的步驟。
根據本發明的另一實施例，框架層112可通過注塑成型法形成，框架層112可包含熱固性樹脂或者熱塑性樹脂。
具體地說，所述注塑成型法可使用在加熱圓柱體內配置螺桿的注塑成型機及由公模和母模構成的模具。所述注塑成型法能夠以原料計量、合模、保壓、冷卻、脫模的順序進行。稱重構成框架層的熱固性樹脂或者熱塑性樹脂的已設定重量，之後在圓柱體加熱部熔融可移動至圓柱體前端。之後，組合併緊固公模和母模模具，之後將位於加熱圓柱體前端的噴嘴連接於模具的澆口，之後將熔融的所述熱固性樹脂或者所述熱塑性樹脂高壓注入並填充於模具內的腔體。之後，冷卻模具固化所述熱固性樹脂或者所述熱塑性樹脂，之後將公模和母模分開可取出成型品。
另一方面，參照圖3及圖4，本發明的另一實施例的擋圈的製造方法還可包括在合成樹脂層115上進行底漆處理以形成底漆樹脂層118的步驟。
這種形成底漆樹脂層118的步驟可在形成多個槽部119的步驟和在合成樹脂層115上形成框架層112的步驟之間進行。
具體地說，通過粗話處理在合成樹脂層115的一面形成多個槽部119之後以噴霧法塗敷於合成樹脂層115的上面可形成底漆樹脂層118。
在合成樹脂層115上形成底漆樹脂層118之後如上所述通過成型法或者注塑成型法可形成框架層112。
另一方面，如圖2所示，本發明的一實施例的CMP裝置10包括擋圈110、載體120及拋光墊200，所述擋圈110具有框架層112及合成樹脂層115，所述框架層112包含熱固性樹脂或者熱塑性樹脂，所述合成樹脂層115配置在框架層112的下端，所述載體120結合於擋圈110的上端，所述拋光墊200與擋圈110的下端接觸並且在上端放置晶片300。
以下，參照圖8及圖9，對於本發明的變形的一實施例的擋圈進行詳細說明。
圖8是示出本發明的變形的一實施例的合成樹脂層及框架層的部分剖面圖；圖9是示出形成有圖8的凸起部的框架層的圖。
參照圖8及圖9，本發明的變形的一實施例的擋圈可包括合成樹脂層115及框架層112。此時，在合成樹脂層115可形成至少一個凸起部116，在凸起部116的表面可形成多個槽部119。此時，多個槽部119的深度d1可以是0.1微米至500微米。對於槽部119的深度d1與上述的內容重複，因此省略說明。
因為該變形的實施例凸起部116擴大合成樹脂層115和框架層112的接觸面積，因此可提供提高框架層112和合成樹脂層115的摩擦力的效果。最終，具有提高相互之間的固定力的效果。
與載體120一同移動的擋圈110也以載體120的中心軸為基準進行旋轉移動、左右移動（X、Y軸方向），在對晶片300施加壓力的過程之也會上下移動（Z軸）。在此，形成在合成樹脂層115的凸起部116的意義在於就傳遞於擋圈110的X、Y、Z軸方向的力方面可提供與框架層112強力結合的結合力。
另一方面，本實施例的凸起部116可包括：第一部分116a，從合成樹脂層115延伸；第二部分116b，從第一部分116a延伸且寬度等於或者大於第一部分116a的寬度。
作為從第一部分116a向上延伸並且從第二部分116b以水平方向延伸的結構，可提高合成樹脂層115和框架層112接觸的面積。但是，包括第一部分116a和第二部分116b的凸起部116是一種示例性結構，並不限於此，而是可包括可擴大接觸面積的各種形狀。例如，如圖8及圖9所示，相比於第一部分116a，第二部分116b可以是只向一側延伸的形狀，而不是向兩側延伸。另外，在圖8示出了第二部分116b寬度大於第一部分116a的寬度，但是也可以是第一部分和第二部分的寬度相同的形狀，即以相同寬度凸出的形狀。
以下，參照圖10，作為本發明的一實施例，對於利用螺栓結合CMP裝置的載體120的下端和擋圈110的上端進行詳細說明。
圖10是用於說明利用螺栓結合載體的下端和擋圈的上端的方法的圖。
具體地說，圖10是利用預埋螺栓成型方法的擋圈製造方法。通過圖10可確認如下的步驟；在合成樹脂層115的上端形成螺栓固定部117，在已形成螺栓固定部117固定螺栓下端(圖10(a))；在已固定的螺栓內部插入樹脂螺栓(圖10(b))，在插入樹脂螺栓的狀態下在合成樹脂層115的上端面形成底漆樹脂層118、框架層112(圖10(c))。在該情況下，插入樹脂螺栓的空間在框架層112中成為孔113。
即，作為隨後步驟可包括移除樹脂螺栓在框架層112形成只成型預埋螺栓的狀態的孔113的步驟；結果，如圖10(d)所示，孔113可形成有一個以上。如此，在以預埋螺栓成型(Insert Bolt Molding)方法插入螺栓的孔113利用可結合的螺栓可結合CMP裝置的載體120的下端和擋圈的上端。
與在圖10說明的在合成樹脂層形成螺栓固定部的方式不同，根據另一實施例可利用在框架層的孔本身插入螺旋線圈進而螺栓結合載體和擋圈的方式。
具體地說，還可包括如下的步驟：在從成型框架取出的框架層的上端形成孔；將孔內部周邊攻絲；及在攻絲的孔插入螺旋線圈。進而，還可包括在插入螺旋線圈的孔利用螺栓緊固方式結合框架層的上端和CMP裝置的載體的下端的步驟。
另一方面，圖11是根據本發明的另一實施例形成有槽或者貫通孔的合成樹脂層115的立體圖。
參照圖11，在合成樹脂層115的下端和側面中的至少一處可形成一個以上的槽115G。另外，在合成樹脂層115的下端和側面中的至少一處可形成一個以上的貫通孔115H。在圖11示出的槽115G和貫通孔115H是用於說明的示例結構，只要是形成在合成樹脂層115的下端和側面中的至少一處，則不特別限制位置或者個數。當然，根據本發明的實施例可構成有單個或者多個。
槽115G或者貫通孔115H是為了防止在晶片研磨過程中使用的漿液積聚在正在拋光晶片的擋圈的內部空間。
如此，在以下通過實施例和實驗例詳細說明本發明的實施例的擋圈。
實施例 1 至 6
製造了包括框架層和合成樹脂層的實施例1至6的擋圈。具體地說，利用噴砂法在包含聚醚醚酮(PEEK)的合成樹脂層的一面形成多個槽部。此時，將槽部的深度分別分為0.1微米、1微米、10微米、100微米、250微米、500微米來準備了實施例1至6的合成樹脂層。
然後，製造了在雙酚型環氧基樹脂包含乙烯丙烯酸酯共聚物和聚乙烯多胺的熱固性樹脂和熱固性樹脂硬化劑的混合溶液。之後，利用糊料攪拌機(Paste Mixer)在所述混合溶液以100~10-2torr水平的真空度進行消泡生成了成型液。之後，將所述成型液注入於所述合成樹脂層上的成型框架之後硬化製造了框架層。
比較例 1 及 2
除了將形成在合成樹脂層的多個槽部的深度分別實現為0.01微米及1000微米以外，以與實施例1至6相同的方法製造了包括框架層和合成樹脂層的比較例1及2的擋圈。
評價示例 1
對於實施例1至6的擋圈及比較例1及2的擋圈，全部測定強度之後進行500小時以上的長期可靠性試驗，之後重新測定了粘結強度。具體地說，在高溫高濕(85℃/85%)的環境下擱置500小時之後測定了各個的粘結強度。圖12是用於說明測定粘結強度的方法的概略圖。參照圖12，對於包括合成樹脂層115和框架層112的各個樣本實施利用拉伸試驗設備實施向一個方向施力的壓縮強度試驗測定了壓縮強度。測定的粘結強度示於下表1。
（表1）
  實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 比較例1 比較例2
槽部的深度(單位：μm) 0.1 1 10 100 250 500 0.01 1000
試驗前粘結強度(單位：MPa) 9.1 9.3 9.7 9.8 8.3 8.1 4.8 3.4
試驗後粘結強度(單位：MPa) 8.7 8.8 9.2 9.5 8.2 8.0 2.1 1.4
變化率 -4.4% -5.4% -5.2% -3.1% -1.2% -1.2% -56.3% -58.8%
參照表1，對於槽部的深度為0.1微米至500微米的實施例1至6的擋圈的情況，在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度全部在-6%以下。相反地，對於比較例1的擋圈的情況，在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度為-56.3%，可確認到出現的非常大的退化。這可看作是槽部的深度過淺導致框架層和合成樹脂層的粘結強度不夠而得出的結果。另外，對於比較例2的擋圈的情況，同樣地在長期可靠性試驗之後粘結強度退化程度為-58.8%，可確認到出現了非常大的退化。這可看作是因為槽部的深度過深導致成型液對基材的錨定(anchoring)效果不足而降低框架層和合成樹脂層的粘結強度所得出的結果。
實施例 7 至 12
製造了包括框架層、底漆樹脂層及合成樹脂層的實施例7至12的擋圈。具體地說，利用噴砂法在包含聚醚醚酮(PEEK)的合成樹脂層的一面形成了多個槽部。此時，槽部的深度分別分為0.1微米、1微米、10微米、100微米、250微米、500微米來準備了實施例7至12的合成樹脂層。
對於實施例7至12的合成樹脂層分別以噴霧法塗敷甲基三甲氧基矽烷的材料形成了底漆樹脂層。之後，以與實施例1至6相同的方法製造了框架層。
比較例 3 及 4
除了將形成在合成樹脂層的多個槽部的深度分別實現為0.01微米及1000微米以外，以與實施例7至12相同的方法製造了包括框架層、底漆樹脂層及合成樹脂層的比較例3及4的擋圈。
評價示例 2
對於實施例7至12的擋圈、比較例3及4的擋圈全部以與評價示例1相同的方法測定了粘結強度，結果示於表2。
（表2）
  實施例7 實施例8 實施例9 實施例10 實施例11 實施例12 比較例3 比較例4
槽部的深度(單位：μm) 0.1 1 10 100 250 500 0.01 1000
試驗前粘結強度(單位：MPa) 9.5 9.8 10.1 10.8 9.5 9.4 5.1 3.5
試驗後粘結強度(單位：MPa) 9.2 9.6 9.5 10.5 9.1 9.0 2.0 1.2
變化率 -3.2% -2.0% -5.9% -2.8% -4.2% -4.3% -60.8% -65.7%
參照表2，對於槽部的深度為0.1微米至500微米的實施例7至12的擋圈的情況，在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度為-6%以下。相反地，比較例3的擋圈的情況下，在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度為-60.8%，可確認到出現了非常大的退化。這可看作是槽部的深度過淺導致框架層和合成樹脂層的接合強度不夠而得出的結果。另外，對於比較例4的擋圈的情況，同樣地在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度為-65.7%，可確認到出現了非常大的退化。這可看作是槽部的深度過深導致成型液對基材的錨定(anchoring)效果不足而降低框架層和合成樹脂層的粘結強度所得出的結果。
實施例 13 至 18
製造包括框架層和合成樹脂層的實施例13至18的擋圈。具體地說，利用噴砂法在包含聚醚醚酮(PEEK)的合成樹脂層的一面形成了多個槽部。此時，槽部的深度分別分為0.1微米、1微米、10微米、100微米、250微米、500微米來準備了實施例1至6的合成樹脂層。
然後，可將包含乙烯丙烯酸酯共聚物和聚乙烯多胺的液態熱固性樹脂在圓柱體中移動至圓柱體前端。之後，組合及緊固公模和母模模具，之後將位於圓柱體前端的噴嘴連接於模具的澆口。之後，可將所述液態熱固性樹脂高壓注入並填充於內置合成樹脂層的模具內的腔體。之後，加熱模具來固化所述熱固性樹脂之後進行冷卻，之後將公模和母模分開可取出框架層。
比較例 5 及 6
除了將形成在合成樹脂層的多個槽部的深度分別實現為0.01微米及1000微米以外，以與實施例13至18相同的方法製造了包括框架層和合成樹脂層的比較例5及6的擋圈。
評價示例 3
對於實施例13至18的擋圈、比較例5及6的擋圈全部以與評價示例1相同的方法測定了粘結強度，並且結果示於表3。
（表3）
  實施例13 實施例14 實施例15 實施例16 實施例17 實施例18 比較例5 比較例6
槽部的深度(單位：μm) 0.1 1 10 100 250 500 0.01 1000
試驗前粘結強度(單位：MPa) 8.4 8.7 9.1 9.5 9.4 8.3 3.0 2.1
試驗後粘結強度(單位：MPa) 7.9 8.2 8.7 8.9 8.6 8.0 1.2 0.8
變化率 -6.0% -5.7% -4.4% -6.3% -8.5% -3.6% -60.0% -61.9%
參照表3，對於槽部的深度為0.1微米至500微米的實施例13至18的擋圈的情況，在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度在-7%以下。相反地，對於比較例5的擋圈的情況，在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度為-60.0%，可確認到出現了非常大的退化。另外，對於比較例6的擋圈的情況，同樣地在長期可靠性試驗之後粘結強度的退化程度為-61.9%，可確認到出現了非常大的退化。
在本實施例中使用了表述方向的用語，諸如前、後、左、右、上、下，但是這種用語只是為了便於說明，可根據作為對象的事物的位置或者觀察人員的位置等而有所不同。
以上，對於本發明的優選的實施例進行了詳細的說明，但是本發明的權利範圍不限於此，而是所屬技術領域的技術人員利用在申請專利範圍的範圍內定義的本發明的基本概念實施的各種變形及改變形態也包括在本發明的權利範圍內。
10:CMP裝置 110,110a:擋圈 112:框架層 113:孔 114:螺旋線圈 115:合成樹脂層 115G:槽 115H:貫通孔 116:凸起部 116a:第一部分 116b:第二部分 117:螺栓固定部 118:底漆樹脂層 119:多個槽部 120:載體 200:研磨墊 300:晶片 A,A’,B,B’:切割線 d1,d2:深度
圖1是示出本發明的一實施例的擋圈的圖。 圖2是示出本發明的一實施例的擋圈結合於載體的模樣的圖。 圖3是示出沿着圖1的切割線A-A'切割的剖面的一部分的部分剖面圖。 圖4是示出本發明的另一實施例的擋圈的圖。 圖5是示出沿着圖4的切割線B-B'切割的剖面的一部分的部分剖面圖。 圖6是示出本發明的一實施例的合成樹脂層的圖。 圖7是示出本發明的另一實施例的框架層及插入於框架層的孔的螺旋線圈的圖。 圖8是示出本發明的變形的一實施例的合成樹脂層及框架層的部分剖面圖。 圖9是示出形成有圖8的凸起部的框架層的圖。 圖10是用於說明利用螺栓結合載體的下端和擋圈的上端的方法的圖。 圖11是根據本發明的另一實施例形成槽或者貫通孔的合成樹脂層的立體圖。 圖12是用於說明在評價示例1至3中測定粘結強度的方法的概略圖。
110:擋圈
112:框架層
113:孔
115:合成樹脂層
A,A’:切割線

Claims (22)

  1. 一種擋圈，利用於一CMP裝置，包括： 一框架層，結合於該CMP裝置的一載體的下端，並且包含一熱固性樹脂或者一熱塑性樹脂；及 一合成樹脂層，配置在該框架層的下端，並且下部與拋光墊接觸來拋光晶片； 其中，該合成樹脂層在朝向該框架層方向的一面形成多個槽部。
  2. 如請求項1之擋圈，其中， 該多個槽部的深度為0.1微米至500微米。
  3. 如請求項1之擋圈，其中， 該合成樹脂層與該框架層粘結。
  4. 如請求項1之擋圈，其中， 該框架層包含一環氧樹脂及一熱固性樹脂硬化劑。
  5. 如請求項4之擋圈，其中， 該環氧樹脂為在雙酚型環氧基樹脂混合氯化聚丙烯、氯化乙基-丙基共聚物、氯甲基環氧乙烷、丁氧基甲基環氧乙烷、丁醛縮醛化聚乙烯醇亞烷基二異氰酸酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、丙烯酸丁酯、乙烯基苯丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯及縮丁醛乙烯縮醛聚合物中選擇的一種以上的熱固性樹脂。
  6. 如請求項4之擋圈，其中， 該熱固性樹脂硬化劑包含二甲氨甲基苯酚、三共甲氨甲基苯酚、苄基二甲基氨基多乙烯多胺、氰乙基多胺及酮封端多胺中的至少一種。
  7. 如請求項1之擋圈，其中， 該合成樹脂層包含聚醚醚酮、聚甲烯、聚苯硫醚、聚苯並咪唑、聚醚酰亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚酮、全氟烷氧基烷烴、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺中的至少一種。
  8. 如請求項1之擋圈，其中， 該擋圈還包括一底漆樹脂層，該底漆樹脂層位於該合成樹脂層和該框架層之間。
  9. 如請求項8之擋圈，其中， 該底漆樹脂層包含雙酚A二縮水甘油醚、2,5呋喃二酮、聚丙烯、1-甲基-2-吡咯烷酮、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、氨丙基三甲氧基矽烷、氨丙基三乙氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、四甲氧基矽烷及四乙氧基矽烷中的至少一種。
  10. 如請求項1之擋圈，其中， 在該合成樹脂層形成至少一個凸起部， 在該凸起部的表面形成該多個槽部。
  11. 如請求項10之擋圈，其中， 該凸起部包括一第一部分及一第二部分，該第一部分從該合成樹脂層延伸，該第二部分從該第一部分延伸且寬度等於或大於該第一部分的寬度。
  12. 如請求項1之擋圈，其中， 在該框架層形成用於與該載體的下端螺絲結合的一個以上的孔。
  13. 如請求項1之擋圈，其中， 在該合成樹脂層的下端和側面中的至少一處形成一個以上的槽。
  14. 如請求項1之擋圈，其中， 在該合成樹脂層的下端和側面中的至少一處形成一個以上的貫通孔。
  15. 一種擋圈的製造方法，製造利用於CMP裝置的擋圈，包括如下的步驟： 形成一合成樹脂層； 在該合成樹脂層的一面形成多個槽部；及 在該合成樹脂層上形成一框架層。
  16. 如請求項15之擋圈的製造方法，其中， 該形成多個槽部的步驟包括利用一化學蝕刻方法及衣物理刮擦方法中的至少一種方法形成表面凹凸的步驟； 該化學蝕刻方法包括有機溶劑清洗法、鹼性溶液清洗法及酸性溶液清洗法中的至少一種； 該物理刮擦方法包括噴丸法、鋼絲刷清理法、鋼絲研磨法、噴砂法及機械加工法中的至少一種。
  17. 如請求項15之擋圈的製造方法，其中， 在形成該合成樹脂層的步驟中，通過利用一模具的成型法或者注塑成型法形成該合成樹脂層； 形成該多個槽部的步驟包括如下的步驟：在該模具的表面實施粗化處理來形成一凹凸結構；及在該模具內形成該合成樹脂層； 將該凹凸結構轉移到該合成樹脂層的表面，進而在該合成樹脂層形成該多個槽部。
  18. 如請求項15之擋圈的製造方法，其中， 該多個槽部的深度為0.1微米至500微米。
  19. 如請求項15之擋圈的製造方法，其中，還包括如下的步驟： 在該合成樹脂層上進行底漆處理，以形成底漆樹脂層。
  20. 如請求項15之擋圈的製造方法，其中， 形成該框架層的步驟包括如下的步驟：在一成型框架插入該合成樹脂層，並且在該成型框架填充一熱固性樹脂，硬化該熱固性樹脂，之後從該成型框架取出層疊結合的該合成樹脂層及該框架層。
  21. 如請求項15之擋圈的製造方法，其中， 形成該框架層的步驟包括如下的步驟：將一液態熱固性樹脂在圓柱體中移動至圓柱體前端；將該液態熱固性樹脂注塑注入並填充於由公模和母模構成的模具內腔體；及加熱該模具來固化該液態熱固性樹脂之後進行冷卻後取出。
  22. 一種CMP裝置，包括： 一如請求項1之擋圈； 一載體，結合於該擋圈的上端； 一拋光墊，與該擋圈的下端接觸，並且在上端放置晶片。
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