TWI516373B - 硏磨墊、硏磨裝置及製造硏磨墊之方法 - Google Patents

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Description

研磨墊、研磨裝置及製造研磨墊之方法
本發明係關於一種研磨墊、研磨裝置及製造研磨墊之方法。
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。
因該研磨墊15於作動時同時承受來自該壓力板11與該研磨盤14不同方向之壓力，為避免造成該待研磨基材13之損傷，通常該研磨墊15包含一研磨層及一緩衝層。該研磨層視該待研磨基材13所需，可為不織布、高分子彈性體或其組合，該緩衝層則大部份以不織布為主體，因為包含不織布之緩衝層較研磨層具有較佳之壓縮率及回復率，其中壓縮率可提高研磨層與待研磨基材之密合度，回復率則可提高研磨墊之使用壽命。
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，當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。
因此，本領域中亟需開發一研磨墊，以克服前述緩衝層中不織布壓力受力不均勻之缺點，以提高研磨效果。
本發明於研磨墊之緩衝層中，加入具有壓力分散層之緩衝層，以得到厚度及附量均一之緩衝層。當研磨層受壓力時，緩衝層可使壓力均勻分散，而提供研磨墊均勻之緩衝力，因此，研磨墊與待研磨基材間之摩擦力亦較均勻，可增加待研磨基材表面平坦度，並防止研磨墊之凹陷及變形。
本發明提供一種研磨墊，其包含一研磨層及一緩衝層，該緩衝層包含： 一本體，其包含複數個第一不定向纖維；及一壓力分散層，其包含複數個第一定向纖維及複數個第二定向纖維，其中所有該第一定向纖維皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交，及該第一定向纖維及/或第二定向纖維係與至少一該第一不定向纖維相交。
本發明亦提供一種研磨裝置，其包含：一研磨盤；一基材；一前述之研磨墊，其係黏附於該研磨盤上，並用以研磨該基材；及一研磨漿液，其接觸該基材，以進行研磨。
本發明再提供一種製造前述研磨墊之方法，其中該緩衝層係由包含下列步驟之方法所提供：(a)提供一本體，其包含複數個第一不定向纖維；(b)提供複數個第一定向纖維及複數個第二定向纖維，其中所有該第一定向纖維皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交；及(c)使該第一定向纖維及/或第二定向纖維與至少一該第一不定向纖維相交，以構成一壓力分散層。
1‧‧‧習知研磨裝置
7‧‧‧本發明研磨裝置
11‧‧‧壓力板
12‧‧‧吸附墊片
13‧‧‧待研磨基材
14‧‧‧研磨盤
15‧‧‧研磨墊
16‧‧‧研磨漿液
25‧‧‧緩衝層
35‧‧‧緩衝層
71‧‧‧壓力板
72‧‧‧吸附墊片
73‧‧‧基材
74‧‧‧研磨盤
75‧‧‧研磨墊
76‧‧‧研磨漿液
251‧‧‧主體
252‧‧‧壓力分散層
253‧‧‧緩衝層之一表面
254‧‧‧緩衝層之另一表面
351‧‧‧主體
352‧‧‧壓力分散層
452‧‧‧壓力分散層
453‧‧‧第一定向纖維
454‧‧‧第二定向纖維
552‧‧‧壓力分散層
553‧‧‧第一定向纖維
554‧‧‧第二定向纖維
555‧‧‧第二不定向纖維
652‧‧‧壓力分散層
653‧‧‧第一定向纖維
654‧‧‧第二定向纖維
655‧‧‧第三定向纖維
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緩衝層剖面示意圖；圖3顯示本發明又一具體實施例之緩衝層剖面示意圖；圖4顯示本發明另一具體實施例之壓力分散層上視圖； 圖5顯示本發明再一具體實施例之壓力分散層剖面圖；圖6顯示本發明另一具體實施例之壓力分散層上視圖；及圖7顯示具有本發明研磨墊之研磨裝置之示意圖。
本發明提供一種研磨墊，其包含一研磨層及一緩衝層，該緩衝層包含：一本體，其包含複數個第一不定向纖維；及一壓力分散層，其包含複數個第一定向纖維及複數個第二定向纖維，其中所有該第一定向纖維皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交，及該第一定向纖維及/或第二定向纖維係與至少一該第一不定向纖維相文。
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。依待研磨基材之需求，可為不織布、高分子彈性體或其組合。
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，該彈性體可充當良好的緩衝器以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。該樹脂較佳地包含選自由以下各物組成之群的至少一者：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、其混合物及其摻合物。
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。
於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨層另包含孔洞。於本發明之一具體實施例中，該孔洞係為不織布纖維間之孔洞；於本發明之另一具體實施例中，該孔洞係為高分子彈性體所形成之孔洞；於本發明之再一具體實施例中，該孔洞係由高分子彈性體與纖維共同形成。該等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，該孔洞較佳為連通多孔洞，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。在本發明之較佳實施例中，該等連通多孔洞具有自0.1μm至500μm之孔尺寸。
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 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。
本發明所言之「緩衝層」係指位於該研磨層於研磨機台間之薄層。於該研磨墊於作動時同時承受來自壓力板與研磨盤不同方向之壓力，以避免造成該待研磨基材之損傷。根據本發明之緩衝層包含纖維。
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。
根據本發明之緩衝層包含一本體，其包含複數個第一不定向纖維。該本體係構成該緩衝層之大部分，該等複數個第一不定向纖維由摩擦力及/或內聚力及/或黏合力接合，可為定長或連續的絲或可原位形成，較佳地，該等第一不定向纖維係由疊棉提供，並經由針軋而形成一體之構造。
根據本發明之緩衝層亦包含一壓力分散層，其包含複數個第一定向纖維及複數個第二定向纖維，其中所有該第一定向纖維皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交，及該第一定向纖維及/或第二定向纖維係與至少一該第一不定向纖維相交。藉由該等定向纖維之提供，可進一步將研磨層傳至緩衝層本體之壓力進一步均勻分散，而提供研磨墊均勻之緩衝力；再者，藉由該等定向纖維之提供，於該緩衝層之內部提供一骨架，可使整體緩衝層之厚度及附量均一，因此，研磨墊與待研磨基 材間之摩擦力亦較均勻，可增加待研磨基材表面平坦度，並防止研磨墊之凹陷及變形。
該壓力分散層之厚度可依所需而定，較佳地，其係自約0.05mm至約1.0mm；如其厚度小於約0.05mm，則其壓力分散效果較不佳；如其厚度大於約1.0mm，則其緩衝效果較不佳。
參看圖2根據本發明之緩衝層剖面示意圖，於本發明之一具體實施例中，本發明緩衝層25包含一主體251及一壓力分散層252，其中該壓力分散層252係構成該緩衝層25之一表面253，且該本體251係構成該緩衝層25之另一表面254。於此具體實施例中，該主體251及該壓力分散層252係為兩層狀結構，並藉由主體中之第一不定向纖維與壓力分散層中之第一定向纖維及/或第二定向纖維相交而彼此結合，該等結合方式包含但不限於利用針軋結合。
參看圖3根據本發明之緩衝層剖面示意圖，於本發明之一具體實施例中，本發明緩衝層35包含一主體351及一壓力分散層352，其中該壓力分散層352係夾置於該本體351內。於此具體實施例中，該主體351係由兩層狀結構共同提供，並藉由主體中之第一不定向纖維與壓力分散層中之第一定向纖維及/或第二定向纖維相交而彼此結合，該等結合方式包含但不限於利用針軋結合。
根據本發明之該第一方向與該第二方向間所夾之角度可為任一之角度，參看圖4根據本發明之壓力分散層上視圖，於本發明之一具體實施例中，該壓力分散層452包含複數個第一定向纖維453及複數個第二定向纖維454，其中所有該第一定向纖維453皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維454皆以一第二方向排列，且該第一方向係與該第二方向垂直。
根據本發明之該等第一定向纖維與該等第二定向纖維係可彼此疊放或彼此交叉編織而構成該壓力分散層，較佳地，該等第一定向纖 維與該等第二定向纖維係位於同一層狀結構內，並彼此交叉編織。
參看圖5根據本發明之壓力分散層剖面圖，與本發明之一具體實施例中，該壓力分散層552包含複數個第一定向纖維553及複數個第二定向纖維554，該第一定向纖維係553位於一第一平面上，該第二定向纖維554係分別位於一第二平面上，且該壓力分散層另包含複數個第二不定向纖維555介於該第一平面與該第二平面間，及該第一定向纖維553及/或第二定向纖維554係與至少一該第二不定向纖維555相交。於本具體實施例中該第一定向纖維553具有之第一方向雖位於該第一平面上，且該第二定向纖維554具有之第二方向係為於第二平面上，惟其第一方向及第二方向之垂直投影仍為相交。此多層狀提供之該壓力分散層可多層次分散緩衝層之壓力，並使纖維之附量及厚度更加平均。
根據本發明之該等第二不定向纖維之形成係與該等第一不定向纖維類似，較佳地，該等第二不定向纖維係與該等第一不定向纖維相同。
參看圖6根據本發明之壓力分散層上視圖，於本發明之一具體實施例中，該壓力分散層652包含複數個第一定向纖維653及複數個第二定向纖維654，並另包含複數個第三定向纖維655，其中所有該第三定向纖維655皆以一第三方向排列，且該第三定向纖維655與第一定向纖維653及/或第二定向纖維654相交。於此具體實施例中，該壓力分散層652係除該第一定向纖維653及第二定向纖維654外，可包含其他定向纖維，例如該第三定向纖維655。
根據本發明之該等定向纖維較佳係為長纖維，可使壓力分散之效果提高，更佳地，例如圖4或圖6所示，每一該第一定向纖維453、653及/或第二定向纖維454、654係貫穿該壓力分散層。
該等定向纖維之材料與該等不定向纖維之材料可為相同或不 同，較佳地，該複數個第一不定向纖維之材料係與該第一定向纖維及/或第二定向纖維不同。於本發明之一具體實施例中，該等定向纖維之材料係為韌性高、不易斷折之材料，該等不定向纖維係為柔軟度高、彈性佳之材料。
較佳地，該等緩衝層係以成捲式提供，可改進批次均勻性。
本發明亦提供一種研磨裝置，其中包含：一基材；一研磨墊，其係黏附於該研磨盤上，並用以研磨該基材；及一研磨漿液，其接觸該基材，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，用以吸附且固定該基材。
參考圖7，顯示具有本發明研磨墊之研磨裝置之示意圖。該研磨裝置7包括一壓力板71、一吸附墊片72、一基材73、一研磨盤74、一研磨墊75及一研磨漿液76。該壓力板71係相對於該研磨盤74。該吸附墊片72係利用一背膠層(圖中未示)黏附於該壓力板71上，且該吸附墊片72係用以吸附且固定該基材73。該研磨墊75係固定於該研磨盤74，且面向該壓力板71，用以對該基材73進行研磨。
該研磨裝置7之作動方式如下。首先將該基材73置於該吸附墊片72上，且該基材73被該吸附墊片72吸住。接著，該研磨盤74及該壓力板71以相反方向旋轉，且同時將該壓力板71向下移動，使該研磨墊75接觸到該基材73之表面，藉由不斷補充該研磨漿液76以及該研磨墊75的作用，可對該基材73進行研磨作業。
本發明再提供一種製造前述研磨墊之方法，其中該緩衝層係由包含下列步驟之方法所提供： (a)提供一本體，其包含複數個第一不定向纖維；(b)提供複數個第一定向纖維及複數個第二定向纖維，其中所有該第一定向纖維皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交；及(c)使該第一定向纖維及/或第二定向纖維與至少一該第一不定向纖維相交，以構成一壓力分散層。
由於該本體係構成該緩衝層之大部分，依所需，可將該等複數個第一不定向纖維由摩擦力及/或內聚力及/或黏合力接合，以提供該本體。於本發明之一具體實施例中，該等複數個第一不定向纖維可為定長或連續的絲或可原位形成。較佳地，步驟(a)係將該等第一不定向纖維疊棉以提供該本體。
步驟(b)中，根據本發明之該等第一定向纖維與該等第二定向纖維係經彼此疊放或彼此交叉編織而構成該壓力分散層，較佳地，該等第一定向纖維與該等第二定向纖維係彼此交叉編織。
根據本發明之步驟(c)使該第一定向纖維及/或第二定向纖維與至少一該第一不定向纖維相交之方法可為任意可使纖維交叉之方法。較佳地，係將該第一定向纖維及/或第二定向纖維與至少一該第一不定向纖維針軋，使其相交，以構成該壓力分散層。
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。
25‧‧‧緩衝層
251‧‧‧主體
252‧‧‧壓力分散層
253‧‧‧緩衝層之一表面
254‧‧‧緩衝層之另一表面

Claims (11)

  1. 一種研磨墊，其包含一研磨層及一緩衝層，該緩衝層包含：一本體，其包含複數個第一不定向纖維；及一壓力分散層，其包含複數個第一定向纖維及複數個第二定向纖維，其中所有該第一定向纖維皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交，及該第一定向纖維及/或第二定向纖維係與至少一該第一不定向纖維相交；其中每一該第一定向纖維453、653及/或第二定向纖維454、654係貫穿該壓力分散層；該壓力分散層之厚度係自約0.05mm至約1.0mm。
  2. 根據請求項1之研磨墊，其中該壓力分散層係構成該緩衝層之一表面，且該本體係構成該緩衝層之另一表面。
  3. 根據請求項1之研磨墊，其中該壓力分散層係夾置於該本體內。
  4. 根據請求項1之研磨墊，其中該第一方向係與該第二方向垂直。
  5. 根據請求項1之研磨墊，其中該第一定向纖維係位於一第一平面上，該第二定向纖維係分別位於一第二平面上，且該壓力分散層另包含複數個第二不定向纖維介於該第一平面與該第二平面間，及該第一定向纖維及/或第二定向纖維係與至少一該第二不定向纖維相交。
  6. 根據請求項1之研磨墊，其中該壓力分散層另包含複數個第三定向纖維，其中所有該第三定向纖維皆以一第三方向排列，且該第三定向纖維與第一定向纖維及/或第二定向纖維相交。
  7. 根據請求項1之研磨墊，其中該複數個第一不定向纖維之材料係 與該第一定向纖維及/或第二定向纖維不同。
  8. 一種研磨裝置，其包含：一研磨盤；一基材；一根據請求項1至7任何一項之研磨墊，其係黏附於該研磨盤上，並用以研磨該基材；及一研磨漿液，其接觸該基材，以進行研磨。
  9. 一種製造根據請求項1至7任何一項研磨墊之方法，其中該緩衝層係由包含下列步驟之方法所提供：(a)提供一本體，其包含複數個第一不定向纖維；(b)提供複數個第一定向纖維及複數個第二定向纖維，其中所有該第一定向纖維皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交；及(c)使該第一定向纖維及/或第二定向纖維與至少一該第一不定向纖維相交，以構成一壓力分散層。
  10. 根據請求項9之方法，其中步驟(a)係將該等第一不定向纖維疊棉以提供該本體。
  11. 根據請求項9之方法，其中步驟(c)係將該第一定向纖維及/或第二定向纖維與至少一該第一不定向纖維針軋，使其相交，以構成該壓力分散層。
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