TWI531442B - 研磨墊、研磨裝置及研磨墊之製造方法 - Google Patents

Description

研磨墊、研磨裝置及研磨墊之製造方法

本發明係關於一種研磨墊、研磨裝置及研磨墊之製造方法，詳言之，係關於一種具有不同研磨區域之研磨墊、包含其之研磨裝置及研磨墊之製造方法。

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片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(圖中未式)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。

由於研磨墊在相同研磨盤轉速下，越靠近研磨墊之邊緣與待研磨基材接觸之研磨速率越大，反之，越靠近研磨墊之中心則與待研磨基材接觸之研磨速率越小，造成待研磨基材對應研磨墊之邊緣及中心部位移除量不一致，而使拋研磨後待研磨基板之表面產生不均勻之現象。

為改善前述不均勻之研磨效果，美國專利第5,329,734號揭示一表面具有開孔之研磨墊，其係於研磨墊之中心部位形成較大或較多之開孔，於研磨時即可容研磨漿液停留於該開孔中，使開孔之部位具有較多研磨漿液以平衡因研磨速率不同而造成研磨不均之現象。然而此等開孔之形成係於研磨墊製造完成後，額外加工所製作，耗時又耗成本；再者，此習知研磨墊之開孔係以下列兩種方式形成：(1)機械加工，利用切削、銑製、穿孔等方式，於研磨墊之表面形成開孔，然而此製程之精細度不高，因此開孔分佈都為簡單之固定圖案(如同心圓等)，另外此加工方式會因為開孔之尺寸、位置、深淺之控制不易，致使無法達到全面一體性的分佈，進而影響研磨時之均勻性，另外加工時也會有碎屑產生，而需另行移除碎屑；(2)以雷射高能量製造開孔，雷射高能使研磨墊之表面產生開孔，但雷射產生燒結，會對待研磨基板造成汙染、刮傷以及研磨品質不穩 定，加工速率也過於耗時。

因此，有必要提供一種新穎且具進步性之研磨墊、研磨裝置及製造研磨墊之方法，以解決上述問題。

本發明提供一種研磨墊，其中用以研磨之研磨表面具有不同平均孔徑之發泡樹脂孔洞，可改善研磨時基材邊緣及中心部位移除量不一之缺點，使基材表面平均。

本發明係提供一種研磨墊，其包含具有發泡樹脂之一研磨表面，其中該研磨表面包含：一第一研磨區域，其包含至少一第一發泡樹脂孔洞；及一第二研磨區域，其包含至少一第二發泡樹脂孔洞；其中該第一發泡樹脂孔洞之平均孔徑係小於該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑。

本發明另提供一種研磨裝置，其包含：一研磨盤；一基材；一根據前述之研磨墊，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。

本發明又提供一種製造根據前述之研磨墊之方法，包括以下步驟：(a)提供一第一聚合塗料及一第二聚合塗料，其中該第一聚合塗料之黏度係小於該第二聚合塗料之黏度；(b)將該第二聚合塗料形成該第二研磨區域；及 (c)將該第一聚合塗料形成該第一研磨區域。

本發明係提供一種研磨墊，其包含具有發泡樹脂之一研磨表面，其中該研磨表面包含：一第一研磨區域，其包含至少一第一發泡樹脂孔洞；及一第二研磨區域，其包含至少一第二發泡樹脂孔洞；其中該第一發泡樹脂孔洞之平均孔徑係小於該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑。

本發明所言之「研磨墊」乙詞係指於化學機械研磨製程中，用以平坦化一基材之結構，較佳地，該研磨墊係配合一研磨漿液，而進行化學機械研磨製程。較佳地，該研磨墊包含一研磨表面以研磨該基材。該研磨墊較佳係為一薄片結構，且可固定於一研磨盤上。

根據本發明，該研磨墊之材料係為發泡樹脂聚合物，該研磨墊之材料可依所需之性質，而由不同之發泡樹脂材料所製成。本文中使用之「發泡樹脂」乙詞指含有熱塑樹脂及熱分解發泡劑之材料。該研磨墊之材料為使可研磨該基材，其材料之具體實施例為發泡彈性體。本文中使用之「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過度刮傷待研磨物表面。該發泡彈性體較佳為發泡之聚胺酯、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、交聯聚氨酯、交聯聚烯烴、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。

本發明所言之「基材」係指待研磨之工件，較佳係為一平板，於本發明之具體實施例中，該基材係為半導體、儲存媒體基材、積體電路、液晶顯示器平板玻璃、光學玻璃或光電面板。

根據本發明之該研磨表面包含之該第一研磨區域，其包含至少一第一發泡樹脂孔洞；該研磨表面包含之該第二研磨區域，其包含至少一第二發泡樹脂孔洞；其中該第一發泡樹脂孔洞之平均孔徑係小於該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑。該第一研磨區域與該第二研磨區域之相對位置可為任意或依所欲排列。

本文中使用之「平均孔徑」乙詞係指一研磨區域中，各發泡樹脂孔洞孔徑之平均值，較佳地，該孔徑係指發泡樹脂孔洞之切面尺寸。於本發明之較佳具體實施例中，該第一發泡樹脂孔洞之平均孔徑係為第一研磨區域之第一發泡樹脂孔洞總面積/第一研磨區域之總面積；該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑係為第二研磨區域之第二發泡樹脂孔洞總面積/第二研磨區域之總面積。

參看圖2，其係為根據本發明之研磨表面251之第一具體實施例示意圖，該研磨表面251包含一第一研磨區域252及一第二研磨區域254；該第一研磨區域252包含至少一第一發泡樹脂孔洞253；該第二研磨區域254包含至少一第二發 泡樹脂孔洞255；其中該第一發泡樹脂孔洞253之平均孔徑係小於該第二發泡樹脂孔洞255之平均孔徑，且該第一研磨區域252係環繞該第二研磨區域254。較佳地，該第一研磨區域252係完全環繞該第二研磨區域254。該第一研磨區域252因位於該研磨表面251之外圍，當同樣轉速研磨時，其切線速率較大，故該第一發泡樹脂孔洞253之平均孔徑較小，容較少之研磨漿液停留，且該第二研磨區域254靠近研磨墊之中心點，當同樣轉速研磨時，其切線速率較小，故該第二發泡樹脂孔洞255之平均孔徑較大，容較多之研磨漿液停留，故研磨漿液之量與研磨切線速度可彼此平衡，而使研磨效果均勻。

根據本發明之研磨墊不需於製造完成後另靠行加工形成開孔，可節省時間與成本，再者，不同平均孔徑之發泡樹脂孔洞之形成及排列分佈係為與研磨墊之製造同時完成，不生習知研磨墊因加工而產生燒結、碎屑之問題，可改善研磨時基材邊緣及中心部位移除量不一之缺點，使基材表面平均。

於本發明之較佳具體實施例中，該研磨表面251另包含一第三研磨區域256，該第三研磨區域256包含至少一第三發泡樹脂孔洞257，且該第三發泡樹脂孔洞257之平均孔徑係大於該第二發泡樹脂孔洞255之平均孔徑。於本發明之較佳具體實施例中，該第三發泡樹脂孔洞257之平均孔徑係為第三研磨區域256之第三發泡樹脂孔洞257總面積/第三研磨區域256之總面積。該第三研磨區域256可搭配該第 一研磨區域252及該第二研磨區域254，提供更彈性、更多樣性之研磨配置，尤其當應用於研磨表面精細度高之基材時，其效果更佳。該第一研磨區域252、該第二研磨區域254及該第三研磨區域256之相對位置可為任意或依所欲排列，較佳地，該第二研磨區域254係環繞該第三研磨區域256；更佳地，該第二研磨區域254係完全環繞該第三研磨區域256。

根據本發明該第一研磨區域252或該第二研磨區域254之形狀可為任意，較佳地，該第一研磨區域252或該第二研磨區域254之形狀係與該研磨墊相同。於本發明之較佳具體實施例中，該第一研磨區域252或該第二研磨區域254之形狀為方形、圓形或多邊形。另一方面，該第一研磨區域252與該第二研磨區域254較佳係為同心。

較佳地，該第一研磨區域包含複數個第一研磨部分，及該第二研磨區域包含複數個第二研磨部分。參看圖3，其係為根據本發明之研磨表面351之第二具體實施例示意圖，該第二研磨區域354包含複數個第二研磨部份358。該等第二研磨部份358包含該第二發泡樹脂孔洞355，複數個第二發泡樹脂孔洞355共同構成一個第二研磨部份358，且複數個第二研磨部份358共同構成該第二研磨區域354。

參看圖4，其係為根據本發明之研磨表面451之第三具體實施例示意圖，該研磨表面451包含一第一研磨區域452及一第二研磨區域454；該第一研磨區域452包含複數個第一研磨部分459，該第二研磨區域454包含複數個第二研磨部 分458，其中該等第一研磨部分459及該等第二研磨部分458係自研磨墊之中心呈放射狀延伸。

根據本發明之該第一發泡樹脂孔洞與該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑差異係為本發明所屬技術領域中具通常知識者可據以調整者，於本發明之一較佳具體實施例中，其可藉由調整該第一研磨區域及該第二研磨區域表面之空孔率，達到調整研磨力之效果，其中該第一研磨區域之空孔率係小於該第二研磨區域之空孔率。本發明所言之空孔率係指單位體積中，孔洞之總體積所佔之比率，其測量方法並不限，例如經由掃描式電子顯微鏡分別測量研磨區域長、寬及高切面之個別孔洞數量，而計算得研磨區域中孔洞之總數量，一併測得孔洞之平均孔徑並計算單一孔洞之平均體積，再由孔洞總數量及孔洞平均體積得到孔洞之總體積，除以研磨區域總體積，進而計算得空孔率。

較佳地，根據本發明之發泡樹脂孔洞之平均孔徑為自約10 μm至約1000 μm；更佳係為自約10 μm至約100 μm；尤佳係為自約10 μm至約20 μm。

另一方面，根據本發明之第一發泡樹脂孔洞與第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑差異為小於約500 μm；更佳係為小於約100 μm；尤佳係為小於約50 μm。

本發明亦提供一種研磨裝置，其包含：一研磨盤；一基材；一根據本發明之研磨墊，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。

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5，顯示具有本發明研磨墊之研磨裝置之示意圖。該研磨裝置5包括一壓力板51、一吸附墊片52、一基材53、一研磨盤54、一研磨墊55及一研磨漿液56。該壓力板51係相對於該研磨盤54。該吸附墊片52係利用一背膠層(圖中未示)黏附於該壓力板51上，且該吸附墊片52係用以吸附且固定該基材53。該研磨墊55係固定於該研磨盤54，且面向該壓力板51，用以對該基材53進行研磨。

該研磨裝置5之作動方式如下。首先將該基材53置於該吸附墊片52上，且該基材53被該吸附墊片52吸住。接著，該研磨盤54及該壓力板51以相反方向旋轉，且同時將該壓力板51向下移動，使該研磨墊55接觸到該基材53之表面，藉由不斷補充該研磨漿液56以及該研磨墊55的作用，可對該基材53進行研磨作業。

本發明再提供一種製造根據本發明之研磨墊之方法，包括以下步驟：(a)提供一第一聚合塗料及一第二聚合塗料，其中該第一聚合塗料之黏度係小於該第二聚合塗料之黏度；(b)將該第二聚合塗料形成該第二研磨區域；及 (c)將該第一聚合塗料形成該第一研磨區域。

根據本發明之方法，其中步驟(a)提供一第一聚合塗料及一第二聚合塗料，該等聚合塗料係形成該研磨表面部份，該等聚合物之材料如前所述。本發明所屬技術領域中具通常知識者可依所需之發泡樹脂孔洞之平均孔徑選擇合宜之聚合塗料及施工方式，根據該第一聚合塗料之黏度係小於該第二聚合塗料之黏度，故該第一發泡樹脂孔洞之平均孔徑係小於該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑。

根據本發明之步驟(b)及(c)之將該第二聚合塗料形成該第二研磨區域及將該第一聚合塗料形成該第一研磨區域之方法為本發明所屬技術領域中具通常知識者可實施，於本發明之具體實施例中，其係為使該聚合塗料充滿於一模具中，再固化形成。此固化之具體實施方式為本發明所屬技術領域中具通常知識者依聚合塗料之種類及所欲之性質而實施者。

較佳地，根據本發明之方法，其另包含一剖片步驟，其係將形成於模具中之聚合塗料固化後，剖片形成薄片狀之研磨墊，此剖片之具體實施方式為本發明所屬技術領域中具通常知識者可熟知。

於本發明方法之第一較佳具體實施例中，其包含：(1)提供一第一模具及一第二模具，其中該第一模具係使該第一聚合塗料對應形成該第一研磨區域及該第二模具係使該第二聚合塗料對應形成該第二研磨區域；(2)將該第二聚合塗料充滿於該第二模具之模穴內； (3)將該第一聚合塗料充滿於該第一模具之模穴內；及(4)固化該第一聚合塗料及該第二聚合塗料，並移除該第一模具及該第二模具。

於本發明方法之第二較佳具體實施例中，其包含：(i)提供一第一模具及一第二模具，其中該第一模具係使該第一聚合塗料對應形成該第一研磨區域及該第二模具係使該第二聚合塗料對應形成該第二研磨區域；(ii)將該第二聚合塗料充滿於該第二模具之模穴內，並移除該第二模具；及(iii)將該第一聚合塗料充滿於該第一模具之模穴內，並移除該第一模具，並固化該第一聚合塗料及該第二聚合塗料。

於本發明方法之第三較佳具體實施例中，其包含：(I)提供一第一模具，其中該第一模具係使該第一聚合塗料對應形成該第一研磨區域；(II)將該第二聚合塗料形成該第二研磨區域，並固化該第二聚合塗料；及(III)將步驟(II)中已固化之第二聚合塗料置於該第一模具之模穴內，並將該第一聚合塗料充滿於該第一模具之模穴內，且於固化後移除該第一模具。

茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。

實例1：

配製第一聚合塗料，其黏度為750 cps及配製第二聚合塗 料，其黏度為3600 cps。該第一聚合塗料及第二聚合塗料為二異氰酸鹽、聚醯胺與聚酯之混合物。將上述之第一聚合塗料及第二聚合塗料填充於具兩層設計之管柱模具中，中心管柱模具填充第二聚合塗料，而外圍管柱模具則填充第一聚合塗料。於模具內以80℃固化45分鐘，取出後，放置於烘箱內以110℃熟成16小時，再進行剖片。剖片後，可得到第一發泡樹脂孔洞平均孔徑為10 μm及第二發泡樹脂孔洞平均孔徑為50 μm之研磨墊。

實例2：

配製第一聚合塗料，其黏度為550 cps、配製第二聚合塗料，其黏度為4000 cps及配製第三聚合塗料，其黏度為4200 cps。該第一聚合塗料、第二聚合塗料及第三聚合塗料為二異氰酸鹽、聚醯胺與聚酯之混合物。

在1200 mm x 1200 mm之方形模具中分別放置直徑為400 mm(第三模具)、800 mm(第二模具)及1000 mm(第一模具)之圓型模具。將第三聚合塗料灌注入第三模具之模穴中，並移除該第三模具；再將第二聚合塗料灌注入第二模具之模穴中，並移除該第二模具；最後將第一聚合塗料灌注入第一模具之模穴中，並移除該第一模具。

於方形模具內以80℃固化45分鐘，取出後，放置於烘箱內以110℃熟成16小時，再進行剖片。剖片後，可得到第一發泡樹脂孔洞平均孔徑為10 μm、第二發泡樹脂孔洞平均孔徑為50 μm及第三發泡樹脂孔洞平均孔徑為100 μm之研磨墊(參看圖2)。

實例3：

配製第一聚合塗料，其黏度為650 cps及配製第二聚合塗料，其黏度為3850 cps。該第一聚合塗料及第二聚合塗料為二異氰酸鹽、聚醯胺與聚酯之混合物。

提供一第二模具，並將第二聚合塗料灌注入第二模具之模穴中，於模具內以80℃固化45分鐘，取出後，放置於烘箱內以110℃熟成16小時。將固化之第二聚合塗料切割成六個直徑為500 mm之圓塊。將上述六個直徑為500 mm的圓塊，排列於1200 mm x 1200 mm之方形第一模具中，再將第一聚合塗料灌注將第一聚合塗料灌注入第一模具之模穴中，於模具內以80℃固化45分鐘，取出後，放置於烘箱內以110℃熟成16小時，並移除該第一模具，經剖片後，可得到第一發泡樹脂孔洞平均孔徑為10 μm、第二發泡樹脂孔洞平均孔徑為50 μm之研磨墊。

惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。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

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

51‧‧‧壓力板

52‧‧‧吸附墊片

53‧‧‧基材

54‧‧‧研磨盤

55‧‧‧研磨墊

56‧‧‧研磨漿液

252‧‧‧第一研磨區域

253‧‧‧第一發泡樹脂孔洞

254‧‧‧第二研磨區域

255‧‧‧第二發泡樹脂孔洞

256‧‧‧第三研磨區域

257‧‧‧第三發泡樹脂孔洞

351‧‧‧研磨表面

354‧‧‧第二研磨區域

355‧‧‧第二發泡樹脂孔洞

358‧‧‧第二研磨部份

451‧‧‧研磨表面

452‧‧‧第一研磨區域

454‧‧‧第二研磨區域

458‧‧‧第二研磨部分

459‧‧‧第一研磨部分

圖1顯示具有習知研磨墊之研磨裝置之示意圖；圖2顯示根據本發明之研磨表面之第一具體實施例示意圖；圖3顯示根據本發明之研磨表面之第二具體實施例示意圖； 圖4顯示根據本發明之研磨表面之第三具體實施例示意圖；及圖5顯示具有本發明研磨墊片之研磨裝置之示意圖；

252‧‧‧第一研磨區域

253‧‧‧第一發泡樹脂孔洞

254‧‧‧第二研磨區域

255‧‧‧第二發泡樹脂孔洞

256‧‧‧第三研磨區域

257‧‧‧第三發泡樹脂孔洞

Claims (10)

1. 一種研磨墊，其包含具有發泡樹脂之一研磨表面，其中該研磨表面包含：一第一研磨區域，其包含至少一第一發泡樹脂孔洞；一第二研磨區域，其包含至少一第二發泡樹脂孔洞；其中該第一發泡樹脂孔洞之平均孔徑係小於該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑；及其中該研磨表面另包含一第三研磨區域，該第三研磨區域包含至少一第三發泡樹脂孔洞，且該第三發泡樹脂孔洞之平均孔徑係大於該第二發泡樹脂孔洞之平均孔徑。
2. 根據請求項1之研磨墊，其中該第一研磨區域係環繞該第二研磨區域。
3. 根據請求項1之研磨墊，其中該第一研磨區域與該第二研磨區域係為同心。
4. 根據請求項1之研磨墊，其中該第一研磨區域包含複數個第一研磨部分，及該第二研磨區域包含複數個第二研磨部分。
5. 根據請求項1之研磨墊，其中該第一研磨區域包含複數個第一研磨部分，該第二研磨區域包含複數個第二研磨部分，其中該等第一研磨部分及該等第二研磨部分係自研磨墊之中心呈放射狀延伸。
6. 一種研磨裝置，其包含：一研磨盤； 一基材；一根據請求項1至5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。
7. 一種製造根據請求項1至5任一項之研磨墊之方法，包括以下步驟：(a)提供一第一聚合塗料及一第二聚合塗料，其中該第一聚合塗料之黏度係小於該第二聚合塗料之黏度；(b)將該第二聚合塗料形成該第二研磨區域；及(c)將該第一聚合塗料形成該第一研磨區域。
8. 根據請求項7之方法，其包含：(1)提供一第一模具及一第二模具，其中該第一模具係使該第一聚合塗料對應形成該第一研磨區域及該第二模具係使該第二聚合塗料對應形成該第二研磨區域；(2)將該第二聚合塗料充滿於該第二模具之模穴內；(3)將該第一聚合塗料充滿於該第一模具之模穴內；及(4)固化該第一聚合塗料及該第二聚合塗料，並移除該第一模具及該第二模具。
9. 根據請求項7之方法，其包含：(i)提供一第一模具及一第二模具，其中該第一模具係使該第一聚合塗料對應形成該第一研磨區域及該第二模具係使該第二聚合塗料對應形成該第二研磨區域； (ii)將該第二聚合塗料充滿於該第二模具之模穴內，並移除該第二模具；及(iii)將該第一聚合塗料充滿於該第一模具之模穴內，並移除該第一模具，並固化該第一聚合塗料及該第二聚合塗料。
10. 根據請求項7之方法，其包含：(I)提供一第一模具，其中該第一模具係使該第一聚合塗料對應形成該第一研磨區域；(II)將該第二聚合塗料形成該第二研磨區域，並固化該第二聚合塗料；及(III)將步驟(II)中已固化之第二聚合塗料置於該第一模具之模穴內，並將該第一聚合塗料充滿於該第一模具之模穴內，且於固化後移除該第一模具。