TWI556910B - 複合硏磨墊及其製造方法 - Google Patents

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TWI556910B
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吳文傑
洪永璋
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Description

複合研磨墊及其製造方法
本發明係關於一種複合研磨墊及其製造方法，特別是一種不使用黏著劑之複合研磨墊及其製造方法。
拋光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，同時將一待拋光基材抵住該研磨墊後以重覆規律動作搓磨。該待拋光基材係諸如半導體、儲存媒體基材、積體電路、LCD平板玻璃、光學玻璃與光電面板等物體。在拋光過程中，該研磨墊之品質會直接影響該待拋光基材之拋光效果。
參考圖1，顯示習知研磨設備之示意圖。該研磨設備1包括一下平台(Lower Base Plate)11、一吸附墊片(Sheet)12、一待拋光基材(Polishing Workpiece)13、一上平台(Upper Base Plate)14、一研磨墊(Polishing Pad)15及一研磨漿液(Slurry)16。該下平台11係相對於該上平台14。該吸附墊片12係利用一背膠層17黏附於該下平台11上，且該吸附墊片12係用以承載及固定該待拋光基材13。該研磨墊15係固定於該上平台14，且面向該下平台11，用以對該待拋光基材13進行拋光。
該研磨設備1之作動方式如下。首先將該待拋光基材13置於該吸附墊片12上，且該待拋光基材13被該吸附墊片12吸住。接著，該上平 台14及該下平台11係以相反方向旋轉，且同時將該上平台14向下移動，使該研磨墊15接觸到該待拋光基材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，可對該待拋光基材13進行拋光作業。
參考圖2，顯示習知研磨墊之放大剖視示意圖。該研磨墊15係為三層結構，其包括一緩衝層(Cushion Layer)151、一黏著層152及一研磨層(Polishing Layer)153。該緩衝層151通常具有較高壓縮性與較低軟硬度，且係固定於該上平台14。該研磨層153通常具有較低壓縮性與較高軟硬度，且係接觸到該待拋光基材13之表面，以提供高移除率與高均勻性特性。該黏著層152係為壓敏性黏劑(PSA)，用以黏結該緩衝層151及該研磨層153。然而，由於該壓敏性黏劑(PSA)的黏著強度較低，且耐化性較差，容易導致該緩衝層151及該研磨層153產生分離或剝離，進而影響拋光研磨的進行。
在另一種習知技術中，該黏著層152係為熱熔性黏著劑。但是，由於使用熱熔性黏著劑進行該研磨墊15之複合加工技術時，容易造成應力累積而導致該研磨墊15產生形變。
此外，上述二種習知技術中，皆使用該黏著層152將該緩衝層151及該研磨層153貼合在一起，因此，在製程上多一道貼合之加工步驟，而增加製程之複雜性。同時，由於額外使用該黏著層152，因此，在製程上多使用一層原物料(該黏著層152)，而增加製造成本。
因此，有必要提供一創新且富進步性的複合研磨墊及其製造方法，以解決上述問題。
本發明提供一種複合研磨墊，其包括一緩衝層及一研磨層。該緩衝層包括一第一高分子彈性體，其硬度係為10至70 Shore D。該研磨層直接接合於該緩衝層，該研磨層包括一第二高分子彈性體，且其 硬度係為30至90 Shore D。該研磨層具有一研磨面，用以研磨一基材。藉此，該緩衝層及該研磨層不易產生分離或剝離，而可提高拋光品質。此外，該研磨層與該緩衝層之間並沒有黏著層，因此可改善習知技術中複合加工時容易造成應力累積而導致研磨墊產生形變的問題。再者，本發明在製程上可省略貼合之加工步驟，而降低製程複雜性及降低製造成本。
本發明另提供一種複合研磨墊之製造方法，其包括以下步驟：(a)形成一第一樹脂塗料至一離型紙上；(b)於一第一溫度下預烤該第一樹脂塗料，以使其形成半熟成狀態；(c)形成一第二樹脂塗料於該半熟成之第一樹脂塗料上，使得該第二樹脂塗料直接接觸該半熟成之第一樹脂塗料；(d)於一第二溫度下烘乾該第一樹脂塗料及該第二樹脂塗料，使得該第一樹脂塗料形成一緩衝層，該第二樹脂塗料形成一研磨層，其中該第二溫度係高於該第一溫度，該緩衝層之硬度係為10至70 shore D，且該研磨層之硬度係為30至90 Shore D；及(e)移除該離型紙，以形成一複合研磨墊，其中該複合研磨墊包括該緩衝層及該研磨層。
本發明另提供一種複合研磨墊之製造方法，其包括以下步驟：(a)形成一第二樹脂塗料至一離型紙上；(b)於一第一溫度下預烤該第二樹脂塗料，以使其形成半熟成狀態；(c)形成一第一樹脂塗料於該半熟成之第二樹脂塗料上，使得該第一樹脂塗料直接接觸該半熟成之第二樹脂塗料；(d)於一第二溫度下烘乾該第二樹脂塗料及該第一樹脂塗料，使得該第一樹脂塗料形成一緩衝層，該第二樹脂塗料形成一研磨層，其中該第二溫度係高於該第一溫度，該緩衝層之硬度係為10至70 shore D，且該研磨層之硬度係為30至90 Shore D；及(e)移除該離型紙，以形成一複合研磨墊，其中該複合研磨墊包括該緩衝層及該研磨層。
1‧‧‧習知研磨設備
3‧‧‧本發明之研磨設備
11‧‧‧下平台
12‧‧‧吸附墊片
13‧‧‧待拋光基材
14‧‧‧上平台
15‧‧‧研磨墊
16‧‧‧研磨漿液
17‧‧‧背膠層
31‧‧‧下平台
32‧‧‧吸附墊片
33‧‧‧待拋光基材
34‧‧‧上平台
35‧‧‧複合研磨墊
36‧‧‧研磨漿液
37‧‧‧背膠層
40‧‧‧離型紙
151‧‧‧緩衝層
152‧‧‧黏著層
153‧‧‧研磨層
351‧‧‧緩衝層
353‧‧‧研磨層
451‧‧‧第一樹脂塗料
453‧‧‧第二樹脂塗料
3511‧‧‧緩衝層第一表面
3512‧‧‧緩衝層第二表面
3531‧‧‧研磨層第一表面
3532‧‧‧研磨層第二表面
圖1顯示習知研磨設備之示意圖；圖2顯示習知研磨墊之放大剖視示意圖；圖3顯示本發明之研磨設備之示意圖；圖4顯示本發明複合研磨墊之放大剖視示意圖；圖5至圖7顯示本發明複合研磨墊之製造方法之一實施例之示意圖；及圖8至圖10顯示本發明複合研磨墊之製造方法之另一實施例之示意圖。
參考圖3，顯示本發明之研磨設備之示意圖。該研磨設備3包括一下平台31、一吸附墊片32、一待拋光基材33、一上平台34、一複合研磨墊35及一研磨漿液36。該下平台31係相對於該上平台34。該吸附墊片32係利用一背膠層37黏附於該下平台31上，且該吸附墊片32係用以承載及固定該待拋光基材33。該待拋光基材33係選自由半導體、儲存媒體基材、積體電路、LCD平板玻璃、光學玻璃及光電面板所組成之群。該複合研磨墊35係固定於該上平台34，且面向該下平台31，用以對該待拋光基材33進行拋光。
該研磨設備3之作動方式如下。首先將該待拋光基材33置於該吸附墊片32上，且該待拋光基材33被該吸附墊片32吸住。接著，該上平台34及該下平台31係以相反方向旋轉，且同時將該上平台34向下移動，使該複合研磨墊35接觸到該待拋光基材33之表面，藉由不斷補充該研磨漿液36以及該複合研磨墊35的作用，可對該待拋光基材33進行拋光研磨作業。
參考圖4，顯示本發明複合研磨墊之放大剖視示意圖。該複合研磨墊35係為雙層結構，其包括一緩衝層(Cushion Layer)351及一研磨 層(Polishing Layer)353。該複合研磨墊35與習知技術之研磨墊15(圖2)之不同處在於，該緩衝層351與該研磨層353直接接觸且結合，其中間並沒有任何黏著層。該緩衝層351包括一第一高分子彈性體，其硬度係為10至70 Shore D，以作為緩衝。在本實施例中，該第一高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基。在本實施例中，該緩衝層351之厚度約為1.0mm，且具有一第一表面3511及一第二表面3512，其中該第二表面3512係固定於該上平台34。
該研磨層353直接接觸該緩衝層351，且包括一第二高分子彈性體，且其硬度係為30至90 Shore D。在本實施例中，該第二高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基。要注意的是，該第二高分子彈性體之材質係與該第一高分子彈性體之材質不同。在本實施例中，該研磨層353之厚度為0.5mm至0.7mm，且具有一第一表面3531及一第二表面3532，其中該第一表面3531用以接觸到該待拋光基材33之表面，以提供高移除率與高均勻性特性。換言之，該第一表面3531係為一研磨面，用以拋光研磨該待拋光基材33。該研磨層353之第二表面3532係直接接觸且接合至該緩衝層351之第一表面3511，較佳地，該研磨層353之第二表面3532與該緩衝層351之第一表面3511間之結合係為化學鍵結。在本實施例中，該緩衝層351的壓縮率以10%~30%為佳，且其內之空孔的尺寸大於300μm；該研磨層353的壓縮率以1%~5%為佳，且其內之空孔的尺寸小於200μm。
在本發明中，該研磨層353與該緩衝層351間的剝離強度係大於3kg/cm，較佳地，係大於5kg/cm，因此可改善習知技術中緩衝層及研磨層容易產生分離或剝離而影響拋光研磨進行的問題，而提高拋光品 質。此外，該研磨層353與該緩衝層351之間並沒有黏著層，因此可改善習知技術中複合加工時容易造成應力累積而導致研磨墊產生形變的問題。再者，本發明在製程上可省略貼合之加工步驟，而降低製程複雜性及降低製造成本。
參考圖5至圖7，顯示本發明複合研磨墊之製造方法之一實施例之示意圖。參考圖5，提供一離型紙40。接著，形成(例如：塗佈)一第一樹脂塗料451至該離型紙40上。在本實施例中，該第一樹脂塗料451包括一第一高分子彈性體及一第一溶劑，其係為液態，溫度約為30℃至40℃。該第一高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基。該第一樹脂塗料451的黏度為3500~4600cps；該第一溶劑可為醯胺類、苯類、酮類或其混合物。
接著，於一第一溫度下預烤該第一樹脂塗料451，以使其形成半熟成狀態。在本實施例中，該第一溫度係為40℃至130℃，較佳約為80℃(視該第一溶劑之材質而定)。而且，預烤時間約為30至50分鐘，較佳為40分鐘。如此，使得部分或全部該第一溶劑揮發，且該第一樹脂塗料451形成果凍狀。此時，該第一樹脂塗料451係為半熟成狀態而非熟成狀態。
參考圖6，形成(例如：塗佈)一第二樹脂塗料453於該半熟成之第一樹脂塗料451上，使得該第二樹脂塗料453直接接觸該半熟成之第一樹脂塗料451。在本實施例中，該第二樹脂塗料453包括一第二高分子彈性體及一第二溶劑，其係為液態，溫度約為30℃至40℃。該第二高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基。要注意的是，該第二樹脂塗料453與該第一樹脂塗料451不同。該第二樹脂塗料453的黏度為8100~8800cps；該第二溶劑可為 醯胺類、苯類、酮類或其混合物。
參考圖7，於一第二溫度下烘乾該第一樹脂塗料451及該第二樹脂塗料453，使得該第一樹脂塗料451固化形成一緩衝層351，該第二樹脂塗料453固化形成一研磨層353，其中該第二溫度係高於該第一溫度，該緩衝層351之硬度係為10至70 shore D，且該研磨層353之硬度係為30至90 Shore D。此時，該緩衝層351及該研磨層353間之結合係為化學鍵結，其二者間的剝離強度係大於3kg/cm，較佳地，係大於5kg/cm。在本實施例中，該第二溫度係為100℃至140℃，較佳約為120℃(視該第一溶劑及該第二溶劑之材質而定)。而且，此烘乾時間約為10至30分鐘，較佳為20分鐘。此時，該緩衝層351及該研磨層353係為預熟成狀態。
較佳地，再進行一熟成步驟。亦即，將該緩衝層351、該研磨層353及該離型紙40置放於一熟成箱中1至2天，其中熟成箱之溫度約為60℃至80℃。之後，再將該緩衝層351、該研磨層353及該離型紙40自熟成箱中取出後置放於室溫約1天。
最後，移除該離型紙40，以進行離型步驟而形成一複合研磨墊35，如圖4所示，其中該複合研磨墊35包括該緩衝層351及該研磨層353。較佳地，可再針對該研磨層353的第一表面3531(即研磨面)進行表面修整，以提高該複合研磨墊35的研磨效果。
此外，在其他實施例中，該離型紙40係為一連續式離型紙40，其係連續地提供，以進行連續式生產。該離型紙40之表面係可為平面、霧面、鏡面或具有紋路。因此，該第一樹脂塗料451及該第二樹脂塗料453亦連續地形成(例如：塗佈)。接著，於上述烘乾步驟或上述離型步驟之後更進行一裁切步驟，以形成複數個複合研磨墊35。
參考圖8至圖10，顯示本發明複合研磨墊之製造方法之另一實施例之示意圖。參考圖8，提供一離型紙40。接著，形成(例如：塗 佈)該第二樹脂塗料453至該離型紙40上。本實施例之該第二樹脂塗料453與圖5至圖7之實施例之該第二樹脂塗料453相同。
接著，於一第一溫度下預烤該第二樹脂塗料453，以使其形成半熟成狀態。在本實施例中，該第一溫度係為40℃至130℃，較佳約為80℃(視該第二溶劑之材質而定)。而且，預烤時間約為30至50分鐘，較佳為40分鐘。如此，使得部分或全部該第二溶劑揮發，且該第二樹脂塗料453形成果凍狀。此時，該第二樹脂塗料453係為半熟成狀態而非熟成狀態。
參考圖9，形成(例如：塗佈)一第一樹脂塗料451於該半熟成之該第二樹脂塗料453上，使得第一樹脂塗料451直接接觸該第二樹脂塗料453。本實施例之該第一樹脂塗料451與圖5至圖7之實施例之該第一樹脂塗料451相同。
參考圖10，於一第二溫度下烘乾該第二樹脂塗料453及該第一樹脂塗料451，使得該第一樹脂塗料451固化形成該緩衝層351，該第二樹脂塗料453固化形成該研磨層353，其中該第二溫度係高於該第一溫度，該緩衝層351之硬度係為10至70 shore D，且該研磨層353之硬度係為30至90 Shore D。此時，該緩衝層351及該研磨層353間之結合係為化學鍵結，其二者間的剝離強度係大於3kg/cm，較佳地，係大於5kg/cm。在本實施例中，該第二溫度係為100℃至140℃，較佳約為120℃(視該第一溶劑及該第二溶劑之材質而定)。而且，此烘乾時間約為10至30分鐘，較佳為20分鐘。此時，該緩衝層351及該研磨層353係為預熟成狀態。
較佳地，再進行一熟成步驟。亦即，將該緩衝層351、該研磨層353及該離型紙40置放於一熟成箱中1至2天，其中熟成箱之溫度約為60℃至80℃。之後，再將該緩衝層351、該研磨層353及該離型紙40自熟成箱中取出後置放於室溫約1天。
最後，移除該離型紙40，以進行離型步驟而形成一複合研磨墊35，如圖4所示，其中該複合研磨墊35包括該緩衝層351及該研磨層353。較佳地，可再針對該研磨層353的第一表面3531(即研磨面)進行表面修整，以提高該複合研磨墊35的研磨效果。
此外，在其他實施例中，該離型紙40係為一連續式離型紙40，其係連續地提供，以進行連續式生產。該離型紙40之表面係可為平面、霧面或鏡面。因此，該第一樹脂塗料451及該第二樹脂塗料453亦連續地形成(例如：塗佈)。接著，於上述烘乾步驟或上述離型步驟之後更進行一裁切步驟，以形成複數個複合研磨墊35。
另外，該離型紙40之表面亦可具有紋路，利用該紋路使其在該研磨層353形成微細溝槽，利於研磨拋光的研磨效果。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，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。
35‧‧‧複合研磨墊
351‧‧‧緩衝層
353‧‧‧研磨層
3511‧‧‧緩衝層第一表面
3512‧‧‧緩衝層第二表面
3531‧‧‧研磨層第一表面
3532‧‧‧研磨層第二表面

Claims (11)

  1. 一種複合研磨墊，包括：一緩衝層，包括一第一高分子彈性體，其硬度係為10至70 Shore D；及一研磨層，直接接合於該緩衝層，該研磨層包括一第二高分子彈性體，且其硬度係為30至90 Shore D，該研磨層具有一研磨面，用以研磨一基材。
  2. 如請求項1之複合研磨墊，其中該第一高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基；該第二高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基。
  3. 如請求項1之複合研磨墊，其中該緩衝層及該研磨層間之結合係為化學鍵結。
  4. 如請求項1之複合研磨墊，其中該研磨層與該緩衝層間的剝離強度係大於3kg/cm。
  5. 一種複合研磨墊之製造方法，包括以下步驟：(a)形成一第一樹脂塗料至一離型紙上；(b)於一第一溫度下預烤該第一樹脂塗料，以使其形成半熟成狀態；(c)形成一第二樹脂塗料於該半熟成之第一樹脂塗料上，使得該第二樹脂塗料直接接觸該半熟成之第一樹脂塗料；(d)於一第二溫度下烘乾該第一樹脂塗料及該第二樹脂塗料，使得該第一樹脂塗料形成一緩衝層，該第二樹脂塗料形成一研 磨層，其中該第二溫度係高於該第一溫度，該緩衝層之硬度係為10至70 shore D，且該研磨層之硬度係為30至90 Shore D；及(e)移除該離型紙，以形成一複合研磨墊，其中該複合研磨墊包括該緩衝層及該研磨層。
  6. 如請求項5之製造方法，其中該步驟(a)中，該第一樹脂塗料包括一第一高分子彈性體及一第一溶劑，該第一高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基；該步驟(b)中，該第一溫度係為40℃至130℃，部分或全部該第一溶劑係揮發，使得該第一樹脂塗料形成果凍狀；該步驟(c)中，該第二樹脂塗料包括一第二高分子彈性體及一第二溶劑，該第二高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基；該步驟(d)中，該第二溫度係為100℃至140℃，該緩衝層及該研磨層間之結合係為化學鍵結。
  7. 如請求項5之製造方法，其中該步驟(a)中，該離型紙係為一連續式離型紙，其係連續地提供；且該步驟(d)或步驟(e)之後更進行一裁切步驟，以形成複數個複合研磨墊。
  8. 一種複合研磨墊之製造方法，包括以下步驟：(a)形成一第二樹脂塗料至一離型紙上；(b)於一第一溫度下預烤該第二樹脂塗料，以使其形成半熟成狀態；(c)形成一第一樹脂塗料於該半熟成之第二樹脂塗料上，使得該第一樹脂塗料直接接觸該半熟成之第二樹脂塗料；(d)於一第二溫度下烘乾該第二樹脂塗料及該第一樹脂塗料，使得該第一樹脂塗料形成一緩衝層，該第二樹脂塗料形成一研 磨層，其中該第二溫度係高於該第一溫度，該緩衝層之硬度係為10至70 shore D，且該研磨層之硬度係為30至90 Shore D；及(e)移除該離型紙，以形成一複合研磨墊，其中該複合研磨墊包括該緩衝層及該研磨層。
  9. 如請求項8之製造方法，其中該步驟(a)中，該第二樹脂塗料包括一第二高分子彈性體及一第二溶劑，該第二高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基；該步驟(b)中，該第一溫度係為40℃至130℃，部分或全部該第二溶劑係揮發，使得該第二樹脂塗料形成果凍狀；該步驟(c)中，該第一樹脂塗料包括一第一高分子彈性體及一第一溶劑，該第一高分子彈性體包括一第一成份及一第二成份，該第一成份具有羥基、胺基、其混合或低聚物(Oligomer)，且該第二成份具有二異氰酸酯基；該步驟(d)中，該第二溫度係為100℃至140℃，該緩衝層及該研磨層間之結合係為化學鍵結。
  10. 如請求項8之製造方法，其中該步驟(a)中，該離型紙係為一連續式離型紙，其係連續地提供；且該步驟(d)或步驟(e)之後更進行一裁切步驟，以形成複數個複合研磨墊。
  11. 如請求項8之製造方法，其中該步驟(a)中，該離型紙係為一連續式離型紙，且其表面係為平面、霧面、鏡面或具有紋路。
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