TWI590918B - 硏磨墊、硏磨裝置及製造硏磨墊之方法 - Google Patents

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    • B24B37/11—Lapping tools
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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。
參考圖2，顯示第一種習知研磨墊之剖視示意圖。該研磨墊25係為一不織布型研磨墊，其包括複數條纖維251及一樹脂252。該研磨墊25之製造方法為使用絲絨或仿麂皮等之纖維251與樹脂252之複合材料，該等纖維251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251所形成之不織布含浸於熱可塑性聚胺基甲酸酯樹脂252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25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25之硬度並不足，並不適合於粗研磨，且其使用壽命不長。
參考圖3，顯示第二種習知研磨墊之剖視示意圖，如美國專利第5,578,362號所描述，該研磨墊35係為一獨立發泡型研磨墊，其包括複數孔洞353及一樹脂352。該研磨墊35之製造方法為將該樹脂352(通常為熱塑性聚胺基甲酸酯之高分子發泡體)灌入一圓形鑄模筒中，待冷卻凝固後再予以切片製得。該研磨墊35之剛性比該第一種習知研磨墊25(如圖2所示)高且耐磨，且具有獨立氣泡結構，常被用在高平坦化研磨。然而，該研磨墊35最大的問題在於因該樹脂352濃度在該圓形鑄模筒中的分佈較不易均勻，成型時該圓形鑄模筒各位置溫度分佈的差異性會造成該等孔洞353大小及分佈不一，且不易控制，再經切片製程後，會使該研磨墊35之切片面的孔洞353大小不一更為明顯。此外，該等孔洞353彼此不連通，在使用時會使研磨液不易流通，且研磨時研磨漿液無法滲透至研磨墊內部，使表面保持研磨液之效果低，另一方面，亦由於其硬度高，熱壓縮率低，容易造成待研磨基材刮傷，通常僅適合於粗拋。
因此，本領域中亟需開發一新穎之研磨墊，以克服前述不織布 型研磨墊及獨立發泡型研磨墊之缺點，而擴大其使用之範圍。
本發明於獨立發泡型之研磨墊中加入複數個輔助纖維絲，所得之研磨墊可具有高硬度等獨立發泡型研磨墊之優點，更具有提高研磨均勻度、具有部分彈性，且研磨漿液可藉由該等輔助纖維絲而滲透至研磨墊內部，可提高研磨墊之研磨液保持率，同時具有不織布型研磨墊之優點。
本發明提供一種研磨墊，其包含：一發泡樹脂結構骨架，其包含複數個孔洞；及複數個輔助纖維絲，其中各輔助纖維絲間彼此獨立且以任意方向分散於該發泡樹脂結構骨架間。
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，其包含：(a)提供一載體，其中該載體係為一離型材料；(b)提供一發泡樹脂組合物；(c)提供複數個輔助纖維絲；(d)將步驟(c)中該等輔助纖維絲均勻且以任意方向分散於步驟(b)中之該發泡樹脂組合物中；(e)將步驟(d)之任意分散有該等輔助纖維絲之該發泡樹脂組合物塗佈於步驟(a)之該載體上；及(f)固化步驟(e)之發泡樹脂組合物。
本發明亦提供一種製造前述研磨墊之方法，其包含：(a)提供一模具；(b)提供一發泡樹脂組合物；(c)提供複數個輔助纖維絲；(d)將步驟(c)中該等輔助纖維絲均勻且以任意方向分散於步驟(b)中之該發泡樹脂組合物中；(e)將步驟(d)之任意分散有該等輔助纖維絲之該發泡樹脂組合物充滿於步驟(a)之該模具之模穴；(f)固化步驟(e)之發泡樹脂組合物；及(g)將步驟(f)中已固化之發泡樹脂組合物剖片以製得該研磨墊。
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
25‧‧‧研磨墊
35‧‧‧研磨墊
45‧‧‧研磨墊
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
251‧‧‧纖維
252‧‧‧樹脂
352‧‧‧樹脂
353‧‧‧孔洞
451‧‧‧輔助纖維絲
452‧‧‧發泡樹脂結構骨架
453‧‧‧孔洞
圖1顯示具有習知研磨墊之研磨裝置之示意圖；圖2顯示第一種習知研磨墊之剖視示意圖；圖3顯示第二種習知研磨墊之剖視示意圖；圖4顯示根據本發明研磨墊之剖視示意圖；及圖5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(參看圖4)，其包含：一發泡樹脂結構骨架，其包含複數個孔洞；及複數個輔助纖維絲，其中各輔助纖維絲間彼此獨立且以任意方向分散於該發泡樹脂結構骨架間。
根據本發明之「發泡樹脂骨架」係為構成研磨墊之主要部分，其大致為由發泡樹脂所構成。
根據本發明之發泡樹脂較佳係為一彈性體。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。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。
根據本發明之發泡樹脂結構骨架係包含複數個孔洞，其係經發泡所形成。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洞，一般而言，該連通型孔洞係為化學發泡所製得；本發明所言之「獨立型孔洞」係指各孔洞間彼此不連通而獨立，而形成類似氣泡型之孔洞，一般而言，該獨立型孔洞係為物理發泡所製得；較佳地，該等孔洞係為獨立型孔洞，其中該等複數個孔洞間係彼此獨立。
本發明之技術特徵之一係為提供複數個輔助纖維絲，本發明所言之「纖維」意指一單一纖維或複合物纖維，較佳為複合物纖維。本發明所屬技術領域中具通常知識者可根據待研磨物來選擇纖維。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協調發泡樹脂結構骨架與纖維之相容性並選擇適當之纖維。根據本發明之該等輔助纖維絲係為絲狀結構，較佳係為短絲狀或短棒狀之結構，該等輔助纖維絲彼此間為獨立，彼此間並不形成一網狀結構，並不交纏，亦不 黏結、編織、針織、簇織或縫編為一布料。於本發明之一較佳具體實施例中，該等輔助纖維絲之長度係為約0.1mm至約1.0mm，較佳係為約0.2mm至約0.8mm，更佳係為約0.4mm至約0.6mm，另一方面，該等輔助纖維絲之直徑為約2丹至約5丹。較佳地，該輔助纖維絲係由至少一種材料所製成，其中該材料係選自由聚醯胺、對苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯及聚丙烯腈所組成之群，且可應用多種材料之輔助纖維絲於同一研磨墊中。
根據本發明之輔助纖維絲可依所需之硬度、移除率及研磨漿液保持率，選擇適當之輔助纖維絲含量，較佳地，該等輔助纖維絲之比例為約1%至約30%以重量計，更佳係為約5%至約20%以重量計。
於本發明之一較佳具體實施例中，該等複數個輔助纖維絲係突出於該發泡樹脂結構骨架，該等複數個輔助纖維絲係半鑲嵌或半埋於該發泡樹脂結構骨架中，並半露於研磨墊之表面，形成類似絨毛之結構。此實施例中之研磨墊因表面具有突出之柔軟輔助纖維絲，可進一步降低待研磨基材刮傷之機率，亦可協助提高研磨漿液於該研磨墊表面之保持率，使研磨作用效果更加提升。於本明之另一較佳具體實施例中，至少一該輔助纖維絲包含一位於至少一該等孔洞中之部分。
根據本發明之研磨墊，其較佳係於獨立發泡型之研磨墊中加入複數個輔助纖維絲，所得之研磨墊可具有高硬度等獨立發泡型研磨墊之優點，更具有提高研磨均勻度、具有部分彈性，且研磨漿液可藉由該等輔助纖維絲而滲透至研磨墊內部，可提高研磨墊之研磨液保持率，同時具有不織布型研磨墊之優點。
於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨墊另包含複數個研磨粒子，該等研磨粒子係可均勻分布於發泡樹脂結構骨架中。該研磨粒子係可均勻分布於該發泡樹脂結構骨架中，其可位於該發泡樹脂結構骨架之樹脂部分，亦可位於該發泡樹脂結構骨架之發泡孔洞內。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21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。
本發明再提供一第一製造前述研磨墊之方法，其包含：(a)提供一載體，其中該載體係為一離型材料；(b)提供一發泡樹脂組合物；(c)提供複數個輔助纖維絲；(d)將步驟(c)中該等輔助纖維絲均勻且以任意方向分散於步驟(b) 中之該發泡樹脂組合物中；(e)將步驟(d)之任意分散有該等輔助纖維絲之該發泡樹脂組合物塗佈於步驟(a)之該載體上；及(f)固化步驟(e)之發泡樹脂組合物。
本發明所言之「載體」乙詞係指一可容該發泡樹脂組合物形成於其上之元件，且可於該發泡樹脂組合物固化後，便於移除之材料，較佳地，其係為一片材；另一方面，該載體係為一離型材料。本發明所言之「離型材料」係指於該研磨墊製造過程中不與該發泡樹脂組合物反應之材料，且於該發泡樹脂組合物固化後，可輕易移除。較佳地，該離型材料係為一「具低滲透率之膜」。本發明所言之「具低滲透率之膜」乙詞係指一膜或薄膜，其大體上防止本發明之具低滲透率之膜之上表面上之發泡樹脂組合物滲透至具低滲透率之膜之下表面。於本發明之一較佳具體實施例中，該具低滲透率之膜可形成於一基底材料，例如紙，上。較佳地，其中該載體係為聚對苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜、聚對苯二甲酸乙二酯膜、離型紙或離型布。此外，聚丙烯較佳為定向聚丙烯。
較佳地，該載體係為連續式提供，例如為滾軋離型材料。該滾軋離型材料可以捲筒對捲筒之方式使用，與製造涉及模製或鑄造之單個研磨墊的習知方法比較，此方式改良了批次均勻性。
於本發明之一具體實施例中，該發泡樹脂組合物包含樹脂、發泡劑及架橋劑。
本發明所言之「架橋劑」乙詞係指可與根據本發明之樹脂產生架橋反應，並於合宜之條件下固化之試劑。該架橋劑之種類係搭配該樹脂之種類而定。
根據本發明之步驟(d)中，將步驟(c)中該等輔助纖維絲均勻任意分散於步驟(b)中之該發泡樹脂組合物，其具體實施方式係為本發明 所屬技術領域中具通常知識者可完成者，例如與該發泡樹脂組合物中之各成分共同混合或攪拌，以同時製得該發泡樹脂組合物及均勻任意分散該等輔助纖維絲於該發泡樹脂組合物。於本發明之一較佳具體實施例中，該步驟(b)、(c)及(d)可同時實施。
於本發明之一具體實施例中，步驟(e)之塗佈係為刮刀塗佈、印刷輪印刷塗佈、滾輪擠壓塗佈或噴塗。該等塗佈方式之具體實施方式係為本發明所屬技術領域中具通常知識者可實施者。
根據本發明之方法，步驟(f)係為固化步驟(e)之發泡樹脂組合物。該等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據所欲固化之樹脂種類及視需要之架橋劑種類所決定者。於本發明之較佳具體實施例中，該固化步驟係將經高溫乾燥後之發泡樹脂組合物於約60℃至約130℃固化。
於本發明之一較佳具體實施例中，該方法另包含步驟(g)移除該載體。較佳地，該載體之移除步驟可於該研磨墊製造完成後，使研磨墊自生產設備上移除，另一方面，該載體之移除步驟亦可於應用於研磨時，再自該研磨墊上移除。該移除之具體實施方式係視所使用之載體而定，例如使用撕除之方式。
本發明亦提供一第二製造前述研磨墊之方法，其包含：(a)提供一模具；(b)提供一發泡樹脂組合物；(c)提供複數個輔助纖維絲；(d)將步驟(c)中該等輔助纖維絲均勻且以任意方向分散於步驟(b)中之該發泡樹脂組合物中；(e)將步驟(d)之任意分散有該等輔助纖維絲之該發泡樹脂組合物充滿於步驟(a)之該模具之模穴；(f)固化步驟(e)之發泡樹脂組合物；及 (g)將步驟(f)中已固化之發泡樹脂組合物剖片以製得該研磨墊。
於此第二製造研磨墊之方法中，步驟(b)、(c)、(d)及(f)之實施係為類似前、述第一製造研磨墊之方法所述。
根據本發明之第二製造研磨墊之方法，其中步驟(a)之模具較佳係為一圓筒狀模具，其具體提供方式係為本發明所屬技術領域中具通常知識者可決定者。步驟(e)係將步驟(d)之任意分散有該等輔助纖維絲之該發泡樹脂組合物充滿於步驟(a)之該模具之模穴，其具體提供方式係為本發明所屬技術領域中具通常知識者可決定者。
根據本發明之步驟(g)係將步驟(f)中已固化之發泡樹脂組合物剖片以製得該研磨墊，其具體提供方式係為本發明所屬技術領域中具通常知識者可決定者，例如使用刀具將固化之樹脂塊剖成片狀，以製得該研磨墊。
於本發明之一較佳具體實施例中，該第一製造研磨墊之方法或第二製造研磨墊之方法進一步包含一表面修整步驟，其係修整已固化之樹脂組合物之表面。該修整之具體實施方式例如拋光或剖除表面之部分，拋光及剖除之方式可為任何習知的拋光或剖除方法，諸如使用砂紙研磨或使用刀具剖除，其拋光及剖除之條件為本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知。
茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯其並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。
實例：
將樹脂組合物攪拌均勻，並將空氣打入該樹脂組合物中，在1000rpm至4000rpm之間進行攪拌旋轉，利用刮刀塗佈於離型紙上，再於烘箱中以110℃烘乾1分鐘，接著於80℃進行30秒，以進行固化，接著剖除表面。
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。
45‧‧‧研磨墊
451‧‧‧輔助纖維絲
452‧‧‧發泡樹脂結構骨架
453‧‧‧孔洞

Claims (13)

  1. 一種研磨墊，其包含：一發泡樹脂結構骨架，其包含一發泡樹脂及複數個獨立型孔洞；及複數個輔助纖維絲，其中各輔助纖維絲間彼此獨立且以任意方向分散於該發泡樹脂結構骨架間，該等輔助纖維絲之長度係為約0.1mm至約1.0mm，該等輔助纖維絲之比例為約1%至約30%以重量計。
  2. 根據請求項1之研磨墊，其中該發泡樹脂骨架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。
  3. 根據請求項1之研磨墊，其中該等複數個孔洞間係彼此獨立。
  4. 根據請求項1之研磨墊，其中該等輔助纖維絲之直徑為約2丹至約5丹。
  5. 根據請求項1之研磨墊，其中該等輔助纖維絲係由至少一種材料所製成，其中該材料係選自由聚醯胺、對苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯及聚丙烯腈所組成之群。
  6. 根據請求項1之研磨墊，其中該等複數個輔助纖維絲係突出於該發泡樹脂結構骨架表面。
  7. 根據請求項1之研磨墊，其中至少一該輔助纖維絲包含一位於至少一該等孔洞中之部分。
  8. 根據請求項1之研磨墊，其另包含複數個研磨粒子，該等研磨粒子係可均勻分布於發泡樹脂結構骨架中。
  9. 一種研磨裝置，其包含：一研磨盤；一基材；一根據請求項1至8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。
  10. 一種製造根據請求項1至8任何一項研磨墊之方法，其包含：(a)提供一載體，其中該載體係為一離型材料；(b)提供一發泡樹脂組合物，包含一發泡樹脂；(c)提供複數個輔助纖維絲，其中該等輔助纖維絲之長度係為約0.1mm至約1.0mm，該等輔助纖維絲之比例為約1%至約30%以重量計；(d)將步驟(c)中該等輔助纖維絲均勻且以任意方向分散於步驟(b)中之該發泡樹脂組合物中；(e)將步驟(d)之任意分散有該等輔助纖維絲之該發泡樹脂組合物塗佈於步驟(a)之該載體上；及(f)固化步驟(e)之發泡樹脂組合物。
  11. 根據請求項10之方法，其中該載體係為聚對苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜、聚對苯二甲酸乙二酯膜、離型紙或離型布。
  12. 根據請求項10之方法，其中該載體係為連續式提供。
  13. 一種製造根據請求項1至8任何一項研磨墊之方法，其包含：(a)提供一模具；(b)提供一發泡樹脂組合物，包含一發泡樹脂； (c)提供複數個輔助纖維絲，其中該等輔助纖維絲之長度係為約0.1mm至約1.0mm，該等輔助纖維絲之比例為約1%至約30%以重量計；(d)將步驟(c)中該等輔助纖維絲均勻且以任意方向分散於步驟(b)中之該發泡樹脂組合物中；(e)將步驟(d)之任意分散有該等輔助纖維絲之該發泡樹脂組合物充滿於步驟(a)之該模具之模穴；(f)固化步驟(e)之發泡樹脂組合物；及(g)將步驟(f)中已固化之發泡樹脂組合物剖片以製得該研磨墊。
TW102129406A 2013-08-16 2013-08-16 硏磨墊、硏磨裝置及製造硏磨墊之方法 TWI590918B (zh)

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