TWI630982B - 研磨墊、研磨裝置及製造研磨墊之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種研磨墊，其包含具限制層之基底層。本發明亦提供一種研磨裝置及製造研磨墊之方法。

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上，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包含一研磨層及一基底層。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，該基底層則以不織布為主體，並填充高分子彈性體，因為包含不織布之基底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，故使用包含不織布之基底層，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基底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，以克服前述基底層中不織布壓力受力不均勻之缺點，以提高研磨效果。
本發明於研磨墊之基底層中，加入限制層，以得到厚度及附量均一之基底層。由於限制層之結構緊密及固定，且重量及厚度均一，而可產生一致的壓縮特性，於研磨過程中不至於變形，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基底層，該基底 層包含：一限制層，其係由複數個第一定向纖維、複數個第二定向纖維及複數個第三定向纖維所組成，該等第一定向纖維與該等第二定向纖維位於同層且彼此交叉編織，其中所有該第一定向纖維皆完全以一第一方向排列，所有該第二定向纖維皆完全以一第二方向排列，所有該第三定向纖維皆完全以一第三方向排列，該第一方向、第二方向與第三方向平行該限制層的上表面，該第一方向與第二方向相交，且該第三定向纖維與第一定向纖維及第二定向纖維相交；及一第一高分子彈性體，其中該限制層嵌入該第一高分子彈性體。
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，其中該基底層係由包含下列步驟之方法所提供：(a)提供一限制層，其係由複數個第一定向纖維、複數個第二定向纖維及複數個第三定向纖維所組成，該等第一定向纖維與該等第二定向纖維位於同層且彼此交叉編織，其中所有該第一定向纖維皆完全以一第一方向排列，所有該第二定向纖維皆完全以一第二方向排列，所有該第三定向纖維皆完全以一第三方向排列，該第一方向、第二方向與第三方向平行該限制層的上表面，該第一方向與第二方向相交，且該第三定向纖維與第一定向纖維及第二定向纖維相交；及 (b)含浸該限制層於一包含第一高分子彈性體之溶液內，使該限制層嵌入該第一高分子彈性體。
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‧‧‧基底層
55‧‧‧基底層
65‧‧‧基底層
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‧‧‧限制層
252‧‧‧第一定向纖維
253‧‧‧第二定向纖維
254‧‧‧第一高分子彈性體
351‧‧‧限制層
352‧‧‧第一定向纖維
353‧‧‧第二定向纖維
451‧‧‧限制層
452‧‧‧第一定向纖維
453‧‧‧第二定向纖維
454‧‧‧第三定向纖維
551‧‧‧限制層
555‧‧‧第二高分子彈性體
556‧‧‧表面
557‧‧‧表面
651‧‧‧限制層
655‧‧‧第二高分子彈性體
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基底層上視圖；圖3顯示本發明一具體實施例之限制層上視圖；圖4顯示本發明另一具體實施例之限制層上視圖；圖5顯示本發明一具體實施例之基底層剖面圖；圖6顯示本發明再一具體實施例之基底層剖面圖；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基底層，該基底層包含：一限制層，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，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，並界定出一空間；及一第一高分子彈性體，其係填充於該第一方向與第二方向界定出之空間。
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「高分子彈性體」乙詞指展現類似橡膠品質之一聚合物種類。當研磨時，該高分子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，該高分子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。另一方面，較佳地，該研磨層包含一表面，且該表面包含該孔洞。
於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨層表面孔洞之形成係將已形成之研磨層表面經研磨或刮除一定厚度，使表面之孔洞露出。
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。
於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨層之形成可將該基底層作為一載體，並於該基底層上塗佈高分子彈性體，並經固化、水洗、乾燥後形成，該等固化、水洗、乾燥之步驟可與下述基底層中固化、水洗、乾燥第一高分子彈性體之方式相同。
於本發明之另一較佳具體實施例中，該研磨層可先形成，再與該基底層貼合，該貼合之方法可為一般習知之方法。
本發明所言之「基底層」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。
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。
參看圖2，根據本發明之基底層25包含一限制層251，其包含複數個第一定向纖維252及複數個第二定向纖維253。於本發明之一具體實施例中，該限制層25係由複數個第一定向纖維252及複數個第二定向纖維253所組成。所有該第一定向纖維252皆以一第一方向排列，所有該第二定向纖維253皆以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向相交。於本發明之一具體實施例中，所有該第一定向纖維252皆完全以一第一方向排列，所有該第二定向纖維253皆完全以一第二方向排列。該第一方向與第二方向平行該限制層251之上表面。藉由該等定向纖維之提供，可進一步將研磨層傳至基底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，於該基底層之內部提供一骨架，可使整體基底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。
該限制層之厚度可依所需而定，較佳地，其係自約0.05mm至約2.0mm；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2.0mm，則其緩衝效果較不佳。
根據本發明之基底層25包含一第一高分子彈性體254，且該限制層251嵌入該第一高分子彈性體254。較佳地，該第一高分子彈性體254係同時覆蓋該等第一定向纖維251及/或該等第二定向纖維252，該覆蓋可為部分覆蓋或完全覆蓋。另一方面，該限制層251係部分或完全嵌入該第一高分子彈性體254。
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3根據本發明之限制層351上視圖，於本發明之一具體 實施例中，該限制層351包含複數個第一定向纖維352及複數個第二定向纖維353，其中所有該第一定向纖維352皆以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維353皆以一第二方向排列，該第一方向與第二方向平行該限制層351的上表面，且該第一方向係與該第二方向垂直。於本發明之一具體實施例中，該限制層351係由複數個第一定向纖維352及複數個第二定向纖維353所組成。所有該第一定向纖維352皆完全以一第一方向排列，及所有該第二定向纖維353皆完全以一第二方向排列，且該第一方向與第二方向平行該限制層351的上表面。
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限制層，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，於本發明之一較佳具體實施例中，該限制層係由一織布提供。
參看圖4根據本發明之限制層上視圖，於本發明之一具體實施例中，該限制層451包含複數個第一定向纖維452及複數個第二定向纖維453，並另包含複數個第三定向纖維454，其中所有該第三定向纖維454皆以一第三方向排列，且該第三定向纖維454與第一定向纖維452及/或第二定向纖維453相交。於此具體實施例中，該限制層451係除該第一定向纖維452及第二定向纖維453外，可包含其他定向纖維，例如該第三定向纖維454。於本發明之一具體實施例中，該限制層451由複數個第一定向纖維452、複數個第二定向纖維453及複數個第三定向纖維454所組成。所有該第三定向纖維454皆以一第三方向排列，且該第三定向纖維454與第一定向纖維452及第二定向纖維453相交。該第三方向平行該限制層451的上表面。
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3或圖4所示，每一該第一定向纖維352、452及/或第二定向纖維353、453係貫穿該基底層。
該等定向纖維之材料可為相同或不同，較佳地，該複數個第一定向纖維之材料係與該第二定向纖維相同。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。
較佳地，該等基底層係以成捲式提供，可改進批次均勻性。
參看圖5根據本發明之基底層55剖面示意圖，於本發明之一具體實施例中，本發明基底層55包含一限制層551及一第二高分子彈性體555，其中該第二高分子彈性體555係構成該基底層55之一表面556，且該限制層551係構成該基底層55之另一表面557。於此具體實施例中，該限制層551及該第二高分子彈性體555係為兩層狀結構，其中該第二高分子彈性體555可將填充有該第一高分子彈性體(圖未示)之限制層551進一步經塗佈而形成。
參看圖6根據本發明之基底層65剖面示意圖，於本發明之一具體實施例中，本發明基底層65包含一限制層651及一第二高分子彈性體655，其中該限制層651係夾置於該第二高分子彈性體655內。於此具體實施例中，該第二高分子彈性體655係由兩層狀結構共同提供，其中該第二高分子彈性體655可將填充有該第一高分子彈性體(圖未示)之限制層651進一步經塗佈而形成。
根據本發明之該第一高分子彈性體與該第二高分子彈性體可為相同或不同，較佳地，該第一高分子彈性體係與該第二高分子彈性體相同。
根據本發明之研磨墊，因包含具有限制層之基底層，可得到厚度及附量均一之基底層。由於限制層之結構緊密及固定，且重量及厚度均一，而可產生一致的壓縮特性，於研磨過程中不至於變形，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。
本發明亦提供一種研磨裝置，其中包含： 一研磨盤；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，其中該基底層係由包含下列步驟之方法所提供：(a)提供一限制層，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，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，並界定出一空間；及(b)含浸該限制層於一包含第一高分子彈性體之溶液內，使該 第一高分子彈性體填充於該第一方向與第二方向界定出之空間。
步驟(a)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限制層，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。於本發明之一較佳具體實施例中，步驟(a)係將該第一定向纖維及第二定向纖維係以疊棉、編織或針軋，使其相交，以構成該限制層。
在該方法之步驟(b)中，含浸該限制層於該包含第一高分子彈性體之溶液內係使用一般彈性體溶液浸透纖維之方法。含浸條件為本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知。用於第一高分子彈性體之溶液中之適合溶劑包括二甲基甲醯胺(DMF)。該包含第一高分子彈性體之溶液視情況包含諸如界面活性劑之添加劑。該包含第一高分子彈性體之溶液中彈性體之濃度較佳在2wt%至60wt%之範圍內。
步驟(b)較佳包含用包含第一高分子彈性體之溶液含浸整個限制層。
於本發明之一較佳具體實施例中，該方法另包含步驟(c)，使含浸於限制層中之第一高分子彈性體固化。在本發明之一實施例中，將限制層放入一固化溶液中以進行固化。該固化溶液較佳包含水中0至40wt%之二甲基甲醯胺。固化條件為本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知。固化較佳在室溫及壓力下進行。由於步驟(b)中該限制層係含浸於該包含第一高分子彈性體之溶液中，故於步驟(c)之固化後，該限制層嵌入該第一高分子彈性體。
在本發明之一較佳實施例中，該製造研磨墊之方法進一步包含在步驟(c)後洗滌限制層之步驟(c1)。洗滌之目的係自限制層移除殘餘物。在本發明之一實施例中，用水洗滌且視情況使用擠壓輪。洗滌條件為本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知。較佳在50至90℃之 水中洗滌基底層且接著使其經歷擠壓輪數次。
在本發明之一更佳實施例中，該製造研磨墊之方法進一步包含在步驟(c1)後乾燥限制層之步驟(c2)。乾燥之目的係自步驟(c1)移除過量溶劑。乾燥條件為熟習此領域者所熟知。在本發明之一實施例中，乾燥為空氣乾燥，且乾燥溫度在100℃至160℃之範圍內。
該製造研磨墊之方法較佳進一步包含機械研磨該限制層表面及第一高分子彈性體之步驟(c3)。舉例而言，機械研磨可使用噴砂來完成。機械研磨之條件為本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知。
在本發明之一較佳實施例中，重複步驟(b)及(c)數次。每次使用之第一高分子彈性體種類可不同或相同。
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。

Claims (9)

  1. 一種研磨墊，其包含一研磨層及一基底層，該基底層包含：一限制層，其係由複數個第一定向纖維、複數個第二定向纖維及複數個第三定向纖維所組成，該等第一定向纖維與該等第二定向纖維位於同層且彼此交叉編織，其中所有該第一定向纖維皆完全以一第一方向排列，所有該第二定向纖維皆完全以一第二方向排列，所有該第三定向纖維皆完全以一第三方向排列，該第一方向、第二方向與第三方向平行該限制層的上表面，該第一方向與第二方向相交，且該第三定向纖維與第一定向纖維及第二定向纖維相交；及一第一高分子彈性體，其中該限制層嵌入該第一高分子彈性體。
  2. 根據請求項1之研磨墊，其中該研磨層包含一表面，且該表面包含複數個孔洞。
  3. 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。
  4. 根據請求項1之研磨墊，其中每一該第一定向纖維及/或第二定向纖維係貫穿該基底層。
  5. 根據請求項1之研磨墊，其中該基底層另包含一第二高分子彈性體，該第二高分子彈性體係構成該基底層之一表面，且該限制層係構成該基底層之另一表面。
  6. 根據請求項1之研磨墊，其中該基底層另包含一第二高分子彈性體，其中該限制層係夾置於該第二高分子彈性體內。
  7. 一種研磨裝置，其包含：一研磨盤；一基材； 一根據請求項1至6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。
  8. 一種製造根據請求項1至6任何一項研磨墊之方法，其中該基底層係由包含下列步驟之方法所提供：(a)提供一限制層，其係由複數個第一定向纖維、複數個第二定向纖維及複數個第三定向纖維所組成，該等第一定向纖維與該等第二定向纖維位於同層且彼此交叉編織，其中所有該第一定向纖維皆完全以一第一方向排列，所有該第二定向纖維皆完全以一第二方向排列，所有該第三定向纖維皆完全以一第三方向排列，該第一方向、第二方向與第三方向平行該限制層的上表面，該第一方向與第二方向相交，且該第三定向纖維與第一定向纖維及第二定向纖維相交；及(b)含浸該限制層於一包含第一高分子彈性體之溶液內，使該限制層嵌入該第一高分子彈性體。
  9. 根據請求項8之方法，其中步驟(a)係將該第一定向纖維及第二定向纖維係以疊棉、編織或針軋，使其相交，以構成該限制層。
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