TWM617168U - 由不織布構成的雙層構造的研磨墊 - Google Patents

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Abstract

本創作係提供一種研磨墊，其係不織布型式的研磨墊，能展現較目前更佳的平坦性，同時可抑制損傷產生而研磨精度優異。本創作係有關一種研磨墊，係使具有研磨面的研磨層、與具有固定在平臺之固定面的緩衝層貼合而成者。於該構成中，研磨層係由阿斯克C型硬度70以上90以下的不織布所構成，緩衝層係由阿斯克C型硬度40以上且未達70的不織布所構成。本創作中之不織布係使無規堆積的樹脂纖維含浸於樹脂而成，樹脂纖維係聚對酞酸乙二酯纖維、耐綸纖維、或聚丙烯纖維。

Description

由不織布構成的雙層構造的研磨墊
本創作係關於一種半導體晶圓、顯示器用玻璃基板、硬碟用基板等研磨步驟所使用的研磨墊。詳而言之，係關於一種不織布所構成的研磨墊，其之研磨對象物的平坦性及表面粗糙度的加工精度經改善。
於半導體晶圓、顯示器用玻璃基板、硬碟用機板等半導體零件、電子零件之製造製程中，一般皆結合用以使其表面平坦化、鏡面化的研磨步驟。於該研磨步驟中，係將研磨墊固定於研磨裝置後，將晶圓等被研磨構件朝研磨墊擠壓，於供給研磨漿料之同時，使兩者相對地滑動以進行研磨。該研磨步驟，係由以被研磨面之平坦化為主要目的之一次、二次研磨步驟、與以被研磨面之鏡面化為主要目的之精加工研磨步驟之複數的研磨步驟所構成。
而於上述研磨步驟中，係視被研磨材之材質或各步驟之目的使用複數種的研磨墊。該等研磨墊已知有發泡聚氨酯型的研磨墊、麂皮型的研磨墊、不織布型的研磨墊。
發泡聚氨酯型的研磨墊，係藉由使二液硬化型聚氨酯發泡硬化，再切片成適當的尺寸來製造。發泡聚氨酯型的研磨墊為較硬質，由於可用於被研磨面的平坦化，多使用於一次研磨。
麂皮型的研磨墊，係於使聚酯等不織布含浸於聚氨酯等樹脂後之基材內部，使發泡層生長後，除去基材之表面部分並於發泡層形成開口部來製造。麂皮型的研磨墊之表面為柔軟，藉由發泡層之研磨材的保持作用，可進行無研磨損傷的鏡面加工。因此，主要係使用於精加工研磨用。
而且，不織布型的研磨墊，係藉由使無規堆積的樹脂纖維含浸於聚氨酯等樹脂來製造。不織布型的研磨墊，由於硬度較低且具有適度的彈性與柔軟性，故被研磨面之形狀的追循性優異。因此，不織布型的研磨墊，較發泡聚氨酯型的研磨墊的研磨速度低，而可於抑制研磨損傷之同時進行研磨，故主要使用於一次研磨與二次研磨，但亦使用於精加工研磨。
上述半導體零件、電子零件中，近年來進一步的高精度化、高堆積化持續地進展。又，晶圓及顯示面板中，大徑化、大面積化亦持續進展。於該等背景之下，研磨步驟中之效率受到重視，且亦要求形成高精度的研磨面。為了因應該等要求，除了研磨裝置、研磨材的改良之外，亦提出針對研磨墊的各種改良。
本案之創作人等，由上述之各種研磨墊之中，著眼於不織布型的研磨墊。如上所述，不織布型的研磨墊具有適度的硬度、彈性，可對應於一次研磨及二次研磨至精加工研磨之廣範圍的研磨步驟，為預測今後會受到更多改良要求的研磨墊之故。此處，不織布型的研磨墊之改良，例如對構成不織布之纖維，係有使用既定平均纖度之超細聚酯纖維的研磨墊(專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
日本特開2007-54910號公報
上述之專利文獻1所記載之不織布型的研磨墊，雖提及規定之構成纖維及表面性狀，可形成高精度的研磨面。然而，對於研磨墊與研磨精度同時要求平坦性。上述以往的研磨墊是否可平衡性佳地具有該等特性尚未明朗。
又，關於研磨墊的改良例，發泡聚氨酯型的研磨墊之例尚堪豐富，但關於不織布型的研磨墊之改良的報告則少。有鑑於該等觀點，本創作之目的在於提供一種研磨墊，係關於不織布型的研磨墊，其能展現較目前為止更佳的平坦性，同時可抑制損傷產生而研磨精度優異。
不限於不織布型之研磨墊，研磨作業中之研磨墊與被研磨材之間彼此的機械作用相互影響。亦即，研磨墊與研磨材粒子一同對被研磨材產生研磨作用，另一方面，被研磨材接受到被研磨材側之研磨裝置所產生之上下左右的微振動，並將其傳遞至研磨墊。又，於研磨墊其內面側(平臺側)之研磨裝置所產生的微振動亦傳遞至研磨墊。該等微振動所產生的影響，考量於各種種類的研磨墊皆會產生，而本創作人等推測於不織布型的研磨墊之微振動的影響特別大。不織布型的研磨墊由於硬度較低，故有因 微振動而產生於厚度方向的磨損/變形之虞。特別是，含有含浸於無規的樹脂纖維間、而不均勻配置之樹脂之不織布型的研磨墊，因微振動所致之變形容易不均勻。而且推測因其而產生研磨之平坦性的降低。
本創作人等基於該等發現，作為不織布型的研磨墊之改良方向性而欲減低微振動所致的影響。具體而言，對於以往之單層不織布所構成的研磨墊，以硬度不同的兩種不織布來構成研磨墊。而且發現以被研磨材側(研磨裝置側)的不織布層吸收微振動，可減低微振動的影響而可得平坦性優異的研磨墊。
解決上述課題的本創作之研磨墊，係使具有研磨面的研磨層、與具有固定於平臺之固定面的緩衝層貼合而成者，其特徵係，前述研磨層係由阿斯克C型硬度70以上90以下的不織布所構成，前述緩衝層係由阿斯克C型硬度40以上且未達70的不織布所構成。
如上所述，本創作係不織布型的研磨墊，其特徵係具有阿斯克C型硬度不同之不織布所構成的雙層構造。於研磨墊的領域中，採用如此雙層構造本身為周知的內容。然而，該等為任一層皆使用發泡聚氨酯型的研磨墊，將不織布型的研磨墊做成雙層構造者的經驗則未見。於以下進一步詳細說明本創作之不織布型的研磨墊。
(A)研磨層
如上所述，研磨層係由阿斯克C型硬度70以上90以下的不織布所構成。研磨層係用以與被研磨材接觸以進行研磨的層。研磨層之不織布的硬度，係需考量於發揮有效的研磨力之下亦可維持平坦性者。又，所謂阿斯克C型硬度(ASKER C)，係作為橡膠材料或海綿材料等之硬度周知的指標。阿斯克C型硬度可由硬度計等適當的硬度計進行測定。
關於構成研磨層之不織布的其他物性，較佳為壓縮彈性模數為40%以上80%以下者。其係因研磨層係用以維持平坦性而抑制變形者之故。又，壓縮彈性模數係表示材料之變形的困難度之值。壓縮彈性模數例如可依據JIS(日本工業規格)L1913(一般不織布試驗方法)進行測定。
關於研磨層的厚度以1.0mm以上1.8mm以下為佳。研磨層由於係以其表面所發揮的研磨作用為要點，故即使過度地增厚也無效果。然而，由於隨研磨的進行會產生磨損，故需要一定程度的厚度。因此，以前述範圍的厚度為佳。
如上所述，所謂不織布係使無規堆積的樹脂纖維含浸於樹脂所形成的布狀材料。構成研磨層之不織布的樹脂纖維，只要具備上述物性者即無特別限定。具體之樹脂纖維，可舉例如聚對酞酸乙二酯纖維(PET)、耐綸纖維、聚丙烯纖維。又，含浸堆積之樹脂纖維的樹脂亦無特別限定。具體而言，可使用酯系聚氨酯樹脂、醚系聚氨酯樹脂、聚碳酸酯系聚氨酯樹脂等。
(B)緩衝層
如上所述，緩衝層係由阿斯克C型硬度40以上且未達70的不織布所構成。緩衝層係用以吸收來自研磨裝置之微振動以使對研磨層的影響抑制到最小限度的層。緩衝層之不織布的硬度，係考量使該功能為有效者。關於阿斯克C型硬度的意義係與研磨層相同。
關於構成緩衝層之不織布的其他物性，較佳為壓縮彈性模數為80%以上90%以下者。其係因緩衝層係用以吸收微振動使其容易變形之故。又，壓縮彈性模數的意義係與研磨層相同。
關於緩衝層的厚度以1.0mm以上5.0mm以下為佳。緩衝層係吸收微振動的機能層，振動的吸收能力受其厚度左右。因此，以一定以 上的厚度為佳。然而，本創作所預見的微振動，係研磨裝置之正常運作無法避免的微小振動，故不須過度增厚緩衝層。又，若過度增厚緩衝層，則研磨墊整體變厚而有對研磨作業造成影響之虞。因此，緩衝層以前述範圍的厚度為佳。
構成緩衝層之不織布的聚酯纖維，亦只要具備上述物性者並無特別限定。構成緩衝層之樹脂纖維，亦可使用聚對酞酸乙二酯纖維(PET)、耐綸纖維、聚丙烯纖維等。又，含浸樹脂亦與研磨層的不織布相同。構成研磨層與緩衝層的不織布，可視前述樹脂纖維的堆積密度或含浸樹脂等調整阿斯克C型硬度。
(C)研磨墊之其他構成
本創作之研磨墊，係可藉由貼合構成研磨層之不織布與構成緩衝層之不織布來製造。兩種不織布的接合，可使用周知之接著劑或黏著膠帶。例如可使用丙烯酸系接著劑、橡膠系接著劑、聚矽氧系接著劑、環氧系接著劑等。而且藉由如此將各不織布貼合，研磨墊於研磨層與緩衝層之間具備由接著劑或黏著膠帶所構成的接著層。又，接著層的厚度並無特別限定。接著劑只要使用可確實接合研磨層與緩衝層的量即可，不需要考量研磨墊之功能而限定接著層的厚度。
又，本創作之研磨墊，對於固定在平臺之固定面的緩衝層之內面，可形成用以固定的黏著層或吸附層。研磨墊於平臺的固定方法，可舉例如黏著膠帶等之黏著材料的使用。黏著材料可由丙烯酸系黏著劑、橡膠系黏著劑、聚矽氧系黏著劑、環氧系黏著劑所構成。該等黏著材料所構成的黏著層亦可事先形成於研磨墊內面。
再者，研磨墊之固定方法，可使用聚矽氧組成物所構成之既定的吸附材料。該吸附材料，係由選自僅於兩末端具有乙烯基之直鏈狀聚 有機矽氧烷所構成之聚矽氧、於兩末端及側鏈具有乙烯基之直鏈狀聚有機矽氧烷所構成之聚矽氧、僅於末端具有乙烯基之分支狀聚有機矽氧烷所構成之聚矽氧、及末端及側鏈具有乙烯基之分支狀聚有機矽氧烷所構成之聚矽氧的至少一種聚矽氧交聯所成的組成物。如此之吸附材料所構成之吸附層，亦可事先形成於研磨墊內面。
以上說明本創作之不織布型的研磨墊，與以往物品不同，係以具備緩衝層之雙層的不織布所構成。藉由本創作可確實吸收來自研磨裝置的微振動，而可抑制隨著研磨作業之進行所造成之不均勻的變形。藉此，可得平坦性優異的研磨面。又，藉由微振動的吸收使研磨精度亦更為良好。不織布型的研磨墊，雖係期待使用於一次研磨至二次研磨，但本創作可拓大不織布型的研磨墊之使用範圍。
1:研磨層
2:緩衝層
3:接著層
4:黏著膠帶
5:研磨墊
6:平臺旋轉軸
7:平臺
8:矽晶圓
9:頭旋轉軸
10:頭
圖1係本創作之研磨墊之一例之實施例1之研磨墊的外觀及截面。
圖2係本實施型態所使用之研磨裝置的概略圖。
以下，說明本創作之較佳實施型態。於本實施型態係製作相當於本創作之貼合兩種不織布的雙層構造之不織布型的研磨墊。又，參考例雖亦為雙層構造之不織布型的研磨墊，但與本創作相反地製作成研磨層的硬度較緩衝層硬度低的研磨墊。再者，亦製作以往之單層構造之不織布 型的研磨墊。
實施例1：準備PET樹脂纖維含浸於聚氨酯樹脂的不織布(厚度1.13mm)，將其裁切成直徑810mm的圓形，作成構成研磨層1的不織布。該不織布之阿斯克C型硬度為78、壓縮彈性模數為60%。又，準備耐綸樹脂纖維含浸於聚氨酯樹脂的不織布(厚度2.0mm)，將其與研磨層1同樣地裁切成直徑810mm的圓形，作成構成緩衝層2的不織布。該不織布之阿斯克C型硬度為65、壓縮彈性模數為86%。而將該等兩個不織布以丙烯酸系接著劑(接著層3)貼合，於內面貼附相同尺寸的黏著膠帶4(丙烯酸系黏著劑，平臺固定用)，作成本實施例的研磨墊。將該於實施例1所製造之研磨墊示於圖1。
參考例：於將上述所製作之兩個不織布與實施例相反地貼合，於下側之不織布(阿斯克C型硬度78)的內面，貼附丙烯酸系黏著劑的黏著膠帶，作成參考例之研磨墊。
比較例：實施例所製作之作為研磨層之不織布(阿斯克C型硬度78、厚度1.13mm)之內面，貼附丙烯酸系黏著劑之黏著膠帶，作成單層之比較例的研磨墊。
研磨試驗：對以如上方式所製作之實施例、參考例、比較例的研磨墊，以堆積1μm熱氧化膜之矽晶圓(Φ300mm)作為被研磨構件進行研磨試驗。於該研磨試驗，係如圖2將研磨墊5黏著固定於具有平臺旋轉軸6的平臺7以研磨矽晶圓8。於該研磨步驟，係將研磨漿料(未圖示)滴至研磨墊5，使研磨墊5(平臺7)及矽晶圓8(具有頭旋轉軸9之頭10)旋轉以研磨矽晶圓8。此時的研磨條件係如下所述。
‧研磨漿料：將Glanzox(Fujimi股份有限公司製)以純水稀釋30倍的漿料。
‧研磨漿料滴入速度：2L/min
‧研磨壓力：0175kgf/cm2
‧研磨墊(平臺)旋轉速度：45rpm
‧晶圓(頭)旋轉速度：50rpm
‧晶圓(頭)搖動速度：100mm/min
‧研磨時間：3min
經研磨試驗之研磨後，以純水洗淨晶圓的研磨面，使於無塵狀態下乾燥後，評價各研磨頭所致之研磨面的研磨精度與平坦性。
研磨精度係觀察研磨面並記數損傷的大小與個數，以由100分滿分的減分法來評價。此時，大的損傷的減分較多。關於評價結果，將95分以上100分以下評價為「◎」，90分以上且未達95分評價為「○」，85分以上且未達90分評價為「△」，並且，且未達85分評價為「×」。
平坦性係進行研磨後之矽晶圓表面之氧化膜的膜厚測定，藉由檢測膜厚的面內均一性來進行評價。於氧化膜之膜厚測定係使用干擾型膜厚測定裝置(大塚電子公司製)。膜厚的均一性，係於研磨後由晶圓上之特定位置25點之研磨前後的膜厚測定值，求出研磨量的最大值與研磨量的最小值，由下述式計算出面內均一性。關於評價結果，將5%以下評價為「◎」，超過5%且在8%以下評價為「○」，10%以下評價為「△」，超過10%評價為「×」。
面內均一性(%)=(最大研磨量-最小研磨量)(最大研磨量+最小研磨量)×100
將以各種研磨墊所形成之研磨面的研磨精度、均一性的評價結果示於表1。
[表1]
Figure 110200948-A0202-12-0010-1
由表1，藉由實施例之雙層構造之不織布型的研磨墊，由研磨精度及平坦性的兩個觀點，確認可形成良好的研磨面。於本實施型態的研磨試驗，進行較長時間的研磨從而有意地產生研磨墊的磨損。本實施例之研磨墊，於如此之條件下亦形成平坦性良好的研磨面。於長時間的研磨下，於研磨墊之外周附近會因熱流掛等而有產生磨損的傾向，常使中心部與外周部的研磨量產生差異而使均一性降低。比較例之單層之不織布型的研磨墊，由於外周附近的熱流掛使研磨面的均一性變差。本實施例的研磨墊，有效地抑制如此磨損所致之均一性降低。
原本於不織布型的研磨墊不一定要作成雙層構造。如參考例之研磨墊，由於緩衝層的不織布作成較研磨層的不織布硬，平坦性會變差。此時，即使為硬的緩衝層，由於多少會吸收振動，故平坦性較單層的研磨墊良好，但顯然比本實施例者差。可說於雙層構造之不織布型的研磨墊中，必須在緩衝層與研磨層中配置適當硬度的不織布。
[產業上之可利用性]
如以上之說明，藉由本創作之雙層構造之不織布型的研磨墊，可形成平坦性佳、高品質的研磨面。本創作可用於半導體晶圓、顯示器用玻璃基板、硬碟用基板等之研磨步驟。又，即使對於大徑化、大面積化持續進展的晶圓或顯示器面板，亦可形成高精度的研磨面。
1:研磨層
2:緩衝層
3:接著層
4:黏著膠帶

Claims (9)

  1. 一種研磨墊，其係使具有研磨面的研磨層、與具有固定在平臺之固定面的緩衝層貼合而成者，其中，
    前述研磨層係由阿斯克C型硬度70以上90以下的不織布所構成，前述緩衝層係由阿斯克C型硬度40以上且未達70的不織布所構成。
  2. 如請求項1所述之研磨墊，其中，研磨層係由壓縮彈性模數40%以上80%以下的不織布所構成，緩衝層係由壓縮彈性模數超過80%且在90%以下的不織布所構成。
  3. 如請求項1或2所述之研磨墊，其中，研磨層的厚度為1.0mm以上1.8mm以下，緩衝層的厚度為1.0mm以上5.0mm以下。
  4. 如請求項1或2所述之研磨墊，其中，構成研磨層及緩衝層之不織布，係使無規堆積的樹脂纖維含浸於樹脂而成，
    前述樹脂纖維係聚對酞酸乙二酯纖維、耐綸纖維、或聚丙烯纖維。
  5. 如請求項3所述之研磨墊，其中，構成研磨層及緩衝層之不織布，係使無規堆積的樹脂纖維含浸於樹脂而成，
    前述樹脂纖維係聚對酞酸乙二酯纖維、耐綸纖維、或聚丙烯纖維。
  6. 如請求項1或2所述之研磨墊，其中，研磨層與緩衝層之間具備有接著劑或黏著膠帶所構成的接著層。
  7. 如請求項3所述之研磨墊，其中，研磨層與緩衝層之間具備有接著劑或黏著膠帶所構成的接著層。
  8. 如請求項4所述之研磨墊，其中，研磨層與緩衝層之間具備有接著劑或黏著膠帶所構成的接著層。
  9. 如請求項5所述之研磨墊，其中，研磨層與緩衝層之間具備有接著劑或黏著膠帶所構成的接著層。
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