TW201538272A - 具有結構化表面之研磨材料 - Google Patents

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Toshihiko Watase
Jiro Hattori
Yoko Nakamura
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Abstract

提供具有結構化表面之研磨材料，並且其在防止異物黏著與累積方面具有極佳功效，以及提供該研磨材料之製造方法。 本揭露之實施例的研磨材料是一種具有研磨層之研磨材料，該研磨層帶有結構化表面，該結構化表面帶有複數個排列於其上之三維元件，選自由氟化物處理及矽處理所組成之群組的表面處理係執行於該結構化表面之至少一部分上，並且該氟化物處理係選自由電漿處理、化學氣相沉積、物理氣相沉積、及氟氣處理所組成之群組。

Description

具有結構化表面之研磨材料
本揭露關於具有結構化表面之研磨材料。特定而言，本揭露關於包括研磨層之研磨材料，其研磨層具有經表面處理之結構化表面。
研磨材料廣泛使用在各式表面諸如半導體晶圓、磁性記錄媒體、玻璃板、透鏡、稜鏡、汽車烤漆表面、纖光連接器末端表面、與類似者之粗拋光、去角、終拋光與類似者。
舉例而言，在半導體晶圓的化學機械研磨(CMP)程序中，包括研磨層之研磨材料(亦稱為調整件(conditioner)或修整碟(dresser disk))會用於拋光墊之粗拋光用途(亦稱為修整(dressing)或調整(conditioning))，該研磨層具有結構化表面，該結構化表面系統性設置複數個三維元件，諸如具有四角錐體形狀、半球體形狀、或類似者之三維元件。CMP程序包括藉由在拋光墊與半導體晶圓之間提供含有研磨粒子的漿液來執行CMP。調整件包括塗佈有單石(monolithic)鑽石層作為研磨層之碳化矽層，並且例如附接至支撐盤或環。研磨材料會粗化拋光墊表面，並且消除拋光墊表面的堵塞。CMP程序以此方式而穩定化。此類包括具有結構化表面 之研磨層的調整件，相較於其他具有研磨粒子(諸如以鍍鎳、銲接、燒結、或類似者黏著於基底材料的結塊鑽石粒子)之習用調整件，其有利之處在於移位之研磨粒子所造成之大刮痕不會出現在半導體晶圓表面。
具有結構化表面之研磨材料亦用於表面拋光大型玻璃板(使用在液晶顯示器製造與類似者)、粗拋光及終拋光光纖連接器末端表面、汽車烤漆表面、與類似者。舉例而言，所用之研磨材料其中研磨層包括研磨粒子(諸如結塊鑽石粒子、氧化鋁、碳化矽、氧化鈰、與類似者)、以及黏結劑(諸如固化胺甲酸酯丙烯酸酯、環氧樹脂、與類似者)。研磨層接觸待拋光物件之部分在粗拋光或終拋光期間會磨耗(取決於待拋光物件之硬度)，而新的研磨粒子會在結構化表面上露出。如果所拋光的待拋光物件具有例如玻璃板或類似者之硬度，研磨層在拋光期間通常會磨耗。另一方面，若所拋光的表面具有低硬度(諸如在最外層使用丙烯酸系樹脂、胺甲酸酯樹脂、或類似者的汽車烤漆表面)，則研磨層可能不會明顯磨耗。
專利文獻1(國際公開案WO 2005-012592)描述：(a)具有表面之基底材料，該表面包括(1)含有至少一種陶瓷材料之第一相、與(2)包括至少一種碳化物形成材料之第二相；以及(b)CVD鑽石塗層複合材料，其包括設置在該基底材料之至少一部分表面上的化學氣相沉積鑽石塗層。
專利文獻2(已公開PCT申請案第2002-542057號之日文譯本)描述「非常適合用於拋光玻璃或玻璃陶瓷工件之研磨物品，其包括背襯材料與至少一個黏結於該背襯材料之表面上的三維研磨塗層，其中該研磨塗層包括黏結劑(形成自分散有複數個鑽石珠研磨粒子之固化黏結劑前驅物)以及填充劑(經組態為該研磨塗層的約40至約60wt%)。」
專利文獻3(日本未審查專利申請公開案第2001-179640號)描述「用於將光纖連接器末端表面拋光成預定形狀之研磨材料，該研磨材料包括：基底材料與提供於該基底材料上之研磨層，其中該研磨層具有包括研磨粒子與黏結劑作為成分之研磨複合物，並且其中該研磨層具有由複數個系統性設置之預定形狀固體元件所組態而來的空間結構。」
參考文獻
專利文獻1：國際公開案WO 2005/012592
專利文獻2：已公開PCT申請案第2002-542057號之日文譯本
專利文獻3：日本未審查專利申請公開案第2001-179640號
發明概要
雖然原因未明，但是在CMP程序期間，當使用包括具有結構化表面之研磨層的研磨材料來執行胺甲酸酯泡沫墊調整時，半導體晶圓表面之缺陷密度可能隨著調整循環的增加而提高。此外，異物(諸如CMP漿液中所包括之研磨粒子、從胺甲酸酯泡 沫墊所刮下的聚胺甲酸酯粒子、與類似者)累積可在研磨層之結構化表面的谷部(凹部)中觀察到。異物累積被認為會干擾CMP漿液在研磨材料與胺甲酸酯泡沫墊之間的平滑流動。
較佳為防止或抑制由表面拋光玻璃板所刮下之玻璃粉末(拋光粉末)累積在結構化表面谷部，以及在粗拋光與終拋光汽車烤漆表面時諸如丙烯酸系樹脂、胺甲酸酯樹脂、或類似者黏著至結構化表面(在此情況下，研磨層不會明顯磨耗，並且黏著會出現在結構化表面之凸部或尖端)，因為生產效率可能會降低，因而影響產品品質。
本揭露之目的在於提供具有結構化表面之研磨材料，並且其在防止異物黏著與累積方面具有極佳功效，以及提供該研磨材料之製造方法。
本揭露之實施例提供一種具有研磨層之研磨材料，該研磨層具有結構化表面，該結構化表面帶有複數個排列於其上之三維元件，選自由氟化物處理及矽處理所組成之群組的表面處理係執行於該結構化表面之至少一部分上，並且該氟化物處理係選自由電漿處理、化學氣相沉積、物理氣相沉積、及氟氣處理所組成之群組。
本揭露之另一實施例提供一種製造研磨材料之方法，其包括：提供包括研磨層之研磨材料，該研磨層具有結構化表面，該結構化表面帶有複數個排列於其上之三維元件；以及執行選 自由氟化物處理及矽處理所組成之群組的表面處理於該研磨材料之結構化表面的至少一部分上；該氟化物處理係選自由電漿處理、化學氣相沉積、物理氣相沉積、及氟氣處理所組成之群組。
本揭露之又一實施例提供一種具有研磨層之研磨材料，該研磨層帶有結構化表面，該結構化表面組態有複數個排列於其上之三維元件，該結構化表面之至少一部分包括：(a)包括選自由稠密化氟碳化物、碳氧化矽(silicon oxycarbide)、及氧化矽所組成之群組的材料之膜；(b)氟封端表面、或(c)上述者之組合。
發明功效
依據本揭露，可提供能夠排出而不會黏著或累積異物在結構化表面中的研磨材料，尤其是在結構化表面之谷部(凹部)。
請留意不應將以上描述視為本發明之所有實施例或關於本發明之利益的完整揭露。
10‧‧‧研磨材料
11‧‧‧研磨層
12‧‧‧三維元件
13‧‧‧主體層
14‧‧‧表面塗層
15‧‧‧背襯
16‧‧‧研磨粒子
17‧‧‧黏結劑
18‧‧‧研磨層上部
19‧‧‧研磨層下部
121‧‧‧第一三角錐體
122‧‧‧第二三角錐體
123‧‧‧六角錐體
124‧‧‧四坡頂體形狀
h‧‧‧高度
l‧‧‧長度
o‧‧‧長度
p‧‧‧距離
r‧‧‧半徑
s‧‧‧高度
u‧‧‧距離
w‧‧‧寬度
x‧‧‧距離
y‧‧‧長度
α‧‧‧垂直角度
圖1為本揭露實施例之研磨材料的剖面圖。
圖2為本揭露另一實施例之研磨材料的剖面圖。
圖3A為結構化表面之上表面示意圖，其中設置複數個具有三角錐體形狀之三維元件。
圖3B為結構化表面之上表面示意圖，其中設置複數個具有四角錐體形狀之三維元件。
圖3C為結構化表面之上表面示意圖，其中設置複數個具有截角錐體形狀之三維元件。
圖3D為結構化表面之上表面示意圖，其中設置複數個具有半球體形狀之三維元件。
圖3E為結構化表面之剖面圖，其中三維元件為側向定向且排列之三角稜柱體。
圖3F為結構化表面之上表面示意圖，其中設置複數個具有四坡頂體(hipped roof)形狀之三維元件。
圖3G為結構化表面之上表面示意圖，其中設置複數個具有各式形狀之三維元件。
圖4A至圖4D分別為實例1與實例2以及比較例1與比較例2之研磨材料在執行CMP修整測試之後，其結構化表面之光學顯微圖。
圖5A為實例3至實例5以及比較例3在執行汽車塗層拋光測試之後，研磨材料A至研磨材料C之全景圖。
圖5B為實例3至實例5以及比較例3在執行汽車塗層拋光測試之後，研磨材料A至研磨材料C之結構化表面的光學顯微圖。
圖5C為實例3至實例5以及比較例3在執行汽車塗層拋光測試接著用水清洗之後，研磨材料A至研磨材料C之結構化表面的光學顯微圖。
為了說明本發明之代表性實施例的目的而於後文中給出詳細釋明，但不應將這些實施例解讀為用來限制本發明。
本揭露中之「研磨表面」係指與待拋光物件接觸之接觸表面，換言之，當研磨材料接觸平坦之待拋光物件時，即指平行於待拋光物件之水平表面。
本揭露中之三維元件「高度」係指三維元件底部表面與三維元件頂點或頂部表面沿著研磨表面之垂線的距離。
本揭露實施例之研磨材料包括具有結構化表面之研磨層，並且複數個三維元件係設置在該結構化表面上。選自由氟化物處理或矽處理所組成之群組的表面處理係在該結構化表面上之至少一部分上執行。本揭露中之「氟化物處理」係指使用含氟材料之表面處理，而「矽處理」係指使用含矽材料之表面處理。除了氟與矽以外之其他原子(諸如氫、氧、碳、氮、與類似者)可有助於表面處理，並且這些其他原子可衍生自含氟材料或含矽材料，或者可衍生自另外來源。
研磨層可使用各式材料來形成。圖1繪示本揭露實施例之研磨材料的剖面圖。圖1中所繪示之研磨材料10包括研磨層11，並且研磨層11包括主體層13與設置在主體層13之至少一部分上的表面塗層14。表面塗層14係施加至設置有複數個三維元件12之結構化表面。在圖1中所繪示之實施例的情況下，主體層13不只會決定三維元件12之形狀，亦會作用為基底材料以用於將 研磨材料10附接至另一工具或類似者。另一基底材料可在對置於結構化表面之側邊上附接至主體層13之表面。
主體層會決定三維元件之形狀。主體層可由各種硬質材料來形成，諸如無機材料例如燒結陶瓷，視待拋光物件之材料性質及硬度與類似者而定。燒結陶瓷例如可包括碳化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鋯、碳化鎢、與類似者。其中，就強度、硬度、耐磨性、與類似者而言，使用碳化矽與氮化矽(尤其是碳化矽)可為有利者。
主體層可藉由下列方式來形成：混合陶瓷粒子(諸如碳化矽或類似者)、黏結劑、與視需要其他材料、加壓射出至具有結構化表面之負圖案的金屬模中、然後燒結。
表面塗層通常由較主體層為硬之材料所形成，並且藉由在拋光期間接觸待拋光物件而有助於拋光該待拋光物件。可使用的表面塗層例子包括類鑽碳(diamond-like carbon，縮寫為DLC)、以及其他鑽石材料、碳化鎢(WC)、氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、與類似者。表面塗層之厚度通常為約0.5μm或更大或約1μm或更大，以及約30μm或更小或約20μm或更小。藉由將表面塗層之厚度設定為約1μm或更大，在拋光期間只有表面塗層會接觸待拋光物件，並因而能夠保護待拋光物件免於與主體層接觸。另一方面，如果表面塗層與主體層之黏著性低，較佳為使表面塗層之厚度相對薄。
使用含鑽石材料之膜作為表面塗層可為有利者。該膜例如可包括類鑽碳。類鑽碳為非晶質，並且包括大量由氫穩定化的sp3(例如，碳原子為約40原子%或更高或約50原子%或更高，並且為約99原子%或更低或約98原子%或更低)。鑽石膜可藉由習用技術沉積在主體層上，諸如電漿增強化學氣相沉積(PECVD)法、熱線化學氣相沉積(HWCVD)法、離子束、雷射剝蝕、RF電漿、超音波、電弧放電、陰極電弧電漿沉積、與類似者，並且使用氣體碳源(諸如甲烷或類似者)或固體碳源(諸如石墨或類似者)，而且視需要使用氫。在一些實施例中，可穩定化並生產具有高結晶度之膜，因而使用HWCVD法來沉積厚鑽石膜可為有利者。
圖2繪示本揭露另一實施例之研磨材料的剖面圖。圖2中所繪示之研磨材料10包括研磨層11，其包括研磨粒子16與黏結劑17在背襯材料15上，並且研磨層11具有設置有複數個三維元件12之結構化表面。背襯材料15作為研磨材料10之基底材料。研磨粒子16係均勻或非均勻分佈在整個黏結劑17中。在此實施例的情況下，當使用研磨材料10來拋光待拋光物件之表面時，取決於待拋光物件之硬度，接觸待拋光物件之部分會逐漸毀失，從而使未使用之研磨粒子16露出。
在此實施例的情況下，可將可固化組成物(包括研磨粒子、黏結劑前驅物、與引發劑)填入具有結構化表面之負圖案 的金屬模中，使用熱或輻射來固化該組成物，因而可形成包括研磨粒子與黏結劑之研磨層。
可使用的研磨粒子例子包括鑽石、立方氮化硼、氧化鈰、熔合氧化鋁、經熱處理之氧化鋁、以溶膠-凝膠程序製備而成之氧化鋁、碳化矽、氧化鉻、氧化矽、氧化鋯、氧化鋁氧化鋯、氧化鐵、石榴石、及其混合物。研磨粒子之莫氏硬度較佳為8或更大或者9或更大。研磨粒子的種類可基於預期拋光方式來選擇，並且以下為有利者：將鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、與碳化矽使用於粗拋光(諸如去毛邊或類似者)、與去角(諸如彎曲表面形成或類似者)，以及將氧化矽與氧化鋁有利地使用於終拋光。
研磨粒子之平均粒徑可在不同範圍內，視研磨粒子種類、研磨材料應用、與類似者而定，並且通常為約10nm或更大、約1μm或更大、或約5μm或更大，以及約500μm或更小、約200μm或更小、或約80μm或更小。例如，將平均粒徑為約0.5μm或更大與約20μm或更小、或約10μm或更小之研磨粒子使用於粗拋光(諸如去毛邊或類似者)、以及使用於去角(諸如彎曲形狀形成或類似者)可為有利者，而將平均粒徑為約10nm或更大與約1μm或更小、約0.5μm或更小、或約0.1μm或更小之研磨粒子使用於終拋光可為有利者。
可使用將粒徑為約1μm至約100μm之鑽石粒子分散於基質(諸如玻璃、陶瓷、金屬、金屬氧化物、有機樹脂、與類似者)中的結塊鑽石。包括粒徑大於15μm鑽石粒子之結塊鑽石 的平均粒徑通常為約100μm或更大或約250μm或更大，以及約1000μm或更小或約400μm或更小。包括粒徑15μm或更小鑽石粒子之結塊鑽石的平均粒徑通常為約20μm或更大、約40μm或更大、或約70μm或更大，以及約450μm或更小、約400μm或更小、或約300μm或更小。
藉由熱或輻射來固化之可固化樹脂可用作為黏結劑前驅物。可固化樹脂通常藉由自由基聚合或陽離子聚合來固化。黏結劑前驅物例子包括酚系樹脂、可溶酚醛樹脂(resol)-酚樹脂、胺基塑料樹脂、胺甲酸酯樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、聚酯樹脂、乙烯系樹脂、三聚氰胺樹脂、三聚異氰酸酯丙烯酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、三聚異氰酸酯樹脂、胺甲酸酯丙烯酸酯樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂、及其混合物。用於黏結劑前驅物之用語「丙烯酸酯」包括丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯。
習用熱引發劑或光引發劑可用作為引發劑。引發劑例子包括有機過氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、硝氧基(nitroxo)化合物、鹵化丙烯酸類、腙、巰基化合物、哌喃陽離子(pyrylium)化合物、三丙烯醯基咪唑(triacrylimidazole)、雙咪唑、氯烷基三(chloroalkyl triazine)、安息香醚、苄基縮酮、硫代酮(thioxanthone)、苯乙酮、錪鹽、鋶鹽、及其衍生物。
可固化組成物中所包括之研磨粒子量通常為約150質量份或更多或約200質量份或更多，以及約1000質量份或更少或約700質量份或更少，此係相對於100質量份的黏結劑前驅物。 可固化組成物所包括之引發劑量通常為約0.1質量份或更多或約0.5質量份或更多，以及約10質量份或更少或約2質量份或更少，此係相對於100質量份的黏結劑前驅物。
可固化組成物可進一步包括選擇性之成分，諸如偶合劑、填充劑、潤濕劑、染料、顏料、塑化劑、填料、離型劑、拋光助劑、與類似者。
背襯材料可為聚合物膜，諸如聚酯、聚醯亞胺、聚醯胺、與類似者；紙類；硫化纖維；模製或鑄製彈性體、加工非織布料或梭織布料；與類似者。背襯材料可使用黏著劑層來黏著至研磨層。
研磨層與背襯材料可使用熱塑性樹脂或熱固性樹脂來整體形成。熱塑性樹脂或熱固性樹脂的例子包括酚系樹脂、胺基塑料樹脂、胺甲酸酯樹脂、環氧樹脂、乙烯系不飽和樹脂、三聚異氰酸酯丙烯酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、三聚異氰酸酯樹脂、胺甲酸酯丙烯酸酯樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂、二順丁烯二醯亞胺(bimaleimide)樹脂、及其混合物。其中，使用聚醯胺樹脂、聚酯樹脂、與聚胺甲酸酯樹脂(包括聚胺甲酸酯-脲樹脂)可為有利者。
背襯材料之厚度通常可設定為約1mm或更大或約0.5cm或更大，以及約2cm或更小或約1cm或更小。在背襯材料為彈性材料的情況下，亦可將形狀追蹤性質賦予背襯材料。可藉由預成型背襯材料來將預定曲度賦予背襯材料。
研磨材料之三維元件的拋光功能係展現於其頂部。在研磨材料具有包括研磨粒子與黏結劑之研磨層的情況下，三維元件在拋光期間會從頂部分解，並且露出未使用的研磨粒子。因此，藉由增加研磨粒子存在於三維元件頂部中之濃度，可提升研磨材料之切削性質與研磨性質，因而使用該研磨材料可為有利者。三維元件之底部(換言之，即黏著至基底材料或與基底材料整體形成之研磨層下部)正常不需要拋光功能，因而可僅由黏結劑形成而無須包括研磨粒子。
研磨層之結構化表面可包括各式形狀之三維元件。三維元件形狀的例子包括圓柱體、橢圓柱體、稜柱體、半球體、半橢球體、圓錐體、角錐體、截圓錐體、截角錐體、四坡頂體、與類似者。結構化表面亦可包括具有各式形狀之複數個三維元件的組合。舉例而言，結構化表面可為複數個圓柱體與複數個角錐體之組合。三維元件底部之截面形狀可不同於頂部之截面形狀。舉例而言，底部截面可為正方形而頂部截面可為圓形。三維元件底部之截面積正常會大於頂部之截面積。三維元件底部可互相或交替接觸，並且相鄰三維元件之底部可彼此分開一段預定距離。
在數個實施例的情況下，複數個三維元件係系統性設置在結構化表面上。在本揭露的情況下，與三維元件位置關聯使用之「系統性」意指相同形狀或類似形狀之三維元件係重複設置在結構化表面上，並且沿著平行於研磨表面之水平表面上的一個或複數個方向設置。平行於研磨表面之水平表面上的一個或複數個方向 可為直線方向、同心方向、螺旋(蝸旋)方向、或其組合。在複數個三維元件係系統性設置在結構化表面上之實施例的情況下，存在於三維元件之間的空間(諸如例如溝槽)可用有利於漿液、研磨粉末、與類似者流動與排出之圖案設置在結構化表面的整體上。複數個三維元件例如可藉由以表面處理、雷射處理進行之多晶形鑽石沉積法、或以鑽石輪、切削輪進行之CVD、或射出成型(即一種將黏結劑前驅物填充於具有結構化表面負圖案之金屬三維元件中，接著使用熱或輻射來固化的方法)、與類似者來形成。
可用於本揭露之研磨材料中的結構化表面係使用範例來描述，請同時參照圖3A至圖3G。圖3A為結構化表面之上表面示意圖，其上設置複數個具有三角錐體形狀之三維元件。在圖3A中，符號o代表三維元件12底邊之長度，而符號p代表三維元件12頂部之間的距離。三角錐體底邊之長度可為彼此相同或不同，並且側邊之長度可為彼此相同或不同。舉例而言，o可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小。p可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小。雖然圖3A中未繪示，三維元件12之高度h可設定為約2μm或更大或約4μm或更大，以及約600μm或更小或約300μm或更小。h之變異較佳為三維元件12高度的約20%或更小，而更佳為約10%或更小。
圖3B為結構化表面之上表面示意圖，其上設置複數個具有四角錐體形狀之三維元件。在圖3B中，符號o代表三維元 件12底邊之長度，而符號p代表三維元件12頂部之間的距離。四角錐體底邊之長度可為彼此相同或不同，並且側邊之長度可為彼此相同或不同。舉例而言，o可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小。p可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小。雖然圖3B中未繪示，三維元件12之高度h可設定為約2μm或更大或約4μm或更大，以及約600μm或更小或約300μm或更小。h的變異較佳為三維元件12高度的約20%或更小，而更佳為約10%或更小。
在本揭露之其他實施例的情況下，三維元件可為截三角錐體或截四角錐體。這些實施例之三維元件的頂部表面通常係組態為平行於研磨表面之三角或四角水平表面。較佳的是，所有頂部表面實質上皆存在於平行於研磨層之水平表面上。
圖3C為結構化表面之上表面示意圖，其上設置複數個具有截四角錐體之三維元件。在切除頂部之前的四角錐體形狀係繪示於左上方。在圖3C中，符號o代表三維元件12底邊之長度，符號u代表三維元件12底邊之間的距離，而符號y代表頂部表面側邊之長度。截四角錐體底邊之長度可為彼此相同或不同，側邊之長度可為彼此相同或不同，且頂部表面側邊之長度可為彼此相同或不同。舉例而言，o可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約6000μm或更小或約3000μm或更小。u可設定為0μm或更大或約2μm或更大，以及約10,000μm或更小或約5000 μm或更小。y可設定為約0.5μm或更大或約1μm或更大，以及約6000μm或更小或約3000μm或更小。雖然圖3C中未繪示，三維元件12之高度h可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約10,000μm或更小或約5000μm或更小。h的變異較佳為三維元件12高度的約20%或更小，而更佳為約10%或更小。
圖3D為結構化表面之上表面示意圖，其上設置複數個具有半球體形狀之三維元件。在圖3D中，符號r代表三維元件12之半徑，而符號p代表三維元件12中點之間的距離。舉例而言，r可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小。p可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小。雖然圖3D中未繪示，具有半球體形狀三維元件之高度h正常為相同於半徑r。h的變異較佳為三維元件12高度的約20%或更小，而更佳為約10%或更小。
圖3E為本揭露之另一實施例的剖面示意圖，並且複數個三維元件12為側向定向之三角稜柱體，並且具有凸脊。三維元件12係設置在基底材料15上，並且係繪示為研磨層上部18(包括研磨粒子與黏結劑)、以及研磨層下部19(包括黏結劑但不包括研磨粒子)之雙層結構。凸脊較佳為在平行於研磨層(實質上橫跨整體研磨材料)的水平表面上。在一些實施例中，實質上所有凸脊皆存在於平行於研磨層之相同水平表面上。在圖3E中，符號α代表三維元件12之垂直角度；符號w代表三維元件12底部 之寬度；符號p代表三維元件12頂部之間的距離；符號u代表三維元件12長底邊之間的距離；符號h代表三維元件12從基底材料15表面起算之高度；而符號s代表研磨層上部18之高度。舉例而言，α可設定為約30度或更大或約45度或更大，以及約150度或更小或約140度或更小。w可設定為約2μm或更大或約4μm或更大，以及約2000μm或更小或約1000μm或更小。p可設定為約2μm或更大或約4μm或更大，以及約4000μm或更小或約2000μm或更小。u可設定為0μm或更大或約2μm或更大，以及約2000μm或更小或約1000μm或更小。h可設定為約2μm或更大或約4μm或更大，以及約600μm或更小或約300μm或更小。s可設定為三維元件12高度h的約5%或更大或約10%或更大，以及約95%或更小或約90%或更小。h之變異較佳為三維元件12高度的約20%或更小，而更佳為約10%或更小。
圖3E中所繪示之個別三維元件12可橫跨研磨材料的整個表面延伸。在此情況下，三維元件12在長底邊方向的兩個端部皆在研磨材料之端部附近，並且複數個三維元件12係設置為帶狀。
在本揭露之另一實施例的情況下，三維元件可具有四坡頂體形狀。本揭露中之「四坡頂體」形狀係指一種三維形狀，其側表面組態為兩個對應之三角形狀以及兩個對應之四角形狀，其中相鄰之三角側表面與四角側表面共用一區域，並且由對應兩個四角側表面所共用的區域為凸脊。凸脊較佳為在平行於研磨層(實質 上橫跨整體研磨材料)的水平表面上。在一些實施例中，實質上所有凸脊皆存在於平行於研磨層之相同水平表面上。兩個三角側表面與兩個四角側表面可彼此具有相同形狀或不同形狀。因此，四坡頂體形狀之底部表面可為矩形、梯形、或類似者，並且四個側邊之長度可為彼此不同之正方形狀。
圖3F為結構化表面之上表面示意圖，其上設置複數個具有四坡頂體形狀之三維元件。圖3F繪示具有矩形底部表面之四坡頂體形狀。在圖3F中，符號1代表三維元件12長底邊之長度，而符號x代表相鄰三維元件12短底邊之間的距離。舉例而言，1可設定為約5μm或更大或約10μm或更大，以及約10mm或更小或約5mm或更小。x可設定為約0μm或更大或約2μm或更大，以及約2000μm或更小或約1000μm或更小。符號w、p與u、以及符號h、s、α、與類似者(雖然圖3F中未示)之定義與例示性數值範圍皆如同圖3E中所述者。
在另一實施例的情況下，結構化表面包括複數個具有不同形狀之三維元件的組合。圖3G繪示此一實施例的範例。圖3G中所繪示之結構化表面包括下列者之組合：第一三角錐體121、第二三角錐體122、六角錐體123、與四坡頂體124。各三維元件之底邊長度可設定為約5μm或更大或10μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小，並且高度各可設定為約2μm或更大或約4μm或更大，以及約600μm或更小或約300μm或更小。相鄰三維元件底邊之間的距離可設定為0μm或更大或約2μm 或更大，以及約10,000μm或更小或約5000μm或更小。四坡頂體124之凸脊長度可設定為約0.5μm或更大或約1μm或更大，以及約1000μm或更小或約500μm或更小。
在數個實施例的情況下，研磨材料之三維元件密度(換言之，即每1cm2研磨材料之三維元件數目)為約0.5元件/cm2或更大或1.0元件/cm2或更大，以及約1×107元件/cm2或更小或約4×106元件/cm2或更小。在複數個三維元件係系統性設置在結構化表面上之實施例的情況下，每1cm2研磨材料之三維元件數目可設定為約0.05元件/cm2或更大或約0.10元件/cm2或更大，以及約1×106元件/cm2或更小或約4×105元件/cm2或更小。在此實施例的情況下，雖然高拋光效率可藉由將三維元件以高密度排列在結構化表面上來達成，漿液、研磨粉末、與類似者可藉由使用存在於三維元件之間的具有預定圖案空間(諸如例如溝槽)來有效率排出，並且結合在結構化表面上執行表面處理。
針對本揭露之研磨材料，氟化物處理或矽處理係在結構化表面之至少一部分上執行。在不受任何理論所拘限下，相較於具有研磨粒子黏著於基底材料上(藉由導電Ni電鍍或類似者)之習用研磨材料，結構化表面由表面塗層(諸如類鑽碳或類似者)所覆蓋的研磨材料，以及研磨層包括研磨粒子與樹脂黏結劑的研磨材料，皆被認為會造成結構化表面上的電荷增加(charge-up)或結構化表面的表面能，因而異物容易由於靜電或其他交互作用而附著至結構化表面。依據本揭露，即使結構化表面含有相對高密度之三維 元件，結構化表面之表面能可藉由表面處理這些三維元件而獲得降低，並且可避免或抑制異物黏著至結構化表面上(諸如研磨漿液中之研磨粒子、有機化合物與類似者、產生自聚胺甲酸酯泡沫墊之聚胺甲酸酯粒子、與類似者的黏著或累積)。
在本揭露中，以電漿處理、化學氣相沉積(CVD)法、物理氣相沉積(PVD)法、或氟氣處理來執行氟化物處理可為有利者。
依據本揭露之「電漿處理」係指一種使用由電漿所活化之原料氣體來改變待處理物件表面之化學組成的處理，並且反應產物(包括衍生自待處理物件之材料)會包括在經電漿處理之表面上。另一方面，在化學氣相沉積與物理氣相沉積的情況下，包括衍生自氣體、液體或固體原料之成分的膜係藉由沉積在待處理物件之表面上而形成。化學氣相沉積法包括例如熱CVD法、直接電漿增強CVD法、遠程電漿CVD法、熱線CVD法、與類似者。物理氣相沉積法包括濺鍍、真空沉積、電弧噴敷、電漿噴敷、氣溶膠沉積法、與類似者。
在不受任何理論所拘限下，氟化物處理被認為會產生諸如下列現象：氟會摻雜在表面塗層(諸如類鑽碳或研磨粒子)之表面周圍，材料表面會因為黏結劑中所包括之聚合物內產生C-F鍵而形成氟封端、包括稠密化氟碳化物(含有許多C-C鍵)之塗層會形成在結構化表面上、與類似者。
在數個實施例的情況下，以電漿處理或化學氣相沉積法進行氟化物處理可使用具有可減壓腔室之低壓電漿裝置或常壓電漿裝置來執行。使用電漿裝置之化學氣相沉積法通常稱為電漿增強CVD法。如果使用常壓電漿裝置，除了含氟氣體外，尚會使用氮氣或周期表的18族原子(具體而言，氦、氖、氬、氪、氙、氡、與類似者)作為放電氣體。其中，使用氮、氦、與氬可為有利者，而就成本而言氮尤為有利者。低壓電漿裝置通常用於批式處理。如果需要連續處理長織帶(webbing)或類似者，就生產力而言使用常壓電漿裝置可能為有利者。習用方法如電暈放電、介電障壁放電(諸如使用13.56MHz高頻率電源之單或雙RF放電)、2.45GHz微波放電、電弧放電、或類似者可用作為產生電漿之方法。在這些產生方法中，使用單RF放電(使用13.56MHz高頻率電源)可為有利者。
氟碳化物如CF4、C4F8、C5F6、C4F6、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F6、C3F8、C4F10、C6F14、三氟化氮(NF3)、SF6、與類似者可用作為電漿處理或化學氣相沉積法中所用之含氟氣體。就安全性、反應性與類似者而言，使用C3F8、C6F14、與CF4可為有利者。含氟氣體之流率可設定為約20sccm或更高或約50sccm或更高，以及約1000sccm或更低或約500sccm或更低。可進一步將流率為約50sccm或更高以及約5000sccm或更低之載體氣體(諸如氮、氦、或氬)包括在供應給裝置的氣流中。
在一些實施例中，藉由將原料氣體C/F比例設定為約3或更小而可能沉積有利之膜為習知者，並且在此情況下，C/F比例可藉由加入非氟系氣體如乙炔、丙酮、與類似者來調整。在原料氣體之C/F比例為約2或更大以及約3或更小之實施例的情況下，取決於偏電壓，因電漿處理而來之表面修飾可優先發生，或者因化學氣相沉積法而來之膜沉積可優先發生。藉由調整此一實施例中之偏電壓，氟化物處理可為電漿處理或化學氣相沉積、或其組合。偏電壓之範圍會基於裝置大小或設計或類似者而變化，但通常可設定為約100V或更低、約0V或更低至約-1000V或更高、或約-100,000V或更高。
電漿產生所需之外加功率可基於待處理研磨材料之尺寸而定，而放電空間中之功率密度通常可選擇為約0.00003W/cm2或更高或約0.0002W/cm2或更高，以及約10W/cm2或更低或約1W/cm2或更低。舉例而言，如果待氟化物處理之研磨材料的尺寸為10cm(長度)×10cm(寬度)或更小，則外加功率可設定為約200W或更高或約500W或更高，以及約4kW或更低或約2.5kW或更低。
電漿處理或化學氣相沉積法之溫度較佳為不會減損待處理材料之特性及性能與類似者之溫度，並且待處理研磨材料之表面溫度可設定為約-15℃或更高、約0℃或更高、或約15℃或更高，以及約400℃或更低、約200℃或更低、或約100℃或更低。 研磨材料之表面溫度可藉由熱電偶、輻射溫度計、或接觸研磨材料之類似者來測量。
在使用低壓電漿裝置來執行電漿處理或化學氣相沉積法時的處理壓力可設定為約10毫托(mTorr)或更高或約20毫托或更高，以及約1500毫托或更低或約1000毫托或更低。
電漿處理或化學氣相沉積法之處理時間可設定為約2秒或更長、約5秒或更長、或約10秒或更長，以及約300秒或更短、約180秒或更短、或約120秒或更短。
在另一實施例的情況下，遠程電漿裝置可用作為以電漿處理或化學氣相沉積法進行之氟化物處理。使用遠程電漿裝置之化學氣相沉積法通常稱為遠程電漿CVD法。在遠程電漿裝置的情況下，電漿會在不同於處理室之電漿激發腔室中產生，激發活化物種係藉由將原料氣體引入電漿激發腔室中來產生，所產生之激發活化物種會與載體氣體(諸如氮、氦、氖、氬、或類似者)一起流進處理腔室中，因而執行研磨材料之結構化表面的氟化物處理。
具有減壓處理腔室之低壓遠程電漿裝置或常壓遠程電漿裝置可用作為遠程電漿裝置。可使用之放電氣體與有利之放電氣體係如以上針對低壓電漿裝置與常壓電漿裝置所描述者。高頻率(13.56MHz)RF放電、2.45GHz微波放電、2.45GHz微波放電/電子迴旋共振(ECR)、與類似者通常用作為電漿產生方式，並且使用2.45GHz微波放電與2.45GHz微波放電/電子迴旋共振(ECR)為有利者，因為可在遠程電漿中達到理想的高電漿密度。
氟碳化物如CF4、C4F8、C5F6、C4F6、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F6、C3F8、C4F10、C6F14、與類似者、三氟化氮(NF3)、SF6、與類似者可用作為使用遠程電漿裝置之電漿處理或化學氣相沉積法中的含氟氣體。激發活化物種之壽命會更長，而且安全性高，因而使用NF3、與SF6可為有利者。含氟氣體之流率可設定為約20sccm或更高或約50sccm或更高，以及約1000sccm或更低或約500sccm或更低。載體氣體之流率可設定為約100sccm或更高或約200sccm或更高，以及約5000sccm或更低或約200sccm或更低。
在一些實施例中，藉由將原料氣體C/F比例設定為約3或更小而可能沉積有利之膜為習知者，並且在此情況下，C/F比例可藉由加入非氟系氣體如乙炔、丙酮、與類似者來調整。在原料氣體之C/F比例為約2或更大以及約3或更小之實施例的情況下，取決於偏電壓，因電漿處理而來之表面修飾可優先發生，或者因化學氣相沉積法而來之膜沉積可優先發生。藉由調整此一實施例中之偏電壓，氟化物處理可為電漿處理或化學氣相沉積、或其組合。偏電壓之範圍會基於裝置大小或設計或類似者而變化，但通常可設定為約100V或更低、約0V或更低至約-1000V或更高、或約-100,000V或更高。
電漿產生所需之外加功率可設定為約1W或更高或約10W或更高，以及約300kW或更低或約30kW或更低。
在遠程電漿裝置的情況下，可執行氟化物處理同時將待處理研磨材料維持在低溫。舉例而言，待處理研磨材料之表面溫度可設定為約-15℃或更高、約0℃或更高、或約15℃或更高，以及約200℃或更低、約100℃或更低、或約50℃或更低。研磨材料之表面溫度可藉由熱電偶、輻射溫度計、或接觸研磨材料之類似者來測量。
在使用低壓遠程電漿裝置來執行電漿處理或化學氣相沉積法時的處理壓力可設定為約1毫托(mTorr)或更高或約10毫托或更高，以及約1500毫托或更低或約1000毫托或更低。
電漿處理或化學氣相沉積法之處理時間可設定為約2秒或更長、約5秒或更長、或約10秒或更長，以及約300秒或更短、約180秒或更短、或約120秒或更短。
在另一實施例中，濺鍍可用作為以物理氣相沉積法進行之氟化物處理。濺鍍可使用典型濺鍍裝置來進行，諸如離子濺鍍裝置、DC磁控濺鍍裝置、RF磁控濺鍍裝置、或類似者。
氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、與類似者可用作為氟化物處理之濺鍍靶材。反應性濺鍍可藉由在處理腔室中提供諸如下列者之氟碳化物來執行：CF4、C4F8、C5F6、C4F6、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F6、C3F8、C4F10、C6F14、與類似者、氟化氮(NF3)、SF6、與類似者。
濺鍍溫度可設定為約-193℃或更高或約25℃或更高，以及約600℃或更低或約1300℃或更低。
濺鍍之處理壓力可設定為約1×10-5托(Torr)或更高或約1×10-3托或更高，以及約10毫托或更低或約100毫托或更低。
濺鍍之處理時間可設定為約1秒或更長、約5秒或更長、或約10秒或更長，以及約30秒或更短、約60秒或更短、或約180秒或更短。
在另一實施例中，真空沉積可用作為以物理氣相沉積法進行之氟化物處理。真空沉積可使用典型沉積裝置來執行，諸如電阻式加熱沉積裝置、電子束沉積裝置、離子鍍裝置、或類似者。
聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、與其他氟聚合物、氟化鈣(CaF2)以及其他含氟有機化合物、與類似者可用作為沉積源。
沉積溫度可設定為約-193℃或更高或約25℃或更高，以及約600℃或更低或約1000℃或更低。
沉積之處理壓力可設定為約1×10-6托或更高或約1×10-5托或更高，以及約1×10-3托或更低或約1×10-2托或更低。
沉積之處理時間可設定為約5秒或更長、約10秒或更長、或約30秒或更長，以及約120秒或更短、約600秒或更短、或約1200秒或更短。
在另一實施例的情況下，氟氣(F2)處理係用作為氟化物處理。氟氣可用惰性氣體(諸如氮、氦、氬、二氧化碳、與類似者)稀釋，並且無須稀釋亦可使用。氟氣處理通常在常壓下執行。
氟氣與研磨材料之結構化表面接觸時的溫度可設定為室溫或更高、約50℃或更高、或約100℃或更高、以及約250℃或更低、約220℃或更低、或約200℃或更低。
氟氣處理之處理時間可設定為約1分鐘或更長或約1小時或更長，以及約1週或更短或約50小時或更短。
在本揭露的情況下，以電漿處理、化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、或原子層沉積法來執行矽處理可為有利者。在不受任何理論所拘限下，矽處理被認為會產生下列現象，即結構化表面藉由在黏結劑中所包括之聚合物內或者在研磨粒子或表面塗層(諸如類鑽碳或類似者)之表面上形成Si-O-Si鍵、Si-C-Si鍵、Si-O-C鍵、與類似者而獲得改良；包括碳氧化矽或氧化矽且具有相對緻密網絡結構之塗層會形成在結構化表面上，此網絡結構係透過Si-O-Si鍵、Si-C-Si鍵、Si-O-C鍵、或類似者而形成；或類似者。
以電漿處理或化學氣相沉積法來進行矽處理可使用低壓電漿裝置、常壓電漿裝置、低壓遠程電漿裝置、常壓遠程電漿裝置、與類似者來執行，這些裝置係與用於先前所述之氟化物處理者相同。放電氣體與電漿產生方法係如同針對氟化物處理所描述者。
矽烷(SiH4)、四甲基矽烷(TMS)、六甲基二矽氧烷(HMDSO)、六甲基二矽氮烷(HMDS)、四乙氧基矽烷(TEOS)、與類似者可用作為電漿處理或化學氣相沉積法中所用之含氟氣體。其中，使用單矽烷或四甲基矽烷可為有利者，因為反應性高而且擴散係數大。如果使用常壓電漿裝置，則使用低沸點且不可燃之四甲基矽烷。含矽氣體之流率可設定為約20sccm或更高或約50sccm或更高，以及約1000sccm或更低或約500sccm或更低。可進一步將流率為約50sccm或更高以及約5000sccm或更低之載體氣體(諸如氮、氦、或氬)包括在供應給裝置的氣流中。
如果氧原子未包括在含矽氣體中，氧氣會添加至供應給電漿裝置之氣流中。氧氣可透過與含矽氣體分開的線路供應至電漿裝置的腔室中，或者可透過設置在腔室中的氣體噴灑頭而與含矽氣體供應為混合氣體。氧氣之流率可設定為約5sccm或更高或約10sccm或更高，以及約500sccm或更低或約300sccm或更低。在含矽氣體之流率設定為1的情況下，氧氣與含矽氣體之流率比例可設定為約0.1：1或更高、約0.2：1或更高、或約0.3：1或更高，以及約5：1或更低、約4：1或更低、或約3：1或更低。在停止供應含矽氣體後，可藉由僅供應氧氣來執行後處理，氧氣流率例如為約5sccm或更高或約10sccm或更高，以及約500sccm或更低或約300sccm或更低。
電漿產生所需之外加功率可基於待處理研磨材料之尺寸而定，而放電空間中之功率密度通常可選擇為約0.00003W/ cm2或更高或約0.0002W/cm2或更高，以及約10W/cm2或更低或約1W/cm2或更低。舉例而言，如果待矽處理之研磨材料的尺寸為10cm(長度)×10cm(寬度)或更小，則外加功率可設定為約1W或更高或約10W或更高，以及約300kW或更低或約30kW或更低。
電漿處理或化學氣相沉積法之溫度較佳為不會減損待處理材料之特性及性能與類似者之溫度，並且待處理研磨材料之表面溫度可設定為約-15℃或更高、約0℃或更高、或約15℃或更高，以及約400℃或更低、約200℃或更低、或約100℃或更低。研磨材料之表面溫度可藉由熱電偶、輻射溫度計、或接觸研磨材料之類似者來測量。
在使用低壓電漿裝置來執行電漿處理或化學氣相沉積法時的處理壓力可設定為約10毫托(mTorr)或更高或約20毫托或更高，以及約1500毫托或更低或約1000毫托或更低。
電漿處理或化學氣相沉積法之處理時間可設定為約2秒或更長、約5秒或更長、或約10秒或更長，以及約300秒或更短、約180秒或更短、或約120秒或更短。
在另一實施例中，濺鍍或真空沉積可用作為以物理氣相沉積法進行之氟化物處理。使用物理氣相沉積法之矽處理可使用標準濺鍍設備(諸如與針對氟化物處理所描述者相同之離子濺鍍設備、DC磁控濺鍍設備、RF磁控濺鍍設備、與類似者)、或標準 氣相沉積設備(諸如電阻加熱氣相沉積設備、電子束氣相沉積設備、離子鍍設備與類似者)。
矽處理之濺鍍靶材可為二氧化矽(SiO2)。當使用矽(Si)作為濺鍍靶材時，反應性濺鍍可藉由將氧氣供應至處理腔室中來執行。
濺鍍溫度可設定為約-193℃或更高或約25℃或更高，以及約600℃或更低或約1300℃或更低。
濺鍍之處理壓力可設定為約1×10-5托(Torr)或更高或約1×10-3托或更高，以及約10毫托或更低或約100毫托或更低。
濺鍍之處理時間可設定為約1秒或更長、約5秒或更長、或約10秒或更長，以及約30秒或更短、約60秒或更短、或約180秒或更短。
二氧化矽(SiO2)可用作為真空氣相沉積之氣相沉積源。使用電子束氣相沉積並搭配二氧化矽氣相沉積可為有利者。矽處理可藉由下列方式來執行：使用一氧化矽(SiO)作為氣相沉積源來進行氣相沉積，接著在氧化氤中執行退火氧化，然後氣相沉積一氧化矽同時將氧電漿引入氣相沉積腔室中。
沉積溫度可設定為約-193℃或更高或約25℃或更高，以及約600℃或更低或約1000℃或更低。
沉積之處理壓力可設定為約1×10-6托或更高或約1×10-5托或更高，以及約1×10-3托或更低或約1×10-2托或更低。
沉積之處理時間可設定為約5秒或更長、約10秒或更長、或約30秒或更長，以及約120秒或更短、約600秒或更短、或約1200秒或更短。
在另一實施例中，原子層沉積法(ALD)可用作為矽處理。原子層沉積法包括交替提供至少兩種前驅物氣體至反應腔室中、每次沉積單層的這些前驅物氣體在結構化表面上、然後使這些前驅物氣體在結構化表面上反應。
可使用之前驅物氣體A例子包括四乙氧基矽烷、雙(三級丁氧基)(異丙氧基)矽醇、雙(異丙氧基)(三級丁氧基)矽醇、雙(三級戊氧基)(異丙氧基)矽醇、雙(異丙氧基)(三級戊氧基)矽醇、雙(三級戊氧基)(三級丁氧基)矽醇、雙(三級丁氧基)(三級戊氧基)矽醇、參(三級戊氧基)矽醇與類似者。前驅物氣體B例子包括水(H2O)、氧(O2)、臭氧(O3)、與類似者。
前驅物氣體A之流率可設定為約0.1sccm或更高或約1sccm或更高，以及約100sccm或更低或約1000sccm或更低。將前驅物氣體A引入反應腔室之時間可為約0.01秒或更長、或約0.1秒或更長，以及約10秒或更短、或約100秒或更短。
前驅物氣體B之流率可設定為約0.1sccm或更高或約1sccm或更高，以及約100sccm或更低或約1000sccm或更低。將前驅物氣體B引入反應腔室之時間可為約0.01秒或更長、或約0.1秒或更長，以及約10秒或更短、或約100秒或更短。
未反應前驅物氣體及/或反應副產物可藉由在引入前驅物氣體A與引入前驅物氣體B之間將沖洗氣體引入反應腔室來從反應腔室中沖洗出來。沖洗氣體是不會與前驅物氣體反應之惰性氣體。可使用之沖洗氣體例子包括氮氣、氦、氖、氬、及其混合物。沖洗氣體之流率例如可為約10sccm或更高、或約50sccm或更高，以及約500sccm或更低或約1000sccm或更低，並且沖洗氣體之引入時間可為約1秒或更長、或約10秒或更長以及約30秒或更短、或約60秒或更短。
包括預定厚度之碳氧化矽或氧化矽的膜可藉由變化下列者來形成在結構化表面：引入前驅物氣體A與B之次數、以及前驅物氣體A與B之流率與引入時間。在引入前驅物氣體A及/或B後，前驅物氣體A與B之間的反應可藉由使用下列者來促成：熱、電漿、脈衝電漿、螺旋電漿、高密度電漿、電感耦合電漿、X射線、電子束、光子、遠程電漿、與類似者。
以此方式表面處理之結構化表面的物理性質例如可藉由接觸角、硬度、與類似者來評估。
在數個實施例中，例如在結構化表面係經氟化物處理之實施例中，經表面處理之結構化表面的水接觸角為約70°或更高、或約90°或更高，以及約120°或更低或約150°或更低。水接觸角可藉由液滴法、膨脹/收縮法、Wilhelmy法、或類似者來測定。
在數個其他實施例中，例如在結構化表面係經矽處理以提供親水性表面之實施例中，經表面處理之結構化表面的水接 觸角為約0°或更高、或約10°或更高，以及約30°或更低或約45°或更低。水接觸角可藉由液滴法、膨脹/收縮法、Wilhelmy法、或類似者來測定。
在另一實施例中，經表面處理之結構化表面的硬度在換算為蕭耳硬度時為約40或更高、或約50或更高，以及約87或更低、或約97或更低。經表面處理之結構化表面的硬度例如可藉由奈米壓痕(nano indentation)法來測定。如果經表面處理之結構化表面的硬度為約50或更高(在以蕭耳硬度來計算時)，則可避免相對軟之異物(諸如聚胺甲酸酯之聚合物粒子或類似者)黏著至結構化表面。
沉積於結構化表面之膜的組成或者已經氟化物處理或矽處理之結構化表面的改質狀態可使用X射線光電子光譜法(XPS)、或飛行時間式二次離子質譜法(TOF-SIMS)、與類似者來定性或定量評估。XPS光譜例如可使用Kratos Axis Ultra光譜儀來獲得，並且使用在相對於表面90°之電子發射極角的單色Al K α光子源。TOF-SIMS例如可使用脈衝25keV Ga+一次離子束，其已由400×400微米區域(束直徑為約1μm)來柵格化。
本揭露之又一實施例提供一種包括研磨層之研磨材料，該研磨層具有結構化表面，該結構化表面組態有複數個排列於其上之三維元件，該結構化表面之至少一部分包括：(a)包括選自由稠密化氟碳化物、碳氧化矽、及氧化矽所組成之群組的材料之膜；(b)氟封端表面、或(c)其組合。
在本揭露中，「稠密化氟碳化物」係指包括用C-C鍵形成之稠密三維網絡結構的氟碳化物材料，該等C-C鍵係由於包括相對大量的四級碳原子而來。相較於交聯或非交聯標準氟聚合物，稠密化氟碳化物具有高硬度、以及極佳的耐磨性與抗異物黏著性。
稠密化氟碳化物除了碳與氟外尚可包括其他原子，諸如氫、氧、氮、與類似者。在數個實施例中，稠密化氟碳化物包括約20原子%或更多、或約25原子%或更多，以及約65原子%或更少、或約60原子%或更少的碳原子，此係基於非為氫之元素的總量。在其他實施例中，稠密化氟碳化物包括約30原子%或更多、或約35原子%或更多，以及約75原子%或更少、或約70原子%或更少的碳原子，此係基於非為氫之元素的總量。此外，在數個其他實施例中，稠密化氟碳化物包括約25原子%或更多、或約30原子%或更多，以及約80原子%或更少、或約70原子%或更少的四級碳原子(鍵結至4個相鄰碳原子)，此係基於非為氫之元素的總量。稠密化氟碳化物之碳原子與氟原子的原子百分比例如可藉由使用XPS來測定，而四級碳原子的原子百分比例如可藉由使用13C-NMR或類似者來測定。
碳氧化矽是一種包括矽、氧、與碳之化合物，但可能不包括三維元件其他原子如氫、氮、與類似者。碳氧化矽堅硬而且具有極佳耐磨性、抗異物黏著性、與類似者，並且可藉由改變組成而使其具有親水性或疏水性。在數個實施例中，碳氧化矽含有約 10原子%或更多、或約15原子%或更多，以及約90原子%或更少、或約80原子%或更少的矽原子，此係基於非為氫之元素的總量。在數個其他實施例中，碳氧化矽含有約5原子%或更多、或約10原子%或更多，以及約80原子%或更少、或約70原子%或更少的氧原子，此係基於非為氫之元素的總量。此外，在數個其他實施例中，碳氧化矽含有約1原子%或更多、或約5原子%或更多，以及約90原子%或更少、或約80原子%或更少的碳原子，此係基於非為氫之元素的總量。碳氧化矽中之矽原子、氧原子、與碳原子的原子百分比可使用XPS、TOF-SIOMS、與類似者來測定。
氧化矽是一種包括矽與氧之化合物，但可能不包括其他原子如氫、氮、與類似者(不包括碳)。氧化矽(尤其是在一端上具有Si-O-H鍵之氧化矽)通常具有親水性，並且可有效防止疏水性材料黏著至結構化表面。在數個實施例中，氧化矽含有約30原子%或更多、或約33原子%或更多，以及約55原子%或更少、或約50原子%或更少的矽原子，此係基於非為氫之元素的總量。在數個其他實施例中，碳氧化矽含有約45原子%或更多、或約50原子%或更多，以及約70原子%或更少、或約67原子%或更少的氧原子，此係基於非為氫之元素的總量。氧化矽中之矽原子與氧原子的原子百分比可使用XPS、TOF-SIOMS、與類似者來測定。
包括稠密化氟碳化物、碳氧化矽、與氧化矽之膜的厚度通常為約0.05nm或更大、或約0.5nm或更大、以及約200 μm或更小、或約150μm或更小。膜厚度可使用XPS、TOF-SIOMS、與類似者來測定。
氟封端之結構化表面的氟原子密度通常為約1×1013cm-2或更高、或約5×1013cm-2或更高以及約5×1015cm-2或更低、或約3×1015cm-2或更低。結構化表面之氟原子密度可使用XPS、TOF-SIOMS、與類似者來測定。
本揭露之研磨材料可用於各式應用，諸如粗拋光、去角、與精拋光各式表面(諸如半導體晶圓、磁性記錄媒體、玻璃板、透鏡、稜鏡、汽車烤漆、光纖連接器末端表面、與類似者)，以及用於其他拋光工具之修整與類似者。將本揭露之研磨材料用於使用研磨漿液之應用亦可為有利者。
實例
在下列實例中，本揭露之具體實施例會加以例示，但本發明不受這些實施例所侷限。除非另有指明，所有「份數」與「百分比」皆基於重量。
1. CMP修整測試
在實例1與實例2以及比較例1與比較例2中，五個碟形研磨材料(直徑為11mm且厚度為3mm)係以等間隔黏著在不鏽鋼碟形基底材料(直徑為110mm且厚度為5mm)的周緣上，並且距中心的距離為43mm，接著用作為CMP修整。碟形研 磨材料具有帶有結構化表面之碳化矽主體層，其結構化表面具有周期排列之正方形錐體(角錐體)，正方形錐體之底邊長度為360μm而高度為160μm，並且正方形錐體之底部係互相接觸。鑽石層係塗覆在碳化矽主體層上。
研磨材料之結構化表面係使用批式電容耦合式電漿裝置WB 7000(Plasma Therm Industrial Products,Inc.)來進行氟化物處理(實例1)或矽處理(實例2)。比較例1之結構化表面係用氟聚合物塗覆膜來形成(藉由將塗覆溶液施用至結構化表面上)，塗覆溶液係藉由將氟聚合物3M(註冊商標)Novec(註冊商標)EGC 1720(由3M所生產)用溶劑Novec(註冊商標)7100(由3M所生產)溶解使得固體分率為0.1質量%而製成。比較例2係未經處理(對照測試)。實例1與實例2之詳細處理條件係呈現於表1中。
將實例1與實例2以及比較例1與比較例2之研磨材料貼附至一碟盤上然後擺放於Buehler(註冊商標)EcoMet(註冊商標)4000(由Buehler所生產)中。將水供應至拋光系統以取代CMP漿液。CMP修整測試係使用胺甲酸酯泡沫墊ICE 1000墊(Dow之產品)執行1小時，並且向下力為5kgf(每研磨材料1kgf)且旋轉速度為150RPM(disk)/10rpm(胺甲酸酯墊)，接著使碟盤在水浴中浸沒5分鐘以模擬標準複合處理，使研磨材料之結構化表面面向下方並自然乾燥，接著使用光學顯微鏡(放大300倍)觀察結構化表面以檢查是否有外來材料(胺甲酸酯粒子)累積 (圖4)。在實例1與實例2的情況下，幾乎沒有胺甲酸酯粒子累積，並且觀察到顯著改善(相較於比較例2)。比較例1即使比起比較例2仍具有大量的聚胺甲酸酯粒子累積。
接下來，使用水超音波清洗研磨材料，然後使用光學顯微鏡(放大1500倍)仔細觀察實例1與2之結構化表面。實例1中並未觀察到表面損傷，但實例2中矽膜有部分剝落。
2.汽車烤漆拋光測試
在實例3至實例5以及比較例3中，下列研磨材料A至研磨材料C係用作為拋光墊以用於去除汽車烤漆表面上的微觀凸起。
研磨材料A：Trizact(註冊商標)膜碟捲466 LA-A5(由3M所生產，相當於粒度大小#3000)
研磨材料B：Trizact(註冊商標)膜碟捲466 LA-A3(由3M所生產，相當於粒度大小#4000)
研磨材料C：Trizact(註冊商標)鑽石碟662 XA(由Sumitomo 3M所生產)
研磨材料A至研磨材料C之結構化表面係使用批式電容耦合式電漿裝置WB 7000(Plasma Therm Industrial Products,Inc.)來進行氟化物處理(實例3)或矽處理(實例4與5)。比較例3係未經處理(對照測試)。實例3至實例5之詳細處理條件係呈現於表1中。
將黏著劑片施用至經表面處理或未經處理之研磨材料A至研磨材料C的背面，然後壓合出直徑為32mm之碟盤。將烤漆板(將黑色漆與透明漆(由Nippon Paint所生產之LX Clear)塗覆至防蝕鋼板上而成)附接至能夠在一個水平方向操作砂磨機的裝置，並且將研磨材料A至研磨材料C之一貼附至具備3mm軌道式移動的3M(註冊商標)拋光砂磨機3125(由3M所生產)的拋光表面，施加1kgf的負載同時以約5000rpm旋轉，然後將烤漆板表面以1m/分鐘之速度來回拋光20cm的距離5次。在拋光後，目視觀察已黏著至研磨材料A至研磨材料C之表面的研磨粉末量，並且其結果係以圖5A中的全景圖、以及圖5B中的光學顯微圖(放大300倍)來顯示。黏著至已經矽處理研磨材料A至研磨材料C之結構化表面的研磨粉末，其最小量係出現在實例4。
接下來，用水清洗研磨材料A至研磨材料C然後藉由光學顯微鏡觀察其結構化表面(放大300倍)(圖5C)。相較於比較例3，實例3至實例5全都展現出有利的清潔性質，而經矽處理之實例4與實例5甚至展現出更有利之清潔性質。對於汽車烤漆拋光應用而言，研磨材料之表面通常在拋光數次後即會用水清洗，因此具有有利清洗性質之研磨材料對於此應用極為有利。
3.玻璃板表面拋光測試
在實例6與實例7以及比較例4中，Trizact(註冊商標)鑽石板墊9μm(由3M所生產)係用作為拋光墊以用於拋光玻璃板表面。
拋光墊之結構化表面係使用批式電容耦合式電漿裝置WB 7000(Plasma Therm Industrial Products,Inc.)來進行氟化物處理(實例6)或矽處理(實例8)。比較例4係未經處理(對照測試)。實例6與實例7之詳細處理條件係呈現於表1中。
將實例6與實例7以及比較例4之研磨墊貼附至一碟盤上然後擺放於Buehler(註冊商標)EcoMet(註冊商標)4000(由Buehler所生產)中。將LA-20 5%水溶液(由Neos所生產)施加至拋光系統中以作為拋光溶液。將Aoita Glass(由Asahi Glass所生產)在下列條件下拋光150分鐘：負載為80N，上板旋轉速度為60rpm，而下板旋轉速度為450rpm。拋光期間並未執行拋光墊之結構化表面的清潔。
在拋光後，將拋光墊置於在60℃下之烘箱中以蒸發拋光溶液。測量拋光墊在乾燥後之重量(W1)。接下來，將拋光墊用水清洗、置於在60℃下之烘箱中、然後乾燥。測量拋光墊在乾燥後之重量(W2)。以下列公式計算黏著的研磨粉末量：W2-W1，並且實例6之值為210mg，而實例7為110mg，但比較例4為250mg。相較於比較例4，實例6與實例7皆展現出有利的清潔性質，而經矽處理之實例7甚至展現出更有利之清潔性質。
10‧‧‧研磨材料
11‧‧‧研磨層
12‧‧‧三維元件
13‧‧‧主體層
14‧‧‧表面塗層

Claims (9)

  1. 一種包含研磨層之研磨材料，該研磨層具有結構化表面，該結構化表面帶有複數個排列於其上之三維元件，選自由氟化物處理及矽處理所組成之群組的表面處理係執行於該結構化表面之至少一部分上，並且該氟化物處理係選自由電漿處理、化學氣相沉積、物理氣相沉積、及氟氣處理所組成之群組。
  2. 如請求項1之研磨材料，其中該複數個三維元件係周期排列於該結構化表面上。
  3. 如請求項1或2之研磨材料，其中該矽處理係選自由電漿處理、化學氣相沉積、物理氣相沉積、及原子層沉積所組成之群組。
  4. 如請求項1至3中任一項之研磨材料，其中該研磨層包括包含碳化矽之主體層與包含類鑽石碳且提供在該主體層之至少一部分上的表面塗層。
  5. 如請求項1至3中任一項之研磨材料，其中該研磨層包含研磨粒子與黏結劑。
  6. 如請求項1至5中任一項之研磨材料，其中該複數個三維元件具有選自由下列者所組成之群組的形狀：圓柱體、橢圓柱體、稜柱體、半球體、半橢球體、圓錐體、角錐體、截圓錐體、截角錐體、四坡頂體(hipped roof)形狀、及其組合。
  7. 一種製造研磨材料之方法，其包含：提供包含研磨層之研磨材料，該研磨層具有結構化表面，該結構化表面經結構設計有複數個排列於其上之三維元件；以及於該研磨材料之該結構化表面的至少一部分上執行選自由氟化物處理及矽處理所組成之群組的表面處理；該氟化物處理係選自由電漿處理、化學氣相沉積、物理氣相 沉積、及氟氣處理所組成之群組。
  8. 如請求項7之方法，其中該矽處理係選自由電漿處理、化學氣相沉積、物理氣相沉積、及原子層沉積所組成之群組。
  9. 一種具有研磨層之研磨材料，該研磨層帶有結構化表面，該結構化表面經結構設計有複數個排列於其上之三維元件，該結構化表面之至少一部分包含：(a)包含選自由稠密化氟碳化物、碳氧化矽、及氧化矽所組成之群組的材料之膜；(b)氟封端表面、或(c)其組合。
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