TWI841907B - 研磨墊、製造研磨墊之方法及研磨裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種研磨墊，包含：一研磨層，具有複數個發泡孔洞，且各該發泡孔洞之直徑為1 μm至10 μm。本發明亦提供製造研磨墊之方法及一種研磨裝置。

Description

研磨墊、製造研磨墊之方法及研磨裝置
本發明係關於一種具有微小孔洞之研磨墊、製造研磨墊之方法及研磨裝置。
研磨一般係指化學機械研磨(chemical-mechanical polishing, CMP)製程中，對於初為粗糙表面的磨耗控制，其係利用含研磨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。
為達到良好的研磨效果，研磨墊通常可具有複數個孔洞，以使研磨漿液可涵養於孔洞中。參考圖1A、1B，分別顯示習知研磨墊之上視、剖視放大圖，該研磨墊具有複數個孔洞，其開口大小約為100 μm，且深度可達約500 μm。由於習知研磨墊的孔洞較大，故研磨過程中所產生的雜質或團聚之研磨粒子等殘留物容易阻塞於孔洞內，造成待研磨基材表面刮傷。
本發明提供一種研磨墊，包含： 一研磨層，具有複數個發泡孔洞，且各該發泡孔洞之直徑為1 μm至10 μm。
本發明另提供一種製造前述研磨墊之方法，包含： (a) 提供一基底層； (b) 形成一發泡樹脂於該基底層上，該發泡樹脂包含一研磨層及一絨毛層，該研磨層具有複數個發泡孔洞，且各該發泡孔洞之直徑為1 μm至10 μm；及 (c) 移除該絨毛層。
本發明亦提供一種研磨裝置，包含： 一研磨盤； 一待研磨基材； 一前述之研磨墊，其係附著於該研磨盤上，並用以研磨該待研磨基材；及 一研磨漿液，其接觸該待研磨基材，以進行研磨。
本發明提供一種研磨墊，包含： 一研磨層，具有複數個發泡孔洞，且各該發泡孔洞之直徑為1 μm至10 μm。
請參看圖2A，為本發明一實施例之研磨墊1的剖視示意圖。該研磨墊1包含一研磨層11，具有複數個發泡孔洞12，且各該發泡孔洞之直徑為1 μm至10 μm。
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，該研磨墊以重覆規律動作搓磨該待研磨基材，並配合含研磨粒子的研磨漿液，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11係為該研磨墊中用以搓磨該待研磨基材之部位。該研磨層11具有複數個發泡孔洞12，且各該發泡孔洞12之直徑為1 μm至10 μm，較佳為1 μm至8 μm，更佳為1 μm至5 μm。
詳言之，該研磨層11之材料可為發泡樹脂，且該發泡孔洞可為該發泡樹脂所形成之孔洞。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的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。
如前所述，該發泡孔洞12可為該發泡樹脂所形成之孔洞，且該發泡孔洞12較佳為連通型孔洞。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。
較佳地，該研磨層11之材料可為聚胺酯，其可經由濕式法形成，以便於調整該發泡孔洞12的孔洞直徑，且可形成連通型孔洞。
另一方面，較佳地，該研磨層11包含一研磨表面13，且該發泡孔洞12暴露於該研磨表面13。該研磨表面13之發泡孔洞12密度為15,000個/mm 2至20,000個/mm 2。
於本發明之研磨墊中，由於該研磨層11之發泡孔洞12的直徑小於10 μm，故研磨過程中所產生的雜質或團聚之研磨粒子等殘留物不易阻塞於該發泡孔洞12內，而可避免待研磨基材表面刮傷。此外，當該發泡孔洞12為連通型孔洞時，更可促進研磨液流通，幫助排出雜質或團聚之研磨粒子等殘留物。
請參看圖2B，為本發明另一實施例之研磨墊1b的剖視示意圖。如圖2B所示，該研磨墊1b大致與圖2A中之研磨墊1類似，惟該研磨墊1b更包含一基底層14，且該研磨層11附著於該基底層14。該基底層14之材質可為不織布、含浸聚胺酯之不織布或聚對苯二甲酸乙二酯薄膜。於一實施例中，該基底層14可提供緩衝之效果。
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。
於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨層11之形成可將該基底層14作為一載體，並於該基底層14上形成發泡樹脂，該發泡樹脂具有該發泡孔洞12，續將該發泡樹脂表面經研磨或刮除一定厚度，以形成該研磨表面13，並使該發泡孔洞12暴露於研磨表面13，詳如後述。
圖3A、3B分別顯示本發明一實施例之研磨墊在掃描式電子顯微鏡(SEM)下放大1,000倍的上視、剖視圖。由圖3A、3B可知，本發明之研磨墊的發泡孔洞之直徑的最大值約為6.40 μm，最小值約為3.30 μm，平均值約為4.11 μm，且可為連通型孔洞。
本發明另提供一種製造前述研磨墊之方法，包含： (a) 提供一基底層； (b) 形成一發泡樹脂於該基底層上，該發泡樹脂包含一研磨層及一絨毛層，該研磨層具有複數個發泡孔洞，且各該發泡孔洞之直徑為1 μm至10 μm；及 (c) 移除該絨毛層。
請參照圖4A至4D，為本發明一實施例之製造前述研磨墊1或研磨墊1b之方法的步驟示意圖。
圖4A顯示步驟(a) 提供一基底層14，該基底層14之材質可如前述為不織布或聚對苯二甲酸乙二酯薄膜，故於此不再贅述。
圖4B顯示步驟(b) 形成一發泡樹脂3於該基底層14上，該發泡樹脂3包含一研磨層31及一絨毛層34，該研磨層31具有複數個發泡孔洞32，且各該發泡孔洞32之直徑為1 μm至10 μm。在該方法之步驟(b)中，該發泡樹脂3較佳係為聚胺酯，且以濕式法形成，以便於調整該發泡孔洞32的孔洞直徑，且可形成連通型孔洞。此外，該基底層14之材質較佳為不織布，藉由調整該不織布的密度、溼度等，可調節該發泡樹脂3的孔洞型狀。
舉例而言，該方法之步驟(b)可包含： (b1)   塗佈包含該發泡樹脂之溶液於該基底層上； (b2)   固化該發泡樹脂； (b3)   洗滌固化之發泡樹脂；及 (b4)   乾燥固化之發泡樹脂。
在該方法之步驟(b1)中，用於該發泡樹脂3之適合溶劑可包括二甲基甲醯胺（dimethylformamide，DMF）。除該溶劑外，該包含發泡樹脂之溶液可視情況包含諸如界面活性劑等之添加劑。於一實施例中，該包含發泡樹脂之溶液中，該發泡樹脂之濃度較佳在2 wt%至60 wt%之範圍內。
在該方法之步驟(b2)中，可將該基底層14及該發泡樹脂3放入一固化溶液中以進行固化。該固化溶液可包含水中約45 wt%至約70 wt%之二甲基甲醯胺，較佳為約55 wt%至約65 wt%，更佳為約60 wt%。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（約25℃）及常壓（約1大氣壓）下進行，並浸泡約1小時至約5小時，較佳為約1小時至約5小時，更佳為約3小時。由於步驟(b1)中該包含發泡樹脂之溶液塗佈於該基底層14上，故於步驟(b2)之固化後，該發泡樹脂3附著於該基底層14上。
舉例而言，於本發明一實施例中，係使用包含水中約60 wt%之二甲基甲醯胺的固化溶液，並浸泡約3小時，以形成該發泡樹脂3。該發泡樹脂3包含研磨層31，其發泡孔洞32直徑為1 μm至10 μm，且該研磨層31在掃描式電子顯微鏡下放大2,600倍的剖視圖如圖4C所示。
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(b2)後之洗滌步驟(b3)。洗滌之目的係自該基底層14及該發泡樹脂3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℃之水中洗滌該基底層14及該發泡樹脂3且接著使其經歷擠壓輪數次。
在該方法之步驟(b4)中，乾燥之目的係移除過量溶劑（或洗滌水）。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。
依據前述之濕式法，可如圖4B所示，於基底層14上形成發泡樹脂3，其同時包含一研磨層31及一絨毛層34。其中，該絨毛層34之孔洞341較大，故須於後續步驟中移除。該研磨層31則具有微小發泡孔洞32，而適宜用於研磨之用途。因此，於步驟(c)  移除該絨毛層34後，可使該發泡樹脂3形成如圖2B所示之研磨層11，其具有一研磨表面13，且該發泡孔洞12暴露於該研磨表面13。藉此，可形成如圖2B所示之研磨墊1b，其包含該研磨層11及該基底層14。
於該方法之步驟(c)中，可使用例如噴砂等機械研磨方式移除該絨毛層34。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。於一實施例中，該方法之步驟(c)可包含移除該發泡樹脂的1/10至1/2厚度，以充分移除該絨毛層34。
此外，於一實施例中，如圖4D所示，另可於步驟(c)之前，進行步驟(c0)   移除該基底層。由於該發泡樹脂3會逐漸乾燥並增加與基底層14之結合力，故較佳於形成該發泡樹脂3之後，即移除該基底層14。而後，再移除該絨毛層34，而使該發泡樹脂3形成如圖2A所示之研磨層11，其具有一研磨表面13，且該發泡孔洞12暴露於該研磨表面13。藉此，可形成如圖2A所示之研磨墊1，其包含該研磨層11。
本發明亦提供一種研磨裝置，包含： 一研磨盤； 一待研磨基材； 一前述之研磨墊，其係附著於該研磨盤上，並用以研磨該待研磨基材；及 一研磨漿液，其接觸該待研磨基材，以進行研磨。
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、一待研磨基材53、一研磨盤54、一研磨墊55及一研磨漿液56，且該研磨墊55可為如前所述之研磨墊1或研磨墊1b。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51上，且該吸附墊片52係用以吸附且固定該待研磨基材53。該研磨墊55係固定於該研磨盤54，且面向該壓力板51，用以對該待研磨基材53進行研磨。
該研磨裝置5之作動方式如下。首先將該待研磨基材53置於該吸附墊片52上，且該待研磨基材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接觸到該待研磨基材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，可對該待研磨基材53進行研磨作業。
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。
1:研磨墊 1a:研磨墊 11:研磨層 12:發泡孔洞 13:研磨表面 14:基底層 3:發泡樹脂 31:研磨層 32:發泡孔洞 34:絨毛層 341:孔洞 5:研磨裝置 51:壓力板 52:吸附墊片 53:待研磨基材 54:研磨盤 55:研磨墊 56:研磨漿液
圖1A顯示習知研磨墊之上視放大圖。
圖1B顯示習知研磨墊之剖視放大圖。
圖2A顯示本發明一實施例之研磨墊的剖視示意圖。
圖2B顯示本發明另一實施例之研磨墊的剖視示意圖。
圖3A顯示本發明一實施例之研磨墊在掃描式電子顯微鏡(SEM)下放大1,000倍的上視圖。
圖3B顯示本發明一實施例之研磨墊在掃描式電子顯微鏡(SEM)下放大1,000倍的剖視圖。
圖4A顯示本發明一實施例之製造研磨墊之方法的一或多個步驟。
圖4B顯示本發明一實施例之製造研磨墊之方法的一或多個步驟。
圖4C顯示本發明一實施例之發泡樹脂的研磨層在掃描式電子顯微鏡(SEM)下放大2,600倍的剖視圖。
圖4D顯示本發明一實施例之製造研磨墊之方法的一或多個步驟。
圖5顯示本發明一實施例之研磨裝置的剖視示意圖。

Claims (8)

  1. 一種研磨墊，包含：一研磨層，具有一研磨表面及複數個發泡孔洞，該發泡孔洞暴露於該研磨表面，其中該發泡孔洞為連通型孔洞，各該發泡孔洞之直徑為1μm至10μm，且該研磨表面之發泡孔洞密度為15,000/mm2至20,000/mm2。
  2. 如請求項1之研磨墊，其中該研磨層之材質係為聚胺酯。
  3. 如請求項1之研磨墊，更包含一基底層，該研磨層附著於該基底層，且該基底層之材質係為不織布或聚對苯二甲酸乙二酯薄膜。
  4. 一種製造如請求項1至3任一項之研磨墊的方法，包含：(a)提供一基底層；(b)形成一發泡樹脂於該基底層上，該發泡樹脂包含一研磨層及一絨毛層，該研磨層具有複數個發泡孔洞，且各該發泡孔洞之直徑為1μm至10μm；及(c)移除該絨毛層。
  5. 如請求項4之方法，其中步驟(b)包含以濕式法形成該發泡樹脂。
  6. 如請求項4之方法，其中步驟(c)包含移除該發泡樹脂的1/10至1/2厚 度。
  7. 如請求項4之方法，其中於步驟(c)之前，更包含：(c0)移除該基底層。
  8. 一種研磨裝置，包含：一研磨盤；一待研磨基材；一根據請求項1至3任一項之研磨墊，其係附著於該研磨盤上，並用以研磨該待研磨基材；及一研磨漿液，其接觸該待研磨基材，以進行研磨。
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