CN104786137A - 研磨垫、研磨装置及制造研磨垫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种研磨垫，其包含具有压力分散层的缓冲层。本发明还提供一种研磨装置及制造研磨垫的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种研磨(抛光)垫、研磨装置及制造研磨垫的方法。
背景技术
研磨一般是指化学机械研磨(CMP)工艺中，对于起初是粗糙的表面的磨耗控制，其是将含细粒子的研磨浆液平均分散于一研磨垫的上表面，同时将一待研磨基材抵住该研磨垫后以重复规律动作搓磨。该待研磨基材为诸如半导体、储存介质基材、集成电路、液晶显示器平板玻璃、光学玻璃和光电面板等物体。在研磨过程中，必须使用一研磨垫研磨该待研磨基材，因而该研磨垫的质量会直接影响该待研磨基材的研磨效果。
参考图1，其显示具有已知研磨垫的研磨装置的示意图。该研磨装置1包括一压力板11、一吸附垫片12、一待研磨基材13、一研磨盘14、一研磨垫15及一研磨浆液16。该压力板11与该研磨盘14相对。该吸附垫片12是利用一背胶层(图中未示出)粘附于该压力板11上，且该吸附垫片12用以吸附且固定该待研磨基材13。该研磨垫15固定于该研磨盘14，且面向该压力板11，用以对该待研磨基材13进行研磨。
该研磨装置1的运作方式如下。首先将该待研磨基材13置于该吸附垫片12上，且该待研磨基材13被该吸附垫片12吸住。接着，该研磨盘14及该压力板11以相反方向旋转，且同时将该压力板11向下移动，使该研磨垫15接触到该待研磨基材13的表面，通过不断补充该研磨浆液16以及该研磨垫15的作用，可对该待研磨基材13进行研磨作业。
因该研磨垫15在运作时同时承受来自该压力板11与该研磨盘14的不同方向的压力，为避免造成该待研磨基材13的损伤，通常该研磨垫15包含一研磨层及一缓冲层。该研磨层视该待研磨基材13的需要，可为不织布(无纺布)、高分子弹性体或其组合，该缓冲层则大部分以不织布为主体，因为包含不织布的缓冲层较研磨层具有较佳的压缩率及回复率，其中较佳的压缩率可提高研磨层与待研磨基材的密合度，较佳的回复率则可提高研磨垫的使用寿命。
然而，不织布的制造上不易控制其厚度的均匀度，故使用以不织布为主体的缓冲层，常因不织布的厚度不均匀而造成许多问题。例如，当研磨垫承受压力时，由于不织布的厚度不均匀导致缓冲层的各区域密度不同，进而产生不同的压缩率，其中压缩率较小或厚度较厚的区域会造成研磨层与待研磨基材间的摩擦力变大，研磨垫亦因此磨耗较快，又因磨耗程度不同，研磨垫表面更加不平坦，导致待研磨基材的研磨表面移除率不稳定，平坦度不足，从而形成不良品。
因此，本领域中亟需开发一种研磨垫，以克服前述缓冲层中不织布对于压力受力不均匀的缺点，以提高研磨效果。
发明内容
本发明于研磨垫的缓冲层中，加入具有压力分散层的缓冲层，以得到厚度及附加量均一的缓冲层。当研磨层受压力时，缓冲层可使压力均匀分散，从而为研磨垫提供均匀的缓冲力，因此，研磨垫与待研磨基材间的摩擦力亦较均匀，可增加待研磨基材表面的平坦度，并防止研磨垫的凹陷及变形。
本发明提供一种研磨垫，其包含一研磨层及一缓冲层，该缓冲层包含：
一本体，其包含复数(多)个(根)第一不定向纤维；及
一压力分散层，其包含复数个第一定向纤维及复数个第二定向纤维，其中所有所述第一定向纤维皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维皆以一第二方向排列，且所述第一方向与第二方向相交，及所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交。
本发明还提供一种研磨装置，其包含：
一研磨盘；
一基材；
一前述的研磨垫，其粘附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及
一研磨浆液，其接触该基材，以进行研磨。
本发明再提供一种制造前述研磨垫的方法，其中该缓冲层由包含下列步骤的方法所提供：
(a)提供一本体，其包含复数个第一不定向纤维；
(b)提供复数个第一定向纤维及复数个第二定向纤维，其中所有所述第一定向纤维皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维皆以一第二方向排列，且所述第一方向与第二方向相交；及
(c)使所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交，以构成一压力分散层。
附图说明
图1显示具有已知研磨垫的研磨装置的示意图；
图2显示本发明的一具体实施例的缓冲层的剖面示意图；
图3显示本发明的又一具体实施例的缓冲层的剖面示意图；
图4显示本发明的另一具体实施例的压力分散层的顶视图；
图5显示本发明的再一具体实施例的压力分散层的剖面图；
图6显示本发明的另一具体实施例的压力分散层的顶视图；及
图7显示具有本发明的研磨垫的研磨装置的示意图。
符号说明
1 已知研磨装置
7 本发明研磨装置
11 压力板
12 吸附垫片
13 待研磨基材
14 研磨盘
15 研磨垫
16 研磨浆液
25 缓冲层
35 缓冲层
71 压力板
72 吸附垫片
73 基材
74 研磨盘
75 研磨垫
76 研磨浆液
251 主体
252 压力分散层
253 缓冲层的一个表面
254 缓冲层的另一表面
351 主体
352 压力分散层
452 压力分散层
453 第一定向纤维
454 第二定向纤维
552 压力分散层
553 第一定向纤维
554 第二定向纤维
555 第二不定向纤维
652 压力分散层
653 第一定向纤维
654 第二定向纤维
655 第三定向纤维
具体实施方式
本发明提供一种研磨垫，其包含一研磨层及一缓冲层，该缓冲层包含：
一本体，其包含复数个第一不定向纤维；及
一压力分散层，其包含复数个第一定向纤维及复数个第二定向纤维，其中所有所述第一定向纤维皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维皆以一第二方向排列，且所述第一方向与第二方向相交，及所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交。
根据本发明的“研磨垫”是指化学机械研磨工艺中用以抵住待研磨基材的垫，该研磨垫以重复规律运动搓磨该待研磨基材，并配合含细粒子的研磨浆液，使该待研磨基材起初是粗糙的表面磨耗直至平整。
根据本发明的研磨层即为该研磨垫中用以搓磨该待研磨基材的部位。依待研磨基材的需求，所述研磨层可为不织布、高分子弹性体或其组合。
本文中使用“不织布”一词指具有方向性或随机定向的纤维的制造片、网或毡，其由摩擦力及/或内聚力及/或粘合力接合，并不包括纸及并入有接结纱或丝的经编织、针织、簇生、缝编或由湿式碾磨进行粘结(无论是否经额外的针缝)的产品。所述纤维可为天然或人造的。其可为定长或连续的丝或可原位形成。取决于形成网的方法，不织布通常包括合成不织布、针轧不织布、熔喷不织布、纺粘不织布、干式成网不织布、湿式成网不织布、缝编不织布或水刺不织布。与织造布相比，不织布具有较好的材料特性。
本发明所述的“弹性体”一词指展现类似橡胶的质量的一聚合物种类。当研磨时，该弹性体可充当良好的缓冲器以避免刮伤待研磨物表面。优选地，该弹性体为发泡树脂。本发明所述的“发泡树脂”一词指含有热塑性树脂及热分解发泡剂的材料。该树脂优选地包含选自由以下各物组成的组的至少一种：聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性橡胶、聚苯乙烯、聚芳烃分子、含氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚芳酰胺、聚芳烃、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其掺合(共混)物。
根据本发明的发泡树脂发泡的方法可为化学发泡或物理发泡，其中化学发泡是利用可进行化学反应以产生气体的试剂，使其反应后所产生的气体均匀分布于该树脂组合物中。另一方面，物理发泡是将气体打入该树脂组合物中，并通过搅拌使打入的气体均匀分布于该树脂组合物中。
于本发明的一优选具体实施例中，该研磨层另外包含孔洞。于本发明的一具体实施例中，该孔洞为不织布纤维间的孔洞；于本发明的另一具体实施例中，该孔洞为高分子弹性体所形成的孔洞；于本发明的再一具体实施例中，该孔洞由高分子弹性体与纤维共同形成。所述孔洞可为连通型孔洞或独立型孔洞，本发明所述的“连通型孔洞”是指至少二个孔洞之间是连通的，从而形成类似蚁穴型的孔洞，所述孔洞优选为连通的多个孔洞，其有利于研磨液的流动、研磨颗粒的分布及研磨残留物的移除。在本发明的优选实施例中，所述连通的多个孔洞具有自0.1μm至500μm的孔尺寸。
于本发明的一优选具体实施例中，该研磨层另外包含复数个研磨粒子，所述研磨粒子可均匀分布于研磨层中。其可位于该不织布或高分子弹性体的结构骨架部分，亦可位于孔洞内。优选地，所述研磨粒子为二氧化铈、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二钇或三氧化二铁。另一方面，所述研磨粒子的粒径为约0.01微米至约10微米。
本发明所述的“缓冲层”是指位于该研磨层与研磨机台间的薄层，其用途在于当该研磨垫运作时，同时承受来自压力板与研磨盘的不同方向的压力，避免造成待研磨基材的损伤。根据本发明的缓冲层包含纤维。
本发明所属技术领域中具通常知识者可根据本说明书的揭示内容来选择适合种类的纤维。本文中使用的“纤维”一词指单纤维或复合纤维，优选地指复合纤维。优选地，该纤维由选自由以下各物组成的组的至少一种材料制成：聚酰胺、对苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈及其混合物。
根据本发明的缓冲层包含一本体，其包含复数个第一不定向纤维。该本体构成该缓冲层的大部分，所述复数个第一不定向纤维通过摩擦力及/或内聚力及/或粘合力接合，可为定长或连续的丝或可原位形成，优选地，所述第一不定向纤维通过堆叠提供，并经由针轧从而形成一体的构造。
根据本发明的缓冲层还包含一压力分散层，其包含复数个第一定向纤维及复数个第二定向纤维，其中所有所述第一定向纤维皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维皆以一第二方向排列，且所述第一方向与第二方向相交，及所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交。通过所述定向纤维的提供，可进一步将从研磨层传至缓冲层本体的压力进一步均匀地分散，从而为研磨垫提供均匀的缓冲力；再者，通过所述定向纤维的提供，于所述缓冲层的内部提供一骨架，可使整体缓冲层的厚度及附加量均一，因此，研磨垫与待研磨基材间的摩擦力亦较均匀，可增加待研磨基材表面平坦度，并防止研磨垫的凹陷及变形。
该压力分散层的厚度可依需要而定，优选地，其为约0.05mm至约1.0mm；如其厚度小于约0.05mm，则其压力分散效果较不佳；如其厚度大于约1.0mm，则其缓冲效果较不佳。
参见图2，其为根据本发明的缓冲层的剖面示意图，于本发明的一具体实施例中，本发明缓冲层25包含一主体251及一压力分散层252，其中该压力分散层252构成该缓冲层25的一个表面253，且该本体251构成该缓冲层25的另一表面254。于此具体实施例中，该主体251及该压力分散层252为两层状结构，并通过主体中的第一不定向纤维与压力分散层中的第一定向纤维及/或第二定向纤维相交而彼此结合，所述结合方式包括但不限于利用针轧结合。
参见图3，其为根据本发明的缓冲层的剖面示意图，于本发明的一具体实施例中，本发明缓冲层35包含一主体351及一压力分散层352，其中该压力分散层352夹置于(夹在)该本体351内。于此具体实施例中，该主体351由两层状结构共同提供，并通过主体中的第一不定向纤维与压力分散层中的第一定向纤维及/或第二定向纤维相交而彼此结合，所述结合方式包括但不限于利用针轧结合。
根据本发明的该第一方向与该第二方向之间所夹的角度可为任一角度，参见图4，其为根据本发明的压力分散层的顶视图，于本发明的一具体实施例中，该压力分散层452包含复数个第一定向纤维453及复数个第二定向纤维454，其中所有所述第一定向纤维453皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维454皆以一第二方向排列，且该第一方向与该第二方向垂直。
根据本发明的所述第一定向纤维与所述第二定向纤维可彼此叠放或彼此交叉编织而构成所述压力分散层，优选地，所述第一定向纤维与所述第二定向纤维位于同一层状结构内，并彼此交叉编织。
参见图5，其为根据本发明的压力分散层的剖面图，于本发明的一具体实施例中，该压力分散层552包含复数个第一定向纤维553及复数个第二定向纤维554，所述第一定向纤维553位于一第一平面上，所述第二定向纤维554位于一第二平面上，且该压力分散层另外包含介于该第一平面与该第二平面之间的复数个第二不定向纤维555，及所述第一定向纤维553及/或第二定向纤维554与至少一个所述第二不定向纤维555相交。于本具体实施例中，所述第一定向纤维553具有的第一方向虽位于该第一平面上，且所述第二定向纤维554具有的第二方向位于第二平面上，但第一方向及第二方向的垂直投影仍是相交的。此多层状提供的该压力分散层可多层次分散缓冲层的压力，并使纤维的附加量及厚度更加平均。
根据本发明的所述第二不定向纤维的形成与所述第一不定向纤维类似，优选地，所述第二不定向纤维与所述第一不定向纤维相同。
参见图6，其为根据本发明的压力分散层的顶视图，于本发明的一具体实施例中，该压力分散层652包含复数个第一定向纤维653及复数个第二定向纤维654，并另包含复数个第三定向纤维655，其中所有所述第三定向纤维655皆以一第三方向排列，且所述第三定向纤维655与第一定向纤维653及/或第二定向纤维654相交。于此具体实施例中，该压力分散层652除所述第一定向纤维653及第二定向纤维654外，还可包含其它定向纤维，例如所述第三定向纤维655。
根据本发明的所述定向纤维优选为长纤维，其可使压力分散的效果提高，更优选地，例如图4或图6所示，每一所述第一定向纤维453、653及/或第二定向纤维454、654贯穿所述缓冲层。
所述定向纤维的材料与所述不定向纤维的材料可为相同或不同的，优选地，所述复数个第一不定向纤维的材料与所述第一定向纤维及/或第二定向纤维不同。于本发明的一具体实施例中，所述定向纤维的材料为韧性高、不易断折的材料，所述不定向纤维为柔软度高、弹性佳的材料。
优选地，所述缓冲层以成卷式提供，可改进批次均匀性。
本发明还提供一种研磨装置，其中包含：
一基材；
一研磨垫，其粘附于该研磨盘上，并用以研磨该基材；及
一研磨浆液，其接触该基材，以进行研磨；
优选地，该研磨装置另外包含：
一压力板，其相对于该研磨盘设置；及
一吸附垫片，其粘附于该压力板上，用以吸附且固定该基材。
参考图7，其显示具有本发明研磨垫的研磨装置的示意图。该研磨装置7包括一压力板71、一吸附垫片72、一基材73、一研磨盘74、一研磨垫75及一研磨浆液76。该压力板71与该研磨盘74相对。该吸附垫片72利用一背胶层(图中未示出)粘附于该压力板71上，且该吸附垫片72用以吸附且固定该基材73。该研磨垫75固定于该研磨盘74，且面向该压力板71，用以对该基材73进行研磨。
该研磨装置7的运作方式如下。首先将该基材73置于该吸附垫片72上，且该基材73被该吸附垫片72吸住。接着，该研磨盘74及该压力板71以相反方向旋转，且同时将该压力板71向下移动，使该研磨垫75接触到该基材73的表面，通过不断补充该研磨浆液76以及该研磨垫75的作用，可对该基材73进行研磨作业。
本发明再提供一种制造前述研磨垫的方法，其中该缓冲层由包含下列步骤的方法所提供：
(a)提供一本体，其包含复数个第一不定向纤维；
(b)提供复数个第一定向纤维及复数个第二定向纤维，其中所有所述第一定向纤维皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维皆以一第二方向排列，且该第一方向与第二方向相交；及
(c)使所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交，以构成一压力分散层。
由于该本体构成该缓冲层的大部分，依需要，可将所述复数个第一不定向纤维通过摩擦力及/或内聚力及/或粘合力接合，以提供该本体。于本发明的一具体实施例中，所述复数个第一不定向纤维可为定长或连续的丝或可原位形成。优选地，步骤(a)将所述第一不定向纤维堆叠以提供该本体。
步骤(b)中，根据本发明的所述第一定向纤维与所述第二定向纤维经彼此叠放或彼此交叉编织而构成该压力分散层，优选地，所述第一定向纤维与所述第二定向纤维彼此交叉编织。
根据本发明的步骤(c)使所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交的方法可为任意可使纤维交叉的方法。优选地，将所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维针轧，使其相交，以构成该压力分散层。
上述实施例仅为了说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。本发明所属技术领域中具通常知识者对上述实施例所作的修改及变化仍不违背本发明的精神。本发明的权利范围应如所附权利要求所列。
Claims (12)
1.一种研磨垫，其包含一研磨层及一缓冲层，所述缓冲层包含：
一本体，其包含复数个第一不定向纤维；及
一压力分散层，其包含复数个第一定向纤维及复数个第二定向纤维，其中所有所述第一定向纤维皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维皆以一第二方向排列，且所述第一方向与第二方向相交，及所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交。
2.根据权利要求1的研磨垫，其中所述压力分散层构成所述缓冲层的一个表面，且所述本体构成所述缓冲层的另一表面。
3.根据权利要求1的研磨垫，其中所述压力分散层夹置于所述本体内。
4.根据权利要求1的研磨垫，其中所述第一方向与所述第二方向垂直。
5.根据权利要求1的研磨垫，其中所述第一定向纤维位于一第一平面上，所述第二定向纤维位于一第二平面上，且所述压力分散层另外包含介于所述第一平面与所述第二平面之间的复数个第二不定向纤维，及所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第二不定向纤维相交。
6.根据权利要求1的研磨垫，其中所述压力分散层另外包含复数个第三定向纤维，其中所有所述第三定向纤维皆以一第三方向排列，且所述第三定向纤维与第一定向纤维及/或第二定向纤维相交。
7.根据权利要求1的研磨垫，其中每一所述第一定向纤维及/或第二定向纤维贯穿所述缓冲层。
8.根据权利要求1的研磨垫，其中所述复数个第一不定向纤维的材料与所述第一定向纤维及/或第二定向纤维不同。
9.一种研磨装置，其包含：
一研磨盘；
一基材；
一根据权利要求1至8任何一项的研磨垫，其粘附于所述研磨盘上，并用以研磨所述基材；及
一研磨浆液，其接触所述基材，以进行研磨。
10.一种制造根据权利要求1至8任何一项的研磨垫的方法，其中所述缓冲层由包含下列步骤的方法所提供：
(a)提供一本体，其包含复数个第一不定向纤维；
(b)提供复数个第一定向纤维及复数个第二定向纤维，其中所有所述第一定向纤维皆以一第一方向排列，及所有所述第二定向纤维皆以一第二方向排列，且所述第一方向与第二方向相交；及
(c)使所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维相交，以构成一压力分散层。
11.根据权利要求10的方法，其中步骤(a)为将所述第一不定向纤维堆叠以提供所述本体。
12.根据权利要求10的方法，其中步骤(c)为将所述第一定向纤维及/或第二定向纤维与至少一个所述第一不定向纤维针轧，使其相交，以构成所述压力分散层。
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