CN104511830B - 复合研磨垫及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合研磨垫及其制造方法，该复合研磨垫包括一缓冲层及一研磨层。该缓冲层包括一第一高分子弹性体，其硬度为10至70肖氏D，且直接接合于该研磨层。该研磨层包括一第二高分子弹性体，其硬度为30至90肖氏D，且具有一研磨面，用以研磨一基材。通过此，该缓冲层及该研磨层不易产生分离，从而可提高抛光质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合研磨垫及其制造方法，特别是一种不使用粘着剂的复合研磨垫及其制造方法。
背景技术
抛光一般是指在化学机械研磨(CMP)工艺中，对于起初为粗糙的表面的磨耗控制，其将含细粒子的研磨浆液平均分散于一研磨垫的上表面，同时将一待抛光基材抵住该研磨垫后以重复规律动作搓磨。该待抛光基材诸如半导体、储存介质基材、集成电路、LCD平板玻璃、光学玻璃和光电面板等物体。在抛光过程中，该研磨垫的质量会直接影响该待抛光基材的抛光效果。
参考图1，显示已知研磨设备的示意图。该研磨设备1包括一下平台(Lower BasePlate)11、一吸附垫片(Sheet)12、一待抛光基材(Polishing Workpiece)13、一上平台(Upper Base Plate)14、一研磨垫(Polishing Pad)15及一研磨浆液(Slurry)16。该下平台11与该上平台14相对。该吸附垫片12利用一背胶层17粘附于该下平台11上，且该吸附垫片12用以承载及固定该待抛光基材13。该研磨垫15固定于该上平台14，且面向该下平台11，用以对该待抛光基材13进行抛光。
该研磨设备1的操作方式如下。首先将该待抛光基材13置于该吸附垫片12上，且该待抛光基材13被该吸附垫片12吸住。接着，使该上平台14及该下平台11以相反方向旋转，且同时将该上平台14向下移动，使该研磨垫15接触到该待抛光基材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，可对该待抛光基材13进行抛光作业。
参考图2，其显示已知研磨垫的放大剖视示意图。该研磨垫15为三层结构，其包括一缓冲层(Cushion Layer)151、一粘着层152及一研磨层(Polishing Layer)153。该缓冲层151通常具有较高压缩性和较低硬度，且固定于该上平台14。该研磨层153通常具有较低压缩性和较高硬度，且接触到该待抛光基材13的表面，以提供高移除速率和高均匀性特性。该粘着层152为压敏性粘合剂(PSA)，用以粘结该缓冲层151及该研磨层153。然而，由于该压敏性粘合剂(PSA)的粘着强度较低，且耐化学性较差，容易导致该缓冲层151及该研磨层153产生分离或剥离，进而影响抛光研磨的进行。
在另一种已知技术中，该粘着层152为热熔性粘着剂。但是，由于使用热熔性粘着剂进行该研磨垫15的复合加工技术时，容易造成应力累积，从而导致该研磨垫15产生形变(变形)。
此外，上述二种已知技术中，皆使用该粘着层152将该缓冲层151及该研磨层153贴合在一起，因此，在制造过程上多了一道贴合的加工步骤，从而增加制造过程的复杂性。同时，由于额外使用该粘着层152，因此，在制造过程上多使用一层原料(该粘着层152)，从而增加制造成本。
因此，有必要提供一创新且具有进步性的复合研磨垫及其制造方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种复合研磨垫，其包括一缓冲层及一研磨层。该缓冲层包括一第一高分子弹性体，其硬度为10至70肖氏D。该研磨层直接接合于该缓冲层，该研磨层包括一第二高分子弹性体，且其硬度为30至90肖氏D。该研磨层具有一研磨面，用以研磨一基材。由此，该缓冲层及该研磨层不易产生分离或剥离，从而可提高抛光品质。此外，该研磨层与该缓冲层之间并没有粘着层，因此可改善已知技术中复合加工时容易造成应力累积从而导致研磨垫产生形变的问题。再者，本发明在制造过程上可省略贴合的加工步骤，从而降低制造过程的复杂性及降低制造成本。
本发明还提供一种复合研磨垫的制造方法，其包括以下步骤：(a)在一离型纸上形成一第一树脂涂料；(b)于一第一温度下预烤该第一树脂涂料，以使其形成半熟成状态；(c)于该半熟成的第一树脂涂料上形成一第二树脂涂料，使得该第二树脂涂料直接接触该半熟成的第一树脂涂料；(d)于一第二温度下烘干该第一树脂涂料及该第二树脂涂料，使得该第一树脂涂料形成一缓冲层，该第二树脂涂料形成一研磨层，其中该第二温度高于该第一温度，该缓冲层的硬度为10至70肖氏D，且该研磨层的硬度为30至90肖氏D；及(e)移除该离型纸，以形成一复合研磨垫，其中该复合研磨垫包括该缓冲层及该研磨层。
本发明还提供一种复合研磨垫的制造方法，其包括以下步骤：(a)在一离型纸上形成一第二树脂涂料；(b)于一第一温度下预烤该第二树脂涂料，以使其形成半熟成状态；(c)于该半熟成的第二树脂涂料上形成一第一树脂涂料，使得该第一树脂涂料直接接触该半熟成的第二树脂涂料；(d)于一第二温度下烘干该第二树脂涂料及该第一树脂涂料，使得该第一树脂涂料形成一缓冲层，该第二树脂涂料形成一研磨层，其中该第二温度高于该第一温度，该缓冲层的硬度为10至70肖氏D，且该研磨层的硬度为30至90肖氏D；及(e)移除该离型纸，以形成一复合研磨垫，其中该复合研磨垫包括该缓冲层及该研磨层。
附图说明
图1显示已知研磨设备的示意图；
图2显示已知研磨垫的放大剖视示意图；
图3显示本发明的研磨设备的示意图；
图4显示本发明复合研磨垫的放大剖视示意图；
图5至图7显示本发明复合研磨垫的制造方法的一实施例的示意图；及
图8至图10显示本发明复合研磨垫的制造方法的另一实施例的示意图。
符号说明
1 已知研磨设备
3 本发明的研磨设备
11 下平台
12 吸附垫片
13 待抛光基材
14 上平台
15 研磨垫
16 研磨浆液
17 背胶层
31 下平台
32 吸附垫片
33 待抛光基材
34 上平台
35 复合研磨垫
36 研磨浆液
37 背胶层
40 离型纸
151 缓冲层
152 粘着层
153 研磨层
351 缓冲层
353 研磨层
451 第一树脂涂料
453 第二树脂涂料
3511 缓冲层第一表面
3512 缓冲层第二表面
3531 研磨层第一表面
3532 研磨层第二表面
具体实施方式
参考图3，其显示本发明的研磨设备的示意图。该研磨设备3包括一下平台31、一吸附垫片32、一待抛光基材33、一上平台34、一复合研磨垫35及一研磨浆液36。该下平台31与该上平台34相对。该吸附垫片32利用一背胶层37粘附于该下平台31上，且该吸附垫片32用以承载及固定该待抛光基材33。该待抛光基材33选自半导体、储存介质基材、集成电路、LCD平板玻璃、光学玻璃及光电面板。该复合研磨垫35固定于该上平台34，且面向该下平台31，用以对该待抛光基材33进行抛光。
该研磨设备3的操作方式如下。首先将该待抛光基材33置于该吸附垫片32上，且该待抛光基材33被该吸附垫片32吸住。接着，使该上平台34及该下平台31以相反方向旋转，且同时将该上平台34向下移动，使该复合研磨垫35接触到该待抛光基材33的表面，通过不断补充该研磨浆液36以及该复合研磨垫35的作用，可对该待抛光基材33进行抛光研磨作业。
参考图4，其显示本发明复合研磨垫的放大剖视示意图。该复合研磨垫35为双层结构，其包括一缓冲层(Cushion Layer)351及一研磨层(Polishing Layer)353。该复合研磨垫35与现有技术的研磨垫15(图2)的不同之处在于，该缓冲层351与该研磨层353直接接触且结合，其中间没有任何粘着层。该缓冲层351包括一第一高分子弹性体，其硬度为10至70肖氏D，以作为缓冲。在本实施例中，该第一高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基(氨基)、其混合或低聚物(Oligomer)，且该第二成分具有二异氰酸酯基。该第一成分可例如为1,4BG(1,4丁二醇(1,4-butanediol))、1,6HG(1,6己二醇(1,6-Hexanediol))、异佛尔酮二胺(isophorone diamine，IPDA)、4,4’-亚甲基双(2-氯苯胺)(4,4’-methylenebis(2-chloroaniline))等。该第二成分可例如为TDI(Toluene2,4-Diisocyanate，甲苯二异氰酸酯)、MDI(Methylene bisphenyl isocynate，二苯基甲烷二异氰酸酯)等。在本实施例中，该缓冲层351的厚度约为1.0mm，且具有一第一表面3511及一第二表面3512，其中该第二表面3512固定于该上平台34。
该研磨层353直接接触该缓冲层351，且包括一第二高分子弹性体，且其硬度为30至90肖氏D。在本实施例中，该第二高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基(氨基)、其混合或低聚物(Oligomer)，且该第二成分具有二异氰酸酯基。该第一成分可例如为1,4BG(1,4丁二醇(1,4-butanediol))、1,6HG(1,6己二醇(1,6-Hexanediol))、异佛尔酮二胺(isophorone diamine，IPDA)、4,4’-亚甲基双(2-氯苯胺)(4,4’-methylenebis(2-chloroaniline))等。该第二成分可例如为TDI(Toluene2,4-Diisocyanate，甲苯二异氰酸酯)、MDI(Methylene bisphenyl isocynate，二苯基甲烷二异氰酸酯)等。要注意的是，该第二高分子弹性体的材质与该第一高分子弹性体的材质不同。在本实施例中，该研磨层353的厚度为0.5mm至0.7mm，且具有一第一表面3531及一第二表面3532，其中该第一表面3531用以接触到该待抛光基材33的表面，以提供高移除速率和高均匀性特性。换言之，该第一表面3531为一研磨面，用以抛光研磨该待抛光基材33。该研磨层353的第二表面3532直接接触且接合至该缓冲层351的第一表面3511，优选地，该研磨层353的第二表面3532与该缓冲层351的第一表面3511之间的结合为化学键结。在本实施例中，该缓冲层351的压缩率以10％～30％为佳，且其内的空孔的尺寸大于300μm；该研磨层353的压缩率以1％～5％为佳，且其内的空孔的尺寸小于200μm。
在本发明中，该研磨层353与该缓冲层351之间的剥离强度大于3kg/cm，优选地，大于5kg/cm，因此可改善现有技术中缓冲层及研磨层容易产生分离或剥离从而影响抛光研磨进行的问题，从而提高抛光质量。此外，该研磨层353与该缓冲层351之间并没有粘着层，因此可改善现有技术中复合加工时容易造成应力累积而导致研磨垫产生形变的问题。再者，本发明在制造过程上可省略贴合的加工步骤，从而降低制造过程复杂性及降低制造成本。
参考图5至图7，其显示本发明复合研磨垫的制造方法的一实施例的示意图。参考图5，提供一离型纸40。接着，在该离型纸40上形成(例如：涂布)一第一树脂涂料451。在本实施例中，该第一树脂涂料451包括一第一高分子弹性体及一第一溶剂，其为液态，温度约为30℃至40℃。该第一高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基(氨基)、其混合或低聚物(Oligomer)，且该第二成分具有二异氰酸酯基。该第一成分可例如为1,4BG(1,4丁二醇(1,4-butanediol))、1,6HG(1,6己二醇(1,6-Hexanediol))、异佛尔酮二胺(isophorone diamine，IPDA)、4,4’-亚甲基双(2-氯苯胺)(4,4’-methylenebis(2-chloroaniline))等。该第二成分可例如为TDI(Toluene 2,4-Diisocyanate，甲苯二异氰酸酯)、MDI(Methylene bisphenyl isocynate，二苯基甲烷二异氰酸酯)等。该第一树脂涂料451的粘度为3500～4600cps；该第一溶剂可为酰胺类、苯类、酮类或其混合物。
接着，于一第一温度下预烤该第一树脂涂料451，以使其形成半熟成状态。在本实施例中，该第一温度为40℃至130℃，优选约为80℃(视该第一溶剂的材质而定)。而且，预烤时间约为30至50分钟，优选为40分钟。如此，使得该第一溶剂的部分或全部挥发，且该第一树脂涂料451形成果冻状。此时，该第一树脂涂料451为半熟成状态，而非熟成状态。
参考图6，于该半熟成的第一树脂涂料451上形成(例如：涂布)一第二树脂涂料453，使得该第二树脂涂料453直接接触该半熟成的第一树脂涂料451。在本实施例中，该第二树脂涂料453包括一第二高分子弹性体及一第二溶剂，其为液态，温度约为30℃至40℃。该第二高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基(氨基)、其混合或低聚物(Oligomer)，且该第二成分具有二异氰酸酯基。该第一成分可例如为1,4BG(1,4丁二醇(1,4-butanediol))、1,6HG(1,6己二醇(1,6-Hexanediol))、异佛尔酮二胺(isophorone diamine，IPDA)、4,4’-亚甲基双(2-氯苯胺)(4,4’-methylenebis(2-chloroaniline))等。该第二成分可例如为TDI(Toluene2,4-Diisocyanate，甲苯二异氰酸酯)、MDI(Methylene bisphenyl isocynate，二苯基甲烷二异氰酸酯)等。要注意的是，该第二树脂涂料453与该第一树脂涂料451不同。该第二树脂涂料453的粘度为8100～8800cps；该第二溶剂可为酰胺类、苯类、酮类或其混合物。
参考图7，于一第二温度下烘干该第一树脂涂料451及该第二树脂涂料453，使得该第一树脂涂料451固化形成一缓冲层351，该第二树脂涂料453固化形成一研磨层353，其中该第二温度高于该第一温度，该缓冲层351的硬度为10至70肖氏D，且该研磨层353的硬度为30至90肖氏D。此时，该缓冲层351及该研磨层353之间的结合为化学键结，其二者之间的剥离强度大于3kg/cm，优选地，大于5kg/cm。在本实施例中，该第二温度为100℃至140℃，优选约为120℃(视该第一溶剂及该第二溶剂的材质而定)。而且，此烘干时间约为10至30分钟，优选为20分钟。此时，该缓冲层351及该研磨层353为预熟成状态。
优选地，再进行一熟成步骤。亦即，将该缓冲层351、该研磨层353及该离型纸40放置于一熟成箱中1至2天，其中熟成箱的温度约为60℃至80℃。之后，再将该缓冲层351、该研磨层353及该离型纸40自熟成箱中取出后置放于室温约1天。
最后，移除该离型纸40，以进行离型步骤而形成一复合研磨垫35，如图4所示，其中该复合研磨垫35包括该缓冲层351及该研磨层353。优选地，可再针对该研磨层353的第一表面3531(即研磨面)进行表面修整，以提高该复合研磨垫35的研磨效果。
此外，在其它实施例中，该离型纸40为一连续式离型纸40，其连续地提供，以进行连续式生产。该离型纸40的表面可为平面、雾面、镜面或具有纹路。因此，该第一树脂涂料451及该第二树脂涂料453亦连续地形成(例如：涂布)。接着，于上述烘干步骤或上述离型步骤的后更进行一裁切步骤，以形成复数个复合研磨垫35。
参考图8至图10，显示本发明复合研磨垫的制造方法的另一实施例的示意图。参考图8，提供一离型纸40。接着，形成(例如：涂布)该第二树脂涂料453至该离型纸40上。本实施例的该第二树脂涂料453与图5至图7的实施例的该第二树脂涂料453相同。
接着，于一第一温度下预烤该第二树脂涂料453，以使其形成半熟成状态。在本实施例中，该第一温度为40℃至130℃，较佳约为80℃(视该第二溶剂的材质而定)。而且，预烤时间约为30至50分钟，较佳为40分钟。如此，使得部分或全部该第二溶剂挥发，且该第二树脂涂料453形成果冻状。此时，该第二树脂涂料453为半熟成状态而非熟成状态。
参考图9，形成(例如：涂布)一第一树脂涂料451于该半熟成的该第二树脂涂料453上，使得第一树脂涂料451直接接触该第二树脂涂料453。本实施例的该第一树脂涂料451与图5至图7的实施例的该第一树脂涂料451相同。
参考图10，于一第二温度下烘干该第二树脂涂料453及该第一树脂涂料451，使得该第一树脂涂料451固化形成该缓冲层351，该第二树脂涂料453固化形成该研磨层353，其中该第二温度高于该第一温度，该缓冲层351的硬度为10至70肖氏D，且该研磨层353的硬度为30至90肖氏D。此时，该缓冲层351及该研磨层353间的结合为化学键结，其二者间的剥离强度大于3kg/cm，较佳地，大于5kg/cm。在本实施例中，该第二温度为100℃至140℃，较佳约为120℃(视该第一溶剂及该第二溶剂的材质而定)。而且，此烘干时间约为10至30分钟，较佳为20分钟。此时，该缓冲层351及该研磨层353为预熟成状态。
较佳地，再进行一熟成步骤。亦即，将该缓冲层351、该研磨层353及该离型纸40置放于一熟成箱中1至2天，其中熟成箱的温度约为60℃至80℃。的后，再将该缓冲层351、该研磨层353及该离型纸40自熟成箱中取出后置放于室温约1天。
最后，移除该离型纸40，以进行离型步骤而形成一复合研磨垫35，如图4所示，其中该复合研磨垫35包括该缓冲层351及该研磨层353。较佳地，可再针对该研磨层353的第一表面3531(即研磨面)进行表面修整，以提高该复合研磨垫35的研磨效果。
此外，在其它实施例中，该离型纸40为一连续式离型纸40，其连续地提供，以进行连续式生产。该离型纸40的表面可为平面、雾面或镜面。因此，该第一树脂涂料451及该第二树脂涂料453亦连续地形成(例如：涂布)。接着，于上述烘干步骤或上述离型步骤之后还进行一裁切步骤，以形成复数个(多个)复合研磨垫35。
另外，该离型纸40的表面亦可具有纹路，利用该纹路使其在该研磨层353形成微细沟槽，有利于研磨抛光的研磨效果。
上述实施例仅为了说明本发明的原理及其功效，并非用以限制本发明，因此本领域技术人员可对上述实施例进行修改及变化而仍不脱离本发明的精神。本发明所要求保护的范围应如所附权利要求所列。
Claims (10)
1.一种复合研磨垫，包括：
一缓冲层，包括一第一高分子弹性体，其硬度为10至70肖氏D；及
一研磨层，其直接接合于该缓冲层，该研磨层包括一第二高分子弹性体，且其硬度为30至90肖氏D，该研磨层具有一研磨面，用以研磨基材，其中该缓冲层及该研磨层之间的结合为化学键结。
2.如权利要求1的复合研磨垫，其中该第一高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基、其混合或低聚物，且该第二成分具有二异氰酸酯基；该第二高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基、其混合或低聚物，且该第二成分具有二异氰酸酯基。
3.如权利要求1的复合研磨垫，其中该研磨层与该缓冲层之间的剥离强度大于3kg/cm。
4.一种复合研磨垫的制造方法，包括以下步骤：
(a)在一离型纸上形成一第一树脂涂料；
(b)于一第一温度下预烤该第一树脂涂料，以使其形成半熟成状态；
(c)于该半熟成的第一树脂涂料上形成一第二树脂涂料，使得该第二树脂涂料直接接触该半熟成的第一树脂涂料；
(d)于一第二温度下烘干该第一树脂涂料及该第二树脂涂料，使得该第一树脂涂料形成一缓冲层，该第二树脂涂料形成一研磨层，其中该第二温度高于该第一温度，该缓冲层的硬度为10至70肖氏D，且该研磨层的硬度为30至90肖氏D，其中该缓冲层及该研磨层之间的结合为化学键结；及
(e)移除该离型纸，以形成一复合研磨垫，其中该复合研磨垫包括该缓冲层及该研磨层。
5.如权利要求4的制造方法，其中该步骤(a)中，该第一树脂涂料包括一第一高分子弹性体及一第一溶剂，该第一高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基、其混合或低聚物，且该第二成分具有二异氰酸酯基；该步骤(b)中，该第一温度为40℃至130℃，该第一溶剂的部分或全部挥发，使得该第一树脂涂料形成果冻状；该步骤(c)中，该第二树脂涂料包括一第二高分子弹性体及一第二溶剂，该第二高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基、其混合或低聚物，且该第二成分具有二异氰酸酯基；该步骤(d)中，该第二温度为100℃至140℃。
6.如权利要求4的制造方法，其中该步骤(a)中，该离型纸为一连续式离型纸，其连续地提供；且该步骤(d)或步骤(e)之后还进行一裁切步骤，以形成复数个复合研磨垫。
7.一种复合研磨垫的制造方法，包括以下步骤：
(a)在一离型纸上形成一第二树脂涂料；
(b)于一第一温度下预烤该第二树脂涂料，以使其形成半熟成状态；
(c)于该半熟成的第二树脂涂料上形成一第一树脂涂料，使得该第一树脂涂料直接接触该半熟成的第二树脂涂料；
(d)于一第二温度下烘干该第二树脂涂料及该第一树脂涂料，使得该第一树脂涂料形成一缓冲层，该第二树脂涂料形成一研磨层，其中该第二温度高于该第一温度，该缓冲层的硬度为10至70肖氏D，且该研磨层的硬度为30至90肖氏D，其中该缓冲层及该研磨层之间的结合为化学键结；及
(e)移除该离型纸，以形成一复合研磨垫，其中该复合研磨垫包括该缓冲层及该研磨层。
8.如权利要求7的制造方法，其中该步骤(a)中，该第二树脂涂料包括一第二高分子弹性体及一第二溶剂，该第二高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基、其混合或低聚物，且该第二成分具有二异氰酸酯基；该步骤(b)中，该第一温度为40℃至130℃，该第二溶剂的部分或全部挥发，使得该第二树脂涂料形成果冻状；该步骤(c)中，该第一树脂涂料包括一第一高分子弹性体及一第一溶剂，该第一高分子弹性体包括一第一成分及一第二成分，该第一成分具有羟基、胺基、其混合或低聚物，且该第二成分具有二异氰酸酯基；该步骤(d)中，该第二温度为100℃至140℃。
9.如权利要求7的制造方法，其中该步骤(a)中，该离型纸为一连续式离型纸，其连续地提供；且该步骤(d)或步骤(e)之后还进行一裁切步骤，以形成复数个复合研磨垫。
10.如权利要求7的制造方法，其中该步骤(a)中，该离型纸为一连续式离型纸，且其表面为平面、雾面、镜面或具有纹路。
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