一种用于表面平坦化加工的研磨垫及其制法的制作方法

本发明是一种研磨垫及其制法，特别是有关一种具有不同硬度层的一体化结构研磨垫及其制法，适用于对对象表面平坦化精密加工。

背景技术：

在晶圆表面平坦化的制程中，化学机械研磨(简称CMP)是磨平晶圆表面使晶圆表面粗糙度及平坦度达到质量要求的一种技术。在研磨过程中，将研磨液均匀分布于研磨垫上，藉晶圆表面与研磨垫的粗糙表面间产生相对旋转运动的表面摩擦接触，使研磨液中的微粒子摩擦晶圆表面进而产生化学反应而磨平晶圆表面。

在CMP研磨过程中，研磨垫与研磨液为消耗性材料，研磨垫的粗糙表面与晶圆表面摩擦接触一段时间后，晶圆表面会磨耗研磨垫的粗糙表面，不但造成研磨垫的表面不平坦，当继续研磨加工时，将影响CMP的研磨速率及降低CMP研磨效果，更导致晶圆表面加工的平坦度不佳。现有技术中的研磨垫，是使用纤维布浸渍聚氨酯树脂后制成，其硬度较低，孔隙较小，有研磨表面平坦化不佳的缺点。此制法，无法满足研磨垫的物性，需兼顾具高硬度、高孔隙的粗糙表面，以及具高压缩率的底层；研磨垫的内含物，如果不能均匀分布，会造成研磨垫的表面不平坦，从而降低化学机械研磨的效果及效率，使实用性受到限制。

因此，研磨垫同时具备高耐磨的高孔隙粗糙表面，以及高压缩率(或缓冲性能)的底垫，是提升晶圆表面平坦度的技术手段之一，即使长久用于研磨加工，仍可维持相当平坦的粗糙表面，且不影响CMP的研磨速率。

现有技术中的研磨垫，有单层型及复合型研磨垫。单层型研磨垫的缺点，在于研磨垫只是具备粗糙表面，例如表面为浸渍聚氨酯树脂，即使再发展到具备高耐磨的高孔隙粗糙表面，例如表面为浸渍聚氨酯树脂发泡体，但发泡体所产生的孔隙，不但孔隙大小不易均一，且极难控制孔隙分布均匀，造成研磨垫本身仍欠缺具备高压缩率的缓冲性能。这种研磨垫使用于晶圆表面CMP研磨时，研磨垫的粗糙表面不能经常保持平坦，导致CMP研磨加工后的晶圆表面平坦度，同样不能达到要求。

另一种复合型研磨垫，是以叠层结构结合二片以上不同的研磨基材成为复合型结构，上层为硬度较硬的不可压缩研磨基材，具高耐磨性的高孔隙粗糙表面，作为抛光层使用，下层为硬度较软且具高压缩率的研磨基材，作为缓冲垫使用，以支持上层抛光层的粗糙表面经常保持平坦。在美国专利案第5,287,663号中，Pierce等人，揭示由粘合三层不同材料制成的研磨垫，进行CMP研磨时，最上层为不可压缩的研磨层，附着于提供刚性且由不可压缩的材料形成的刚性层，该刚性层再位于一弹性层上，藉该弹性层为可压缩材料制成，且作为缓冲垫使用，可提供缓冲效果给刚性层。

但，这种复合型研磨垫的缺点，在于研磨垫的复层结构本身，不是构成一体化结构，各叠层之间，是使用粘合剂构成粘合层而粘合成一体，在CMP研磨过程中，叠层之间的粘合层易受磨擦产生的剪切力而撕裂或剥离分开，导致这种研磨垫的抛光粗糙表面仍不能经常保持平坦，经过CMP研磨加工后的晶圆表面平坦度，也不能达到质量要求。

除此之外，其它具备特殊结构的研磨垫，其中一种为设有一抛光研磨层，且于该抛光研磨层的内部，还设一缓冲层，由具弹性的橡胶化合物构成，以辅助该抛光研磨层具有缓冲效果，但，为使缓冲层设置在该抛光研磨层的里面，尚需考虑抛光研磨层的性质，造成缓冲层的材质选择受到限制，且加工制程亦复杂繁琐。

技术实现要素：

为克服上述各种研磨垫的缺点，本发明提供一种用于表面平坦化加工的研磨垫，藉添加聚氯乙烯树脂、聚胺酯树脂以及适量无机粉体等原料，制得呈现一体化结构且兼具不同硬度层的多孔性材料，包括一抛光层及一缓冲层，不但制得其上层成为具高硬度(高于Asker C88)的抛光层，且抛光层的表面成为提高硬度的抛光粗糙表面，也制得其下层成为具高压缩率(高于3.5％)的缓冲层进而成为支持抛光层的缓冲底层，在CMP研磨过程中，还具有下列有益的效果：

1、作为上半部的抛光层与作为下半部的缓冲层之间，为一体化结构，没有使用粘合剂粘合，在研磨过程不会发生撕裂或剥离分开；

2、抛光层的表面，为提高硬度的抛光粗糙表面，研磨表面的平坦化极佳，而缓冲层为可压缩率极佳的缓冲底垫，缓冲效果极佳，有助于支持上半部的粗糙表面经常保持平坦状态。

本发明的研磨垫，包含一聚酯纤维布，经浸渍树脂溶液成为多孔性材料，再施以热处理加工，使多孔性材料浸渍的树脂产生部分融化，进而形成断面呈现渐层排列大孔隙、小孔隙的一体化叠层结构，兼具二种不同硬度层，包括高硬度的上半部及高可压缩率的下半部，且上半部的粗糙表面能够经常保持平坦状态。

本发明用于表面平坦化加工的研磨垫，为一体化结构且兼具软硬复合垫的特性，其制造方法包括以下步骤，具有简化制程及改进加工效率的有益效果：

1)制备浸渍用树脂溶液，其组成包含：

a)树脂12.5-22wt％，包括聚胺酯树脂及聚氯乙烯树脂，其中聚胺酯树脂占树脂的70-95wt％，其余为聚氯乙烯树脂；

b)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂，60-85wt％；

c)界面活性剂，2-12wt％；

d)消泡剂，0.1-1wt％；

e)拨水剂，0.1～3wt％；

f)增塑剂，0.1～3wt％；

g)无机粉体，0.1～3wt％；

h)稳定剂，0.1～2wt％；

2)选用适当厚度的纤维布，使该纤维布浸满上述热塑性树脂的溶液；

3)在水中或在二甲基甲酰胺(DMF)水溶液中，使纤维布结构中的树脂产生絮凝；

4)洗涤产生絮凝的纤维布浸渍体，以IR灯管或电热板热处理，单面或双面加热，加热温度为180～230℃，加热时间为8～180秒；

5)热处理加工后，纤维布的上下表面是一层絮凝着聚氨酯的外皮，藉剖片及研磨方式除去该纤维布的外皮，制得达到目标厚度的研磨垫。

上述研磨垫的目标厚度，介于0.45-4.0mm，优选为介于0.8-4.0mm，而纤维布的厚度更厚，比研磨垫的目标厚度多出5-20％。纤维布浸渍体的受热面，经过热处理后，因为孔隙率和硬度增加，而成为具高硬度、大孔隙的抛光层，其厚度为0.3mm以上，优选为0.5mm以上，具有高切削研磨功能，且形成的大孔隙产生排屑功能；纤维布浸渍体的未受热面，仍保留微细多孔和硬度较低的特性，厚度达0.15mm以上，优选为0.3mm以上，具高压缩率且提供良好缓冲功能。

附图说明

图1为本发明制得的具有不同硬度结构的多孔性材料断面图。

图2为对比实施例1浸渍热塑性树脂制成的多孔性材料断面图，其研磨切削性能不足。

图3为对比实施例2的多孔性材料使用热风循环加热至220℃及经过3分钟热处理后的断面图，其研磨缓冲性能不足。

附图标记

10：研磨垫

11：抛光层

12：缓冲层

具体实施方式

如图1所示，本发明的研磨垫10，为一体化结构的多孔性材料，其断面结构，呈现分层效果，具有不同的硬度层，因此兼备软/硬复合垫的特性。所述研磨垫10的具体实施例，为断面呈现分层为两层不同硬度层的多孔性材料，包括一抛光层11及一缓冲层12，其中，所述抛光层11为上层，呈现高耐磨性的高孔隙粗糙表面，其硬度较硬且压缩性较低，适用于切削磨平晶圆表面；所述缓冲层12为下层，具备高压缩性的特性，其硬度较软，适合作为缓冲垫使用，以支持位于上层的抛光层11经常保持其粗糙表面处于平坦的状态。

絮凝状态下的树脂，一般都是具有高度多孔性，且触感上较柔软，是本领域的公知技术。

本发明的研磨垫10，是使纤维布产生絮凝，再制得具分层效果的多孔性材料，其中抛光层11与缓冲层12之间，是一体化结构，不需使用粘合剂粘合。为使纤维布产生絮凝，将热塑性树脂组合物充填入到纤维布中，然后在水中絮凝。纤维布的密度，优选为介于0.1至0.5g/cm³，纤维布的厚度，需大于研磨垫成品的最终目标厚度，约多出研磨垫成品的最终目标厚度达5-20％。

本发明的研磨垫10制造方法，按下述方式获得所希望的综合性能：

1)选择具备适当熔点温度及硬度特性的树脂，这些适用的树脂，包括聚酯型或聚醚型聚氨酯树脂、聚氯乙烯乳化聚合粉、压克力树脂或环氧树脂等。

2)将固型份占8-30wt％的树脂(配方)溶液，优选为固型份占10-25wt％的树脂溶液，充填到纤维布中。

3)在水中或在适当浓度的二甲基甲酰胺(DMF)水溶液中，使纤维结构中的树脂产生絮凝，其中二甲基甲酰胺(DMF)浓度约为10-30wt％，优选为15-25wt％。

4)洗涤所制得的材料，并使其干燥。

5)使材料的温度上升至树脂的熔点(Tm)温度以上，以改善树脂的结构、使其熔融后再度凝固成硬度较硬且大孔隙更多的结构。

本发明选用的树脂组合物，基于其总重量，包含下列a)～h)成分，且以下各成分的总和为100％：

a)树脂，为所述树脂组合物的主要原料，由聚胺酯树脂及聚氯乙烯树脂两种树脂混合而成，占12.5～22.0wt％；其中，基于两种树脂的总重量，聚胺酯树脂占70-95wt％，其余为聚氯乙烯树脂占5-30wt％；

b)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂，占60～85wt％；加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂的目的，在于使树脂流动性佳易于加工；

c)界面活性剂，占2～12wt％；加入界面活性剂的目的，在于增加水洗速度，增强聚氨酯树脂的弹性以及呈现均匀的孔洞结构；

d)消泡剂，占0.1～1.0wt％；加入消泡剂的目的，在于避免因为气泡使纤维布不能完全浸满树脂溶液，从而造成破孔的缺陷；

e)拨水剂，占0.1～3.0wt％；加入拨水剂的目的，在于提供树脂组合物具有拨水性；

f)增塑剂，占0.1～3.0wt％；加入增塑剂的目的，在于降低树脂熔融温度，使树脂经熔融后，仍然易于再度凝固成硬度较硬且大孔隙更多的结构；

g)无机粉体，占0.1～3.0wt％；加入无机粉体的目的，在于促进树脂组合物得到较佳的热传导，使得本发明的研磨垫10在一体化结构下产生抛光层11与缓冲层12的分层效果，具有高硬度的抛光层11；

h)稳定剂，占0.1～2.0wt％；具体实施方式为选用不含酚的液体钙锌稳定剂，其目的在于使制程不含酚溶剂，且提高本发明的研磨垫10于研磨时的耐热性能。

本发明的树脂组合物，为本发明的关键技术，其中树脂占12.5～22wt％，且包括聚胺酯树脂及聚氯乙烯树脂两种树脂，适用于制成具高硬度又具高压缩性，且缓冲性佳的多孔性材料或研磨基材(substrate)。

其中，所使用的聚胺酯树脂，是以有机异氰酸盐化合物与聚醇类反应制得。

所述有机异氰酸盐化合物包括脂肪族、芳香族或脂环族二异氰酸盐，具体可选自：三甲基己烷亚甲基二异氰酸酯(trimethyl-hexane-methylene-diisocyanate)、二异氰酸异佛尔酮(Isophorone diisocyanate)、六亚甲基二异氰酸酯(hexamethylene-diisocyanate)、4,4'-二苯基-甲烷-二异氰酸酯(4,4’-diphenyl-methane-diisocyanate)、4,4'-二苯基二异氰酸酯(4,4’-diphenyl-diisocyanate)或其混合物。

所述聚醇类化合物包括聚酯醇及聚醚醇，其中，所述聚醚醇可为聚丙烯醚乙二醇(polyalky-lene ether glycol)类，可以选自由环氧乙烷(ethylene oxide)、1,2-氧化丙烯(1,2propylene oxide)或四氢呋喃(tetrahydrofuran)经开环聚合而得；所述聚酯醇(polyester glycol)可由脂肪族二羧酸与脂肪族醇类反应制得，其中，所述脂肪族二羧酸选自丁二酸(succinic acid)、戊二酸(glutaric acid)、辛二酸(suberic acid)或己二酸(adipic acid)；所述脂肪族醇类选自乙二醇(ethyleneglycol)、三甘醇(triethyleneglycol)或新戊二醇(neopentyl glycol)。

本发明的树脂组合物中，也使用了另一种聚氯乙烯树脂，包含氯乙烯-醋酸乙烯共聚物(VC-VA copolymer)与不同平均聚合度的聚氯乙烯乳化聚合粉(emulsion-polymerized PVC powder)一起搭配使用。藉使用适量的氯乙烯-醋酸乙烯共聚物，搭配使用适量的不同平均聚合度的聚氯乙烯乳化聚合粉，可制得既具高压缩性及具缓冲性佳的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)。

基于聚氯乙烯树脂的总重量，所述氯乙烯-醋酸乙烯共聚物占30～80wt％，聚氯乙烯乳化聚合粉占20～70wt％。所述氯乙烯-醋酸乙烯共聚物是由氯乙烯及醋酸乙烯两种单体共同聚合而成，不但拥有氯乙烯的高韧性和抗腐蚀性，也拥有醋酸乙烯的强粘性和增塑性。当醋酸乙烯的使用量愈高，氯乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘合强度亦随着愈高；当使用适量的醋酸乙烯时，氯乙烯-醋酸乙烯共聚物与纤维布间的附着性极佳，从而使得本发明的研磨垫10于抛光层11与缓冲层12间不必涂布粘合剂粘合。因此，本发明的树脂组合物中，使用适量的烯-醋酸乙烯共聚物，有助于所制得的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)，具有尺寸稳定性佳，并且可耐高温研磨的特点。

所述聚氯乙烯树脂的另一种聚氯乙烯乳化聚合粉成分，包括高、低分子量聚氯乙烯乳化聚合粉，其中高分子量聚氯乙烯乳化聚合粉平均聚合度(Average Degree of polymerization,DP)介于1650～1850，K值(Fikentscher’s Constant)介于77.5～81，其用量占聚氯乙烯树脂的20～40wt％；低分子量聚氯乙烯乳化聚合粉，占聚氯乙烯树脂的0～30wt％，视树脂溶液粘度适当调整，其平均聚合度介于1350～1550，K值介于73.0～76.5。

本发明的树脂组合物中，二甲基甲酰胺(DMF)溶剂，占60～85wt％，也可使用二甲基乙酰胺溶剂替代二甲基甲酰胺(DMF)溶剂。所述二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基乙酰胺溶剂，能与水、乙醚、醇类互溶，用于调整混合液的粘度及固型份含量，且有助于使树脂流动性佳，易于加工，加工粘度范围为500-5000cps，优选加工粘度为1000-2500cps。

本发明的树脂组合物中，使用界面活性剂来帮助树脂提高结构强度、水洗速度及树脂弹性，且使用量需视树脂的多孔层气泡大小而定。

所述界面活性剂包含阴离子界面活性剂及非离子界面活性剂，共占树脂组合物总重量的2～12wt％，阴离子界面活性剂有助于得到粗大的多孔层，添加量介于1.5～10wt％，而非离子界面活性剂则可得较致密的多孔层，添加量介于0.5～5wt％，两种界面活性剂搭配使用，有助于得到孔隙度均匀的制品。

所述阴离子界面活性剂可选自十二烷基硫酸铵(Ammonium Lauryl Sulfate)、十二烷基硫酸三乙醇胺(Triethanolamine Lauryl Sulfate)、十二烷基硫酸钠(Sodium Lauryl Sulfate)、十二酯硫酸胺(Ammonium Laureth Sulfate)、十二烷基硫酸钠盐(Sodium Laureth Sulfate)、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐(Ammonium Nonylphenol Ether Sulfate)或月桂酰谷氨酸钠(Sodium Lauroyl Glutamate)；所述非离子界面活性剂可选自壬基酚聚氧乙烯醚(Polyoxy ethylene nonyl phenyl ether)、脂肪醇聚氧乙烯醚(Polyethoxylated Aliphatic Linear Alcohol)或脂肪醇聚氧乙烯醚(Polyethoxylated Glycols)。

本发明的树脂组合物中，使用拨水剂于絮凝树脂中将聚胺酯树脂层改善成为非亲水性，使得所制得的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)在抛光过程中具有拨水度外，还兼具耐水性及尺寸稳定性，不会因为长时间润湿或浸渍于研磨液而造成尺寸变化。拨水剂的总添加量介于0.1～3wt％，适用的拨水剂，涵盖一般市售用于纤维的拨水、拨油加工剂，可选自硅酮(Silicone)系处理剂、氟素系拨水剂、树枝化疏水烷基改性聚氨酯聚合物(dendrimers)或三者混合使用。其中，所述硅酮(Silicone)系处理剂为硅烷或硅氧烷类化合物；所述氟素系拨水剂选自聚1,1-二氢氟烷基丙烯酸酯类化合物或甲基丙烯酸氟烷基酯类化合物；所述树枝化疏水烷基改性聚氨酯聚合物(dendrimers)，是利用多官能团单体而逐步合成，是一种不含硅、氟元素的高密度疏水性基团制品，例如德国RODULF公司的ECO制品。

本发明的树脂组合物中，使用无机粉体来控制浸渍体经过IR灯管及电热板的热处理加工过程，藉控制抛光层11与缓冲层12的热传受热量，进而控制其中的孔隙大小，无机粉体选自球型或不规则二氧化硅(SiO₂)、二氧化钛(TiO₂)、氢氧化铝(Al(OH)₃)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸钙(CaCO₃)或熏硅石的其中一种或一种以上。

所述无机粉体的总添加量介于0.1～3wt％，其平均粒径(D₅₀)，介于0.01～20微米，优选介于0.1-20微米，更优选为介于0.1-10微米。当无机粉体的含量低于0.1wt％时，浸渍物加热后无法得到较佳的热传导，且导致抛光层11与缓冲层12的分层效果不佳；当无机粉体的含量高于3wt％时，会影响树脂组合物的物性以及浸渍体的浸渍量；

当选用纤维状粉体时，粉体的纤维直径，介于0.1-10微米，且纤维长度与纤维直径的比例为大于2，优选为纤维直径介于0.1-5微米，且纤维长度与纤维直径的比例为大于5，但纤维直径大于10微米时，易造成成品外观不良。

本发明的树脂组合物中，稳定剂选用不含酚的液体钙锌稳定剂，总添加量在0.1～2wt％，是不含壬基酚(Nonyl Phenol)、不含双酚A(Bis-Phenol-A)及不含酚(Phenol)三种溶剂的稳定剂，其目的是使制程中不含酚溶剂，而且提高本发明的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)于研磨时的耐热性能。

本发明使用的树脂，其熔点很重要，热处理温度与树脂的熔点有密切关联，加热温度必须高于树脂熔点，以保证加热达到熔融后再凝固作用，若温度过低，则树脂无法产生在熔融后再度凝固的功效。适用的树脂，其熔点应高于摄氏140度以上，树脂的熔点低于140度时，在抛光过程中所产生的热量，将造成树脂产生明显软化。

本发明使用的纤维布，需具备够高的软化温度，当树脂熔融后于再度凝固过程中的热量，才不会使纤维布显著软化或熔融。常用纤维布以聚酯纤维为佳。

在制备本发明的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)的过程中，洗涤步骤极为重要。絮凝树脂时残留的少量溶剂(如DMF)，会造成树脂熔融后再度凝固的过程中影响树脂的特性。不均匀的溶剂残留，会使树脂的熔点下降，并使产品出现变色斑点，为改善此缺点，可添加界面活性剂于絮凝树脂中，以提升其易水洗性。

在制备本发明的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)的过程中，热处理是制造过程中最为敏感的步骤，加热温度设定介于180～230℃之间，若温度低，须长加热时间，工业化生产以190～230℃加工最适宜。加热不充分会使树脂不软化且不能提供所要求的孔隙率和硬度。加热过度会使树脂裂解，而且可能会破坏树脂与纤维结构。在加热处理过程中，高熔点纤维维持其原结构(纤维结构为支撑物)，而低熔点树脂发生熔融后再凝固，改善断面结构和硬度，这样使成品基体具有了最终的强度和硬度。

本发明进行热处理的方法，不需受到限制。凡能使纤维布中的树脂软化、熔融后再度凝固的热处理方法，均适用。加热方式包括辐射加热、加热板加热、热空气炉加热、热气刀(hot air knife)等方式。

在絮凝树脂中掺入少量酯类增塑剂，如邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)或偏苯三酸三辛酯(TOTM)，会使树脂的熔点下降，除了可降低热处理温度外，还可以改善树脂的热处理性质。

如图1所示，本发明的研磨垫10，为一体化结构的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)，厚度介于0.45-4.0mm，优选为介于0.8-4.0mm，从扫描式电子显微镜拍摄的照片中，显示所述研磨垫10经过热处理的聚酯纤维布的断面结构变化，呈现具两层分层效果的结构，研磨垫10的上半部为抛光层11，厚度为0.3mm以上，优选为0.5mm以上，为热塑性树脂受热面，树脂熔融后再凝固使其孔隙率和硬度增加，具高硬度、大孔隙；研磨垫10的下半部为缓冲层12，厚度达0.15mm以上，优选为0.3mm以上，因为未直接受热，仍保留微细多孔和硬度较低的特性；所以，本发明的研磨垫10，具有软硬复合垫的特性。

更具体而言，充填入纤维布中的树脂，经过絮凝后，带有许多孔和微隙，再经热处理加工，产生具多孔性的结构变化；于多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)的受热面，则形成孔隙率和硬度增加的抛光层11，其表层研磨面具高硬度、大孔隙，可达到切削研磨的功能；于多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)的非受热面，则形成保留微细多孔及低硬度特性的缓冲层12，使研磨过程中压力分布均匀而具有缓冲功能。

本发明具多孔特性的研磨垫10，经过热处理加工，呈现不同硬度渐层结构，上半部的抛光层11，为热塑性树脂受热面，树脂熔融后再凝固使其孔隙率和硬度增加，具高硬度、大孔隙，于研磨制程中具有高切削率、高平坦度；下半部的缓冲层12，未直接受热仍保留微细多孔和低硬度的特性，于研磨制程中具高应力缓冲功能、使研磨压力分布均匀，保护研磨样不易破片，因而具有软硬复合垫的特性。

图2为下面对比实施例1的纤维布经浸渍热塑性树脂制成多孔性材料后的断面图，图中的多孔性材料呈现微细多孔形状的单一断面，其硬度偏低，于研磨制程中显现切削速度过慢的缺点。

图3为下面对比实施例2的纤维布先浸渍热塑性树脂，再实施热处理加工，在经历220℃热风循环加热3分钟成为多孔性材料后的断面图，整体断面为单一断面，没有呈现分层结构，所呈现的大孔隙形状单一断面，其硬度高，直接使用在抛光制程加工中，因应力缓冲功能效果差，将导致研磨样易破片、加工良率低。

在本发明的热处理制程中，多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)是接受单面受热加工，经加热达到足够温度后，纤维布中的树脂产生部分熔融后再凝固，由于树脂开始熔融后再凝固或流动，使小孔隙开始消失，且藉树脂趋向于熔融后再度凝固于纤维的附近，从而出现较大的孔隙，使大孔隙尺寸和数量都增加，而提高多孔性材料的硬度；多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)的未受热面，则因为温度不足使树脂产生熔融，仍保留原小孔隙的低硬度结构。所以，本发明的研磨垫10，利用单面受热的加热方式，可以制得呈现分层效果的不同硬度层，且兼备软/硬复合垫的特性。

下列由实施例或对比实施例制得的多孔性材料或多孔性研磨基材(或称研磨垫)，是依据下述评估方法测试其物性及特性。

1、多孔性材料的厚度:以手提式厚度计测量。

2、硬度:以ASKER硬度计，依据JIS K 7312标准方法测量。

3、压缩率(或压缩性):

压缩率[％]＝(T1-T2)/T1×100。

对测试的多孔性材料样品，施加300g/cm²压力，经历1分钟后，测量样品的厚度Tl。紧接着，将施加压力提升六倍，达1800g/cm²，经历1分钟后，再测量样品的厚度T2。将Tl和T2数值，带入公式压缩率[％]＝(T1-T2)/T1×100，计算测试样品的压缩率。

4、断面特性:以扫描式电子显微镜拍摄观察断面孔洞排列，并测量各层厚度。

5、研磨垫缓冲功能:以研磨机加工破片、刮痕异常发生量评估。

6、芯片研磨平整度:以扫描式电子显微镜观察研磨样边角，边角的圆滑程度量较小者为佳。

制备热塑性树脂溶液S1-S8：

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，将聚胺酯树脂溶为固型份30％的树脂溶液备用。

参见表1的组合用量，制备热塑性树脂溶液S1。加料顺序如下：将41克N,N-二甲基甲酰胺(DMF)倒入反应槽，然后逐量投入固型份30％的聚胺酯树脂溶液50克，并启动反应槽的搅拌叶慢速旋转直到完全溶解以后，再逐量投入1.5克氯乙烯-醋酸乙烯共聚物(台湾塑胶工业股份公司生产的C-15共重合粉)，0.5克聚氯乙烯树脂乳化粉(台湾塑胶工业股份公司生产的PR1069)，待溶解完全后，加入0.5克增塑剂苯三酸三辛酯(tri(2-ethylhexyl)trimellitate，TOTM)，继续搅拌；接着加入4克界面活性剂(成分包括十二烷基硫酸铵阴离子界面活性剂2.5克及壬基酚聚氧乙烯醚非离子界面活性剂1.5克)、0.2克消泡剂(德国毕克化学公司生产的BYK011)、1克拨水剂(德国RODULF公司生产的ECO)、1克SiO₂无机粉体(D₅₀平均粒径0.01～10微米)及0.3克液体钙锌稳定剂(台湾南亚塑胶工业股份有限公司生产的LCX-42P)，所得混合树脂溶液代号为S-1。

同上述制法，按表1的组合用量，制备树脂溶液，代号为S2～S8。

表1树脂溶液的制备配方

注1：台湾塑胶工业股份有限公司制造的型号C-15共重合粉，氯乙烯-醋酸乙烯共聚物包含13.0％醋酸乙烯(Vinyl Acetate)，其K值为50；

注2：台湾塑胶工业股份有限公司制造的型号PR1069PVC乳化粉产品，其K值为77.5～81；

注3：台湾塑胶工业股份有限公司制造的型号PR415PVC乳化粉产品，其K值为73.0～76.5；

注4：十二烷基硫酸铵阴离子界面活性剂；

注5：壬基酚聚氧乙烯醚非离子界面活性剂。

下列实施例及对比实施例使用的纤维布，是以聚酯纤维短纤维为材料，且采用针刺制法制成，厚度分别为1.8mm及3.6mm。该纤维布依实际情况分别浸满上述树脂溶液S1～S8后，形成纤维布浸渍体，再按照前述制造方法絮凝、洗涤并干燥。

[实施例1]

取厚度1.8mm的纤维布，再浸渍树脂溶液S1成为浸渍体，续经压花机双管红外线石英加热器(IR灯管)加热至230℃，进行单面热处理14.4秒，经冷却后，以剖片及研磨方式除去该浸渍体的外皮，得到厚度为1.25mm的多孔性材料(或称多孔性研磨基材或研磨垫)。

热处理条件，是以中波红外线管进行温度梯度升温、功率密度为20W/cm、灯管的截面尺寸为18×8mm，加工速度5米/分钟，热处理烘箱长度为1.2米。

如表2所示，测定多孔性材料内部的物理性能，使用Asker硬度试验仪测试，其硬度为92Asker C，压缩率5.2％，断面层数为两层，且由大孔隙、小孔隙渐层排列。

[实施例2]

同实施例1的制法，但压花机的加工速度调整为9米/分钟，进行单面热处理8秒，最后得到厚度为1.25mm的多孔性材料。

如表2所示，测定多孔性材料内部的物理性能，硬度为91Asker C，压缩率5.4％，断面层数为两层，且由大孔隙、小孔隙渐层排列。

[实施例3]

同实施例1的制法，但压花机对浸渍体的加工速度调整为3米/分钟，进行单面热处理24秒，最后得到厚度为1.25mm的多孔性材料。

如表2所示，测定多孔性材料内部的物理性能，硬度为93Asker C，压缩率4％，断面层数为两层，且由大孔隙、小孔隙渐层排列。

[实施例4]

取厚度3.6mm的纤维布，再浸渍树脂溶液S1成为浸渍体，同实施例1的压花机加热条件，对浸渍体进行双面热处理，先进行单面热处理14.4秒后，再以相同加热条件续进行另一单面热处理14.4秒，经冷却后，以剖片及研磨方式除去该浸渍体的外皮，得到厚度为3mm的多孔性材料。

如表2所示，测定多孔性材料内部的物理性能，硬度为91Asker C，压缩率5.6％，断面层数为三层，且由大孔隙、小孔隙及大孔隙渐层排列。

[对比实施例1]

取厚度1.8mm的纤维布，再浸渍树脂溶液S8成为浸渍体。然后，对浸渍体絮凝、洗涤及干燥后，使浸渍体的上下表面形成一层聚氨酯的外皮，不经过加热处理，以剖片及研磨方式除去该浸渍体的外皮，得到厚度为1.25mm的多孔性材料。经观察其断面，呈现小孔隙密集排列的断面。

如表2所示，测定多孔性材料内部的物理性能，硬度为81Asker C，压缩率5.2％，此多孔性材料制品的硬度低，研磨切削性不良。

[对比实施例2]

取对比实施例1制得的浸渍体，其上下表面形成一层聚氨酯的外皮；对浸渍体使用热风循环加热至220℃，进行双面热处理3分钟，经冷却后，以剖片及研磨方式除去该浸渍体的外皮，得到厚度为1.25mm的多孔性材料。经观察其断面，呈现大孔隙排列的断面。

如表2所示，测定多孔性材料内部的物理性能，硬度为88Asker C，压缩率3.2％，此多孔性材料制品的研磨压力缓冲性能不足。

表2 IR灯管加热实施例1-4及对比实施例1-2物性比较表

注1：断面呈3层渐层结构，且按照大孔隙/小孔隙/大孔隙的渐层顺序排列。

结论(一)：

1、实施例1-4的多孔性材料，以IR灯管加热进行热处理，热处理效果取决于浸渍树脂的纤维布在IR灯管加热系统的受热时间，当加工速度慢、受热时间长，大孔隙厚度层增加；当加工速度快，受热时间短，大孔隙厚度层减少。

2、经过IR灯管热处理后，实施例1-4的多孔性材料的断面型式，均呈现大孔隙、小孔隙渐层排列的结构，同时兼具不同的硬度层。

多孔性材料的加热面，断面呈现大孔隙，具备高硬度特性；多孔性材料的未加热面，断面呈现小孔隙，具备低硬度、高压缩率特性。

3、实施例1-4的多孔性材料，经过IR灯管热处理后，压缩率介于4～5.6％，其受热面的硬度，介于91～93Asker C；制成使用于抛光加工中的研磨垫，不但具备高切削移除率，也具备缓冲功能，切削平整度极佳，可有效提升加工效率。

4、对比实施例1的多孔性材料，整体断面只呈现小孔隙密集排列的低硬度层，有硬度不足的缺点，导致(切削)粗糙表面不能经常保持平坦；相反地，对比实施例2的多孔性材料，整体断面只呈现大孔隙排列的高硬度层，造成下半部的缓冲功能不佳，长久使用不能支持上半部的粗糙表面经常保持平坦。

5、与对比实施例1及对比实施例2的多孔性材料相较，实施例1-4的多孔性材料，在压缩率方面，介于4～5.6％，优于对比实施例2的多孔性材料的压缩率只达3.2％，在切削表面硬度方面，介于91～93Asker C，亦远高于对比实施例1的硬度只达81Asker C，也高于对比实施例2的硬度达88Asker C。

6、实施例4的多孔性材料厚度达3mm，且断面呈现渐层排列大孔隙、小孔隙、大孔隙的三层结构，同时兼具三种不同硬度层，可直接制成用于平坦化的研磨垫；或者，从断面的中间处，直接剖开成为两片研磨垫，且断面呈现渐层排列大孔隙、小孔隙的二层结构，可达到节省成本的经济效益。

[实施例5至实施例10]

各实施例的浸渍体，按照表3分别浸渍不同的热塑性树脂溶液S2-S7。采用实施例1的方法及加工条件，分别得到厚度为1.25mm的多孔性材料。

如表3所示，测定各实施例的多孔性材料内部的物理性能，得知：各实施例的多孔性材料，其硬度均达92Asker C以上，其压缩率均达3.8％以上，其断面层数均为两层，均呈现不同硬度结构层，且由大孔隙、小孔隙渐层排列。

表3 IR灯管加热实施例5-10物性比较表

结论(二)：

与对比实施例1及对比实施例2的多孔性材料相较，实施例5-10以热处理加工制得的多孔性材料，均显现出高硬度、高压缩率特性，从而明显改善对比实施例1及对比实施例2的多孔性材料断面只呈现单一小孔隙密集排列或单一大孔隙排列的缺点。

[实施例11至实施例14]

各实施例的浸渍体，按照表4分别浸渍不同的热塑性树脂溶液S1、S3、S5及S7。采用实施例1的方法及加工条件，但压花机改为使用电热板(其表面经铁氟龙表面处理)取代双管红外线石英加热器加热至220℃，进行单面热处理120秒，分别得到厚度为1.25mm的多孔性材料。

如表4所示，测定各实施例的多孔性材料内部的物理性能，得知：各实施例的多孔性材料，其硬度均达90Asker C以上，其压缩率均达5.0％以上，其断面层数均为两层，均呈现不同硬度结构层，且由大孔隙、小孔隙渐层排列。

[对比实施例3]

同对比实施例2的制法，但热风循环加热温度降至170℃，得到厚度为1.25mm的多孔性材料。经观察其断面，呈现小孔隙密集排列的断面。

如表4所示，测定多孔性材料内部的物理性能，硬度为83Asker C，压缩率5.2％，此多孔性材料制品的硬度低，研磨切削性不良。

[对比实施例4]

同对比实施例2的制法，但热风循环加热温度升至235℃，得到厚度为1.25mm的多孔性材料，且成品色相，由白色转为褐茶色。经观察其断面，呈现大孔隙排列的断面。

如表4所示，测定多孔性材料内部的物理性能，硬度为90Asker C，压缩率3.2％，此多孔性材料制品的研磨压力缓冲性能不足。

表4加热板加热实施例11-14及对比实施例3-4物性比较表

结论(三)：

1、实施例11-14使用电热板进行单面220℃热处理加工而制得多孔性材料，均显现出高硬度、高压缩率特性；

2、与对比实施例3的多孔性材料相较，对比实施例3的热处理加热温度为170℃，低于180℃以下，造成树脂没有产生热处理的效果；

3、与对比实施例4的多孔性材料相较，对比实施例4的多孔性材料的热处理加热温度为235℃，高于230℃以上，造成树脂过度热处理失去应有的效果。

总结论：

1、本发明的研磨垫，是以聚酯纤维布浸渍絮凝树脂，经洗涤产生絮凝，再以IR灯管或电热板热处理，经过单面或双面加热，加热温度为180～230℃，加热时间为8～180秒，制得经过改性的多孔性材料或多孔性研磨基材(substrate)，其断面具有多层不同硬度渐层结构，不需使用粘合剂粘合，就达到复合垫的特性。

2、实施例1的研磨垫，硬度92Asker C，压缩率5.2％，显现高硬度、高压缩率特性，于后续抛光加工，显现具缓冲功能、高切削移除率与平整度，可有效提升加工效率。

也就是，本发明的研磨垫，具较高的研磨切削性能，且显现具缓冲能力，适用于晶圆表面平坦化的化学机械研磨(CMP)制程，且经过长久使用，研磨垫的孔隙堵塞发生率明显降低，抛光过的芯片，仍保持较为平整，以及边角的圆滑程度小。

3、对比实施例1的多孔性材料成品，没有接受热处理，其结果断面呈现单层小孔隙密集排列，且硬度低，不利于研磨切削。

4、对比实施例2的多孔性材料成品，因为浸渍的树脂溶液S8中，没有使用聚氯乙烯树脂或氯乙烯-醋酸乙烯共聚物(VC-VA copolymer)，经过热处理后，其整体断面呈现大孔隙排列的高硬度层，受力缓冲功能差，用于晶圆表面平坦化的化学机械研磨(CMP)，易产生刮痕、破片等不良缺点。