专利名称：研磨垫与其应用和其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于化学机械研磨的研磨垫与其应用和其制造方法。
技术背景
化学机械研磨(CMP)是使用研磨垫进行衬底表面平坦化的程序。CMP—般应用于 研磨透镜、镜子、液晶显示器的衬底、硅晶片和硅晶片上的氧化层和/或金属层。
以硅晶片为例，首先将单晶硅的结晶块切片。通常磨光所述晶片使其变平以供随 后进行化学蚀刻。在蚀刻过程之后需要研磨工艺。在研磨工艺期间，研磨垫连同浆液一起 与晶片表面上的硅原子进行化学反应，以使得经反应的表面比底下的硅柔软。此外，持续抹 除经反应的表面，可使新鲜硅暴露于浆液和研磨垫。
中国台湾专利公告第567144号揭示一种研磨垫，其中所述研磨垫包含研磨层，所 述研磨层的里面设有一层含有具橡胶弹性的化合物的缓冲层，而所述缓冲层的储能模量较 研磨层的储能模量低，然而由于所述缓冲层是形成于研磨层里，其加工较为复杂，且因需同 时考虑研磨层的性质，而限制了缓冲层的选择。
美国专利第6，358，130号也揭示了一种与研磨液一起使用的习知研磨垫。所述习 知研磨垫具有研磨层和穿过所述研磨层的开口中的窗口。所述研磨层和窗口的下表面由其 下的液体不可渗透层覆盖。所述习知研磨垫进一步包含处于所述液体不可渗透层上的粘合 层，所述粘合层在研磨层和窗口与下垫层之间形成各自的接合密封。在所述习知研磨垫中， 粘合层和液体不可渗透层可防止粘合层与研磨层、窗口和液体不可渗透层中每一者之间的 界面变湿。此研磨垫虽然改善了中国台湾专利公告第567144号的缺点，而可依所需选择研 磨层和下垫层，彼此间互不干扰，再者，连续性的液体不可渗透层可避免因在日常处理期间 弯曲、使用所述研磨垫期间所施加的研磨压力或粘合层中的小孔隙或间隙所产生的泄漏路 径，亦因接合密封，故可减小粘合层与研磨层、窗口和液体不可渗透层中各界面间由研磨液 引起的湿润现象。
然而，因为习知研磨垫的下垫层通常包含纤维，或因下垫层的内含物未均勻分布， 且因习知研磨垫的研磨层通常包含弹性体，所以研磨层的内含物也未均勻分布，而可容易 观测到下垫层和研磨垫的厚度变化。此外，下垫层和研磨垫的表面不平坦，且通常粗糙并起 伏。此类特征使得下垫层或研磨垫难以紧密且完全附着至所述液体不可渗透层。在下垫层 和研磨层与液体不可渗透层之间的界面中容易观测到气泡和空白空间，因此研磨液容易经 由所述气泡和空白空间而渗透至下垫层和研磨层与液体不可渗透层之间的界面中，使研 磨层与下垫层的牢度变差，因而缩短习知研磨垫的使用寿命，同时还因上述原因使研磨垫 的整体平坦性不佳，而降低化学机械研磨的效果和效率。发明内容
本发明的一个目的在于提供一种研磨垫，其包含研磨层、缓冲层和粘合层。所述研 磨层包含研磨表面，可用于研磨衬底；所述缓冲层包含多个连通性孔洞，且所述缓冲层的压4缩率高于所述研磨层的压缩率；所述粘合层是由具流动性的高分子聚合而成，用于将所述 缓冲层粘合至所述研磨层。
本发明的另一目的在于提供一种研磨衬底的方法，所述方法包含使用上述研磨垫 来研磨衬底表面。
本发明的又一目的在于提供一种制造上述研磨垫的方法，所述方法包含以下步 骤
(a)提供缓冲层和研磨层；
(b)在所述缓冲层或所述研磨层的一个表面上施加所述粘合层；和
(c)将所述缓冲层粘合至所述研磨层。
根据本发明的研磨垫大幅地增强缓冲层与研磨层的粘合强度，也提升了研磨垫的 平坦度和硬度的稳定性。此外，根据本发明的研磨垫可于研磨时不会被研磨液渗透，研磨垫 的使用寿命得以延长，并由此改进了化学机械研磨的效果和效率。
图1说明习知研磨垫在透射电子显微镜下的视图。
图2说明根据本发明的研磨垫在透射电子显微镜下的视图。
图3说明习知研磨垫的线扫描(line scan)所检测得的位置与移除率的关系图。
图4说明根据本发明的研磨垫的线扫描所检测得的位置与移除率的关系图。
具体实施方式
本发明提供一种研磨垫，其包含研磨层、缓冲层和粘合层。所述研磨层包含研磨表 面，可用于研磨衬底；所述缓冲层包含多个连通性孔洞，且所述缓冲层的压缩率高于所述研 磨层的压缩率；所述粘合层是由具流动性的高分子聚合而成，用于将所述缓冲层粘合至所 述研磨层。
在本发明的优选具体实施例中，所述研磨层包含纤维。所述纤维可提供用于研磨 的突起，也可作为支架，例如所述支架允许研磨层的高分子弹性体沉积在由所述支架界定 的空间中。本发明所属领域的技术人员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。可根据待研磨 的衬底来选择所述纤维，优选地，所述纤维由选自由以下各物组成的群组的至少一种材料 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、聚丙烯腈和其 混合物。优选地，所述纤维形成无纺布，且更优选地，所述研磨层包含成卷的无纺布，其可以 连续卷的方式使用所述成卷的无纺布，可改进批次均勻性。
本文中使用“无纺布” 一词指具方向性或随机定向纤维的制造片、网或毡，其由摩 擦力和/或内聚力和/或粘合力接合，并不包括纸和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(无论是否经额外针缝)的产品。所述纤维可为天然或人 造。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，无纺布通常包含合成无 纺布、针刺无纺布、熔喷无纺布、纺粘无纺布、干式成网无纺布、湿式成网无纺布、缝编无纺 布或水刺无纺布。与织布相比，无纺布具有较好的材料特性。
在本发明的优选具体实施例中，所述研磨层包含连通多孔性的高分子弹性体，如搭配使用纤维，则所述高分子弹性体与纤维共同形成连通多孔洞。所述连通多孔洞有利于 研磨液的流动、研磨颗粒的分布和研磨残留物的移除。在本发明的优选实施例中，所述连通 多孔洞具有0. Ιμπι至500μπι的孔尺寸。本文中使用的“高分子弹性体”一词指展现类似 橡胶质量的聚合物种类。当研磨时，所述高分子弹性体可充当良好的缓冲器以避免刮伤待 研磨的衬底表面。在本发明的一个优选实施例中，所述高分子弹性体包含泡沫树脂。本文 中使用的“泡沫树脂”一词指含有热塑树脂和热分解发泡剂的材料。所述高分子弹性体优选 地选自由聚氨酯、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(对苯二甲酸亚乙酯)、聚芳烃酰胺、聚芳烃、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌 段共聚物、其混合物和其掺合物所组成的群组；更优选地，所述高分子弹性体包含聚氨酯。
根据本发明的缓冲层，包含多个连通性孔洞，且其压缩率高于所述研磨层的压缩 率者皆适合应用于本发明的缓冲层，因缓冲层的压缩率高于研磨层，因此根据本发明的研 磨垫具有较佳的缓冲效果，当进行研磨作用时，可减少对待研磨衬底的刮伤，优选地，所述 缓冲层的压缩率为约20%至约40%，另一方面，所述缓冲层的空孔率优选也高于所述研磨 层的空孔率，其中所述缓冲层的空孔率优选为约30%至约45%，此较高的空孔率也可使根 据本发明的研磨垫具有较佳的缓冲效果。另一方面，其中所述缓冲层的密度优选为约0. 1 至约1.0克/立方公分。
在本发明的优选具体实施例中，所述缓冲层包含弹性体，所述弹性体优选即具有 多个连通性孔洞，且其压缩率高于所述研磨层的压缩率的性质，可单独或搭配其它材料作 为缓冲层。优选地，所述弹性体选自由聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚醚、 聚丙烯、乙二醇二乙酸酯/醋酸乙烯酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物和其掺合物所 组成的群组。
在本发明的优选具体实施例中，所述缓冲层另包含载体，以使多个连通性孔洞的 结构形成于其上，例如使前述的弹性体形成于其上。优选地，所述载体选自由薄膜、织布和 玻璃纤维所组成的群组，且所述薄膜的材料优选地选自由聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、 压克力和聚烯烃所组成的群组。
本发明的研磨垫包含由具流动性的高分子聚合而成的粘合层，用于将所述缓冲层 粘合至所述研磨层。由于所述高分子于聚合前具有流动性，故在粘合缓冲层和研磨层时，可 优选地嵌入至缓冲层和/或研磨层的孔洞中。另因为根据本发明的粘合层优选地嵌入至缓 冲层和/或研磨层的孔洞中，故可修改缓冲层和/或研磨层的表面，且能够填充缓冲层和/ 或研磨层的粗糙和起伏点。因而所述两片材可彼此粘合良好，与习知技术使用液体不可渗 透层的粘剂相比，大幅地增强缓冲层与研磨层的粘合强度，也提升了研磨垫的平坦度和硬 度的稳定性。此外，根据本发明的研磨垫可在研磨时不会被研磨液渗透，研磨垫的使用寿命 得以延长，并由此改进了化学机械研磨的效果和效率。
此外，由于根据本发明的研磨垫中研磨层与缓冲层彼此之间独立，故可视需要调 整研磨层与缓冲层的硬度或压缩率等性质，更可增加应用的范围。
在本发明的优选具体实施例中，所述流动性的高分子于聚合前具有约14000厘泊 (cps)至约18000厘泊的粘度。
另一方面，所述粘合层优选地选自由感压胶、一液型糊剂、二液型糊剂、压克力树脂和环氧树脂所组成的群组。感压胶通常包含载体膜，所述载体膜包括(例如)聚酯，且在 载体膜的上侧和下侧上具有具流动性的粘合层。一液型糊剂是指包含高分子量弹性体充当 粘接剂的糊剂，优选包含聚氨酯，一液型糊剂包含油改性型涂料和湿气硬化型涂料，其中油 改性型涂料采用天然油脂与二甘油脂等改性多醇类(polyol)与甲苯二异氰酸酯(toluene diisocyanate, TDI)反应而成；湿气硬化型糊剂含有氢氧基的聚酯类(polyester)与聚醚 类(polyether)，通过过量的NCO基(NC0/0H > 1)与甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸 酉旨(diphenylmethane diisocyanate，MDI)、己二异氛酸酉旨(hexamethylene diisocyanate, HMDI)等的氢氧基反应，形成末端含有异氰酸酯(isocyanate)基的预聚体，所述官能团可 与空气中的湿气产生胺类(amine)形成尿素结合，和双缩脲(biuret)成为硬化涂膜。二 液型糊剂指包含彼此相互作用或交联以实现粘合作用的两种成分的糊剂，优选包含弹性 体和聚异氰酸酯，包含有催化剂硬化型，其主要是由聚乙二醇(polyethylene glycol)、聚 丙二醇(polypropylene glycol)或多元醇(polyol)的酯化交换的单二酸甘油酯(mono diglyceride)的混合体与叔胺和金属盐类等催化剂反应使其硬化；多元醇硬化型PU涂 料是由异氰酸酯预聚物(isocyanate pr印olymer)、聚醇酯类(polyol-ester)或聚醚类 (polyether)，以及含有0H_的压克力树脂等多元醇的0H_反应形成。压克力树脂包含常温 硬化型和加热硬化干燥型；其中常温硬化型主要为压克力树脂单体，加热硬化干燥型则是 以压克力树脂聚合物为基本构造，于其中导入活性反应基，当加热时所述树脂单独或与含 有反应基的树脂以及交联剂反应形成三次元的网状结构。环氧树脂可通过加入交联剂，形 成三次元结构。本发明还提供一种研磨衬底的方法，所述方法包含使用上述的研磨垫来研 磨衬底表面。
本发明还提供一种制造上述研磨垫的方法，所述方法包含以下步骤
(a)提供缓冲层和研磨层；
(b)在所述缓冲层或所述研磨层的一个表面上施加所述粘合层；和
(c)将所述缓冲层粘合至所述研磨层。
将缓冲层粘合至研磨层的方式根据粘合层的形式而变化。用于将缓冲层粘合至研 磨层的粘合层优选是经涂覆、转印、印刷或刮擦在所述缓冲层或所述研磨层的一个表面上， 优选将所述粘合层涂覆在所述缓冲层或所述研磨层的一个表面上。
在施加粘合层之后，缓冲层与研磨层粘合在一起。缓冲层和研磨层优选在75°C至 80°C的温度下彼此粘合。
如必要，在根据本发明的步骤(C)之后，所述方法进一步包含固化步骤。在某些情 况下，粘合层需要所述固化步骤来凝固并形成接合。所述固化步骤的条件和方式根据所使 用的粘合层而变化。
现以下列实例予以详细说明本发明，只是其并不意味着本发明仅局限于这些实例 所揭示的内容。
实例
研磨层将聚氨酯树脂填充于无纺布中，并经固化所得。
缓冲层以250至300丹尼的PET织布作为涂布基材，并将重量百分比19. 9%的 涂布用聚氨酯树脂、重量百分比6. 6%的色料、重量百分比2. 5%的界面剂和重量百分比 71%的二甲基甲酰胺溶剂混合为涂布用料，并将所述涂布用料涂布于涂布基材上，并形成树脂层，再将其置于重量百分比10%的二甲基甲酰胺溶液中进行交换凝固，经70°C水洗和 110°C烘干后形成聚连通多孔性的缓冲层。
粘合层将聚氨酯树脂以印刷轮方式形成或是以涂布刀涂布成膜于所述缓冲层 上，再将其贴合至所述研磨层。本发明的研磨垫请参考图2。
比较例习知RODEL IClOOO研磨垫(图1)
表1中展示习知研磨垫(垫1)和根据本发明的研磨垫(垫2)的特性。
表 权利要求
1.一种研磨垫，其包含研磨层，其包含研磨表面，所述研磨表面用于研磨衬底；缓冲层，其包含多个连通性孔洞，其中所述缓冲层的压缩率高于所述研磨层的压缩率； 和粘合层，其是由具流动性的高分子聚合而成，用于将所述缓冲层粘合至所述研磨层。
2.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述研磨层包含纤维。
3.如权利要求2所述的研磨垫，其中所述研磨层包含无纺布。
4.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述研磨层包含连通多孔性的高分子弹性体。
5.如权利要求4所述的研磨垫，其中所述高分子弹性体包含泡沫树脂。
6.如权利要求4所述的研磨垫，其中所述高分子弹性体选自由聚氨酯、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(对苯二甲酸亚乙酯)、 聚芳烃酰胺、聚芳烃、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物和其掺合物所 组成的群组。
7.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述缓冲层的压缩率为约20%至约40%。
8.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述缓冲层的空孔率高于所述研磨层的空孔率。
9.如权利要求8所述的研磨垫，其中所述缓冲层的空孔率为约30%至约45%。
10.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述缓冲层的密度为约0.1至约1. 0克/立方公分。
11.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述缓冲层包含弹性体。
12.如权利要求12所述的研磨垫，其中所述弹性体选自由聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯、聚乙烯、聚酰胺、聚醚、聚丙烯、乙二醇二乙酸酯/醋酸乙烯酯、其共聚物、其嵌段共聚 物、其混合物和其掺合物所组成的群组。
13.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述缓冲层包含载体。
14.如权利要求13所述的研磨垫，其中所述载体选自由薄膜、织布和玻璃纤维所组成 的群组。
15.如权利要求14所述的研磨垫，其中所述薄膜的材料选自由聚丙烯、聚对苯二甲酸 乙二醇酯、压克力和聚烯烃所组成的群组。
16.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述流动性的高分子于聚合前具有约14000厘泊 至约18000厘泊的粘度。
17.如权利要求1所述的研磨垫，其中所述粘合层选自由感压胶、一液型糊剂、二液型 糊剂、压克力树脂和环氧树脂所组成的群组。
18.如权利要求17所述的研磨垫，其中所述一液型糊剂包含聚氨酯。
19.如权利要求17所述的研磨垫，其中所述二液型糊剂包含弹性体和聚异氰酸酯。
20.一种研磨衬底的方法，其包含使用如权利要求1至19中任一权利要求所述的研磨 垫来研磨所述衬底的表面。
21.一种制造研磨垫的方法，其包含以下步骤(a)提供缓冲层和研磨层；所述研磨层包含研磨表面，所述研磨表面用于研磨衬底；所 述缓冲层包含多个连通性孔洞，其中所述缓冲层的压缩率高于所述研磨层的压缩率；(b)在所述缓冲层或所述研磨层的表面上施加粘合层，所述粘合层是由具流动性的高 分子聚合而成；和(C)将所述缓冲层粘合至所述研磨层。
22.如权利要求21所述的方法，其中步骤(b)包含将所述粘合层涂覆、转印、印刷或刮 擦在所述缓冲层或所述研磨层的表面上。
23.如权利要求22所述的方法，其在步骤(b)是将所述粘合层涂覆在所述缓冲层或所 述研磨层的表面上。
24.如权利要求21所述的方法，其在步骤(c)之后，所述方法进一步包含固化步骤，使 粘合层固化并形成接合。
全文摘要
本发明涉及一种研磨垫，其包含用于研磨衬底的研磨层、包含多个连通性孔洞的缓冲层和用于将所述缓冲层粘合至所述研磨层的粘合层，且所述粘合层是由具有流动性的高分子聚合而成。本发明还提供一种研磨衬底的方法，其包含使用所述研磨垫，和一种制造上述研磨垫的方法。
文档编号B24B37/04GK102029571SQ20091017617
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者冯崇智, 吴文杰, 姚伊蓬, 洪永璋, 王良光 申请人:贝达先进材料股份有限公司