CN102781626B - 研磨垫 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供平坦化特性优良且能够抑制划痕产生的研磨垫。本发明的研磨垫包含具有椭圆气泡的研磨层，其特征在于，所述椭圆气泡的长轴相对于研磨层的厚度方向倾斜5°~45°。

Description

研磨垫
技术领域
本发明涉及能够稳定且以高研磨效率进行透镜、反射镜等光学材料、硅晶片、硬盘用玻璃衬底、铝衬底以及一般的金属研磨加工等要求高度表面平坦性的材料的平坦化加工的研磨垫。本发明的研磨垫特别适合用于将硅晶片以及在该晶片上形成有氧化物层、金属层等的器件在进一步层叠和形成上述氧化物层或金属层之前进行平坦化的工序。
背景技术
作为要求高度表面平坦性的材料的代表性材料，可以列举用于制造半导体集成电路(IC、LSI)的被称为硅晶片的单晶硅的圆盘。为了在IC、LSI等的制造工序中形成用于形成电路的各种薄膜的可靠的半导体结，要求在层叠、形成氧化物层或金属层的各工序中，将硅晶片的表面高精度地加工至平坦。一般而言，在上述研磨加工工序中，研磨垫被固定在称为平台的可旋转的支撑圆盘上，半导体晶片等加工物被固定在研磨头上。然后，通过双方的运动，在平台与研磨头之间产生相对速度，进而，将含有磨粒的磨料连续供给到研磨垫上，由此实施研磨操作。
作为研磨垫的研磨特性，要求研磨对象物的平坦性(プラナリティ)和面内均匀性优良，并且研磨速度快。对于研磨对象物的平坦性、面内均匀性而言，可以通过提高研磨层的弹性模量而得到某种程度的改善。此外，对于研磨速度而言，可以通过制成含有气泡的发泡体并增加浆料的保持量而得到提高。
如果考虑在下一代元件中的发展，则需要能够进一步提高平坦性的高硬度研磨垫。为了提高平坦性，也可以使用硬研磨垫。但是，在使用硬研磨垫的情况下，存在容易在研磨对象物的被研磨面上产生划痕(划伤)的问题。
在专利文献1中，为了解决寿命或研磨性能的波动，提出了一种具有沿着片的平面方向排列的长气泡的研磨用塑料发泡片。
另外，在专利文献2中，为了减小厚度偏差而提高研磨特性，提出了一种研磨垫，其由气泡材料形成且在与被研磨物接触的表面部分具有多个微孔，其特征在于，厚度的偏差为±15μm，上述微孔均匀地分布在表面部分，并且上述微孔的最长径相对于最短径的比为1.0以上且1.2以下。
另外，在专利文献3中，为了提高平坦化特性和面内均匀性，提出了一种研磨垫，包含具有独立气泡的研磨层，其特征在于，上述独立气泡包含椭圆气泡，并且上述研磨层的切割面上的椭圆气泡的平均长径L与平均短径S之比(L/S)为1.1～5。
另外，在专利文献4中，提出了一种层叠片，包含基材片和聚氨酯发泡层，其特征在于，上述聚氨酯发泡层具有长轴与聚氨酯发泡层的厚度方向平行的椭圆气泡，并且上述聚氨酯发泡层的切割面上的椭圆气泡的平均长径L与平均短径S之比(L/S)为1.5～3。并且记载了该层叠片为保持片、背衬片或粘合片。
另外，在专利文献5中，为了提高平坦化特性和面内均匀性并抑制气孔堵塞和划痕，提出了一种研磨垫，其由含有聚酯树脂和非相容性热塑性树脂的含独立空穴的聚酯片构成，肖氏D硬度为50以上，压缩率为1.3～5.5％，压缩恢复率为50％以上，且独立空穴的形状是长径为5～30μm、短径为1～4μm、深度为1～5μm的扁平形状。
但是，如上所述，如果考虑在下一代元件中的发展，则需要能够进一步提高平坦性并且能够抑制划痕的研磨垫，但即使是上述研磨垫，也难以兼顾所要求的平坦化特性与划痕的减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-209078号公报
专利文献2：日本特开2006-142474号公报
专利文献3：日本特开2007-245298号公报
专利文献4：日本特开2007-245575号公报
专利文献5：日本特开2009-291942号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供平坦化特性优良且能够抑制划痕产生的研磨垫。另外，本发明的目的还在于提供使用该研磨垫的半导体器件的制造方法。
用于解决问题的手段
本发明人为了解决上述问题而反复进行了深入研究，结果发现，利用以下所示的研磨垫能够达到上述目的，从而完成了本发明。
即，本发明涉及一种研磨垫，包含具有椭圆气泡的研磨层，其特征在于，上述椭圆气泡的长轴相对于研磨层的厚度方向倾斜5°～45°。
通过使研磨层中的气泡为椭圆气泡(虽然是椭圆球形的气泡，但可以不是严格匀称的椭圆球形)，与以往的具有球形气泡的研磨层相比，能够在不增大比重的情况下提高弹性模量。由此，能够提高研磨垫的平坦化特性。但是，仅使研磨层中的气泡为椭圆气泡时，难以抑制划痕产生。
本发明人发现，通过使研磨层中的椭圆气泡的长轴相对于研磨层的厚度方向倾斜5°～45°，能够提高平坦化特性并且能够抑制划痕产生。其理由尚未明确，但认为通过使椭圆气泡的长轴倾斜，使研磨层的压缩特性(S-S曲线)在低应变区域微观性地变软，因而抑制划痕产生，并且使研磨层的压缩特性(S-S曲线)在高应变区域宏观性地高弹性模量化，由此提高平坦化特性。
优选上述椭圆气泡的平均长径L与平均短径S之比(L/S)为1.1～3。L/S低于1.1时，难以在不增大比重的情况下提高弹性模量，因此难以提高平坦化特性，另一方面，L/S超过3时，气穴变深，因此，浆料的更新性降低而使研磨速度降低，或者研磨粒或研磨屑容易造成堵塞，因此，具有容易使研磨对象物产生划痕的倾向。
研磨层中的气泡可以包含球形气泡或长轴与研磨层的厚度方向平行的椭圆气泡等，为了充分表现出目标效果，优选使长轴相对于研磨层的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡的数量比例为全部气泡的50％以上。另外，研磨层中的气泡可以为独立气泡，也可以为连续气泡。
另外，本发明中，优选研磨层由聚氨酯树脂发泡体形成。
此外，本发明还涉及包括使用上述研磨垫对半导体晶片的表面进行研磨的工序的半导体器件的制造方法。
发明效果
本发明的研磨垫在研磨层中含有大量长轴相对于研磨层的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡，因而平坦化特性优良并且能够有效地抑制划痕产生。
附图说明
图1是表示CMP研磨中使用的研磨装置的一例的示意图。
图2是表示聚氨酯树脂发泡体块的截面的示意图。
图3是表示将聚氨酯树脂发泡体块进行切割而得到的聚氨酯树脂发泡体片的截面的示意图。
具体实施方式
本发明的研磨垫可以仅是研磨层，也可以是研磨层与其他层(例如缓冲层等)的层叠体。研磨层的形成材料没有特别限定。可以列举例如：聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、卤素类树脂(聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等)、聚苯乙烯、烯烃类树脂(聚乙烯、聚丙烯等)、环氧树脂、感光树脂等中的一种或两种以上的混合物。聚氨酯树脂的耐磨损性优良，并且通过对原料组成进行各种改变能够容易地得到具有期望物性的聚合物，因此是作为研磨层的形成材料的特别优选的材料。以下，对作为研磨层的形成材料的代表的聚氨酯树脂进行说明。
上述聚氨酯树脂包含异氰酸酯成分、多元醇成分(高分子量多元醇、低分子量多元醇等)和扩链剂。
作为异氰酸酯成分，可以没有特别限定地使用聚氨酯领域中公知的化合物。作为异氰酸酯成分，可以列举：2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯、间苯二亚甲基二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯，亚乙基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基己二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯，1,4-环己二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯等脂环式二异氰酸酯。上述异氰酸酯成分可以使用一种，也可以混合两种以上。
作为异氰酸酯成分，除了上述二异氰酸酯化合物之外，也可以使用三官能以上的多官能多异氰酸酯化合物。作为多官能异氰酸酯化合物，正在市售的有：作为デスモジュール－N(バイエル公司制造)或商品名デュラネート(旭化成工业公司制造)的一系列二异氰酸酯加成物化合物。
上述异氰酸酯成分中，优选将芳香族二异氰酸酯与脂环式二异氰酸酯并用，特别优选将甲苯二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯并用。
作为高分子量多元醇，可以列举：以聚四亚甲基醚二醇为代表的聚醚多元醇；以聚己二酸丁二醇酯为代表的聚酯多元醇；以聚己内酯多元醇、聚己内酯等聚酯二醇与碳酸亚烷基酯的反应产物等为例的聚酯聚碳酸酯多元醇；使碳酸亚乙酯与多元醇反应、接着使得到的反应混合物与有机二羧酸反应而得到的聚酯聚碳酸酯多元醇；以及由多羟基化合物与碳酸芳基酯的酯交换反应得到的聚碳酸酯多元醇等。上述高分子量多元醇可以单独使用，也可以将两种以上并用。
高分子量多元醇的数均分子量没有特别限定，从所得到的聚氨酯树脂的弹性特性等观点出发，优选为500～2000。数均分子量低于500时，使用该高分子量多元醇的聚氨酯树脂不具有充分的弹性特性而成为较脆的聚合物。因此，由该聚氨酯树脂制造的研磨垫变得过硬，从而成为使晶片表面产生划痕的原因。此外，由于变得容易磨损，因此，从研磨垫寿命的观点出发也不优选。另一方面，数均分子量超过2000时，使用该高分子量多元醇的聚氨酯树脂变得过软，因此，由该聚氨酯树脂制造的研磨垫存在平坦化特性变差的倾向。
作为多元醇成分，可以在上述高分子量多元醇的基础上并用下述低分子量多元醇：乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、1,4-环己烷二甲醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二甘醇、三甘醇、1,4-双(2-羟基乙氧基)苯、三羟甲基丙烷、甘油、1,2,6-己三醇、季戊四醇、四羟甲基环己烷、甲基葡糖苷、山梨醇、甘露醇、卫矛醇、蔗糖、2,2,6,6-四(羟甲基)环己醇、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺以及三乙醇胺等。另外，也可以并用乙二胺、甲苯二胺、二苯基甲烷二胺和二亚乙基三胺等低分子量多胺。此外，也可以并用乙醇胺、2-(2-氨乙基氨基)乙醇和丙醇胺等醇胺。上述低分子量多元醇、低分子量多胺等可以单独使用一种，也可以将两种以上并用。低分子量多元醇或低分子量多胺等的配合量没有特别限定，根据要制造的研磨垫(研磨层)所要求的特性来适当决定，优选为全部多元醇成分的20～70摩尔％。
多元醇成分中的高分子量多元醇与低分子量多元醇之比根据由它们制造的研磨层所要求的特性来决定。
在通过预聚物法来制造聚氨酯的情况下，预聚物的固化中使用扩链剂。扩链剂是具有至少两个以上的活性氢基的有机化合物，作为活性氢基，可以例示：羟基、伯氨基或仲氨基、巯基(SH)等。具体而言，可以列举：以4,4’-亚甲基双(邻氯苯胺)(MOCA)、2,6-二氯-对苯二胺、4,4’-亚甲基双(2,3-二氯苯胺)、3,5-双(甲硫基)-2,4-甲苯二胺、3,5-双(甲硫基)-2,6-甲苯二胺、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺、二对氨基苯甲酸1,3-丙二醇酯、二对氨基苯甲酸聚丁二醇酯、4,4’-二氨基-3,3’,5,5’-四乙基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二异丙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’,5,5’-四异丙基二苯基甲烷、1,2-双(2-氨基苯硫基)乙烷、4,4’-二氨基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、N,N’-二仲丁基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,3’-二乙基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、间苯二甲胺、N,N’-二仲丁基对苯二胺、间苯二胺和对苯二甲胺等为例的多胺类、或者上述的低分子量多元醇或低分子量多胺。上述成分可以单独使用一种，也可以将两种以上混合。
本发明中的异氰酸酯成分、多元醇成分和扩链剂的比可以根据各自的分子量、研磨垫的期望物性等进行各种改变。为了得到具有期望的研磨特性的研磨垫，优选异氰酸酯成分的异氰酸酯基数相对于多元醇成分与扩链剂的总活性氢基(羟基+氨基)数为0.80～1.20，更优选为0.99～1.15。异氰酸酯基数在上述范围外时，会发生固化不良而无法得到要求的比重和硬度，从而具有研磨特性降低的倾向。
聚氨酯树脂可以应用熔融法、溶液法等公知的氨酯化技术来制造，在考虑成本、操作环境等的情况下，优选通过熔融法来制造。
聚氨酯树脂的制造可以采用预聚物法、一步法中的任何一种方法，预先由异氰酸酯成分和多元醇成分合成异氰酸酯封端预聚物并使扩链剂与其反应的预聚物法，由于所得到的聚氨酯树脂的物理特性优良而优选。
另外，分子量为约800～约5000的异氰酸酯封端预聚物的加工性、物理特性等优良，因而优选。
上述聚氨酯树脂的制造中，将含有含异氰酸酯基的化合物的第一成分以及含有含活性氢基的化合物的第二成分混合并使其固化。在预聚物法中，异氰酸酯封端预聚物作为含异氰酸酯基的化合物，扩链剂作为含活性氢基的化合物。在一步法中，异氰酸酯成分作为含异氰酸酯基的化合物，扩链剂和多元醇成分作为含活性氢基的化合物。
作为本发明的研磨层的形成材料的聚氨酯树脂发泡体可以通过机械发泡法、化学发泡法等来制造。另外，可以根据需要并用添加中空微珠的方法。
特别优选使用作为聚烷基硅氧烷与聚醚的共聚物的聚硅氧烷类表面活性剂的机械发泡法。作为该聚硅氧烷类表面活性剂，可以例示SH-192、SH-193、L5340(東レ·ダウコーニングシリコーン公司制造)等作为优选的化合物。
另外，可以根据需要添加抗氧化剂等稳定剂、润滑剂、颜料、填充剂、抗静电剂以及其他添加剂。
以下，对制造构成本发明的研磨层的、包含长轴相对于研磨层的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡的聚氨酯树脂发泡体的方法的例子进行说明。该聚氨酯树脂发泡体的制造方法具有以下的工序。
1)制作异氰酸酯封端预聚物的气泡分散液的发泡工序
向异氰酸酯封端预聚物(第一成分)中添加聚硅氧烷类表面活性剂，在非反应性气体存在下进行搅拌，使非反应性气体形成微小气泡而分散，制成气泡分散液。上述预聚物在常温下为固体时，预热至适当的温度使其熔融后使用。
2)固化剂(扩链剂)混合工序
向上述气泡分散液中添加扩链剂(第二成分)，混合并搅拌，制成发泡反应液。
3)注模工序
将上述发泡反应液注入到模具中，然后进行模具的合模。
4)固化工序
对注入到模具中的发泡反应液进行加热使其反应固化，同时对模具内部进行压缩或减压，直至发泡反应液不能流动并保持该状态。
作为上述用于形成微小气泡的非反应性气体，优选非可燃性的气体，具体而言，可以例示：氮气、氧气、二氧化碳、氦气或氩气等稀有气体或者它们的混合气体，从成本方面而言，最优选使用通过干燥除去水分后的空气。
作为使非反应性气体形成微小气泡状并使其分散在含有聚硅氧烷类表面活性剂的第一成分中的搅拌装置，可以没有特别限定地使用公知的搅拌装置，具体而言，可以例示：均质器、溶解器、双螺杆行星式搅拌机(行星搅拌机)等。搅拌装置的搅拌叶片的形状也没有特别限定，通过使用搅打型搅拌叶片能够得到微小气泡，因而优选。
另外，在发泡工序中制作气泡分散液时的搅拌和混合工序中添加扩链剂并进行混合时的搅拌中使用不同的搅拌装置也是优选的方式。特别是混合工序中的搅拌，可以不是用于形成气泡的搅拌，优选使用不带入大气泡的搅拌装置。作为这样的搅拌装置，优选行星式搅拌机。发泡工序与混合工序的搅拌装置也可以使用相同的搅拌装置，还优选根据需要进行搅拌叶片的转速调节等搅拌条件的调节后来使用。
如上所述，为了制造包含椭圆气泡的聚氨酯树脂发泡体，需要在注模工序和固化工序中进行与现有的机械发泡法不同的操作。详细而言，进行以下的操作。
1)情形1
在上述注模工序中，向一个侧面或相向的侧面可移动的模具中注入50体积％以上的量的发泡反应液，然后，在模具上面盖上上盖而进行合模。优选在模具的上盖上设置有用于在压缩模具时将多余的发泡反应液排出的通气孔。然后，在固化工序中，对发泡反应液进行加热使其反应固化，同时移动模具的侧面而对模具进行压缩，直至发泡反应液不能流动并保持该状态。压缩的程度优选设定为原来的横宽的50～95％，更优选为80～90％。另外，优选以使多余的发泡反应液由通气孔充分排出的程度进行压缩。这种情况下，椭圆气泡的长轴与模具侧面的移动方向大致垂直。
2)情形2
在上述注模工序中，向模具中注入50体积％以上的量的发泡反应液，然后，在模具上面盖上上盖而进行合模。优选在模具的至少一个侧面上设置有用于在压缩模具时将多余的发泡反应液排出的通气孔。然后，在固化工序中，对发泡反应液进行加热使其反应固化，同时移动模具的上盖和/或下面而对模具进行压缩，直至发泡反应液不能流动并保持该状态。压缩的程度优选设定为原来的高度的50～98％，更优选为85～95％。另外，优选以使多余的发泡反应液由通气孔充分排出的程度进行压缩。这种情况下，椭圆气泡的长轴与模具的上盖或下面的移动方向大致垂直。
3)情形3
在上述注模工序中，向模具中注入能够留有空间的程度的量的发泡反应液，然后，在模具上面盖上上盖而进行合模。在该上盖上设置有用于使模具内部减压的孔。然后，在固化工序中，对发泡反应液进行加热使其反应固化，同时对模具内部进行减压，直至发泡反应液不能流动并保持减压状态。减压的程度优选设定为90～30kPa，更优选为90～70kPa。这种情况下，椭圆气泡的长轴与模具的高度方向大致平行。
4)情形4
向异氰酸酯封端预聚物的气泡分散液中添加预定量的水和固化剂并搅拌，制成发泡反应液。向加热后的模具中注入50体积％以上的量的该发泡反应液，然后，在模具上面盖上上盖而进行合模。在上盖上设置有用于将多余的发泡反应液排出的通气孔。然后，在固化工序中，对发泡反应液进行加热使其反应固化。此时，通过反应而产生的二氧化碳导致模具内的压力升高，从而使多余的发泡反应液由通气孔排出。这种情况下，椭圆气泡的长轴与模具的高度方向大致平行。
如果是通气孔的尺寸为约φ1mm～约φ5mm、通气孔的数量约为□1000mm的模具，则优选设置6～20个左右。在上述范围外时，存在原料的损失增大或者难以得到椭圆气泡的倾向。另外，在上述情形1和2中，开始施加压缩的时机优选为发泡反应液的粘度超过10Pa·s的时刻。发泡反应液的粘度可以通过使用例如TV-10H型粘度计(东机产业)的转子H5(转速4rpm)来测量。另外，在情形3中，开始减压的时机也与上述同样。需要说明的是，在情形4中，可以并用上述压缩或减压工序。
上述聚氨酯树脂发泡体的制造方法中，对反应至不能流动而得到的发泡体块进行加热、后固化时，具有提高发泡体的物理特性的效果，因而极为优选。
聚氨酯树脂发泡体中，可以使用叔胺类等公知的促进聚氨酯反应的催化剂。催化剂的种类、添加量考虑混合工序后注入到预定形状的模具中的流动时间等来进行选择。
然后，本发明中，需要使用刨状或带锯状的切片机以5°～45°的角度对所得到的聚氨酯树脂发泡体块进行切割，以使椭圆气泡的长轴相对于研磨层的厚度方向达到5°～45°的倾斜角度。倾斜角度优选为10°～45°，更优选为30°～45°。图2是表示聚氨酯树脂发泡体块的截面的示意图。图3是表示将聚氨酯树脂发泡体块进行切割而得到的聚氨酯树脂发泡体片的截面的示意图。例如，为了制作具有长轴10相对于片的厚度方向11倾斜30°的椭圆气泡12的聚氨酯树脂发泡体片9，以相对于聚氨酯树脂发泡体块8的平面为30°的角度进行切割。通过将这样进行切割的角度调节至5°～45°，能够制作具有长轴沿一定方向以5°～45°倾斜取向的椭圆气泡的聚氨酯树脂发泡体片。
椭圆气泡的平均长径L与平均短径S之比(L/S)优选为1.1～3，更优选为1.3～2.5，特别优选为1.5～2。
另外，椭圆气泡的平均长径优选为30～200μm，平均短径优选为25～65μm。在超出该范围的情况下，存在研磨速度降低或者研磨后的研磨对象物(晶片)的平坦性降低的倾向。
另外，聚氨酯树脂发泡体片中的气泡可以包含球形气泡或长轴与片的厚度方向平行的椭圆气泡等，为了充分表现出目标效果，优选长轴相对于片的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡的数量比例为全部气泡的50％以上，更优选为60％以上，特别优选为80％以上。可以通过调节模具的压缩或模具内部的减压程度、水的添加量而将上述椭圆气泡的数量比例调节至目标范围内。
上述聚氨酯树脂发泡体片的比重优选为0.3～0.88。比重低于0.3时，研磨垫(研磨层)的表面强度降低，存在晶片的平坦性降低的倾向。另外，比重大于0.88时，研磨垫表面的气泡数减少，平坦性良好，但存在研磨速度降低的倾向。
优选上述聚氨酯树脂发泡体片的硬度用奥斯卡(アスカー)D硬度计测定时为45～65度。奥斯卡D硬度低于45度时，晶片的平坦性降低，另外，大于65度时，虽然平坦性良好，但存在晶片的均匀性(ユニフォーミティ)降低的倾向。
由上述聚氨酯树脂发泡体片构成的研磨层的与研磨对象物接触的研磨表面可以具有用于保持和更新浆料的凹凸结构。由发泡体构成的研磨层的研磨表面具有多个开口，具有保持和更新浆料的作用，而通过在研磨表面形成凹凸结构，能够更高效地进行浆料的保持和更新，并且能够防止由于与研磨对象物的吸附而造成的研磨对象物的破坏。凹凸结构只要是用于保持和更新浆料的形状则没有特别限定，可以列举例如：XY格子槽、同心圆形槽、贯通孔、未贯通的孔、多棱柱、圆柱、螺旋状槽、偏心圆形槽、放射状槽以及这些槽的组合。另外，这些凹凸结构一般具有规则性，但为了达到期望的浆料的保持和更新性，也可以在一定范围内改变槽距、槽宽、槽深等。
上述凹凸结构的制作方法没有特别限定，可以列举例如：使用预定尺寸的车刀等工具进行机械切削的方法、将树脂注入到具有预定表面形状的模具中并使其固化来制作的方法、利用具有预定表面形状的压板对树脂进行压制来制作的方法、利用光刻法来制作的方法、利用印刷方法来制作的方法、使用二氧化碳激光等的利用激光的制作方法等。
研磨层的厚度没有特别限制，通常为约0.8mm～约4mm，优选为1.0～2.5mm。
研磨层的厚度偏差优选为100μm以下。厚度偏差超过100μm时，研磨层具有较大起伏，形成与研磨对象物的接触状态不同的部分，从而对研磨特性产生不良影响。另外，为了消除研磨层的厚度偏差，一般在研磨初期使用电沉积、热粘接(融着)有金刚石磨粒的修整器对研磨层表面进行修整，厚度偏差超出上述范围时，修整时间延长而使生产效率降低。
作为抑制研磨层的厚度偏差的方法，可以列举对切割成预定厚度的研磨层表面进行抛光的方法。另外，抛光时，优选使用粒度等不同的研磨材料分阶段地进行。
本发明的研磨垫可以由上述研磨层和缓冲片贴合而成。
上述缓冲片(缓冲层)对研磨层的特性进行补充。缓冲片是为了在CMP中兼顾具有悖反关系的平坦性与均匀性这两者所需要的。平坦性是指对具有在图案形成时产生的微小凹凸的研磨对象物进行研磨时的图案部的平坦性，均匀性是指研磨对象物整体的均匀性。利用研磨层的特性来改善平坦性，利用缓冲片的特性来改善均匀性。本发明的研磨垫中，优选缓冲片使用比研磨层更柔软的材料。
作为上述缓冲片，可以列举例如：聚酯无纺布、尼龙无纺布、丙烯酸无纺布等纤维无纺布或者浸渗有聚氨酯的聚酯无纺布等树脂浸渗无纺布，聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫等高分子树脂发泡体，丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶等橡胶树脂，感光树脂等。
作为将研磨层与缓冲片贴合的手段，可以列举例如：利用双面胶带夹持研磨层和缓冲片并进行加压的方法。
上述双面胶带具有在无纺布或薄膜等基材的双面上设置有胶粘层的一般性构成。如果考虑防止浆料渗透到缓冲片中等，则优选使用薄膜作为基材。另外，作为胶粘层的组成，可以列举例如：橡胶类胶粘剂、丙烯酸类胶粘剂等。如果考虑金属离子的含量，则优选丙烯酸类胶粘剂，因为其金属离子含量少。另外，有时研磨层与缓冲片的组成不同，因此，也可以使双面胶带的各胶粘层的组成不同而对各层的胶粘力进行优化。
本发明的研磨垫可以在与平台接合的面上设置有双面胶带。作为该双面胶带，可以使用具有与上述同样地在基材的双面上设置有胶粘层的一般性构成的双面胶带。作为基材，可以列举例如无纺布、薄膜等。如果考虑到研磨垫使用后从平台的剥离，则优选使用薄膜作为基材。另外，作为胶粘层的组成，可以列举例如：橡胶类胶粘剂、丙烯酸类胶粘剂等。如果考虑金属离子的含量，则优选丙烯酸类胶粘剂，因为其金属离子含量少。
半导体器件经过使用上述研磨垫对半导体晶片的表面进行研磨的工序来制造。半导体晶片一般通过在硅晶片上层叠布线金属和氧化膜而得到。半导体晶片的研磨方法、研磨装置没有特别限制，例如，使用如图1所示的研磨装置等来进行研磨，该研磨装置具备：支撑研磨垫(研磨层)1的研磨平台2、支撑半导体晶片4的支撑台(研磨头)5、用于对晶片进行均匀加压的背衬材料以及研磨剂3的供给机构。研磨垫1例如通过利用双面胶带进行粘贴而安装在研磨平台2上。研磨平台2和支撑台5以使其各自支撑的研磨垫1与半导体晶片4相向的方式进行配置，并分别具备旋转轴6、7。此外，在支撑台5侧设置有用于将半导体晶片4按压到研磨垫1上的加压机构。研磨时，在使研磨平台2和支撑台5旋转的同时将半导体晶片4按压到研磨垫1上，边供给浆料边进行研磨。浆料的流量、研磨载荷、研磨平台转速和晶片转速没有特别限制，可以适当调节后进行研磨。
由此，将半导体晶片4的表面的突出部分除去而研磨成平坦状。然后，通过切割、接合(ボンディング)、封装等来制造半导体器件。半导体器件可以用于运算处理装置和存储器等。
实施例
以下，列举实施例对本发明进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。
[测定、评价方法]
(椭圆气泡的平均长径和平均短径的测定)
利用超薄切片机平行于椭圆气泡的长轴对制作好的聚氨酯树脂发泡体片进行切割，将得到的材料作为测定用试样。利用扫描电子显微镜(日立サイエンスシステムズ公司制造，S-3500N)，在100倍下对测定用试样的切割面进行拍摄。然后，使用图像分析软件(MITANIコーポレーション公司制造，WIN-ROOF)测定任选范围内的所有椭圆气泡的长径和短径，由该测定值计算出平均长径L、平均短径S和L/S。
(长轴相对于片的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡的数量比例的测定)
利用超薄切片机沿厚度方向对制作好的聚氨酯树脂发泡体片进行切割，将得到的材料作为测定用试样。利用扫描电子显微镜(日立サイエンスシステムズ公司制造，S-3500N)，在100倍下对测定用试样的切割面(参考图3)进行拍摄。然后，使用图像分析软件(MITANIコーポレーション公司制造，WIN-ROOF)计数任选范围内的长轴相对于片的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡和全部气泡的数量，计算出上述椭圆气泡相对于全部气泡的数量比例(％)。
(比重测定)
依据JISZ8807-1976进行。将从制作好的聚氨酯树脂发泡体片上切下的4cm×8.5cm的条形(厚度：任意)材料作为比重测定用试样，在温度为23℃±2℃、湿度为50％±5％的环境下静置16小时。测定时，使用比重计(ザルトリウス公司制造)来测定比重。
(硬度测定)
依据JISK6253-1997进行。将从制作好的聚氨酯树脂发泡体片上切下的尺寸为2cm×2cm(厚度：任意)的材料作为硬度测定用试样，在温度为23℃±2℃、湿度为50％±5％的环境下静置16小时。测定时，将试样重叠而使厚度为6mm以上。使用硬度计(高分子计器公司制造，アスカーD型硬度计)来测定硬度。
(研磨特性的评价)
使用SPP600S(冈本工作机械公司制造)作为研磨装置并使用制作好的研磨垫来进行研磨特性的评价。氧化膜的膜厚测定使用衍射式膜厚测定装置(大塚电子公司制造)。作为研磨条件，在研磨中以150ml/分钟的流量添加二氧化硅浆料(SS12，キャボット公司制造)作为浆料。研磨载荷设定为1.5psi，研磨平台转速设定为120rpm，晶片转速设定为120rpm。另外，使用修整器(旭ダイヤ公司制造，M100型)，在修整载荷为50g/cm2、修整器转速为15rpm、平台转速为30rpm的条件下，以预定间隔对研磨层的表面进行20秒的修整处理。
平坦性的评价中，在8英寸硅晶片上沉积0.5μm的热氧化膜，然后，进行L/S(线宽与间距)＝25μm/5μm和L/S＝5μm/25μm的图案化，进一步沉积1μm的氧化膜(TEOS)，制作带有初始高差为0.5μm的图案的晶片。在上述条件下对该晶片进行研磨，测定整体高差达到以下时25μm间距的底部分的削减量，由此进行评价。削减量越少，可以说平坦性越优良。
(划痕的评价)
在上述条件下对4片8英寸的测试晶片进行研磨，然后，沉积厚度为的热氧化膜，将所得到的晶片研磨1分钟。然后，使用KLAテンコール公司制造的缺陷评价装置(SurfscanSP1)，测定在研磨后的晶片上有几条0.2μm以上的条痕。
实施例1
将100重量份的异氰酸酯封端预聚物(ユニロイヤル公司制造，アジプレンL-325)和3重量份的聚硅氧烷类表面活性剂(東レダウコーニングシリコン制造，SH-192)加入到反应容器内并混合，调节至80℃后进行减压脱泡。然后，使用搅拌叶片以900rpm的转速剧烈地搅拌约4分钟，以使气泡混入到反应体系内。向其中添加预先在120℃下熔融的22重量份的4,4’-亚甲基双(邻氯苯胺)(イハラケミカル公司制造，イハラキュアミンMT)和0.3重量份的水。将该混合液搅拌约1分钟，然后，注入到模具(宽度为800mm，长度为1300mm，高度为35mm)中，直至液面高度达到33mm。然后，在该模具上面覆盖设置有10处φ3mm的通气孔的上盖而进行合模。然后，在60℃下对混合液进行加热使其反应固化，并且在混合液的粘度超过10Pa·s时移动模具的侧面，将模具的横宽从800mm压缩至700mm，直至混合液不能流动并保持该状态。另外，多余的混合液从通气孔被排出。然后，在110℃下进行6小时的后固化，得到聚氨酯树脂发泡体块。
如图2所示，使用带锯式切片机(フェッケン公司制造)，以相对于块料平面为30°的角度对该聚氨酯树脂发泡体块进行切割，得到聚氨酯树脂发泡体片(比重：0.83，D硬度：53度)。接着，使用抛光机(アミテック公司制造)对该片进行表面抛光处理，直至其厚度达到1.27mm，制成调好厚度精度的片。需要说明的是，抛光处理中，首先使用附着有120目磨粒的带式打磨机(理研コランダム公司制造)进行加工，接着使用附着有240目磨粒的带式打磨机(理研コランダム公司制造)进行加工，最后使用附着有400目磨粒的带式打磨机(理研コランダム公司制造)进行加工。将进行过该抛光处理的片冲裁成直径为600mm的尺寸，对表面进行φ1.6mm的冲孔加工，得到研磨片。使用层压机在该研磨片的与冲孔加工面相反侧的面上粘贴双面胶带(积水化学工业公司制造，ダブルタックテープ)。进而，对经过电晕处理后的缓冲片(東レ公司制造，聚乙烯泡沫，トーレペフ，厚度为0.8mm)的表面进行抛光处理，使用层压机将其贴合在上述双面胶带上。进而，使用层压机在缓冲片的另一面上贴合双面胶带，制作研磨垫。
实施例2
除了以相对于块料的平面为5°的角度进行切割来制作聚氨酯树脂发泡体片以外，通过与实施例1同样的方法制作研磨垫。
实施例3
除了以相对于块料的平面为45°的角度进行切割来制作聚氨酯树脂发泡体片以外，通过与实施例1同样的方法制作研磨垫。
比较例1
除了相对于块料的平面水平地进行切割来制作聚氨酯树脂发泡体片以外，通过与实施例1同样的方法制作研磨垫。
比较例2
除了以相对于块料的平面为50°的角度进行切割来制作聚氨酯树脂发泡体片以外，通过与实施例1同样的方法制作研磨垫。
比较例3
除了不添加水以外，通过与实施例1同样的方法制备气泡分散聚氨酯组合物。将上述气泡分散聚氨酯组合物注入到模具(宽度为800mm，长度为1300mm，高度为35mm)中。然后，在60℃下对该组合物进行加热使其反应固化。然后，在110℃下进行6小时的后固化，得到聚氨酯树脂发泡体块。然后，通过与实施例1同样的方法制作研磨垫。需要说明的是，制作好的聚氨酯树脂发泡体片的比重为0.82，D硬度为52度。
产业上的可利用性
本发明的研磨垫能够稳定且以高研磨效率进行透镜、反射镜等光学材料、硅晶片、硬盘用玻璃衬底、铝衬底以及一般的金属研磨加工等要求高度表面平坦性的材料的平坦化加工。本发明的研磨垫特别适合用于将硅晶片以及在该晶片上形成有氧化物层、金属层等的器件在进一步层叠和形成上述氧化物层或金属层之前进行平坦化的工序。
标号说明
1：研磨垫(研磨层)
2：研磨平台
3：研磨剂(浆料)
4：研磨对象物(半导体晶片)
5：支撑台(研磨头)
6、7：旋转轴
8：聚氨酯树脂发泡体块
9：聚氨酯树脂发泡体片
10：长轴
11：片的厚度方向
12：椭圆气泡
13：切割位置

Claims (7)

1.一种研磨垫，包含具有椭圆气泡的研磨层，其特征在于，所述研磨层具有内含气体的椭圆气泡，所述椭圆气泡的长轴相对于研磨层的厚度方向倾斜30°～45°，所述椭圆气泡的数量比例为全部气泡的80％以上。
2.如权利要求1所述的研磨垫，其中，所述椭圆气泡的平均长径L与平均短径S之比L/S为1.1～3。
3.如权利要求1所述的研磨垫，其中，研磨层由聚氨酯树脂发泡体形成。
4.一种半导体器件的制造方法，其包括：使用权利要求1所述的研磨垫对半导体晶片的表面进行研磨的工序。
5.一种研磨垫的制造方法，用于制造含有包含具有椭圆气泡的聚氨酯树脂发泡体片的研磨层的研磨垫，所述制造方法中，包括：
制作具有长轴与聚氨酯树脂发泡体块的厚度方向平行的椭圆气泡的聚氨酯树脂发泡体块的工序，和
以使椭圆气泡的长轴相对于所述块的厚度方向成5°～45°的倾斜角度的方式在该角度下对所述块进行切割而制作具有长轴相对于聚氨酯树脂发泡体片的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡的聚氨酯树脂发泡体片的工序。
6.如权利要求5所述的研磨垫的制造方法，其中，所述椭圆气泡的平均长径L与平均短径S之比L/S为1.1～3。
7.如权利要求5所述的研磨垫的制造方法，其中，长轴相对于聚氨酯树脂发泡体片的厚度方向倾斜5°～45°的椭圆气泡的数量比例为全部气泡的50％以上。
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