CN102811838B - 层叠研磨垫 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供研磨层与缓冲层不易剥离的层叠研磨垫。本发明的层叠研磨垫中，不具有贯通区域的研磨层与缓冲层借助胶粘构件而层叠，其特征在于，在所述研磨层的背面侧设置有至少一个从研磨层的中心区域延续至外周端的非胶粘区域X，并且/或者在所述胶粘构件上设置有至少一个从胶粘构件的中心区域延续至外周端的非胶粘区域Y。

Description

层叠研磨垫
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层叠研磨垫。本发明的层叠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
在制造半导体装置时，进行在晶片表面上形成导电膜并通过实施光刻、蚀刻等而形成布线层的工序、在布线层上形成层间绝缘膜的工序等，经过上述工序而在晶片表面上产生由金属等导体或绝缘体构成的凹凸。近年来，为了实现半导体集成电路的高密度化，正在推进布线的微细化和多层布线化，使晶片表面的凹凸平坦化的技术也随之变得日益重要。
作为使晶片表面的凹凸平坦化的方法，一般采用化学机械研磨(以下称为CMP)。CMP是在将晶片的被研磨面按压到研磨垫的研磨面上的状态下使用分散有磨粒的浆料进行研磨的技术。关于CMP中普遍使用的研磨装置，例如，如图1所示，具备：支撑研磨垫1的研磨平台2、支撑被研磨材料(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与被研磨材料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侧设置有用于将被研磨材料4按压到研磨垫1上的加压机构。
以往，作为用于高精度研磨的研磨垫，一般使用聚氨酯发泡体片。但是，聚氨酯发泡体片虽然局部平坦化能力优良，但缓冲性不足，因此，难以对整个晶片表面施加均匀的压力。因此，通常在聚氨酯发泡体片的背面另行设置柔软的缓冲层，制成层叠研磨垫而用于研磨加工。
但是，由于现有的层叠研磨垫利用胶粘剂或粘合剂将各层贴合，因此，存在研磨时容易在各层之间产生剥离和滑移的问题。
例如，为了使上层的中央区域即使在通过沿直径方向往复移动的修整器等作用有应力的情况下也不会从中间层剥离，提出了一种CMP垫，其具有：上层，利用可研磨的材料形成为均匀的一层；中间层，在其上面利用胶粘剂接合有上述上层以阻断上述浆料的渗透；和下层，在其上面利用胶粘剂接合有上述中间层而具有缓冲性，并且上述中间层与上述下层在外周区域被固定而在中央区域未被固定(专利文献1)。
此外，由于在胶带与研磨层之间存在剪切力，因而会发生横向滑移，在研磨层的中心部分横向滑移没有藏身之处，从而因褶皱而产生凹凸，为了防止上述情况，提出了一种研磨垫，其特征在于，在研磨层中具有直径为研磨垫直径的3~30%且与研磨垫形成同心圆的圆形的刻痕和/或空穴(专利文献2)。
此外，为了防止研磨层与基底层产生剥离，提出了一种研磨垫，其特征在于，具有研磨层、支撑上述研磨层的基底层、使上述研磨层与上述基底层粘合的粘合层，上述研磨层的中央部形成有贯通孔，上述粘合层配置在由上述研磨层的外周围成的整个区域上(专利文献3)。
此外，为了防止研磨层与基底层产生剥离，提出了一种研磨垫，其特征在于，具有研磨层、支撑上述研磨层的基底层、使上述研磨层与上述基底层粘合的粘合层，在上述研磨层的中央部形成有第一贯通孔，在上述基底层的中央部形成有第二贯通孔，上述粘合层配置在由上述研磨层的外周围成的整个区域上(专利文献4)。
此外，为了防止浆料作用于胶粘层而使研磨层从支撑板上剥离，提出了一种研磨垫，其具有：从表面至背面形成有多个贯通孔的圆盘形的研磨层、仅施加在上述研磨层的背面中未形成上述贯通孔的位置的胶粘层、由平面构成的表面借助上述胶粘层与上述研磨层的背面接合的圆盘形的支撑板(专利文献5)。
此外，为了防止研磨层因浆料与粘合层的化学反应中产生的气体而从基底层上剥离、从而使研磨层的终点检测用窗口的周围凸起，提出了一种研磨垫，其具有由粘合在平台上的基底层和贴合在该基底层上面的研磨层形成的双层结构，其特征在于，在上述基底层设置有一部分与外部连通的排气通路(专利文献6)。
此外，为了解决因浆料滞留于光学检测用贯通孔而使光难以充分通过的问题以及研磨屑滞留而导致划痕的问题，提出了一种研磨垫，其具有研磨层，并且设置有使研磨面与背面连通的贯通孔，其特征在于，具有使上述贯通孔与研磨垫的侧面连通的路径(专利文献7)。
此外，为了在研磨结束后容易将半导体晶片取下、同时抑制研磨剂的需要量并且减少经时劣化，提出了一种研磨垫，其具有多个用于保持研磨剂的孔，并且在与用于研磨被研磨物的面相反的面上具有槽(专利文献8)。
此外，提出了一种研磨垫，其中，在垫的背面形成槽，研磨时垫被切削而使槽露出，由此能够获知垫的更换时期(专利文献9)。
此外，为了使研磨速率稳定并且维持均匀性、平坦性，提出了一种研磨垫，其中，在用于研磨被研磨物的面以及其相反面这两个面都实施了切槽加工(专利文献10)。
此外，为了能够抑制被研磨物的被研磨面产生划痕并且提供表面平坦性优良的被研磨面，提出了一种研磨垫，其由用于研磨被研磨物的面、作为该面的相反面的非研磨面以及与上述两个面连接的侧面构成，并且在非研磨面上具有在该面上开口、但在侧面不开口的凹部图案(专利文献11)。
但是，不具有贯通孔的研磨层与缓冲层在研磨时容易剥离的问题并未得到充分解决。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-53376号公报
专利文献2：日本特开2008-229807号公报
专利文献3：日本特开2007-319979号公报
专利文献4：日本特开2007-319980号公报
专利文献5：日本特开2007-266052号公报
专利文献6：日本特开2009-269103号公报
专利文献7：日本特开2007-105836号公报
专利文献8：日本特开平9-117855号公报
专利文献9：日本特开平10-100062号公报
专利文献10：日本特开2002-192455号公报
专利文献11：日本特开2005-159340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研磨层与缓冲层不易剥离的层叠研磨垫。
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，利用以下所示的层叠研磨垫能够达到上述目的，从而完成了本发明。
即，本发明涉及一种层叠研磨垫，其中不具有贯通区域的研磨层与缓冲层借助胶粘构件而层叠，其特征在于，在上述研磨层的背面侧设置有至少一个从研磨层的中心区域延续至外周端的非胶粘区域X，并且/或者，在上述胶粘构件上设置有至少一个从胶粘构件的中心区域延续至外周端的非胶粘区域Y。
研磨时，虽然向研磨层的表面供给浆料，但认为浆料会渗透过研磨层而到达下层的胶粘剂层。认为是由于研磨时研磨层与晶片的摩擦而使研磨垫的温度升高至约50℃~约70℃，从而不仅使胶粘剂层的胶粘力因热而降低，而且浆料与胶粘剂层会发生化学反应而在研磨垫内部产生气体。或者认为，胶粘剂层所含的溶剂因热而气化。由于在研磨垫内部产生的气体没有逸出到外部的路径，因此，气体滞留在研磨层与胶粘剂层之间，从而认为容易在研磨层与胶粘剂层之间产生剥离和鼓泡(ガス膨れ)。
本发明人发现，通过如上所述地在研磨层的背面侧设置至少一个从研磨层的中心区域延续至外周端的非胶粘区域X，并且/或者，通过在上述胶粘构件上设置至少一个从胶粘构件的中心区域延续至外周端的非胶粘区域Y，能够使在研磨垫内部产生的气体通过非胶粘区域排出到外部，由此，能够有效地防止研磨层与胶粘构件之间的剥离和鼓泡。
上述胶粘构件可以在胶粘剂层上设置有非胶粘区域Y，或者，也可以在基材薄膜的双面具有胶粘剂层并在研磨层侧的胶粘剂层上设置有非胶粘区域Y，为了防止浆料渗透到缓冲层侧、从而防止缓冲层与胶粘剂层之间的剥离，优选使用后者。
优选上述非胶粘区域X或Y以放射状或格子状进行设置。通过以放射状或格子状进行设置，能够使研磨垫内部产生的气体高效地排出到外部，因此，能够在整个研磨垫中防止剥离和鼓泡。
优选上述非胶粘区域X或Y的总表面积为研磨层的表面积的0.1~30%。上述总表面积低于0.1%时，难以使研磨垫内部在大范围内产生的气体高效地排出到外部，因此，气体容易局部地滞留在研磨层与胶粘构件之间。结果，在研磨层与胶粘构件之间局部地产生剥离和鼓泡，从而损害研磨层的平坦性，因此，存在平坦化特性等研磨特性降低的倾向。另一方面，上述总表面积超过30%时，研磨层与胶粘构件的接触面积变得过小，因此具有容易在研磨层与胶粘构件之间产生剥离的倾向。
此外，本发明涉及一种半导体器件的制造方法，其包括：使用上述研磨垫对半导体晶片的表面进行研磨的工序。
发明效果
本发明的层叠研磨垫在研磨层的背面侧设置有从研磨层的中心区域延续至外周端的非胶粘区域X，并且/或者，在胶粘构件上设置有从胶粘构件的中心区域延续至外周端的非胶粘区域Y。因此，能够使在研磨垫内部产生的气体通过非胶粘区域高效地排出到外部，并且能够有效地防止研磨层与胶粘构件之间的剥离和鼓泡。
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是表示本发明的层叠研磨垫的结构的示意截面图。
图3是表示设置在研磨层背面的非胶粘区域X的结构的一例的示意图。
图4是表示设置在研磨层背面的非胶粘区域X的结构的另一例的示意图。
图5是表示设置在研磨层背面的非胶粘区域X的结构的另一例的示意图。
图6是表示设置在研磨层背面的非胶粘区域X的结构的另一例的示意图。
图7是表示设置在研磨层背面的非胶粘区域X的结构的另一例的示意图。
图8是表示设置在研磨层背面的非胶粘区域X的结构的另一例的示意图。
图9是表示设置在研磨层背面的非胶粘区域X的结构的另一例的示意图。
图10是表示本发明的层叠研磨垫的另一结构的示意截面图。
图11是表示本发明的层叠研磨垫的另一结构的示意截面图。
具体实施方式
本发明中的研磨层只要是不具有贯通区域且具有微小气泡的发泡体则没有特别限定。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，对作为上述发泡体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：作为デスモジュ一ル一N(バイェル公司制造)或商品名デュラネ一ト(旭化成工业公司制造)的一系列二异氰酸酯加成物化合物。
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，优选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、1,4-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)苯等。也可以使用乙二胺、甲苯二胺、二苯基甲烷二胺、二亚乙基三胺等低分子量多胺。
多元醇成分中的高分子量多元醇、低分子量多元醇和低分子量多胺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发泡体的情况下，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、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。
聚氨酯发泡体可以应用熔融法、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。
聚氨酯发泡体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。
上述聚氨酯发泡体的制造中，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。
作为聚氨酯发泡体的制造方法，可以列举：添加中空微珠的方法、机械发泡法、化学发泡法等。
特别优选使用作为聚烷基硅氧烷与聚醚的共聚物且不具有活性氢基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(東レ·ダウコ一ニングシリコ一ソ公司制造)、L5340(日本ュニカ制造)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。
作为研磨层的构成材料的聚氨酯发泡体可以为独立气泡型，也可以为连续气泡型。以下，对制造独立气泡型聚氨酯发泡体的方法的例子进行说明。通过制成独立气泡型，能够抑制浆料的渗透。该聚氨酯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。
4)固化工序
对注入到模具中的发泡反应液进行加热而使其反应固化。
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。
聚氨酯发泡体的制造方法中，将发泡反应液注入到模具中并对反应至不能流动而得到的发泡体进行加热、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。可以采用如下条件：向模具中注入发泡反应液后立即放入加热炉中而进行后固化，在这样的条件下热量不会立即传导至反应成分，因此，气泡径不会增大。固化反应在常压下进行时，气泡形状稳定，因此优选。
聚氨酯发泡体中，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。
聚氨酯发泡体的制造可以采用将各成分计量后投入到容器中并进行搅拌的间歇式方式，或者也可以采用向搅拌装置中连续供给各成分和非反应性气体并进行搅拌、输出气泡分散液后制造成形品的连续生产方式。
另外，可以采用将作为聚氨酯发泡体的原料的预聚物装入反应容器中，然后投入扩链剂，搅拌后，注入到预定尺寸的注模中而制作块料，使用刨状或带锯状的切片机对该块料进行切割的方法或者在上述注模阶段制成薄片状。此外，也可以使作为原料的树脂熔化后从T型模头中挤出而成形，从而直接得到片状的聚氨酯发泡体。
上述聚氨酯发泡体的平均气泡径优选为30~80μm，更优选为30~60μm。在超出该范围的情况下，存在研磨速度降低或者研磨后的被研磨材料(晶片)的平坦性降低的倾向。
上述聚氨酯发泡体的比重优选为0.5~1.3。比重低于0.5时，研磨层的表面强度降低，存在被研磨材料的平坦性降低的倾向。另外，比重大于1.3时，研磨层表面的气泡数减少，平坦性良好，但存在研磨速度降低的倾向。
优选上述聚氨酯发泡体的硬度用奥斯卡(アスカ一)D硬度计测定时为45~70度。奥斯卡D硬度低于45度时，被研磨材料的平坦性降低，另外，大于70度时，虽然平坦性良好，但存在被研磨材料的均匀性(ュニフオ一ミティ)降低的倾向。
研磨层的与被研磨材料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(但不包括贯通结构)。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被研磨材料的吸附而造成的被研磨材料的破坏。凹凸结构只要不为贯通结构且为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、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。
研磨层的形状没有特别限制，可以为圆形，也可以为长条形。研磨层的尺寸可以根据所使用的研磨装置进行适当调节，在圆形的情况下，直径为约30cm~约150cm，在长条形的情况下，长度为约5m~约15m，宽度为约60cm~约250cm。
研磨层的厚度考虑与缓冲层的关系和研磨特性来进行适当调节，优选为0.3~2mm。作为制作上述厚度的研磨层的方法，可以列举：使用带锯式或刨式切片机将上述微小发泡体的块料制成预定厚度的方法、将树脂注入到具有预定厚度的型腔的模具中并使其固化的方法以及使用涂敷技术或片成形技术的方法等。
研磨层上可以设置有用于在进行研磨的状态下检测光学终点的透光区域。
另一方面，本发明中的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被研磨材料进行研磨时的图案部的平坦性，均匀性是指被研磨材料整体的均匀性。利用研磨层的特性来改善平坦性，利用缓冲层的特性来改善均匀性。本发明的层叠研磨垫中，缓冲层使用比研磨层更柔软的材料。
作为缓冲层的形成材料，只要是比研磨层更柔软的材料则没有特别限定。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。
缓冲层的厚度考虑与研磨层的关系和研磨特性来进行适当调节，优选为0.5~2mm，更优选为0.8~1.5mm。
在研磨层上设置透光区域的情况下，优选预先在缓冲层上设置用于使光透过的贯通孔。
图2是表示本发明的层叠研磨垫的结构的示意截面图。本发明的层叠研磨垫1具备如下结构：不具有贯通区域的研磨层8与缓冲层10借助胶粘剂层9a而层叠。在研磨层8的背面侧，设置有至少一个从研磨层8的中心区域12延续至外周端的非胶粘区域X(11)。
图3~9是研磨层背面侧的非胶粘区域X的结构的示意图。非胶粘区域X(11)只要是以至少从研磨层8的中心区域12延续至外周端的方式形成，则其形状没有特别限制，可以为直线形、曲线形或者它们的组合。例如，如图3和9所示，非胶粘区域X(11)可以不在中心区域12处相连接，如图4~8所示，非胶粘区域X(11)也可以在中心区域12处相连接。另外，如图6所示，非胶粘区域X(11)优选以放射状形成，如图7所示，也可以是放射状与同心圆形组合而成的形状。另外，如图8和9所示，可以为格子形状。在格子形状的情况下，槽距优选为30~150mm，更优选为45~100mm。槽距小于30mm时，研磨层与胶粘剂层的胶粘总面积减少，因此，容易在研磨层与胶粘剂层之间产生剥离，另一方面，槽距大于150mm时，容易在研磨层与胶粘剂层之间局部地产生剥离和鼓泡。
非胶粘区域X(11)需要为不贯通至研磨层表面侧的槽，槽宽考虑研磨层的尺寸来进行适当调节，通常为约0.1mm~约10mm，优选为0.5~3mm。槽深考虑研磨层的厚度来进行适当调节，通常为约0.05mm~约0.5mm，优选为0.1~0.3mm。可以在一定范围内改变槽距、槽宽和槽深。
对于中心区域12而言，在圆形研磨层的情况下，是指自中心起半径为3cm的区域，在长条形研磨层的情况下，是指自宽度方向的中心起左右为3cm的区域。
非胶粘区域X(11)的形成方法没有特别限定，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形成的方法、利用具有预定表面形状的压板对树脂进行加压来形成的方法、利用光刻法来形成的方法、利用印刷方法来形成的方法、使用二氧化碳激光等激光进行分解除去来形成的方法等。
非胶粘区域X(11)的总表面积优选为研磨层的表面积的0.1~30%，更优选为0.5~10%。
作为胶粘剂层9a的形成材料的胶粘剂没有特别限制，可以列举例如：橡胶类胶粘剂、丙烯酸类胶粘剂和热熔胶粘剂等。胶粘剂层9a的厚度没有特别限制，如果考虑胶粘力和剪切应力，则优选为10~200μm，更优选为40~150μm。
将研磨层与缓冲层贴合的方法没有特别限制，例如，可以列举如下方法：将形成在脱模片上的胶粘剂层转印到缓冲层上，然后，在胶粘剂层上层叠研磨层并进行加压。
可以使用在基材薄膜的双面上具有胶粘剂层的双面胶带来代替胶粘剂层9a。利用基材薄膜，能够防止浆料渗透到缓冲层侧，从而能够防止缓冲层与胶粘剂层之间的剥离和鼓泡。
作为基材薄膜，可以列举例如：聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜和聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜等聚酯薄膜；聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜等聚烯烃薄膜；尼龙薄膜等。其中，优选使用防止水透过的性质优良的聚酯薄膜。
基材薄膜的厚度没有特别限制，从柔软性和刚性的观点出发，优选为5~200μm，更优选为15~50μm。
另一方面，图10是表示本发明的层叠研磨垫的另一结构的示意截面图。本发明的层叠研磨垫1具备如下结构：不具有贯通区域的研磨层8与缓冲层10借助胶粘剂层9a而层叠。在胶粘剂层9a上，设置有至少一个从胶粘剂层9a的中心区域延续至外周端的非胶粘区域Y(13)。即，采用在胶粘剂层9a上设置非胶粘区域Y(13)来替代在研磨层8上设置非胶粘区域X(11)的方式。另外，也可以采用在研磨层8上设置非胶粘区域X(11)并且在胶粘剂层9a上设置非胶粘区域Y(13)的方式。这种情况下，非胶粘区域X(11)与非胶粘区域Y(13)可以在厚度方向上重叠，也可以不重叠。
非胶粘区域Y(13)只要是以至少从胶粘剂层9a的中心区域延续至外周端的方式形成，则其形状没有特别限制，可以采用与上述非胶粘区域X(11)相同的形状。对于中心区域而言，在圆形胶粘剂层9a的情况下，是指自中心起半径为3cm的区域，在长条形胶粘剂层9a的情况下，是指自宽度方向的中心起左右为3cm的区域。
非胶粘区域Y(13)可以是贯通胶粘剂层9a的槽或者未贯通胶粘剂层9a的槽中的任何一种。槽宽考虑胶粘剂层9a的尺寸来进行适当调节，通常为约0.1mm~约10mm，优选为0.5~3mm。在未贯通的槽的情况下，槽深考虑胶粘剂层9a的厚度来进行适当调节，通常为约10μm~约100μm，优选为20~70μm。
非胶粘区域Y(13)的形成方法没有特别限定，可以列举例如：将多片胶粘剂层进行层叠并使用刀具将预定部分的胶粘剂层的一部分或全部切去的方法、利用具有预定表面形状的压板进行加压的方法、使用二氧化碳激光等激光进行分解除去来形成的方法等。
非胶粘区域Y(13)的总表面积优选为胶粘剂层9a的表面积的0.1~30%，更优选为0.5~10%。
胶粘剂层9a的形成材料、厚度与上述相同。另外，将研磨层与缓冲层贴合的方法也与上述相同。
另一方面，图11是表示本发明的层叠研磨垫的另一结构的示意截面图。本发明的层叠研磨垫1具备如下结构：不具有贯通区域的研磨层8与缓冲层10借助胶粘构件9而层叠。胶粘构件9是在基材薄膜9b的双面上具有胶粘剂层9a的胶粘构件，通常被称为双面胶带。在基材薄膜9b的研磨层侧的胶粘剂层9a上，设置有至少一个从胶粘剂层9a的中心区域延续至外周端的非胶粘区域Y(13)。即，采用在双面胶带的研磨层侧的胶粘剂层9a上设置非胶粘区域Y(13)来替代上述图10中的在胶粘剂层9a上设置非胶粘区域Y(13)的方式。另外，也可以采用在研磨层8上设置非胶粘区域X(11)并且在双面胶带的研磨层侧的胶粘剂层9a上设置非胶粘区域Y(13)的方式。详细的方式、形成材料和形成方法与上述相同。
将研磨层与缓冲层贴合的方法没有特别限制，可以列举例如：利用双面胶带夹持研磨层和缓冲层并进行加压的方法。
本发明的层叠研磨垫可以在缓冲层的另一面上设置有用于与平台胶粘的胶粘剂层或双面胶带。作为该双面胶带，可以使用具有与上述同样地在基材薄膜的双面上设置有胶粘剂层的一般性构成的双面胶带。
半导体器件经过使用上述层叠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：支撑层叠研磨垫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。层叠研磨垫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以使其各自支撑的层叠研磨垫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按压到层叠研磨垫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按压到层叠研磨垫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(ボソディソグ)、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]
(数均分子量)
数均分子量利用GPC(凝胶渗透色谱法)进行测定并根据标准聚苯乙烯进行换算。
GPC装置：岛津制作所制造，LC-10A
色谱柱：将Polymer Laboratories公司制造的(PLgel、5μm、)、(PLgel、5μm、)和(PLgel、5μm、)三根色谱柱连接后使用
流量：1.0ml/分钟
浓度：1.0g/升
进样量：40μl
柱温：40℃
洗脱液：四氢呋喃
(平均气泡径)
利用超薄切片机平行地从制作好的聚氨酯发泡体上尽可能薄地切下厚度为1mm以下的材料，将其作为平均气泡径测定用试样。将试样固定在载玻片上，使用SEM(S-3500N，日立サイェソスシステムズ株式会社)在100倍下进行观察。使用图像分析软件(WinRoof，三谷商事株式会社)，测定所得到的图像的任意范围内的全部气泡径，并计算出平均气泡径。
(比重)
依据JIS Z8807-1976进行。将从制作好的聚氨酯发泡体上切下的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)
依据JIS K6253-1997进行。将从制作好的聚氨酯发泡体上切下的尺寸为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，アスカ一D型硬度计)来测定硬度。
(鼓泡或内部剥离的评价)
使用制作好的层叠研磨垫，在下述研磨条件下对膜厚为的钨晶片进行30小时的研磨，然后，通过目视对层叠研磨垫进行观察，确认层间是否产生了鼓泡或内部剥离。作为研磨装置，使用SPP600S(冈本工作机械公司制造)。作为研磨条件，使用在用超纯水将W2000(キャボット公司制造)稀释至两倍的稀释液中添加有2重量%的过氧化氢水溶液而得到的水溶液作为浆料，在研磨中以150ml/分钟的流量添加该水溶液。研磨载荷设定为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。
(剥离强度、剥离强度保持率)
从制作好的层叠研磨垫上切取3片宽度为25mm、长度为40mm的样品(不含非胶粘区域)，使用拉伸试验机(岛津制作所公司制造，ォ一トグラフAG-X)，在剥离角度为180°、剥离速度为50mm/分钟的条件下分别测定3片样品的剥离强度(N/25mm)，并求出其平均值。此外，从通过上述方法进行研磨工序后的层叠研磨垫上切取3片宽度为25mm、长度为40mm的样品(不含非胶粘区域)，通过同样的方法求出剥离强度的平均值。进行研磨工序后的层叠研磨垫的剥离强度优选为10N/25mm以上。此外，由研磨工序前和研磨工序后的剥离强度的平均值计算出剥离强度保持率。
剥离强度保持率=(研磨工序后的剥离强度的平均值/研磨工序前的剥离强度的平均值)×100
制造例1(研磨层的制作)
将100重量份的异氰酸酯封端预聚物(ケムチュラ公司制造，アジプレソL-325)和3重量份的聚硅氧烷类表面活性剂(東レダウコ一ニソグシリコソ制造，SH-192)加入到聚合容器内并混合，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26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，イハラキュアミソMT)。将该混合液搅拌约1分钟，然后，注入到盘型的敞口模具(浇注容器)中。在该混合液的流动性消失的时刻将其放入烘箱内，在100℃下进行16小时的后固化，得到聚氨酯发泡体块。
使用切片机(アミテック公司制造，VGW-125)对加热至约80℃的上述聚氨酯发泡体块进行切割，得到聚氨酯发泡体片(平均气泡径：50μm，比重：0.86，硬度：52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，使其厚度达到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(理研コラソダム公司制造)进行加工，接着使用附着有240目磨粒的带式打磨机(理研コラソダム公司制造)进行加工，最后使用附着有400目磨粒的带式打磨机(理研コラソダム公司制造)进行加工。将进行过该抛光处理的片冲裁成直径60cm的尺寸，使用切槽加工机(テクノ公司制造)对研磨表面进行槽宽为0.25mm、槽距为1.5mm、槽深为0.6mm的同心圆形的切槽加工，从而得到研磨层。
实施例1
使用切槽加工机(テクノ公司制造)，在制造例1中制作的研磨层的背面，从中心至外周端以45°的角度放射状地形成宽度为1.0mm、深度为0.1mm的槽，从而设置非接触区域X。非胶粘区域X的总表面积为研磨层的表面积的0.84%。然后，使用层压加工机在研磨层的背面贴合直径为60cm的双面胶带(基材薄膜：厚度为25μm的PET薄膜，胶粘剂层：厚度为50μm的丙烯酸类胶粘剂层)。然后，在该双面胶带的另一面上贴合直径为60cm的缓冲层(聚氨酯泡沫，厚度为0.8mm)，制作层叠研磨垫。
实施例2
使用切槽加工机(テクノ公司制造)，在制造例1中制作的研磨层的背面，从中心至外周端以45°的角度放射状地形成宽度为1.0mm、深度为0.1mm的槽，进而，在沿半径方向距中心100mm的位置处以同心圆形形成宽度为0.25mm、深度为0.1mm的槽，从而设置非接触区域X。非胶粘区域X的总表面积为研磨层的表面积的0.91%。然后，通过与实施例1同样的方法制作层叠研磨垫。
实施例3
从直径为60cm的双面胶带(基材薄膜：厚度为25μm的PET薄膜，胶粘剂层：厚度为50μm的丙烯酸类胶粘剂层)的与研磨层贴合的一侧的胶粘剂层上，以1.0mm的宽度且从中心至外周端以45°的角度放射状地除去胶粘剂层，从而设置非接触区域Y。非胶粘区域Y的总表面积为胶粘剂层的表面积的0.84%。然后，使用层压加工机，在制造例1中制作的研磨层的背面贴合上述双面胶带的具有非接触区域Y的胶粘剂层。然后，在该双面胶带的另一面贴合直径为60cm的缓冲层(聚氨酯泡沫，厚度为0.8mm)，制作层叠研磨垫。
实施例4
使用切槽加工机(テクノ公司制造)，在制造例1中制作的研磨层的背面以图8所示的格子状形成宽度为2.0mm、深度为0.13mm、间距为45mm的槽，从而设置非接触区域X。非胶粘区域X的总表面积为研磨层的表面积的8.3%。然后，使用层压加工机在研磨层的背面贴合直径为60cm的胶粘剂层(厚度为130μm的丙烯酸类胶粘剂层)。然后，在该胶粘剂层的另一面贴合直径为60cm的缓冲层(聚氨酯泡沫，厚度为0.8mm)，制作层叠研磨垫。
实施例5
使用切槽加工机(テクノ公司制造)，在制造例1中制作的研磨层的背面以图8所示的格子状形成宽度为2.0mm、深度为0.13mm、间距为45mm的槽，从而设置非接触区域X。非胶粘区域X的总表面积为研磨层的表面积的8.3%。另外，从直径为60cm的双面胶带(基材薄膜：厚度为25μm的PET薄膜，胶粘剂层：厚度为50μm的丙烯酸类胶粘剂层)的与研磨层贴合的一侧的胶粘剂层上，经过中心以从一端至另一端为2.0mm的宽度除去胶粘剂层，从而设置非接触区域Y。然后，使用层压加工机，在研磨层的背面以使非胶粘区域X与非接触区域Y重叠的方式贴合上述双面胶带。然后，在该双面胶带的另一面贴合直径为60cm的缓冲层(聚氨酯泡沫，厚度为0.8mm)，制作层叠研磨垫。
实施例6
使用切槽加工机(テクノ公司制造)，在制造例1中制作的研磨层的背面，从中心至外周端以45°的角度放射状地形成宽度为1.0mm、深度为0.1mm的槽，从而设置非接触区域X。非胶粘区域X的总表面积为研磨层的表面积的0.84%。使用层压加工机，在研磨层的背面层叠直径为60cm的聚氨酯类热熔胶粘剂片(日本スタイ公司制造，UH-203，厚度为75μm)和直径为60cm的缓冲层(聚氨酯泡沫，厚度为0.8mm)，并使聚氨酯类热熔胶粘剂片加热熔融，由此将研磨层与缓冲层贴合，从而制作层叠研磨垫。
实施例7
使用切槽加工机(テクノ公司制造)，在制造例1中制作的研磨层的背面，从中心至外周端以45°的角度放射状地形成宽度为1.0mm、深度为0.1mm的槽，从而设置非接触区域X。非胶粘区域X的总表面积为研磨层的表面积的0.84%。使用层压加工机，在研磨层的背面层叠直径为60cm的聚氨酯类热熔胶粘剂片(日本スタイ公司制造，UH-203，厚度为75μm)和直径为60cm的经过电晕处理的PET薄膜(厚度为50μm)，并使聚氨酯类热熔胶粘剂片加热熔融，由此将研磨层与PET薄膜贴合，从而制作层叠片。然后，使用层压加工机，在层叠片的PET薄膜侧层叠直径为60cm的聚氨酯类热熔胶粘剂片(日本スタイ公司制造，UH-203，厚度为75μm)和直径为60cm的缓冲层(聚氨酯泡沫，厚度为0.8mm)，并使聚氨酯类热熔胶粘剂片加热熔融，由此将层叠片与缓冲层贴合，从而制作层叠研磨垫。
比较例1
使用层压加工机，在制造例1中制作的研磨层的背面贴合直径为60cm的双面胶带(基材薄膜：厚度为25μm的PET薄膜，胶粘剂层：厚度为50μm的丙烯酸类胶粘剂层)。然后，在该双面胶带的另一面贴合直径为60cm的缓冲层(聚氨酯泡沫，厚度为0.8mm)，制作层叠研磨垫。
表1
由表1可知，实施例1~7的层叠研磨垫由于具有非接触区域X和/或Y，因此，即使在用于长时间研磨的情况下也不会在层间产生鼓泡和内部剥离。另一方面，比较例1的层叠研磨垫由于不具有非接触区域X或Y，因此，在用于长时间研磨的情况下，在层间产生了鼓泡和内部剥离。
产业上的可利用性
本发明的层叠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。本发明的层叠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：层叠研磨垫
2：研磨平台
3：研磨剂(浆料)
4：被研磨材料(半导体晶片)
5：支撑台(研磨头)
6、7：旋转轴
8：研磨层
9：胶粘构件(胶粘剂层、双面胶带)
9a：胶粘剂层
9b：基材薄膜
10：缓冲层
11：非胶粘区域X
12：中心区域
13：非胶粘区域Y

Claims (5)

1.一种层叠研磨垫，其中缓冲层与不具有贯通区域的研磨层借助胶粘构件而层叠，其特征在于，在所述胶粘构件上设置有至少一个从胶粘构件的中心区域延续至外周端的非胶粘区域Y。
2.如权利要求1所述的层叠研磨垫，其中，胶粘构件中，在基材薄膜的双面上具有胶粘剂层，并且在研磨层侧的胶粘剂层上设置有非胶粘区域Y。
3.如权利要求1所述的层叠研磨垫，其中，非胶粘区域Y以放射状或格子状进行设置。
4.如权利要求1所述的层叠研磨垫，其中，非胶粘区域Y的总表面积为研磨层的表面积的0.1～30％。
5.一种半导体器件的制造方法，其包括：使用权利要求1所述的层叠研磨垫对半导体晶片的表面进行研磨的工序。
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