JP2000071168A - Method of flattening surface of workpiece - Google Patents

Method of flattening surface of workpiece

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JP2000071168A
JP2000071168A JP11147870A JP14787099A JP2000071168A JP 2000071168 A JP2000071168 A JP 2000071168A JP 11147870 A JP11147870 A JP 11147870A JP 14787099 A JP14787099 A JP 14787099A JP 2000071168 A JP2000071168 A JP 2000071168A
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ジョン ヴィー.エィチ. ロバーツ
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ハリー ジョージ マクレーン
Elmiel William Jensen
エルミール ウイリアム ジェンセン
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method that reproduces the working surface of machined products and flattens the surface of workpieces. SOLUTION: For reproducing a working surface 18 of a machined product having the working surface 18 and an adjacent subordinate surface 24 both formed from a polymer matrix impregnated with polymer microelements 16 having a plurality of cavity spaces 22, the method of flattening the surface of workpieces places the product into contact with working environment, so that the shells of the polymer microelement 16 that lies about the working surface 18 are at least partly opened and that this polymer microelement 16 becomes less hard than the polymer microelement 16 that is buried in the subordinate surface 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイス等の
加工品の表面を平坦化する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for flattening the surface of a processed product such as a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の加工品の研磨、平坦化(planariz
ing )の方法は、基質材料の選択に影響する様々な作業
条件にさらされる高分子基材又は研磨パッド等の製品に
より行われていた。例えば、研磨されている加工品の性
質、研磨速度ならびに圧力における変動、研磨作業の間
に生ずる温度上昇、および作業に用いる研磨スラリーの
性質が基材の選択に影響を与える。
2. Description of the Related Art Polishing and flattening of a conventional processed product (planariz)
The method of ing) has been performed with products such as polymeric substrates or polishing pads that are exposed to various operating conditions that affect the choice of substrate material. For example, the nature of the workpiece being polished, variations in polishing rate and pressure, temperature increases that occur during the polishing operation, and the nature of the polishing slurry used in the operation will affect the choice of substrate.

【0003】前記従来の製品は一般的にその厚さ全体を
通して不均一な物理的性質を有する多重積層(multilay
er laminations) 又は複層基材(stratified substrate
s)から形成されている。半導体デバイスを研磨するため
広く用いられる典型的な複層パッドの例は、ポリテック
ス スープリーム(Politex Supreme )パッドで、デラ
ウェア州ニューアークのロデール社(Rodel Incorporat
ed)から市販されている。典型的なポリテックス スー
プリーム パッドはポリエステルフェルトから成る1mm
から2mm厚の堅固であるが弾力性のある多孔質底部層と
ポリウレタン結合材を含む数層から構成されている。約
0.05mmから 0.3mm厚の海綿状で弾力性のある微小多孔質
ウレタン層が底部層の上に積層されている。頂部層は垂
直方向の、傾斜の付いた細孔を有し、細孔の傾斜がパッ
ドの頂部に向かって狭くなっている垂直ウレタン構造(v
ertical urethane structures)から構成されている。頂
部層は極めて柔らかく、多孔質で弾力性がある。典型的
な研磨作業では、このような複層パッドの頂部層が急速
に磨耗する。頂部層が磨耗して後続の層が露出するにつ
れ、パッドの研磨特性が変化して不均一な研磨率をもた
らし、加工品表面における均質でない研磨特性を生ず
る。
[0003] The prior art products generally have a multi-layer stack having non-uniform physical properties throughout their thickness.
er laminations) or stratified substrate
s). An example of a typical multi-layer pad commonly used to polish semiconductor devices is the Politex Supreme pad, available from Rodel Incorporat of Newark, Delaware.
ed). A typical Polytex Supreme Pad is 1mm made of polyester felt
It consists of a rigid but resilient porous bottom layer of from 2 to 2 mm thick and several layers containing polyurethane binder. about
A spongy, resilient, microporous urethane layer of 0.05 mm to 0.3 mm thickness is laminated on the bottom layer. The top layer has vertical, beveled pores, with a vertical urethane structure (v) in which the slope of the pores narrows toward the top of the pad.
ertical urethane structures). The top layer is very soft, porous and resilient. In a typical polishing operation, the top layer of such a multilayer pad wears rapidly. As the top layer wears and the subsequent layers are exposed, the polishing characteristics of the pad change, resulting in non-uniform polishing rates and non-uniform polishing characteristics on the workpiece surface.

【0004】従来の高分子研磨パッドは、多くの場合、
重合と混合および最終パッド製品の切断と成形の不正確
な制御に起因する、品質のばらつきを有する。従って、
研磨されている加工品に与えられる表面品質、原料除去
率および平坦化率のような研磨特性がパッドバッチ間で
特に大きく変動する。
[0004] Conventional polymer polishing pads are often
Has quality variability due to inaccurate control of polymerization and mixing and cutting and molding of the final pad product. Therefore,
Polishing characteristics, such as surface quality, material removal rate and planarization rate, provided to the workpiece being polished vary significantly between pad batches.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
加工品の表面を均質に平坦化する方法を提供することを
課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention
It is an object to provide a method for uniformly flattening the surface of a processed product.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明は次のような技術的手段を講じている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention employs the following technical means.

【0007】この発明の加工品の表面を平坦化する方法
は、高分子マトリックスに複数の空隙スペースを有する
高分子微小エレメントを含浸して作業面および前記作業
面に隣接する副表面を有するようにした製品を作業環境
に接触させることにより、前記作業面に隣接して位置す
る高分子微小エレメントのシェルの少なくとも一部分が
開口され、前記開口された高分子微小エレメントが前記
副表面に埋め込まれた高分子微小エレメントよりも硬さ
が減じ、前記製品の作業面が再生するようにしている。
The method of flattening the surface of a workpiece according to the present invention is a method of impregnating a polymer matrix with a polymer microelement having a plurality of void spaces so as to have a working surface and a sub-surface adjacent to the working surface. The exposed product is brought into contact with the working environment to open at least a portion of the shell of the polymeric microelement located adjacent to the work surface, and the opened polymeric microelement is embedded in the sub-surface. The hardness is lower than that of the molecular microelement, so that the working surface of the product is regenerated.

【0008】前記高分子微小エレメントのシェルが、前
記シェルの一部分の薄切り、研削、切断および孔明のい
ずれかにより開口されるものとすることができる。
The shell of the polymer microelement may be opened by slicing, grinding, cutting or drilling a part of the shell.

【0009】前記作業面の近傍に位置する高分子微小エ
レメントが、そのシェルの少なくとも一部分が作業環境
により化学的に変化することにより、前記副表面に埋め
込まれた高分子微小エレメントよりも硬さが減じるよう
にすることができる。
The polymer microelements located near the work surface are harder than the polymer microelements embedded in the sub-surface because at least a part of the shell is chemically changed by the work environment. Can be reduced.

【0010】前記作業面の一部分に溝を付け、作業環境
と接触したときに剛性が減少するようにすることができ
る。
[0010] A groove may be formed in a part of the work surface so that rigidity is reduced when the work surface comes into contact with the work environment.

【0011】また、前記加工品は、半導体デバイスとす
ることができる。
Further, the processed product can be a semiconductor device.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】この発明の加工品の表面を平坦化する方法
は、高分子マトリックスに複数の空隙スペースを有する
高分子微小エレメントを含浸して作業面および前記作業
面に隣接する副表面を有するようにした製品を作業環境
に接触させることにより、前記作業面に隣接して位置す
る高分子微小エレメントのシェルの少なくとも一部分が
開口され、前記開口された高分子微小エレメントが前記
副表面に埋め込まれた高分子微小エレメントよりも硬さ
が減じ、前記製品の作業面が再生するようにしたもので
ある。
The method of flattening the surface of a workpiece according to the present invention is a method of impregnating a polymer matrix with a polymer microelement having a plurality of void spaces so as to have a working surface and a sub-surface adjacent to the working surface. The exposed product is brought into contact with the working environment to open at least a portion of the shell of the polymeric microelement located adjacent to the work surface, and the opened polymeric microelement is embedded in the sub-surface. The hardness is lower than that of the molecular microelement, and the work surface of the product is regenerated.

【0014】添付図面を参照すると、全体的に同様の参
照数字が同様のエレメントを示しているが、図1〜3、
5〜9および11に10、110 、210 、310 および410 の
記号が付された、本発明に使用する製品の例が示されて
いる。
Referring to the accompanying drawings, generally like reference numerals indicate like elements, FIGS.
Examples of products used in the present invention are shown, labeled 5-9 and 11 with 10, 110, 210, 310 and 410.

【0015】製品10は、ほぼ円形のシート又は研磨パッ
ド12であることが好ましく、図5および7で最も良く示
されている。当業者は、このパッド12は、必要に応じて
例えばほぼ方形、長方形あるいは任意の適切な形状とす
ることができるとわかるであろう。
The product 10 is preferably a substantially circular sheet or polishing pad 12 and is best shown in FIGS. Those skilled in the art will appreciate that the pad 12 may be, for example, substantially square, rectangular or any suitable shape as desired.

【0016】製品10等はそれ自体研磨パッドとして使用
できるし、あるいは、研磨スラリーが半導体デバイス、
シリコンデバイス、クリスタル、ガラス、セラミック、
高分子可塑材料、金属、石又は他の表面に所望の表面仕
上げを施すために使用される研磨作業の基材として用い
ることもできる。製品10等から成る研磨パッド12は、当
業者に周知で、市販で容易に入手できる潤滑油、冷却剤
および種々の研磨スラリーと共に用いることができる。
このようなスラリーの典型的な成分には、水やオイルの
ような液体媒体、酸化アルミニウム、炭化シリコン、二
酸化シリコン、酸化セリウムおよびガーネットのような
研磨剤、塩基、酸、塩、界面活性剤、または、加工品の
性質による他の薬剤、あるいはこれらの組み合わせが含
まれる。
The product 10 or the like can be used as a polishing pad itself, or the polishing slurry can be used for semiconductor devices,
Silicon device, crystal, glass, ceramic,
It can also be used as a substrate in polishing operations used to apply the desired surface finish to polymeric plastics, metals, stones or other surfaces. The polishing pad 12, comprising the product 10, etc., can be used with lubricating oils, coolants and various polishing slurries that are well known to those skilled in the art and are readily available commercially.
Typical components of such slurries include liquid media such as water and oils, abrasives such as aluminum oxide, silicon carbide, silicon dioxide, cerium oxide and garnet, bases, acids, salts, surfactants, Alternatively, other agents depending on the nature of the processed product, or a combination thereof are included.

【0017】製品10等は、例えば、ラッピング(lappin
g )、平坦化、研磨又は成形のような研磨作業により加
工品(図示せず)の表面(同じく図示せず)を変えるの
に有用である。研磨される加工品は好ましくは、例えば
水晶、シリコン、ガラス、電子および光学基板ならびに
高密度多層電子デバイスのような裂けやすい物質から成
るものとする。加工品は、ポリシリコン、熱酸化膜、お
よび金属材料の多重層から成る半導体デバイス(図示せ
ず)であり、各層は、その上にそれに続く層が付着され
る前に平坦化される。
The product 10 and the like are, for example, wrapping
g), useful for changing the surface (also not shown) of a workpiece (not shown) by a polishing operation such as planarization, polishing or shaping. The workpiece to be polished preferably comprises a fragile material such as, for example, quartz, silicon, glass, electronic and optical substrates and high density multilayer electronic devices. The workpiece is a semiconductor device (not shown) consisting of multiple layers of polysilicon, thermal oxide, and metallic material, each layer being planarized before subsequent layers are deposited thereon.

【0018】図1で最も良く示されているように、製品
10は好ましくは研磨および平坦化作業で典型的に用いら
れる水性流体スラリーを通さない高分子マトリックス14
から成る。高分子マトリックス 14 はウレタン、メラミ
ン、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリビニールアセ
テート、弗化炭化水素等、ならびにこれらの類似物、混
合物、共重合体とグラフトから形成できる。当業者は研
磨作業の間における研削磨耗に対して十分な靱性と剛性
を備える他の任意の高分子も、本発明の精神と範囲に合
致する形で使用可能であることを理解するものと思われ
る。現在のところ好ましい形として、高分子マトリック
ス14はウレタン重合体から成る。ウレタン重合体は好ま
しくはコネチカット州ミドルベリーのユニローヤル ケ
ミカル社(Uniroyal Chemical Co. )から市販で入手で
きるアジプレン(Adiprene)種の生成物のようなポリエ
ーテル系ウレタンプレポリマー(polyether-based liqu
idurethane)から形成される。好ましいウレタンプレポ
リマー(liquid urethane)は重量比で約9から9.3%
のイソシアネート基(free isocyanate)を含有する。他
のイソシアネートを帯びる生成物およびプリポリマーも
本発明の精神と範囲に合致する形で使用可能である。
As best shown in FIG.
10 is a polymer matrix that is preferably impervious to aqueous fluid slurries typically used in polishing and planarization operations.
Consists of The polymeric matrix 14 can be formed from urethanes, melamines, polyesters, polysulfones, polyvinyl acetates, fluorohydrocarbons, and the like, as well as analogs, mixtures, copolymers and grafts thereof. Those skilled in the art will appreciate that any other polymer having sufficient toughness and stiffness against grinding wear during the polishing operation can be used in a manner consistent with the spirit and scope of the present invention. It is. In a presently preferred form, the polymeric matrix 14 comprises a urethane polymer. The urethane polymer is preferably a polyether-based liquor such as a product of the Adiprene type commercially available from Uniroyal Chemical Co., Middlebury, CT.
idurethane). Preferred urethane prepolymers are about 9 to 9.3% by weight
Contains a free isocyanate. Other isocyanate bearing products and prepolymers can be used in a manner consistent with the spirit and scope of the present invention.

【0019】ウレタンプレポリマーは好ましくは多官能
アミン、ジアミン、トリアミン又はウレタン/尿素橋か
け網目中に存在するヒドロキシル/アミンのような多官
能ヒドロキシル化合物又は混合官能性化合物と反応して
尿素化学結合および硬化/橋かけ重合体網目の形成を可
能にするものであるものとする。現在のところ好ましい
ものとして、ウレタンプレポリマーは、ミシガン州アド
リアンのアンダーソンデベロップメント社(Anderson D
evelopment Co.)から生成物「Curene(R) 442 」
として市販で入手できる、4,4'−メチレン−ビス〔2−
クロロアニリン(chloroaniline) 〕(「MOCA」)と
反応している。
The urethane prepolymer preferably reacts with a polyfunctional hydroxyl compound such as a hydroxyl / amine or a mixed functional compound such as a hydroxyl / amine present in a polyfunctional amine, diamine, triamine or urethane / urea crosslinked network to form urea chemical bonds and It should allow the formation of a cured / crosslinked polymer network. As currently preferred, urethane prepolymers are available from Anderson Development, Adrian, Michigan.
product "Curene (R) 442" from evelopment Co.)
4,4′-methylene-bis [2-
Chloroaniline] ("MOCA").

【0020】図1で最も良く示されるように、高分子マ
トリックス14には複数の高分子微小エレメント16が含浸
されている。好ましくは、少なくとも一部の高分子微小
エレメントが全体的に柔軟であるものとする。適切な高
分子微小エレメントには無機塩、砂糖と水溶性ガムおよ
び樹脂が含まれる。このような高分子微小エレメントの
例には、ポリビニールアルコール、ペクチン、ポリビニ
ールピロリドン(polyvinyl pyrrolidone )、ハイドロ
キシエチルセルローズ(hydroxyethylcellulose )、メ
チルセルローズ、ハイドロプロピルメチルセルローズ
(hydropropylmethylcellulose)、カーボキシメチルセ
ルローズ(carboxymethylcellulose)、ハイドロキシプ
ロピルセルローズ(hydroxypropylcellulose)、ポリア
クリル酸(polyacrylic acids )、ポリアクリルアミド
(polyacrylamides )、ポリエチレングリコール(poly
ethylene glycols)、ポリハイドロキシエーテルアクリ
ライト(polyhydroxyetheracrylites )、澱粉、マレイ
ン酸共重合体(maleic acid copolymers )、ポリエチレ
ンオキシド(polyethylene oxide)、ポリウレタン(po
lyurethanes )、およびそれらの組み合わせが含まれ
る。微小エレメント16は化学的に例えば分岐、ブロッキ
ング、および橋かけにより可溶性、膨張力および他の特
性を変えるように変性できる。
As best shown in FIG. 1, the polymer matrix 14 is impregnated with a plurality of polymer microelements 16. Preferably, at least some of the polymeric microelements are generally flexible. Suitable polymeric microelements include inorganic salts, sugar and water-soluble gums and resins. Examples of such polymeric microelements include polyvinyl alcohol, pectin, polyvinyl pyrrolidone, hydroxyethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, carboxymethylcellulose. ), Hydroxypropylcellulose, polyacrylic acids, polyacrylamides, polyethylene glycol (poly)
ethylene glycols, polyhydroxyetheracrylites, starch, maleic acid copolymers, polyethylene oxide, polyurethane
lyurethanes), and combinations thereof. The microelements 16 can be chemically modified to alter solubility, swelling power and other properties, for example, by branching, blocking, and crosslinking.

【0021】現在のところ好ましい形として、高分子微
小エレメント16の各々は約 150μm以下の平均直径を有
し、さらに好ましくは、約10μm の平均直径を有するも
のとする。当業者は、微小エレメントの平均直径は変わ
る可能性があること、および同じ又は異なるサイズの微
小エレメント16或いは異なる微小エレメント16の混合物
を必要に応じて高分子マトリックス14に含浸できること
を理解できよう。
In a presently preferred form, each of the polymeric microelements 16 has an average diameter of less than about 150 μm, and more preferably has an average diameter of about 10 μm. One skilled in the art will appreciate that the average diameter of the microelements can vary, and that the polymeric matrix 14 can be impregnated with microelements 16 of the same or different size or a mixture of different microelements 16 as needed.

【0022】現在のところ好ましい形として、高分子微
小エレメント16の各々は約1μm から約 100μm の間隔
を置くものとする。好ましくは、高分子微小エレメント
16は実質的に高分子マトリックス14の全体にわたって高
剪断混合により均等に配分されるものとする。その結果
生じた複合混合物が反応ウレタン重合体の粘度が微小エ
レメントの高分子混合物との十分な調合を可能にするに
は大きくなり過ぎる前に従来のモールドに移される。当
業者は、種々の熱硬化性プラスチック及び硬化剤により
異なる温度で低粘度領域(window)が変化する可能性が
あることを理解できよう。この結果生じた混合物はモー
ルド中で約15分にわたってゲル化される。ゲル化時間は
温度、並びに高分子マトリックス及び微小エレメントの
選択のような要因に基づき変化することがある。混合物
は次いで約 200〜225 °Fで約4〜6時間にわたって硬
化され、室温(約70°F)まで冷却される。硬化温度は要
因の中で特に高分子マトリックスおよび用いられる微小
エレメントのタイプによって変化し得る。
In a presently preferred form, each of the polymeric microelements 16 is spaced from about 1 μm to about 100 μm. Preferably, the polymeric microelement
16 shall be distributed evenly by high shear mixing substantially throughout the polymer matrix 14. The resulting composite mixture is transferred to a conventional mold before the viscosity of the reactive urethane polymer becomes too large to allow for adequate blending of the microelements with the polymeric mixture. Those skilled in the art will appreciate that various thermosetting plastics and curing agents can change the low viscosity window at different temperatures. The resulting mixture gels in the mold for about 15 minutes. Gel times can vary based on factors such as temperature and the choice of polymer matrix and microelements. The mixture is then cured at about 200-225 ° F for about 4-6 hours and cooled to room temperature (about 70 ° F). The curing temperature may vary depending on factors among other things, the polymer matrix and the type of microelement used.

【0023】この結果生じた製品10はモールドから取り
出されて切断、薄切り等の作業で所望の厚さにされ、次
いで整形されて研磨パッド12を形成する。当業者は、成
形された混合物が切断、薄切りその他の作業で本発明に
従い必要に応じて任意の厚さ又は形状に加工され得るこ
とを理解できよう。
The resulting product 10 is removed from the mold, cut to a desired thickness by cutting, slicing, or the like, and then shaped to form a polishing pad 12. One skilled in the art will appreciate that the formed mixture may be cut, sliced, or otherwise processed according to the present invention to any thickness or shape as required.

【0024】目的とする用途又は作業により、少なくと
も一部の高分子微小エレメント16の形状が図1で示され
るように、全体的に球状となることがある。好ましく
は、このような微小球体は中空で、各球体が約 0.1μm
の厚さを持つシェルを有するものとする。
Depending on the intended use or operation, the shape of at least some of the polymer microelements 16 may be entirely spherical as shown in FIG. Preferably, such microspheres are hollow, each sphere being about 0.1 μm
Have a shell thickness of

【0025】図1で最も良く示されるように、各高分子
微小エレメント16はその中に空隙スペース22を有する。
少なくともいくつかの高分子微小エレメント16は、好ま
しくは、図3で最も良く示されるように、その中に複数
の空隙スペース22を有する。各空隙スペース22が全体的
に大気圧より高い圧力のガスを含み、高分子マトリクッ
ス14の作業面18および副表面24の双方で、微小エレメン
ト 16'、16それぞれの構造的保全の維持を助けるように
している。
As best shown in FIG. 1, each polymeric microelement 16 has a void space 22 therein.
At least some of the polymeric microelements 16 preferably have a plurality of void spaces 22 therein, as best shown in FIG. Each void space 22 generally contains gas at a pressure above atmospheric pressure to help maintain the structural integrity of each of the microelements 16 ', 16 on both the working surface 18 and the subsurface 24 of the polymeric matrix 14. I have to.

【0026】高分子微小エレメントは図11で最も良く
示されるように、浸透可能又は孔明け可能のシェル20を
有することができ、それにより微小エレメント16’内の
空隙スペース22が作業環境に対して開口する。
The polymeric microelement can have a permeable or piercable shell 20, as best shown in FIG. 11, so that the void space 22 in the microelement 16 'can be Open.

【0027】図1で最も良く示されるように、製品10の
好ましい例は、作業面18に位置する少なくとも一部の高
分子微小エレメント16' が作業環境(図示せず)又は研
磨スラリーと接触すると軟化する。例えば、メチルセル
ローズのような水溶性セルローズエーテルは水性研磨ス
ラリーの水分と接触するや否や溶解する。
As best shown in FIG. 1, a preferred embodiment of the product 10 is that when at least some of the polymeric microelements 16 'located on the work surface 18 come into contact with a work environment (not shown) or abrasive slurry. Softens. For example, a water-soluble cellulose ether, such as methyl cellulose, will dissolve as soon as it comes into contact with the water in the aqueous polishing slurry.

【0028】図1で最も良く示されるように、他の好ま
しい例において、作業面18に位置する少なくとも一部の
高分子微小エレメント16' が作業環境と接触すると直ち
に膨張する。例えば、長連鎖セルローズエーテルは水性
研磨スラリーの水分と接触するや否や膨張する。
As best shown in FIG. 1, in another preferred embodiment, at least some of the polymeric microelements 16 'located on the work surface 18 expand immediately upon contact with the work environment. For example, long chain cellulose ethers expand as soon as they come in contact with the water of the aqueous polishing slurry.

【0029】製品10は図1〜3で最も良く示されるよう
に、作業面18およびそれに隣接する副表面24を有する。
好ましくは、作業面18は約5μm から約60μm の厚さ
とする。製品10の厚さは作業面18の主要平面(図示せ
ず)に対して総体的に垂直な方向で好ましくは約 300μ
m と約 400μm の間にあるものとする。
The product 10 has a work surface 18 and a minor surface 24 adjacent thereto, as best shown in FIGS.
Preferably, work surface 18 is between about 5 μm and about 60 μm thick. The thickness of the product 10 is preferably about 300 μm in a direction generally perpendicular to the major plane (not shown) of the work surface 18.
m and about 400 μm.

【0030】本発明の長所は、製品10が作業環境と接触
した時、製品10の作業面18における高分子微小エレメン
ト16’が開口して副表面24に埋め込まれた高分子微小エ
レメント16よりも硬さが減じることにある。さらに、硬
さが減じた高分子微小エレメント16’は硬さが減じた微
小エレメントを取り巻く高分子マトリックス14の一部分
15に対する支持力が減り、それにより高分子マトリック
スのその周囲部分15の有効硬度を減ずる。従って、作業
面18が全体的に副表面24より柔らかい状態で、少なくと
も2つのレベルの硬度が製品10で作られる。
An advantage of the present invention is that when the product 10 comes into contact with the working environment, the polymer microelements 16 ′ on the work surface 18 of the product 10 are open and smaller than the polymer microelements 16 embedded in the subsurface 24. Hardness is reduced. In addition, the reduced polymer microelements 16 ′ are part of the polymer matrix 14 surrounding the reduced hardness microelements.
The bearing capacity for 15 is reduced, thereby reducing the effective hardness of its surrounding portion 15 of the polymer matrix. Thus, at least two levels of hardness are created in the product 10 with the work surface 18 generally softer than the subsurface 24.

【0031】本発明の別の長所は、加工品の表面又は作
業環境との接触によるような形で製品の作業面18が磨耗
するにつれ、作業面18に直接隣接する副表面24が新しい
作業面となり、2つの硬度レベルが継続的に再生され、
このことが加工品のより均一で一貫した研磨およびパッ
ド12のより均一な磨滅を可能にすることにある。
Another advantage of the present invention is that as the work surface 18 of the product wears, such as by contact with the work surface or work environment, the sub-surface 24 directly adjacent to the work surface 18 becomes a new work surface. And the two hardness levels are continuously regenerated,
This is to enable more uniform and consistent polishing of the workpiece and more uniform wear of the pad 12.

【0032】以下、製品10の具体例について説明する。
なお、この発明は、以下の例に限定されない。
Hereinafter, a specific example of the product 10 will be described.
Note that the present invention is not limited to the following example.

【0033】〔製品の具体例1〕高分子マトリックス
は、約 150°F で、 2997 gのユニローヤル アジプレ
ンL−325 (Uniroyal Adiprene L-325 )ポリエーテル
系ウレタンプレポリマーを768gの「Curene(R) 4
42 」(4,4'−メチレン−ビス〔2−クロロアニリン〕
「MOCA」)と混合することで調整された。この温度
で、ウレタン/多官能アミン混合物は約 2.5分のポット
ライフ(pot life)(「低粘度領域」)を有する。
[Product Specific Example 1] At a temperature of about 150 ° F., a polymer matrix was prepared by adding 2997 g of Uniroyal Adiprene L-325 polyether-based urethane prepolymer to 768 g of “Curene (R) ) Four
42 "(4,4'-methylene-bis [2-chloroaniline]
"MOCA"). At this temperature, the urethane / polyfunctional amine mixture has a pot life ("low viscosity region") of about 2.5 minutes.

【0034】この低粘度領域の間、大気圧より大きい圧
力のガスを含む空隙スペースを有するエクスパンセル
551 DE(Expancel 551 DE )中空高分子微小球体69g
が、高分子混合物とロデール社(Rodel Inc.)の高速剪
断調合および混合装置を用いて微小球体を高分子混合物
中に全体的に均一に配分するため 3450 rpm で調合さ
れ、混合物が低粘度領域の間に従来のモールドに移さ
れ、ゲル化のため15分間放置された。
Expancel having a void space containing gas at a pressure greater than atmospheric pressure during this low viscosity region
551 DE (Expancel 551 DE) hollow polymer microsphere 69g
Was blended at 3450 rpm using a high-speed shear blending and mixing device with the polymer mixture at 3450 rpm to distribute the microspheres throughout the polymer mixture uniformly. During a period of time and left for 15 minutes for gelling.

【0035】そのモールドが次いでコッホ オーブン社
(Koch Oven Corporation )から市販で入手できるよう
な、硬化オーブン内に置かれた。混合物はオーブンで約
200°F において約5時間にわたり硬化された。硬化後
にオーブンへの電力が遮断され、成形された製品10の温
度が約70°F (室温)になるまで混合物がオーブンで約
4〜6時間にわたって放冷された。成形製品は次いで研
磨パッドを形成するため切断された。その結果生じた研
磨パッド12の微小球体間の平均距離は約75μmと約 300
μm の間にあると思われる。
The mold was then placed in a curing oven, such as is commercially available from Koch Oven Corporation. The mixture is about oven
Cured at 200 ° F for about 5 hours. After curing, the power to the oven was turned off and the mixture was allowed to cool in the oven for about 4-6 hours until the temperature of the molded product 10 was about 70 ° F (room temperature). The molded product was then cut to form a polishing pad. The resulting average distance between the microspheres of the polishing pad 12 is about 75 μm and about 300 μm.
It seems to be between μm.

【0036】図4に示されるように、約1mmの間隔の模
様又はチップを有する典型的な半導体デバイスを平坦化
するためパッドが用いられた時、平坦化率(μm -1) は
エクスパンセル(Expancel)微小球体が埋め込まれた20
ミル厚のウレタンパッド(四角の記号で示す)につい
て、微小球体を持たない同様のウレタンパッド(丸の記
号で示す)の4倍大きい。換言すれば、図4は本発明に
従う微小エレメントが埋め込まれたウレタンパッドを用
いると、微小エレメントを持たないウレタンパッドの4
倍早くデバイスが平坦化されることを示す。
As shown in FIG. 4, when the pads are used to planarize a typical semiconductor device having patterns or chips spaced about 1 mm apart, the planarization rate (μm −1 ) increases with the Expancel. (Expancel) 20 microspheres embedded
The mill thickness urethane pad (indicated by a square symbol) is four times larger than a similar urethane pad without microspheres (indicated by a circle symbol). In other words, FIG. 4 shows that when a urethane pad in which microelements according to the present invention are embedded is used, a urethane pad 4 having no microelements is used.
Indicates that the device is planarized twice as fast.

【0037】図10に示されるように、成形された製品
の比重は微小球体の流量が増加するにつれて減少する。
一般的に、パッドの比重が約0.75から約0.8 であること
が好ましいが、これはエクスパンセル(Expancel)微小
球体の流量毎分約53g に相当する。
As shown in FIG. 10, the specific gravity of the molded product decreases as the flow rate of the microspheres increases.
In general, it is preferred that the pad have a specific gravity of about 0.75 to about 0.8, which corresponds to a flow rate of about 53 g of Expancel microspheres per minute.

【0038】〔製品の具体例2〕高分子マトリックスが
2997 gのユニローヤル アジプレン L−325 (Unir
oyal Adiprene L-325 )ウレタンを 768gの「Cure
ne(R) 442 MOCA」と混合し、ウレタンポリマー
をペンシルバニア州アレンタウンのエアー プロダクツ
アンド ケミカルズ社(Air Products and Chemicals
Corporation)から市販で入手できる、部分的にアセチ
レートされたポリビニールアルコール粉末87gと高速剪
断調合することで調整された。低粘度領域の間(2.5
分)、混合物が例1の製品のそれと同様の仕方でモール
ドに注入され、ゲル化の上でオーブン約225 °F で約6
時間にわたり硬化され、室温になるまでさまされた。ウ
レタンのアミン基(MOCA amino groups)との遙に速い反
応の故に、基本的にポリビニールアルコールのOH基と
ウレタンプレポリマーのイソシアネート基にいかなる反
応も発生していないと思われる。
[Specific Example 2 of Product]
2997 g of Uniroyal Adiprene L-325 (Unir
oyal Adiprene L-325) 768 g of urethane
ne (R) 442 MOCA ”, and the urethane polymer was mixed with Air Products and Chemicals, Inc. of Allentown, PA.
Co., Ltd. was prepared by high-speed shear compounding with 87 g of partially acetylated polyvinyl alcohol powder, commercially available from Co., Ltd.). During the low viscosity region (2.5
Min), the mixture is poured into a mold in a manner similar to that of the product of Example 1 and, after gelling, in an oven at about 225 ° F. for about 6 hours.
Cured over time and allowed to cool to room temperature. Due to the much faster reaction with urethane amine groups (MOCA amino groups), it appears that essentially no reaction has occurred between the OH groups of the polyvinyl alcohol and the isocyanate groups of the urethane prepolymer.

【0039】〔製品の具体例3〕高分子マトリックスが
3625 gのアジプレン L−213 (Adiprene L-213)を
930gの「Curene(R) 442 MOCA」と混合す
ることで例1のそれと同様の仕方で調製された。低粘度
領域の間(約2.5 分)、ニューヨーク州タッカホーのフ
リーマン インダストリー社(Freeman Industries In
c. )から市販で入手できる、ペクチン粉末58gがウレ
タンポリマーと高速剪断調合されてペクチン粉末をウレ
タン混合物全体に均一に配分した。低粘度領域の間(2.
5 分)、この結果生じたウレタン/ペクチン混合物が例
1で示されたものと同様の仕方でモールドに注入され、
ゲル化の上で約 225°F で約6時間にわたり硬化され、
さまされ、処理された。
[Specific example 3 of product]
3625 g of Adiprene L-213
Prepared in a similar manner to that of Example 1 by mixing with 930 g of "Curene® 442 MOCA". During the low viscosity region (approximately 2.5 minutes), Freeman Industries In Tuckahoe, NY
c.) 58 g of pectin powder, commercially available from), was high shear shear blended with the urethane polymer to evenly distribute the pectin powder throughout the urethane mixture. During the low viscosity region (2.
5 minutes), the resulting urethane / pectin mixture is poured into a mold in a manner similar to that shown in Example 1,
Cured on gelling at about 225 ° F for about 6 hours,
And was processed.

【0040】〔製品の具体例4〕高分子マトリックスが
2997 gのアジプレン L−325 (Adiprene L-325)を
ニュージャージー州パリシパニーのバスフ ケミカルズ
社(BASF Chemicals Corp.)又はニュージャージー州ウ
エインのジーエーエフ ケミカルズ社(GAF Chemicals
Corp. )から市販で入手できる、65gのポリビニールピ
ロリドン粉末と約30 秒間混合して均質の調合物を作る
ことで調製された。「Curene(R) 442MOCA」
(768 g)が約 212〜228 °F の温度で溶かされ、ウレ
タン/ポリビニールピロリドン混合物と高速剪断調合さ
れ低粘度領域の間、すなわち、2.5分が経過する前にモ
ールドに注入された。この結果生じた混合物が例1で示
されたものと同様の仕方でゲル化の上、約 225°F で約
6時間にわたり加熱されてさまされ、研磨パッドの形に
切断された。
[Specific Example 4 of Product]
2997 g of Adiprene L-325 were added to BASF Chemicals Corp., Parisipanie, NJ or GAF Chemicals, Wayne, NJ.
Corp.), which was prepared by mixing with 65 g of polyvinylpyrrolidone powder for about 30 seconds to make a homogeneous formulation. "Curene (R) 442MOCA"
(768 g) was melted at a temperature of about 212-228 ° F., compounded with the urethane / polyvinylpyrrolidone mixture at high shear and poured into the mold during the low viscosity region, ie, before 2.5 minutes had elapsed. The resulting mixture was gelled in a manner similar to that shown in Example 1, heated to about 225 ° F. for about 6 hours, and cut into polishing pads.

【0041】〔製品の具体例5〕高分子マトリックスが
3625 gの「Adiprene L-213」を 930gの「Curen
e(R) 442 MOCA」と混合することで調製された。低
粘度領域の間、65gの白色、自由流動性を持つハイドロ
キシエチルセルローズ(hydroxyethylcellulose)〔コ
ネチカット州ダンベリーのユニオン カーバイド ケミ
カルズアンド プラスティック社(Union Carbide Chem
icals and Plastics Corp.)から市販で入手できる〕が
ウレタン混合物と調合された。ハイドロキシエチルセル
ローズ(hydroxyethylcellulose )は有機溶剤中で不溶
性であるが、温水又は冷水中で溶解する。複合混合物が
次いで例1に示されたものと同様の仕方で処理された。
[Specific Example 5 of Product]
3625 g of "Adiprene L-213" is replaced with 930 g of "Curen
e (R) 442 MOCA ". 65 g of white, free-flowing hydroxyethylcellulose (Union Carbide Chem, Danbury, CT) during the low viscosity region
icals and Plastics Corp.) was formulated with a urethane mixture. Hydroxyethylcellulose is insoluble in organic solvents but is soluble in warm or cold water. The composite mixture was then processed in a manner similar to that shown in Example 1.

【0042】図5〜9で最も良く示される別の例におい
て、製品10の作業面18はさらに凹面および/又は凸面部
分又は加工構造28を備えるミニ又はマクロサイズのパタ
ーン又は溝26を設けることができる。溝26は作業面18の
少なくとも一部分に作業面18を機械加工、浮彫り、ター
ニング、研磨、模写およびレーザ加工のような機械的溝
付け法により形成できる。当業者は、溝26が例えばエッ
チングのような種々の他の機械的又は化学的方法により
形成できることを理解できよう。
In another example, best shown in FIGS. 5-9, the working surface 18 of the product 10 may further be provided with a mini or macro sized pattern or groove 26 comprising concave and / or convex portions or working structures 28. it can. The grooves 26 can be formed in at least a portion of the working surface 18 by mechanical grooving methods such as machining, embossing, turning, polishing, copying and laser machining. Those skilled in the art will appreciate that the grooves 26 can be formed by various other mechanical or chemical methods, such as, for example, etching.

【0043】作業面18を溝付けすることにより、50%ま
で又はそれ以上の表面を露出して研磨の間における滓の
除去を容易にすることができる。これに加えて、作業面
18の溝付けは微小エレメント16’が作業環境に対して露
出する数を増やすことで研磨作用を強化する。溝26は必
要に応じて様々のパターン、輪郭、溝、渦巻き、半径、
ドット、又は他の任意の形状で形成できる。パッド12の
作業面18を溝付けすることは、微小規模で一連の硬度変
化を付けることになる。例えば、加工構造28は、より硬
い副表面24に加えて硬いコアと柔らかい外表面を持つ円
錐又は穂先を形成するように成形できる。
By grooving the work surface 18, up to 50% or more of the surface can be exposed to facilitate removal of slag during polishing. In addition to this, the work surface
The grooving 18 enhances the polishing action by increasing the number of microelements 16 'exposed to the working environment. The groove 26 can be various patterns, contours, grooves, spirals, radii,
It can be formed in dots or any other shape. Grooving the working surface 18 of the pad 12 results in a series of changes in hardness on a microscopic scale. For example, the working structure 28 can be shaped to form a cone or tip having a harder core and a softer outer surface in addition to the harder subsurface 24.

【0044】好ましくは、加工構造28は約 0.1mmから約
10mmの間の距離で間隔をあけ、約1mmと約10mmとの
間の深さを有する。一般的に、加工構造28が第1の寸法
(first dimension) で高分子微小エレメント16の平均直
径の約1000倍よりも小さい長さを有することが好まし
い。加工構造28が高分子微小エレメント16の平均直径の
約2000倍よりも小さい深さを有することも好ましい。
Preferably, the working structures 28 are spaced at a distance between about 0.1 mm and about 10 mm and have a depth between about 1 mm and about 10 mm. Generally, the processing structure 28 has a first dimension
In the (first dimension), it is preferable to have a length smaller than about 1000 times the average diameter of the polymer microelement 16. It is also preferred that the working structure 28 has a depth that is less than about 2000 times the average diameter of the polymeric microelement 16.

【0045】図5と6で最も良く示されるように、作業
面18は約1000μm と5mmの間の幅を有する加工構造28を
含むミニサイズの溝を備えることができる。図5と6で
示されるミニサイズの溝は偏心円パターンであるもの
の、当業者はミニサイズの溝が上述したものを含む渦巻
きその他のパターンとなり得ることを理解できよう。
As best shown in FIGS. 5 and 6, the working surface 18 can be provided with a mini-sized groove containing a working structure 28 having a width between about 1000 μm and 5 mm. Although the mini-sized grooves shown in FIGS. 5 and 6 have an eccentric circular pattern, those skilled in the art will appreciate that the mini-sized grooves can be spirals or other patterns, including those described above.

【0046】図7と8で最も良く示されるように、作業
面18はその各々が約5mmより大きい幅を有する加工構造
28を含むマクロサイズの溝を備えることができる。図7
と8で示されるように、ミニサイズの溝は全体的に方形
の格子であるものの、当業者はミニサイズの溝が必要に
応じて上述したものを含む任意のパターンで形成できる
ことを理解できよう。
As best shown in FIGS. 7 and 8, the work surface 18 has a working structure each having a width greater than about 5 mm.
Macro-sized grooves, including 28, can be provided. FIG.
Although the mini-sized grooves are generally square grids, as shown at and 8, those skilled in the art will appreciate that the mini-sized grooves can be formed in any pattern, including those described above, as desired. .

【0047】マクロサイズの溝およびミニサイズの溝は
浮彫り、ターニング、研磨、模写およびレーザ加工のよ
うな典型的機械加工法および当業者に周知の様々な他の
方法により形成できる。
The macro-sized and mini-sized grooves can be formed by typical machining methods such as embossing, turning, polishing, replication and laser processing and various other methods well known to those skilled in the art.

【0048】〔製品の具体例6〕標準的旋盤および単一
先端工具を用いて、円形および方形格子パターンそれぞ
れを、旋盤又はフライス盤の回転板に真空装着された作
業面18の上に重ね合わせることにより、図5から8の示
す作業面18が切削された。組合せ切削工具(ganged cut
ting tools) あるいはぎざぎさ歯(serrated teeths )
が定間隔に付けられた特注切削コーム(combs )を有す
る従来のフライス盤が、作業面18を所望のパターンに加
工するのに用いられた。
Product Example 6 Using a standard lathe and a single-tip tool, superimpose a circular and square grid pattern, respectively, on a work surface 18 vacuum-mounted on a rotating plate of a lathe or milling machine. As a result, the working surface 18 shown in FIGS. 5 to 8 was cut. Ganged cut
ting tools) or serrated teeth
A conventional milling machine having custom-built cutting combs spaced at regular intervals was used to machine the work surface 18 into the desired pattern.

【0049】図5に最も良く示されているように、環状
のミニサイズの溝が研磨パッドに付けられて 1.397mm
(0.055 ″)のピッチを有する溝を形成し、それぞれの
溝は 0.356mm(0.014 ″)の深さを有する。溝の形状は
図6に示されるように、パッドの内径に向かって60度の
傾斜を持つのこ歯ねじ形状(buttress thread )であ
る。
As best shown in FIG. 5, an annular mini-sized groove is formed in the polishing pad to a depth of 1.397 mm.
Grooves having a pitch of (0.055 ") are formed, each groove having a depth of 0.356 mm (0.014"). As shown in FIG. 6, the shape of the groove is a buttress thread having a slope of 60 degrees toward the inner diameter of the pad.

【0050】図7と8に示されている方形格子マクロサ
イズの溝28は、水平フライス盤上で加工されて、幅 0.8
13mm(0.032 ″)および深さ 0.635mm(0.025 ″)の溝
を持つ複数の方形を作り、この溝によって 6.35 mm(0.
025 ″)の加工構造28が定められる。
The square grid macro-sized grooves 28 shown in FIGS. 7 and 8 are machined on a horizontal milling machine to a width of 0.8 mm.
Create multiple squares with a groove of 13mm (0.032 ") and a depth of 0.635mm (0.025").
[025] A machining structure 28) is defined.

【0051】図9で最も良く示されるように、作業面18
は炭酸ガスレーザの使用により生じた、約1000μm と5
mmの間にある幅を有する加工構造28を含むミニサイズの
溝を備えることもできる。好ましくは、ミクロサイズの
溝は作業面18上の砕片パターンの形状で作られるものと
する。ここで定義する「砕片パターン(fractal Patter
n )」とは、加工構造が相互に異なる反復加工構造を有
する反復パターンを意味する。砕片パターンは、コッホ
アイランド アンド レイク(Koch Island& Lake)
砕片パターンのゴスパーアイランド(Gosper Island )
変形(「Gosperpattern」)(図9に示される)のよう
な確定的又は非確定的数学的式(mathematical formula
s) により作ることができる。適切な砕片モデルには円
形、球形およびスイスチーズ トレマス(tremas)がふ
くまれるものの、当業者は必要に応じて本発明に従い他
の適切な砕片パターンが使用できることを理解できよ
う。好ましくは、砕片パターンは雑然とした(chaotic)
又はランダムな形とする。
As best shown in FIG.
Is about 1000 μm and 5
It is also possible to provide a mini-sized groove including a working structure 28 having a width between mm. Preferably, the micro-sized grooves are made in the form of a debris pattern on the work surface 18. As defined here, "fractal pattern
"n)" means a repetitive pattern having a repetitive processing structure in which the processing structures are different from each other. Debris pattern at Koch Island & Lake
Fragment pattern of Gosper Island
A deterministic or non-deterministic mathematical formula such as a variant (“Gosperpattern”) (shown in FIG. 9)
s). While suitable fragment models include round, spherical and Swiss cheese tremas, those skilled in the art will recognize that other suitable fragment patterns may be used in accordance with the present invention as needed. Preferably, the debris pattern is chaotic
Or a random form.

【0052】〔製品の具体例7〕図9で最も良く示され
るように、溝又はミニサイズの溝は 100ワットの連続波
出力を有する典型的な炭酸ガスレーザを用いて研磨パッ
ド12に加工された。電力定格、出力およびビーム焦点は
約 0.458mm(0.018 ″)の深さと約 0.127mm(0.005
″)以下の幅を持つ溝を切削するように選択された。
ミニサイズの溝は上述したコッホアイランド アンド
レイク(Koch Island & Lake)砕片パターンのゴスパー
アイランド(Gosper Island )変形であった。砕片パ
ターン像はレーザビームの動きを制御してパッド12の作
業面18に砕片パターンを形成する従来のコンピューター
の数値制御装置へ電子的に読み込まれ、プログラムされ
た。気体痕の蓄積を防ぐために、接着遮蔽物(adhesive
mask )がパッド上に置かれた。この接着遮蔽物は同時
に、溝の縁に溶着する付随マイナー(attendant minor
)も減少させた。
Product Example 7 As best shown in FIG. 9, the grooves or mini-sized grooves were machined into the polishing pad 12 using a typical carbon dioxide laser having a continuous wave output of 100 watts. . The power rating, power and beam focus are about 0.458 mm (0.018 ") deep and about 0.127 mm (0.005").
″) Selected to cut grooves with the following widths:
The mini-size groove is the Koch Island and
It was a Gosper Island deformation of the Lake (Koch Island & Lake) fragmentation pattern. The debris pattern image was electronically read and programmed into a conventional computer numerical controller that controlled the movement of the laser beam to form a debris pattern on the work surface 18 of the pad 12. Adhesive shield (adhesive) to prevent accumulation of gas traces
mask) was placed on the pad. The adhesive shield is simultaneously attached to the minor edge of the groove (attendant minor).
) Was also reduced.

【0053】別の方法として、又は追加的に、ミニサイ
ズの溝を形成するために、隔離「メサ(mesa)」パター
ンを作業面18に浮き彫りすることができる。例えば、従
来の30 トンプレス機を用いて約 25 トンの圧力を加
え、パッド12の作業面18にミニサイズの溝を浮き彫りす
ることが出来る。浮き彫り効果を強化するため、熱を加
えることができる。
Alternatively, or additionally, an isolated “mesa” pattern can be embossed on work surface 18 to form mini-sized grooves. For example, a conventional 30 ton press can be used to apply a pressure of about 25 tons to emboss a mini-sized groove on the work surface 18 of the pad 12. Heat can be applied to enhance the relief effect.

【0054】本発明に従う製品10以下を利用する、半導
体デバイスの表面を平坦化する本発明に従う方法が一般
的に以下で説明される。
A method according to the invention for planarizing the surface of a semiconductor device, utilizing a product 10 or less according to the invention, is generally described below.

【0055】図1〜3において、本方法は一般的に高分
子マトリックス14を備える製品10又は110 を設ける初期
段階を具備する。高分子マトリックス14は複数の高分子
微小エレメント16が含浸されている。高分子マトリック
ス14を設け、マトリックス14に微小エレメント 16 を含
浸する段階の詳細は上述されており、そのこれ以上の論
議は不必要であると考えられ、際限がないと思われる。
好ましくは、製品10又は110 の作用面18は溝付けされ、
加工構造28を形成して拡大された作業面を設け、作業面
が全体的に平坦であれば通常は露出されない微小エレメ
ントを作業環境に対して露出するものとする。
Referring to FIGS. 1-3, the method generally comprises an initial step of providing a product 10 or 110 comprising a polymeric matrix 14. The polymer matrix 14 is impregnated with a plurality of polymer microelements 16. The details of providing the polymer matrix 14 and impregnating the matrix 14 with the microelements 16 have been described above, and further discussion is deemed unnecessary and appears to be infinite.
Preferably, the working surface 18 of the product 10 or 110 is grooved,
The working structure 28 is formed to provide an enlarged working surface, and if the working surface is entirely flat, microelements that are not normally exposed are exposed to the working environment.

【0056】本方法は製品10又は110 の作業面18の少な
くとも一部分を、製品10又は110 の作業面18における高
分子微小エレメント16’が隣接する副表面24に位置する
高分子微小エレメント16よりも硬さが減じるように作業
環境に接触させる段階をさらに具備する。例えば作業面
18の近傍に位置する少なくとも一部の高分子微小エレメ
ント16のシェル20の一部分がその一部分を薄切り、研
削、切断および孔明けのうち少なくとも一つの方法によ
り、或いは化学的にシェル20の一部分を変化又は軟化す
ることにより開口され、作業面18の高分子微小エレメン
ト16’の一部分を副表面24に位置する微小エレメント16
より硬さが減ずるようにする。どのようにして作業面18
における高分子エレメント16’の硬さが減らせ得るかに
関する詳細は上述されており、そのこれ以上の論議は不
必要であると考えられ、際限がないと思われる。
The present method makes at least a portion of the work surface 18 of the product 10 or 110 less than the polymer microelements 16 ′ on the work surface 18 of the product 10 or 110 where the polymer microelements 16 ′ are located on the adjacent minor surface 24. The method may further include contacting the work environment to reduce the hardness. For example work surface
A portion of the shell 20 of at least some of the polymeric microelements 16 located in the vicinity of 18 partially slices, alters a portion of the shell 20 by at least one of grinding, cutting and drilling, or chemically Alternatively, a part of the polymer micro element 16 ′ of the working surface 18 which is opened by softening and a part of the
Make the hardness less. How to work surface 18
The details as to whether the hardness of the polymeric element 16 'in can be reduced have been described above, and further discussion is deemed unnecessary and appears to be infinite.

【0057】本方法は半導体デバイス(図示せず)の表
面(同様に図示せず)を製品の作業面18の少なくとも一
部分に、半導体デバイスの表面が十分に平坦化されるよ
うに接触される段階をさらに具備する。製品10又は研磨
パッド12は当業者に周知のような従来の研磨機に取り付
けられる。好ましくは、作業面18は平坦化される半導体
デバイスの表面に全体的に平行に向けられ、例えば、必
要に応じて半導体デバイスの表面を平坦化又は研削する
ように直線又は円形の摺動接触で動かされるものとす
る。
The method includes contacting a surface (also not shown) of a semiconductor device (not shown) with at least a portion of the work surface 18 of the product such that the surface of the semiconductor device is sufficiently planarized. Is further provided. Product 10 or polishing pad 12 is mounted on a conventional polishing machine as is well known to those skilled in the art. Preferably, work surface 18 is oriented generally parallel to the surface of the semiconductor device to be planarized, for example, with straight or circular sliding contacts to planarize or grind the surface of the semiconductor device as needed. Shall be moved.

【0058】パッド12の作業面18が半導体デバイスの表
面との摺動接触で研削されるにつれ、副表面24の一部分
が露出され、副表面24の微小エレメント16が研削される
か又は化学的な変化を受けるか、或いは軟化されて前に
研削された作業面に類似する物理的特性を有する新しい
作業面18を形成する。従って、半導体デバイスの表面と
接触する作業面18が実質的に連続して再生され、半導体
デバイスの表面に終始一貫した平坦化又は研磨作用を及
ぼす。
As the working surface 18 of the pad 12 is ground in sliding contact with the surface of the semiconductor device, a portion of the subsurface 24 is exposed and the microelements 16 of the subsurface 24 are ground or chemically The work surface undergoes a change or is softened to form a new work surface 18 having similar physical properties to the previously ground work surface. Thus, the work surface 18 in contact with the surface of the semiconductor device is substantially continuously regenerated and exerts a consistent flattening or polishing action on the surface of the semiconductor device.

【0059】本発明に従う製品の作業面18を再生する本
発明に従う方法が一般的に以下で説明される。
The method according to the invention for regenerating the work surface 18 of a product according to the invention is described generally below.

【0060】図11において、本方法は高分子マトリッ
クス14を備える製品410 又はパッド12を設け、マトリッ
クス14に複数の高分子微小エレメント16を含浸する初期
段階を具備する。製品10を形成する段階の詳細は上述さ
れており、そのこれ以上の論議は不必要であると考えら
れ、際限がないと思われる。
Referring to FIG. 11, the method includes the steps of providing a product 410 or pad 12 comprising a polymeric matrix 14 and impregnating the matrix 14 with a plurality of polymeric microelements 16. Details of the steps for forming the product 10 have been described above, and further discussion is deemed unnecessary and appears to be infinite.

【0061】本方法は作業面18の近傍に位置する少なく
とも一部の高分子微小エレメント16のシェル20の少なく
とも一部分を、開口した微小エレメント16' が副表面24
の微小エレメント16より硬さが減ずるように開口する段
階をさらに具備する。高分子微小エレメントを開口する
段階は微小エレメント16のシェル20各々の一部分を薄切
り、研削、切断および孔明けのうち少なくとも一つを備
えることができる。図11で最も良く示されるように、
作業面18における微小エレメント16’のシェル20はその
一部分が図11で断面で示されている組み合わせ(combi
ned)ポメルゲーション(pommelgation)および孔明け装
置30により孔明けできる。装置30は作業面18と微小エレ
メント16に孔明けするに十分な剛性を有する任意の材
料、例えばステンレススチール、アルミニウムその他の
金属から形成することができる。装置30は作業面18の近
傍に位置する高分子微小エレメント16のシェル20の少な
くとも一部分に孔を明ける複数の鋭い工具又は針32を備
える。
In the present method, at least a part of the shell 20 of at least a part of the polymer microelements 16 located near the work surface 18 is opened,
The method further includes the step of opening the microelements 16 so that the hardness of the microelements 16 is reduced. The step of opening the polymeric microelement may include at least one of slicing, grinding, cutting and drilling a portion of each of the shells 20 of the microelement 16. As best shown in FIG.
The shell 20 of the microelement 16 'on the work surface 18 is a combination (combi) of which a part is shown in section in FIG.
ned) can be pierced by pommelgation and piercing device 30; Apparatus 30 can be formed from any material that is sufficiently rigid to perforate work surface 18 and microelement 16, for example, stainless steel, aluminum, or other metals. Apparatus 30 includes a plurality of sharp tools or needles 32 for piercing at least a portion of shell 20 of polymeric microelement 16 located near work surface 18.

【0062】針32に加えて、装置30は針32が作業面18に
深く孔明けし過ぎることを防ぐ、少なくとも一つの、好
ましくは複数のパッド34を備える。好ましくは、針32は
作業面18に約60μm の深さで孔を明けるものとするが、
当業者は装置30の孔明け深さが必要に応じて60μm から
増減する任意の深さをとり得ることが理解できよう。例
えば、60μm より大きな深さに達する作業面18に孔を明
けるため、長い針32を用いることができる。
In addition to the needle 32, the device 30 includes at least one, and preferably a plurality of pads 34 that prevent the needle 32 from piercing too deep into the work surface 18. Preferably, the needle 32 pierces the working surface 18 at a depth of about 60 μm,
Those skilled in the art will appreciate that the depth of piercing of the device 30 can be any depth that increases or decreases from 60 μm as needed. For example, a long needle 32 can be used to pierce the working surface 18 to a depth greater than 60 μm.

【0063】当業者は必要に応じて複数回数にわたって
微小エレメント16が開口され、又はパッド12が孔明けさ
れ得ることが理解できよう。
Those skilled in the art will appreciate that the microelement 16 may be opened or the pad 12 may be pierced multiple times as needed.

【0064】別の例においては、作業面18の近傍に位置
する高分子微小エレメント16のシェル20の少なくとも一
部分が、作業面18における部分的に変化した高分子微小
エレメント16が副表面24に埋め込まれた高分子微小エレ
メント16より硬さが減ずるように作業環境により化学的
に変化又は軟化される。例えば、高分子微小エレメント
16は水を含む作業環境に接触した時に少なくとも一部分
が溶解するメチルセルローズ又は水酸化プロピルメチル
セルローズを備える水溶性セルローズエーテルから形成
できる。
In another example, at least a portion of the shell 20 of the polymeric microelement 16 located near the working surface 18 is partially embedded with the partially modified polymeric microelement 16 on the working surface 18. It is chemically changed or softened depending on the working environment so that the hardness is lower than that of the polymer microelement 16 which has been set. For example, polymer microelements
16 can be formed from a water-soluble cellulose ether comprising methyl cellulose or propyl methylcellulose that at least partially dissolves when contacted with a working environment containing water.

【0065】前述の説明から、本発明が半導体デバイス
のような加工品の表面を変化する製品、およびこのよう
な製品の作業面の一部分に位置する高分子微小エレンメ
ントの有効剛性を減少し、このような製品の作業面を再
生し、さらに半導体デバイスの表面をこのような製品を
利用して平坦化する方法を具備することが理解できる。
本製品は基板その他の加工品をより迅速かつ均一に研磨
又は平坦化するため使用できる。
From the foregoing description, it can be seen that the present invention reduces the effective stiffness of a product that changes the surface of a workpiece, such as a semiconductor device, and a polymeric micro-element located on a portion of the work surface of such a product, It can be seen that there is provided a method of regenerating the work surface of such a product and flattening the surface of the semiconductor device using such a product.
The product can be used to polish or planarize substrates and other workpieces more quickly and uniformly.

【0066】上述例の広い発明的着想から逸脱すること
なく例に他の改変を加え得ることは当業者により認識さ
れよう。従って、本発明が開示された例に限定されず、
添付の特許請求範囲により定義される本発明の精神と範
囲内にあるすべての変更を包含する意図のあることが理
解される筈である。
It will be appreciated by those skilled in the art that other modifications can be made to the examples without departing from the broad inventive concept of the above examples. Thus, the invention is not limited to the disclosed examples,
It should be understood that it is intended to cover all modifications that fall within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

【0067】[0067]

【発明の効果】この発明の加工品を平坦化する方法は、
上述のような構成を有しており、製品の作業面が再生
し、作業面が加工品と接触するにつれて大きく変化しな
いため、加工品の表面を均質に平坦化することができ
る。
The method for flattening a processed product according to the present invention comprises:
With the configuration as described above, the work surface of the product is regenerated and does not change significantly as the work surface comes into contact with the workpiece, so that the surface of the workpiece can be uniformly flattened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明で使用する製品の略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view of a product used in the present invention.

【図2】 本発明で使用する製品の変更態様の略断面
図。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a modified embodiment of a product used in the present invention.

【図3】 本発明で使用する製品の変更態様の、製品作
業面における微小エレメントが作業環境に接した時に膨
張した状態を示す略断面図。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a microelement on a product working surface is expanded when it comes into contact with a working environment in a modified embodiment of a product used in the present invention.

【図4】 典型的な半導体デバイスの表面における模様
間距離の関数としての平坦化率のグラフ。
FIG. 4 is a graph of flattening ratio as a function of inter-pattern distance at the surface of a typical semiconductor device.

【図5】 本発明で使用するミニサイズの溝付きパッド
の変更態様の概略線図。
FIG. 5 is a schematic diagram of a modified embodiment of a mini-sized grooved pad used in the present invention.

【図6】 図5の線6−6に沿う、パッドの拡大部分断
面図。
FIG. 6 is an enlarged partial cross-sectional view of the pad, taken along line 6-6 of FIG.

【図7】 本発明で使用するマクロサイズの溝付きパッ
ドの変更態様の概略線図。
FIG. 7 is a schematic diagram of a modified embodiment of a macro-sized grooved pad used in the present invention.

【図8】 図7の線8−8に沿う、パッドの拡大部分断
面図。
FIG. 8 is an enlarged partial cross-sectional view of the pad, taken along line 8-8 of FIG. 7;

【図9】 本発明で使用する砕片(fractal) パターンの
ミニサイズの溝付きパッドの変更態様。
FIG. 9 is a variation of a miniature fluted pad in a fractal pattern for use in the present invention.

【図10】 本発明で使用する製品の微小球体の流量の
関数としての比重を示す棒グラフ。
FIG. 10 is a bar graph showing specific gravity as a function of microsphere flow rate for products used in the present invention.

【図11】 本発明で使用する製品の作業面における微
小エレメントのシェルの一部をポメルゲート(pommelga
te)して突き刺すデバイスの概略線図。
FIG. 11 shows a part of a shell of a micro element on a work surface of a product used in the present invention, which is a pommelga.
te) Schematic diagram of the device to pierce.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 製品 18 作業面 16 高分子微小エレメント 20 シェル 24 副表面 22 空隙スペース 10 Product 18 Working surface 16 Polymer microelement 20 Shell 24 Subsurface 22 Void space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバーツ ジョン ヴィー.エィチ. アメリカ合衆国 デラウェア州 19702 ニューワーク ウエストカントリーレーン 17 (72)発明者 マクレーン ハリー ジョージ アメリカ合衆国 デラウェア州 19709 ミドルタウン シュガーパインドライブ 257 (72)発明者 ジェンセン エルミール ウイリアム アメリカ合衆国 デラウェア州 19720 ニューキャッスル サウスデュポンハイウ ェー 325 (72)発明者 バディンガー ウィリアム ディー. アメリカ合衆国 デラウェア州 19713 ニューワーク ベレーヴロード 451 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Roberts John V. Inventor. Eti. United States Delaware 19702 Newark West Country Lane 17 (72) Inventor McLane Harry George United States of America Delaware 19709 Middletown Sugar Pine Drive 257 (72) Inventor Jensen Elmir William United States of America Delaware 19720 Newcastle South Dupont Highway 325 (72) Inventor Badinger William D. Delaware, USA 19713 Newwork Beleved Road 451

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高分子マトリックスに複数の空隙スペー
スを有する高分子微小エレメントを含浸して作業面およ
び前記作業面に隣接する副表面を有するようにした製品
を作業環境に接触させることにより、前記作業面に隣接
して位置する高分子微小エレメントのシェルの少なくと
も一部分が開口され、前記開口された高分子微小エレメ
ントが前記副表面に埋め込まれた高分子微小エレメント
よりも硬さが減じ、前記製品の作業面が再生するように
したことを特徴とする加工品の表面を平坦化する方法。
1. A method of impregnating a polymer matrix with a polymer microelement having a plurality of void spaces and having a work surface and a sub-surface adjacent to the work surface, the product being brought into contact with a work environment. At least a portion of the shell of the polymeric microelement located adjacent to the working surface is opened, wherein the opened polymeric microelement is less stiff than the polymeric microelement embedded in the sub-surface; A method of flattening the surface of a processed product, wherein the work surface is regenerated.
【請求項2】 前記高分子微小エレメントのシェルが、
前記シェルの一部分の薄切り、研削、切断および孔明の
いずれかにより開口されるものとした請求項1記載の加
工品の表面を平坦化する方法。
2. The shell of the polymer microelement,
The method of claim 1 wherein the shell is opened by any of slicing, grinding, cutting and drilling a portion of the shell.
【請求項3】 前記作業面の近傍に位置する高分子微小
エレメントが、そのシェルの少なくとも一部分が作業環
境により化学的に変化することにより、前記副表面に埋
め込まれた高分子微小エレメントよりも硬さが減じるよ
うにした請求項1記載の加工品の表面を平坦化する方
法。
3. The polymer microelement located near the working surface is harder than the polymer microelement embedded in the sub-surface by at least a part of the shell being chemically changed depending on the working environment. The method for flattening a surface of a processed product according to claim 1, wherein the surface is reduced.
【請求項4】 前記作業面の一部分に溝を付け、作業環
境と接触したときに剛性が減少するようにした請求項
1、2又は3記載の加工品の表面を平坦化する方法。
4. The method for flattening a surface of a workpiece according to claim 1, wherein a groove is formed in a part of the work surface so that rigidity is reduced when the work surface comes into contact with the work environment.
【請求項5】 前記加工品を半導体デバイスとした請求
項1、2、3又は4記載の加工品の表面を平坦化する方
5. The method for flattening a surface of a processed product according to claim 1, wherein the processed product is a semiconductor device.
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