JP2000263422A - 研磨パッドの製造方法 - Google Patents

研磨パッドの製造方法

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JP2000263422A
JP2000263422A JP7004299A JP7004299A JP2000263422A JP 2000263422 A JP2000263422 A JP 2000263422A JP 7004299 A JP7004299 A JP 7004299A JP 7004299 A JP7004299 A JP 7004299A JP 2000263422 A JP2000263422 A JP 2000263422A
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邦恭 城
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の研磨パッドは、製品ロット間で研磨レー
トにバラツキのあることが問題となっている。 【解決手段】工程中に、 (1)樹脂板の周囲をガスバリア性の材料で覆う工程 (2)モノマを樹脂板中に含浸させる工程 (3)加熱し、樹脂板を硬化させる工程 を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨パッドの製造方
法に関するものであり、さらに、シリコンなど半導体基
板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を機械
的に平坦化する工程と関連して好適に利用できる研磨パ
ッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリに代表される大規模集積回
路(LSI)は、年々集積化が進んでおり、それに伴い
大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さ
らに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の
積層数も増加している。その積層数の増加により、従来
は問題とならなかった積層にすることによって生じる半
導体ウェハー主面の凹凸が問題となっている。その結
果、例えば日経マイクロデバイス1994年7月号50
〜57頁記載のように、積層することによって生じる凹
凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、ある
いはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させ
る目的で、化学機械研磨(CMP:Chemical
Mechanical Polishing)技術を用
いた半導体ウェハの平坦化が検討されている。
【0003】一般にCMP装置は、被研磨物である半導
体ウェハを保持する研磨ヘッド、被研磨物の研磨処理を
おこなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する
研磨定盤から構成されている。そして、半導体ウェハの
研磨処理は研磨剤と薬液からなる研磨スラリーを用い
て、半導体ウェハと研磨パッドを相対運動させることに
より、半導体ウェハ表面の層の突出した部分を除去し、
ウェハ表面の層を滑らかにするものである。
【0004】CMPの研磨特性については、高い研磨レ
ートの確保、スクラッチ傷の防止、ウェハの局所平坦
性,グローバル平坦性,ユニフォーミティの確保等に代
表される様々な要求がある。研磨パッドに関する従来技
術としては、特表平8−500622号公報に開示され
ているように、ポリエーテル系ウレタンプレポリマに硬
化剤として4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニ
リン)(略称名:MOCA)と、さらに独立気泡を有す
る構造とするためにマイクロバルーンを混合し硬化させ
て得られる、硬質発泡ポリウレタンが挙げられる。この
タイプの研磨パッドは独立気泡を有するため研磨パッド
の弾性特性が向上し、その結果、半導体基板表面の局所
的な凹凸の平坦性が実用上耐えうるレベルのものが得ら
れ、さらに研磨層表面に開口した気泡には研磨スラリー
が蓄えられ、半導体基板研磨点への研磨スラリーの効果
的な供給がなされるため、比較的高い研磨レートが得ら
れ、またスクラッチ傷が入りにくい等の特徴を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このタ
イプの研磨パッドは、製品ロット間で研磨レートにバラ
ツキのあることが問題となっている。我々が検討を行っ
た結果、このタイプの研磨パッドは製法上、特に硬化反
応(架橋反応)の制御が難しいため、得られる研磨パッ
ドの品質再現性が十分ではないことがこの原因であると
推察している。
【0006】本発明の目的は、独立気泡が均一に存在す
るような硬質の樹脂板からなる研磨パッドを、比較的簡
便に、かつ品質再現性良く製造しうる方法を提供しよう
とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段として、本発明は以下の構成からなる。
【0008】「工程中に、 (1)樹脂板の周囲をガスバリア性の材料で覆う工程 (2)モノマを樹脂板中に含浸させる工程 (3)加熱し、樹脂板を硬化させる工程 を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。」すな
わち、研磨パッドに必要とされる特性である独立気泡
を、製造時に気泡のコントロールが比較的容易な軟質の
樹脂板の特性から、また、硬度をモノマの重合硬化物の
特性から得ることにより、独立気泡が均一に存在するよ
うな硬質の樹脂板からなる研磨パッドを、比較的簡便
に、かつ品質再現性良く製造しうる方法を提供しようと
するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明における研磨パッド
の製造方法について、工程毎に詳細を記載する。
【0010】第1工程は、樹脂板の周囲をガスバリア性
の材料で覆う工程である。
【0011】樹脂板は特に限定されるものではない。具
体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステ
ル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、エポ
キシ樹脂、ABS樹脂、ネオプレンゴム、ブタジエンゴ
ム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴ
ム、シリコンゴム等が挙げられる。また、CMP用研磨
パッドに対する要求特性の点から、樹脂板は独立気泡を
有していることが好ましい。樹脂板への独立気泡の形成
方法としては、樹脂中への各種発泡剤の配合による化学
発泡法が一般的であるが、機械的な攪拌により樹脂を発
泡させたのち硬化させる方法、樹脂中に中空のマイクロ
ビーズを分散後、硬化させマイクロビーズ部分を独立気
泡とする方法等の他の方法も好ましく使用することがで
きる。このような観点からは、独立気泡径が比較的容易
にコントロールできる点でポリウレタンが好ましい。ポ
リウレタンはポリイソシアネートの重付加反応または重
合反応に基づき合成される高分子であり、ポリイソシア
ネートの対象として用いられる化合物は、含活性水素化
合物、すなわち2つ以上のポリヒドロキシ基、あるいは
アミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして
はトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソ
シアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチ
レンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等
を挙げることができる。また、ポリヒドロキシ基含有化
合物としては、ポリオールが代表的であり、ポリエーテ
ルポリオール、ポリテトラメチレングリコール、エポキ
シ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アク
リルポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられ
る。硬度と気泡径と発泡倍率によって、ポリイソシアネ
ートとポリオール、および、触媒、発泡剤、整泡剤の組
み合わせや最適量を決めることが好ましい。
【0012】ガスバリア性の材料としては、無機ガラ
ス、アルミニウム,銅,鉄,SUS等の金属、ポリビニ
ルアルコール(PVA),エチレン−酢酸ビニル共重合
体(EVA)等のガスバリア性を有する樹脂との多層押
出成型により製造されるポリオレフィン系フィルム、ポ
リビニルアルコール(PVA),エチレン−酢酸ビニル
共重合体(EVA)等のガスバリア性を有する樹脂によ
り表面が被覆されたポリオレフィン系樹脂,フィルム等
が挙げられる。この中でも、製造された研磨パッドの離
型性が良好な点で、無機ガラスが好ましい。
【0013】樹脂板の周囲をガスバリア性材料で覆う方
法は、特に限定されるものではない。具体的には、樹脂
板の周囲にガスバリア性を有する所定厚さのガスケット
を配し、そのガスケットを介して2枚のガスバリア性材
料からなる板で樹脂板を挟み込む方法、ガスバリア性材
料からなる筐体中に樹脂板を入れ密封する方法、ガスバ
リア性フィルムからなる袋中に樹脂板を入れ密封する方
法等が挙げられる。
【0014】また、製造効率の向上のため、複数枚の樹
脂板をプラスチックフィルム,金属箔,紙等を介して積
層したものの周囲を、ガスバリア性の材料で覆う方法に
ついても、本発明に含まれるものである。
【0015】なお、ガスバリア性の材料で覆わない場合
には、後に述べる加熱,硬化の際にモノマが揮発し、硬
質なものが得られないため好ましくない。
【0016】第2工程はモノマを樹脂板中に含浸させる
工程である。
【0017】モノマとしては特に限定されるものではな
いが、含浸,重合の容易さ、得られる表面硬度の高さ等
の点で、ビニル化合物が好ましい。具体的にはメチルア
クリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレー
ト、エチルメタクリレート、n−ブチルアクリレート、
n−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタク
リレート、イソデシルメタクリレート、n−ラウリルメ
タクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、
2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキ
シブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタク
リレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリ
シジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリ
レート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル
酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、
マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチ
ル、マレイン酸ジプロピル、アクリロニトリル、アクリ
ルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α
−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコ
ールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタク
リレート等が挙げられる。
【0018】これらのモノマの重合開始剤としては、ア
ゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4−ジメチ
ルバレロニトリル)、アゾビスシクロヘキサンカルボニ
トリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオ
キサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等の
ラジカル開始剤を使用することができる。また、酸化還
元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の
組合せを使用することもできる。これらの重合開始剤
は、単独のみならず、2種以上を混合しても使用でき
る。また、モノマには、製造される研磨パッドの特性改
良を目的として、帯電防止剤、潤滑剤、安定剤、染料等
の各種添加剤が添加されていても良い。
【0019】モノマの含浸方法は特に限定されるもので
はなく、樹脂板をモノマ中に浸漬する方法が挙げられ
る。なお、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減
圧、攪拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ま
しい。
【0020】モノマの含浸量は、使用するモノマおよび
樹脂板の種類や、製造される研磨パッドの特性により定
められるべきものであり、一概にはいえないが、モノマ
の重量が樹脂板の重量以上、3倍未満であることが好ま
しい。樹脂板の重量未満である場合には、得られる研磨
パッドの表面硬度が低く、また3倍以上の場合には、樹
脂板の独立気泡がつぶれる等、得られる研磨パッドの特
性に樹脂板本来の特性が反映されず、モノマの重合硬化
物の特性が強いものとなるため、共に研磨パッドとして
使用するには好ましくない。
【0021】第1工程と第2工程の順序はどちらが先で
あっても特に問題はない。すなわち、第1工程が先であ
る場合は、樹脂板の周囲をガスバリア性の材料で覆った
後、系内にモノマを注入し、モノマを樹脂板中に含浸さ
せる方法が挙げられ、また、第2工程が先である場合
は、モノマが入った槽中に樹脂板を浸漬し、モノマを含
浸させた後、槽から取り出し、該樹脂板の周囲をガスバ
リア性の材料で覆う方法が挙げられる。工程が簡略な
点,作業環境が良好な点で、第1工程が先である方が好
ましい。第2工程が先である場合には、モノマ含浸後の
樹脂板を槽から取り出す際に、モノマ臭気が飛散するた
め作業環境上あまり好ましくない。
【0022】第3工程は、ガスバリア性材料で覆われた
樹脂板を加熱,硬化させる工程である。
【0023】加熱方法は特に限定されるものではない。
具体的には、熱風オーブン等の空気浴中での加熱、水
浴,油浴中での加熱、ジャケット,ホットプレスによる
加熱等が挙げられる。中でも、熱媒体の熱容量が大き
く、加熱,硬化時の重合発熱の速やかな放散が可能な点
で、水浴,油浴中での加熱が好ましい。
【0024】加熱温度,時間は、モノマ,重合開始剤の
種類,量等により定められるべきものであるが、例えば
モノマにメチルメタクリレート,重合開始剤にアゾビス
イソブチロニトリルを使用した場合においては、70
℃,5時間程度加熱後、100℃,3時間程度加熱する
ことにより、樹脂板を重合硬化することができる。
【0025】以上の工程により、研磨パッドを完成する
ことができる。
【0026】また、研磨スラリーの保持性,流動性の向
上、研磨パッド表面からの研磨屑除去効率の向上等を目
的として、研磨パッド表面には溝,孔等の加工を施すこ
とが好ましい。
【0027】研磨パッド表面への溝,孔の形成方法は特
に限定されるものではない。具体的には、研磨パッド表
面を切削加工することにより溝を形成する方法、研磨パ
ッド表面に加熱された金型,熱線等を接触させ、接触部
を溶解させることにより溝を形成する方法、溝の形成さ
れた金型を使用し、始めから溝を形成した研磨パッドを
成形する方法、高分子シート表面に重合性化合物を部分
的に膨潤させ、重合硬化させることにより、膨潤してい
ない部分を溝として形成する方法、ドリル,トムソン刃
等で孔を形成する方法等が挙げられる。
【0028】本発明において製造される研磨パッドは、
平均孔径500μm以下の独立気泡を有し、かつ見かけ
密度が0.6〜0.9の範囲であることが、高い研磨レ
ートの確保、スクラッチ傷の防止、ウェハの局所平坦
性,グローバル平坦性,ユニフォーミティの確保ができ
る点で好ましい。見かけ密度が0.9より大きいと、研
磨パッド表面での研磨スラリーの保液性に劣るため、ス
クラッチ傷が入る可能性が高くなり、また、平均孔径が
500μmより大きいか、または見かけ密度が0.6よ
り小さいと結果的に連続気泡となる傾向があるため、研
磨パッドの弾性特性が低下し、その結果、平坦性の確保
が困難となる傾向がある。平均孔径が200μm以下
で、かつ見かけ密度が0.65から0.85の範囲であ
ることがより好ましい。なお、本発明における平均孔径
は、研磨パッド断面を倍率200倍でSEM観察し、次
に、記録されたSEM写真の気泡径を画像処理装置で測
定し、その平均値をとることにより求めた。また、見か
け密度は日本工業規格(JIS)K 7112記載の方
法により求めた。
【0029】本発明において製造される研磨パッドは、
マイクロゴムA硬度が70度以上であることが好まし
い。この値に満たない場合は、半導体表面の凹凸を研磨
した際の局所平坦性が不良となるため好ましくない。好
ましくは80度以上、さらには90度以上であることが
平坦性の観点から好ましい。
【0030】なお、本発明におけるマイクロゴム硬度と
は、高分子計器(株)製マイクロゴム硬度計“MD−
1”で測定した値をいう。マイクロゴム硬度計“MD−
1”は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物,小
物の試料の硬度測定をしたものである。また、スプリン
グ式ゴム硬度計(デュロメータ)A型の約1/5の縮小
モデルとして設計,製作されているため、その測定値
は、スプリング式ゴム硬度計A型での測定値と同一のも
のとして考えることができる。なお、通常の研磨パッド
は、研磨層または硬質層の厚みが5mm以下と薄すぎる
ため、スプリング式ゴム硬度計は評価できないが、該マ
イクロゴム硬度計“MD−1”では評価することができ
る。
【0031】また、本発明において製造される研磨パッ
ドは、単層でも複数の層でも好ましく使用されるが、C
MPによる半導体ウェハの平坦化に使用する場合は、マ
イクロゴムA硬度が、本発明の研磨パッドより10度以
上低いクッション層を隣接して有することが、ウェハの
うねりへの追随性に優れるため好ましい。
【0032】本発明により、独立気泡が均一に存在する
ような硬質の樹脂板からなる研磨パッドを、比較的簡便
に、かつ品質再現性良く製造しうる方法を提供すること
ができる。
【0033】
【実施例】以下、実施例にそってさらに本発明の詳細を
説明する。本実施例において各特性は以下の方法で測定
した。 マイクロゴムA硬度:マイクロゴム硬度計“MD−1”
(高分子計器(株)製)で測定した。 研磨レート:研磨前後のウェハ厚みを、光干渉式膜厚測
定装置“ラムダエース”VM−8000J(大日本スク
リーン製造(株)製)で測定することにより、単位時間
あたりの研磨量(研磨レート)を算出した。 実施例1 メチルメタクリレート100重量部、アゾビスイソブチ
ロニトリル0.1重量部からなる溶液中に、大きさ25
0×250mm,厚み5mmの発泡ポリウレタンシート
(マイクロゴムA硬度=50度)を12時間含浸させ
た。モノマの含浸により発泡ポリウレタンシートは、大
きさ370×370mm,厚み7.5mmとなった。ま
た、モノマの含浸量は発泡ポリウレタンシート重量の
2.5倍量であった。次にこの発泡ポリウレタンシート
を、塩化ビニル製ガスケットを介して2枚の無機ガラス
板間に挟み、周囲をダブルクリップで締め付け密閉した
後、70℃水浴中で5時間加熱し、次に100℃オーブ
ン中で3時間加熱することにより硬化させた。ガラス板
から離型後、直径300mmの円に切り抜いた後、厚み
1.25mmに研削し、表面に幅2mm,深さ0.5m
m,ピッチ15mmの碁盤目状の溝を形成し、研磨パッ
ドとした。該研磨パッドのマイクロゴムA硬度は97,
見かけ密度が0.78,独立気泡平均孔径が75μmで
あった。
【0034】次に該研磨パッドを研磨定盤に両面接着テ
ープ“442J”(住友スリーエム(株)製)で貼り合
わせ、ダイヤモンドコンディショナ“CMP−M”(直
径142mm)(旭ダイヤモンド工業(株)製)を使用
し、押しつけ圧力0.04MPa,研磨定盤回転数24
rpm,コンディショナ回転数24rpmで研磨定盤と
同方向に回転させ、純水を10ml/分で供給しながら
3分間、研磨パッドのコンディショニングを行った。
【0035】次に4インチシリコンウェハ上に幅0.2
5μm,高さ1.2μmのAl配線を0.5mm間隔で
形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをCVD
で絶縁膜を厚さ3μmになるように形成した半導体基板
を用意した。該半導体基板を研磨機の研磨ヘッドに取り
付けて36rpmで回転させ、研磨パッドを貼り付けた
研磨定盤を36rpmで研磨パッドと同方向に回転さ
せ、シリカ系研磨スラリーを50ml/分で供給しなが
ら、研磨圧力0.04MPaで10分間研磨を行った。
【0036】以上と同様にして研磨パッド作製,研磨評
価を5枚のパッドについて行った。
【0037】研磨レートは1070,1065,107
3,1086,1073オングストローム/分と研磨レ
ートのバラツキが小さいものであった。 実施例2 大きさ250×250mm,厚み1mmの発泡ポリウレ
タンシート(マイクロゴムA硬度=50度)4枚を、大
きさ370×370mm,厚み0.25mmのポリエス
テルフィルム3枚を間に介して積層した。次にこの積層
物を、塩化ビニル製ガスケットを介して2枚の無機ガラ
ス板間に挟み、周囲をダブルクリップで締め付け密閉し
た後、この中にメチルメタクリレート100重量部、ア
ゾビスイソブチロニトリル0.1重量部からなる溶液を
注射器により注入し、12時間含浸させた。
【0038】モノマの含浸により発泡ポリウレタンシー
トは、大きさ370×370mm,厚み1.5mmとな
った。また、モノマの含浸量は発泡ポリウレタンシート
重量の2.5倍量であった。70℃水浴中で5時間加熱
し、次に100℃オーブン中で3時間加熱することによ
り硬化させた。ガラス板から離型後、積層された状態の
硬化物をポリエステルフィルムから1枚ずつ剥離し、4
枚の硬化物を得た。厚み1.25mmに研削した後、直
径300mmの円に切り抜き、その後、表面に幅2m
m,深さ0.5mm,ピッチ15mmの碁盤目状の溝を
形成し、研磨パッドとした。該研磨パッドのマイクロゴ
ムA硬度は98,見かけ密度が0.78,独立気泡平均
孔径が72μmであった。
【0039】次にこの研磨パッドを使用し、実施例1と
同様にして研磨評価を行った。
【0040】また、実施例1と同様にして研磨パッド作
製、研磨評価を5枚のパッドについて行った。
【0041】研磨レートは1088,1073,106
8,1070,1071オングストローム/分と研磨レ
ートのバラツキが小さいものであった。 比較例1 ポリエーテル系ウレタンポリマ“アジプレン”L−32
5(ユニローヤル社製)78重量部と、4,4’−メチ
レン−ビス(2−クロロアニリン)20重量部と、中空
高分子微小球体“エクスパンセル”551DE(ケマノ
ーベル社製)1.8重量部をRIM成形機で混合して金
型に吐出して高分子成形体を作製した。この高分子成形
体をスライサーで厚み1.25mmにスライスして、硬
質発泡ポリウレタンのシートを作製し、実施例1と同様
の溝加工を施し、研磨パッドとした。該研磨パッドのマ
イクロゴムA硬度は98,見かけ密度が0.80,独立
気泡平均孔径が33μmであった。
【0042】次にこの研磨パッドを使用し、実施例1と
同様にして研磨評価を行った。
【0043】また、実施例1と同様にして研磨パッド作
製、研磨評価を5枚のパッドについて行った。
【0044】研磨レートは1190,1068,112
0,986,1070オングストローム/分と研磨レー
トのバラツキが大きいものであった。
【0045】
【発明の効果】本発明により、独立気泡が均一に存在す
るような硬質の樹脂板からなる研磨パッドを、比較的簡
便に、かつ品質再現性良く製造しうる方法を提供するこ
とができる。
フロントページの続き Fターム(参考) 3C058 AA07 AA09 CB01 DA17 4F213 AA42 AB20 AG20 AH81 WA14 WA53 WA56 WA57 WA74 WA83 WA87 WB01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】工程中に、 (1)樹脂板の周囲をガスバリア性の材料で覆う工程 (2)モノマを樹脂板中に含浸させる工程 (3)加熱し、樹脂板を硬化させる工程 を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
  2. 【請求項2】樹脂板の周囲をガスバリア性の材料で覆っ
    た後、系内にモノマを注入し、モノマを樹脂板中に含浸
    させ、その後、加熱することで該樹脂板を硬化させるこ
    とを特徴とする研磨パッドの製造方法。
  3. 【請求項3】樹脂板が発泡樹脂板であることを特徴とす
    る、請求項1または2記載の研磨パッドの製造方法。
  4. 【請求項4】樹脂板がポリウレタンであることを特徴と
    する、請求項1〜3のいずれかに記載の研磨パッドの製
    造方法。
  5. 【請求項5】モノマがビニル化合物であることを特徴と
    する、請求項1〜4のいずれかに記載の研磨パッドの製
    造方法。
  6. 【請求項6】製造される研磨パッドが、半導体基板の研
    磨用であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか
    に記載の研磨パッドの製造方法。
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