JP2003507199A - 一体化した窓を有する成形された研磨パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 研磨パッド１０は、透明な領域１２と不透明な隣接する領域１４とを有する一体成形品として形成される。本発明品１０は、少なくとも初期には均一の組成を有する、流動性ポリマー材料を固化することにより形成される。流動性ポリマー材料は、成形作業中に、透明な領域１２と不透明な隣接する領域１４とを提供するように処理される。研磨パッド１０を作製するのに適当なポリマー材料は、単一の熱可塑性樹脂材料、熱可塑性樹脂材料の混合物、及び反応性熱硬化性材料などである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 〔本発明の分野〕 本発明は、ガラス、半導体、誘電体／金属複合材、及び集積回路などの上に、
滑らかで、超平坦性の表面を形成するのに有用な研磨パッドに関する。より詳し
くは、本発明は、光学的手段により、被加工物の検査及び研磨終点の測定を容易
にする窓を有する成形された研磨パッドに関する。

【０００２】 〔関連する技術に関する議論〕 半導体ウェーハは、その上に集積回路が組み立てられており、ある場合には、
所定の面からミクロンの何分の一といった小ささで異なっていてもよい、非常に
滑らかで平坦な表面を与えるように研磨する必要がある。そのような研磨は、通
常、ウェーハ表面に対して緩衝剤となる化学的に活性なスラリーを利用した、研
磨パッドによる化学機械研磨（ＣＭＰ）作業によって達成される。

【０００３】 化学機械研磨に付随する問題の一つは、ウェーハが所望の平坦度に研磨された
のがいつかを決定することである。従来の研磨の終点を決定するための方法では
、寸法的な特性を測定するために研磨作業を中止し、ウェーハを研磨機から外す
必要がある。作業の中止は、ウェーハ生産を低下させる。さらに、ウェーハの限
界寸法が、規定した最小値を下回ることが分かった場合、そのウェーハは使用す
ることができず、それによってスクラップ発生率と生産コストの上昇が導かれる
。

【０００４】 終点を決定するための工程内の方法もまた、開発されてきた。そのような方法
の一つは、レーザー干渉計を利用し、レーザーにより発生した光をウェーハの寸
法の測定に使用する。例えば、米国特許第５，４１３，９４１号明細書を参照さ
れたい。

【０００５】 光学的方法によりウェーハの寸法特性の測定を容易にすることを特徴とした研
磨パッドが開発されてきた。米国特許第５，６０５，７６０号明細書は、少なく
ともパッドの一部が、ある範囲の波長のレーザー光に対して透明な研磨パッドを
開示する。一の実施態様においては、パッド全体は、ポリウレタン、アクリル樹
脂、ポリカーボネート、ナイロン及びポリエステルなどの、任意の均一な固体の
ポリマーから製造することができる透明シートである。他の実施態様においては
、研磨パッドは、透明な窓部分を含み、その他の部分は不透明なパッドである。
窓部分は、成形された研磨パッド中の透明なポリマー材料のロッド又はプラグで
ある。ロッド又はプラグは、研磨パッド中にインサート成形されるか、又は成形
作業後、研磨パッドの切り込みに、設置されてもよい。

【０００６】 米国特許第５，８９３，７９６号明細書は、透明なプラグにより与えられる窓
部分を有する研磨パッドを開示する。プラグは、パッドの中へ注型される固体の
インサートとして予備成形されてもよい。あるいは、プラグは、研磨パッド中に
切り抜かれている穴に、液状ポリウレタンを注入することにより形成されること
ができ、そしてポリウレタンを硬化させて、パッド内に透明なプラグが形成され
てもよい。

【０００７】 先行技術の透明な窓部分を有する研磨パッドは、多くの欠点を有する。製造工
程において、窓部分を、パッド中の穴に設置するか、又はパッドを製造する成形
用キャビティ内に設置することが必要となる。ある場合には、パッドに、窓部分
を収納する穴を切り抜かなければならない。パッドと窓部分の間へのスラリーの
漏れが問題となり得る。また、窓材はパッド材と異なることから、窓とパッドが
異なる速度で磨耗することにもなり得る。このことは、研磨中に、窓周辺のパッ
ドのクラックや裂け目を発生させる。これらの問題を克服する透明な窓を有する
研磨パッドの要求がある。

【０００８】 〔本発明の概要〕 本発明による研磨パッドは、ポリマー材料から作製された一体成形品を含む。
本発明品は、ポリマー材料が透明である領域と、ポリマー材料が不透明である隣
接した領域とを有する。本研磨パッドは、被加工物の研磨終点を測定することが
できる光学的な検出システムとの関連において、被加工物の研磨に有用である。
研磨パッドの透明な領域は、研磨終点の検出に用いられる入射光が、研磨パッド
を通過するのに十分な透過性を有する。

【０００９】 少なくとも初期には均一な組成を有する流動性ポリマー材料を固化させること
により、研磨パッドは形成される。ポリマー材料は、成形作業中に処理されて、
透明な領域と隣接する不透明な領域を提供する。

【００１０】 研磨パッドの作製に適当なポリマー材料のタイプには、単一の半結晶質熱可塑
性材料、熱可塑性材料の混合物及び反応性熱硬化性ポリマーが含まれる。

【００１１】 研磨パッドの製造方法は、 成形用キャビティを有する型を用意すること； 該成形用キャビティの中に、流動性ポリマー材料を配すること（ここで、該流
動性ポリマー材料は透明である）； 該成形用キャビティの領域中の流動性ポリマー材料を、相対的に速い速度で冷
却すること（ここで、該領域のポリマー材料は硬化し、そして硬化後は透明を維
持する）；そして 該成型用キャビティの隣接する領域中の流動性ポリマー材料を、相対的により
遅い速度で冷却すること（ここで、該隣接する領域のポリマー材料は硬化し、そ
して相対的に不透明になる） を含む。

【００１２】 ここで、本発明を、添付した図面を参照して、実施例を通して説明する。

【００１３】 〔好ましい実施態様についての詳細な説明〕 図１に示すように本発明の研磨パッドは、対向する主要な面を有する実質的に
平坦なディスクとして成形された一体成形品１０を含む。主要な面の一つは、研
磨中に被加工物に作用させる研磨面であり、他の面は、裏面であり、直接、又は
中間のベースパッドを通して、研磨パッドが装着される定盤に接触させる。

【００１４】 成形された研磨パッドは、ポリマー材料が透明である領域１２で特徴づけられ
る。透明とは、少なくとも光線が、研磨パッドの面に対して実質的に垂直な入射
角である場合に、領域が、赤外から紫外線の波長の範囲の入射光に対して２０％
以上のオーダーで透過性を示すことを意味する。透明な領域が、完全に透過性で
ある必要はなく、特に透明な領域の表面仕上げに起因する入射光のいくらかの散
乱は、許容されることを理解すべきである。

【００１５】 透明な領域１２に隣接する研磨パッドの領域１４は、実質的に不透明である。
好適な実施態様では、透明な領域１２を除いて、研磨パッド全体は不透明である
。研磨パッドは、２つ以上の透明な領域を含むことができるが、この場合、透明
な領域は、それぞれ隣接する不透明な領域とは対照をなす。不透明な領域１４は
、特に研磨パッドが比較的薄く、０．０５０から０．０８０インチのオーダーの
寸法の厚みを有することから、入射光に対して完全に不透明である必要はないこ
とを理解すべきである。不透明な領域１４は、透明な領域１２よりも相対的に透
過性が低いことを要求されるにすぎない。

【００１６】 透明な領域１２は、不透明な領域１４内で、任意の所望の形態（configuratio
n）を有することができ、境界１３によって線引される。透明な領域１２と不透
明な領域１４は、同じポリマー材料配合から一体として成形されるため、境界１
３は、単に異なった光透過性を有する領域間の移行部に過ぎず、それ自体、明確
な構造はない。

【００１７】 本パッドは、初期には透明であり、そして少なくとも固化の前には均一な組成
を有する流動性ポリマー材料、又は流動性ポリマー材料の混合物の固化により作
製される。透明な領域１２は、ポリマー材料の一部が、固化後もその透明性を維
持するように、流動性ポリマー材料を処理することにより形成される。

【００１８】 本パッドを作製するのに適当なポリマー材料の一つのタイプは、半結晶質の熱
可塑性ポリマーを含む。これらのポリマーは、一般的に、液相では透明であるが
、硬化後には、これらが結晶質相と非晶質相の両方を含有することから、不透明
となリ、そして、この結晶質相が、ポリマーを不透明にさせる光散乱を生じさせ
る。結晶化は、ポリマーの融解温度（T_melt）とガラス転移温度（T_g）の間の温
度で起こり、これらは、それぞれ結晶化温度の上限と下限である。半結晶質ポリ
マーをT_melt超の温度からT_g未満の温度に急速に冷却した場合、結晶化は最小と
なり、ポリマーは非晶質のままである。また、生成した微結晶を、光を散乱させ
るには小さすぎる大きさに保ち、それによってポリマーを透明に保持するために
、急速な冷却により結晶化を制御することができる。

【００１９】 このようにして、本発明による研磨パッドは、半結晶質のポリマー材料を、成
形用キャビティを有する型内で成形することにより作製されるが、ここで、該型
は、成形用キャビティの部分にあるポリマー材料を急速に冷却するための装置で
ある。半結晶質ポリマー材料は、液相で成形用キャビティ内に配されるが、それ
は透明である。該材料を急速に冷却する装置は、冷却した水、又は空気といった
冷却媒体の循環を可能にする型内の通路を含み、それによって通路に隣接するポ
リマー材料の領域から熱を除去する。この領域中のポリマー材料は、T_melt超の
温度からT_g未満の温度に急速に冷却され、それによって上述の結晶化プロセスが
強いられて、この領域中の材料の透明性が保持される。

【００２０】 本パッドを作製するのに適当なポリマー材料の別のタイプは、２種の熱可塑性
ポリマーの混合物を含む。また、型内の異なる領域での冷却速度を制御すること
により、不透明性を調整することは、可能である。一般的に、ポリマー混合物は
、それらが、相溶性であるか（単一相で透明であるか）、又は不相溶性であるか
（不相溶で不透明であるか）のいずれかの温度範囲を有する。そのような系の例
が、ポリ（フェニレンオキシド）―ポリスチレンの混合物である。これらの２種
のポリマーは、高温では完全に相溶性である。この混合物のゆっくりとした冷却
は、相分離をさせ、不透明性を発現させる。しかし、急速な冷却は、透明な単一
相構造に凝固させる。

【００２１】 適当なポリマー材料の別の種類は、相分離ミクロ−ドメインを形成する反応性
熱硬化性ポリマーを含む。そのようなポリマーは、混合して、イソシアネートと
反応するポリオール及びポリアミンを含む。

【００２２】 以下の例は、透明な窓を有する研磨パッドの形成を述べるものであり、ここで
は、ポリマー材料が反応性熱硬化性ポリマーを含み、パッド形成中に、相分離ド
メインが形成される。

【００２３】 ２種の液流を混合し、所望のパッド形状に対応した形をもつ密閉した型に注入
する。第１の液流は、アミン触媒とともに、ポリマー性ジオールとポリマー性ジ
アミンの混合物を含有する。ジアミンに対するジオールの割合は、広い範囲（５
％〜９５％）にわたって変動させることができ、最終的な研磨パッドに要求され
る物性により決定される。同様に、ジオール及びジアミンの分子量は、本発明に
とって厳密ではなく、やはり要求される研磨パッドの物性により決定することが
できる。

【００２４】 第２の液流は、ジイソシアナート、好適にはジフェニルメタンジイソシアナー
ト（ＭＤＩ）を含有する。使用するジイソシアナートの量は、ジオール及びジア
ミン基と完全に反応した後、わずかに過剰となるようにする。これは、ウレタン
の製造分野の当業者にとって、標準的なやり方である。

【００２５】 混合した液流を、加熱した型内へ注入し、相分離したポリウレタン−尿素ポリ
マー材料を形成する。型全体の温度は５０℃から１２０℃の間である。型は、型
の両側に、所望の透明な窓の形状や位置に対応した、独立の温度制御を有する分
離した温度ゾーンを備えるように設計されている。このゾーンの温度は、初期段
階で、周囲の型の温度よりも２０℃から５０℃低い。

【００２６】 型が完全に満たされると、すぐに、反応性ポリマーはゲル化する。ゲル化後、
相対的により低い温度の分離された温度ゾーンを、型の残りの部分とほぼ同じ温
度に加熱し、その部分の重合を完了させる。必要な重合時間の経過後、その部分
を、次いで正味形状のパッドの形態で型出しをする。パッドは、概して不透明で
あるが、相対的により低い温度ゾーンに対応する成形用キャビティ内の透明な窓
領域を有している。

【００２７】 本発明による成形方法は、熱可塑性樹脂射出成形、熱硬化性樹脂射出成形（し
ばしば「反応射出成形」又は「ＲＩＭ」と称される）、熱可塑性樹脂若しくは熱
硬化性樹脂射出ブロー成形、圧縮成形、又は流動性の材料を投入、固化する任意
の同様のタイプの方法を含む。

【００２８】 本発明によるパッドは、多くの利点を有する。このパッドは、一体化した透明
な窓を備えた一体成形品として成形され、それによって、製造工程及び関連する
コストを低減する。窓周辺のスラリーの漏れのおそれは取り除かれる。窓は、窓
の面も研磨に関係することができるように、研磨面と同一平面にある。窓は、パ
ッドの他の部分と同じポリマー配合で作製されているため、窓は、パッドと同じ
物性を有する。それゆえ、窓は、パッドと同様のコンディショニング及び研磨特
性、並びに同様の加水分解安定性を有する。さらに、パッドと窓の間の熱膨張の
ミスマッチを防止できる。

【００２９】 本発明が開示されているので、今や、当業者にとっては、多くの変法が明らか
になるであろう。本発明は、上述の好ましい実施態様のみならず、合理的な範囲
の等価物を包含することを意図するので、独占権を主張する本発明の範囲を定め
るために、上述の実施例の議論よりもむしろ添付した請求項が参照されるべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による研磨パッドの上面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピンハイロ，バリー・スコット アメリカ合衆国、ペンシルベニア 19063、 メディア、インディアン・レーン 153 (72)発明者 ジェームズ，デービッド・ビー アメリカ合衆国、デラウェア 19711、ニ ューアーク、アロニミンク・ドライブ 221 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 DA17

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリマー材料で作製された一体成形品であり、ポリマー材料
   が透明である領域と、ポリマー材料が不透明である隣接した領域とを有する該成
   形品を含む研磨パッド。
2. 【請求項２】 ポリマー材料が、実質的に単一の熱可塑性樹脂材料である、
   請求項１に記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】 ポリマー材料が、実質的に熱可塑性樹脂材料の混合物である
   、請求項１に記載の研磨パッド。
4. 【請求項４】 ポリマー材料が、反応性熱硬化性ポリマーである、請求項１
   に記載の研磨パッド。
5. 【請求項５】 透明な領域のポリマー材料が、非晶質相であり、不透明な領
   域のポリマー材料が、半結晶質相である、請求項１に記載の研磨パッド
6. 【請求項６】 透明な領域のポリマー材料が、半結晶質相であり、かつ光を
   散乱するのには小さ過ぎる大きさの微結晶を有する、請求項１に記載の研磨パッ
   ド
7. 【請求項７】 透明及び不透明な領域が、相分離ドメインの大きさの相違に
   より生成される、請求項１に記載の研磨パッド。
8. 【請求項８】 均一な組成を有する流動性ポリマー材料を固化することによ
   り形成される成形品を含む研磨パッドであって、該流動性ポリマー材料が処理さ
   れて、該成形品内の透明及び隣接する不透明な領域を供給する研磨パッド。
9. 【請求項９】 ポリマー材料が、実質的に単一の熱可塑性樹脂材料である、
   請求項８に記載の研磨パッド。
10. 【請求項１０】 ポリマー材料が、実質的に熱可塑性樹脂材料の混合物であ
    る、請求項８に記載の研磨パッド。
11. 【請求項１１】 ポリマー材料が、反応性熱硬化性ポリマーである、請求項
    ８に記載の研磨パッド。
12. 【請求項１２】 透明な領域のポリマー材料が、非晶質相であり、不透明な
    領域のポリマー材料が、半結晶質相である、請求項８に記載の研磨パッド
13. 【請求項１３】 透明な領域のポリマー材料が、半結晶質相であり、かつ光
    を散乱するのには小さ過ぎる大きさの微結晶を有する、請求項８に記載の研磨パ
    ッド
14. 【請求項１４】 透明及び不透明な領域が、相分離ドメインの大きさの相違
    により生成される、請求項８に記載の研磨パッド。
15. 【請求項１５】 成形用キャビティを有する型を用意すること； 該成形用キャビティの中に、透明である流動性ポリマー材料を配すること； 該成形用キャビティの領域中の、硬化し、そして硬化後は透明を維持する流動性
    ポリマー材料を、相対的に速い速度で冷却すること；そして 該成形用キャビティの隣接する領域中の、硬化し、そして相対的に不透明になる
    流動性ポリマー材料を、相対的により遅い速度で冷却すること を含む、研磨パッドの製造方法。
16. 【請求項１６】 ポリマー材料が、実質的に単一の熱可塑性樹脂材料である
    、請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 ポリマー材料が、実質的に熱可塑性樹脂材料の混合物であ
    る、請求項１５に記載の方法。
18. 【請求項１８】 ポリマー材料が、反応性熱硬化性ポリマーである、請求項
    １５に記載の方法。
19. 【請求項１９】 透明及び不透明な領域が、相分離ドメインの大きさの相違
    により生成される、請求項１５に記載の方法。