JP3013105B2 - 高分子微小エレメントを含む高分子基材 - Google Patents

高分子微小エレメントを含む高分子基材

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JP3013105B2 JP6506309A JP50630994A JP3013105B2 JP 3013105 B2 JP3013105 B2 JP 3013105B2 JP 6506309 A JP6506309 A JP 6506309A JP 50630994 A JP50630994 A JP 50630994A JP 3013105 B2 JP3013105 B2 JP 3013105B2
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ウィリアム ディー． バディンガー
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ロデール インコーポレーテッド
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は高分子微小エレメントが含浸された高分子基
材（polymeric substrate）、特に半導体デバイス（dev
ice）のような材料を研磨する際に用いる製品に関す
る。
発明の背景 本製品が有用な、研磨、平坦化（planarizing）およ
びその他の作業に用いられる従来の高分子基材又は研磨
パッドは、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。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。
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。
従来の研磨パッド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（multilayer lamin
ations）又は複層基材（stratified substrates）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 Incorporated）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（vertic
al 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。
従来の研磨パッドは典型的に溝の付いた（textured）
表面を有する。パッドの「ミクロサイズの溝（microtex
ture）」は製造後にできるパッドに本質的な微小で大量
の溝である。従来のパッドの静的形態又はミクロサイズ
の大量の溝に影響する要因の中には波形、穴、皺、隆
起、裂け目、凹み、突起及び間隙のような作業面の性質
又は溝、ならびに個別の模様（features）又は加工構造
（artifacts）のサイズ、形状、および分布、頻度又は
間隔がある。典型的な研磨パッドにおいては、パッドの
ミクロサイズの溝が殆どランダムで、製造工程に固有な
要素の結果である。製造工程における多数の変動要素の
故に、細孔サイズ、形状および分布のような変動要素を
制御する試みは数えるほどしか行われていない。パッド
の溝に影響する可能性がある他の特性には、一寸挙げる
だけでも硬さ、弾力性、厚さ、浸透性および抵抗力があ
る。
「ミニサイズの溝付き（minitextureized）」パッド
は、パッド上にレーザの使用又はパッド材料中に空気や
ガスを混入することで得られる中間サイズの溝の付いた
加工構造がある。
「マクロサイズの溝（macrotextures）」、すなわ
ち、大型サイズの溝が付いた加工構造は、パッドの作業
面に例えば浮き彫り、薄膜削り、孔あけまたは機械加
工、およびそれらのすべてを施すことで作れる。従来の
研磨パッドでは、個別のマクロサイズの溝加工構造又は
模様の間隔あるいはサイズ、ないしその双方は一般的に
5mm以上である。これら加工構造の間隔およびサイズは
極めて規則的であり、反復的である。
従来の研磨パッドは例えば酸化セリウム、酸化チタ
ン、酸化アルミニウム、炭化バリウム、ガラス粉末と繊
維、挂藻土、べんがら（rouge）、炭化カルシウム、ダ
イヤモンド、および炭素のような種々の固形粒子を含む
場合がある。典型的に、このような粒子の機械的混合と
配分がこれまで十分に調整されていなかった。
添加物の粒子分布が分子規模で最適化され得る研磨お
よび他の作業用の基材を得ることが望ましい。基材の表
面がそれ自体で再生し、表面が加工品の接触するにつれ
て大きく変化しない高分子基材を得ることも望ましい。
マイクロ規模で一連の硬度変化を有し、研磨作業の間に
滓（廃液、研磨粉等）を除去する助けとするためミニ又
はマクロ規模で溝が付けられる研磨基材も利点があると
思われる。
発明の要約 簡単に言うと、本発明の態様の一つは、研磨スラリー
と共に使用される加工品の表面を変える製品である。本
製品は複数の高分子微小エレメント（それ自体は実質的
に加工品の表面を研磨しないもの、以下同じ）が含浸さ
れた高分子マトリックス（polymeric matrix）から成
る。各高分子微小エレメントは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。本製品は作業面およ
び作業面に隣接する副表面を有する。本製品が作業環境
（working environment）に接する時、製品の作業面に
おける高分子微小エレメントは開口し副表面に埋め込ま
れた高分子微小エレメントよりも硬さが減じる。
本発明の別の態様は、研磨スラリーと共に使用される
加工品の表面を変える製品である。本製品は複数の高分
子微小エレメントが含浸された高分子マトリックスから
成る。各高分子微小エレメントは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。本製品は凹凸化
（texturized）した作業面およびこの作業面に隣接する
副表面を有する。本製品が作業環境に接する時、製品の
作業面における高分子微小エレメントは開口し、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。
図面の簡単な説明 添付図面を参照することによって、前述の要約ならび
に下記の好ましい実施例の詳細な説明がより良く理解さ
れると思われる。本発明を説明する目的で、ここに好ま
しい実施例が図示されているが、本発明は開示されてい
る特定の方法および手段に限定されないことは明らかで
ある。
図１は本発明に関する製品の略断面図。
図２は本発明に関する製品の変更態様の略断面図。
図３は本発明に関する製品の変更態様の略断面図であ
って、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。
図４は、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。
図５は本発明に関するミニサイズの溝付きパッドの変
更態様の概略線図。
図６は線６−６に沿う、図５のパッドの拡大部分断面
図。
図７は本発明に関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。
図８は線８−８に沿う、図７のパッドの拡大部分断面
図。
図９は本発明に関する砕片（fractal）パターンのミ
ニサイズの溝付きパッドの変更態様。
図10は本発明に関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。
図11は本発明に関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（pommelgate）し
て突き刺すデバイスの概略線図である。
好ましい実施例の説明 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、
本発明に関する製品の実施例が示されている。
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。
本発明の製品10等は、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
用いることができる。本発明の製品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。
製品10等は、例えば、ラッピング（lapping）、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。
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靭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（Un
iroyal 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 liquid urethan
e）から形成される。好ましいウレタンプレポリマー（l
iquid 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。
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 Develop
ment Co.）から生成物「Curene 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。
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（hydropro
pylmethylcellulose）、カーボキシメチルセルローズ
（carboxymethylcelulose）、ハイドロキシプロピルセ
ルローズ（hydroxypropylcellulose）、ポリアクリル酸
（polydcrylic acids）、ポリアクリルアミド（polyacr
yl amides）、ポリエチレングリコール（polyethylene
glycols）、ポリハイドロキシエーテルアクリライト（p
olyhydroxyetheracrylites）、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（polyurethane
s）、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図１で最も良く示されるように、本発明の好ましい実
施例において、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（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。
図１で最も良く示されるように、他の好ましい実施例
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。
製品10は図１から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300μｍと約400μｍ
の間にあるものとする。
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。
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。
本発明の異なる側面が下記の特定かつ説明的で、限定
を付けない例を参照して以下に説明される。
例 １ 高分子マトリックスは、約150゜Fで、2997gのユニロ
ーヤル アジプレンＬ−325（Uniroyal Adiprene L−32
5）ポリエーテル系ウレタンプレポリマーを768gの「Cur
ene 442」（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。
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 551DE（Exp
ancel 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3450rpm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。
そのモールドが次いでコッホ オーブン社（Koch Ove
n 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
成するために切断された。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300μｍの間に
あると思われる。
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。
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。
図５−９で最も良く示される別の実施例において、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。
作業面18を溝付けることにより、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。
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 dimens
ion）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。
図５と６で最も良く示されるように、作業面18は約10
00μｍと5mmの間の幅を有する加工構造を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。
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。
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。
例 ２ 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 cutting tools）あるいはぎざぎざ
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1
8を所望のパターンに加工するのに用いられた。
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。
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0.813（0.03
2″）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6.35mm（0.025″）の加工
構造28が定められる。
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5mm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 Pattern）」と
は、加工構造が相互に異らう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
（「Gosper pattern」）（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 formulas）
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。
例 ３ 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。
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。
浮き彫り硬化を強化するため、熱を加えることができ
る。
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方法が一般的に以下で説明される。
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2
8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。
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、そのこれ以上の議論は不必要であると
考えられ、際限がないと思われる。
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。
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科
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。
本発明に従う製品の作業面18を再生する方法が一般的
に以下で説明される。
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。
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
が、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
ける縮小エレメント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（combined）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。
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、60μ
ｍ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。
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。
別の実施例においては、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。
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
坦化する方法に使用でき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。
上述実施例の広い発明的着想から逸脱することなく実
施例に他な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特定実施例に限定さ
れず、添付の特許請求の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含有する意図のある
ことが理解される筈である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 平２−232173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−34780（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−113496（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3928949（ＵＳ，Ａ)

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】研磨スラリーと共に使用される加工品の表
    面を変える製品で、前記製品が複数の高分子微小エレメ
    ント（それ自体は実質的に加工品の表面を研磨しないも
    の）が含浸された高分子マトリックスから成り、各高分
    子微小エレメントが大気圧より大きい圧力のガスを含む
    空隙スペースを有し、前記製品が作業面および前記作業
    面に隣接する副表面を有するものであって、前記製品が
    作業環境に接する時、前記製品の前記作業面における高
    分子微小エレメントが開口し、副表面に埋め込まれた高
    分子微小エレメントよりも固さが減じるもの。
  2. 【請求項２】クレームに従う製品において、少なくとも
    一部の前記高分子微小エレメントが全体的に柔軟性を有
    するもの。
  3. 【請求項３】クレーム１に従う製品において、前記高分
    子微小エレメントが前記高分子マトリックスの全体にわ
    たって実質的に均一に配分されているもの。
  4. 【請求項４】クレーム１に従う製品において、前記高分
    子マトリックスがウレタンポリマーから成るもの。
  5. 【請求項５】クレーム１に従う製品において、前記作業
    面に位置する少なくとも一部の前記高分子微小エレメン
    トが前記作業環境との接触につれて軟化するもの。
  6. 【請求項６】クレーム１に従う製品において、前記作業
    面に位置する少なくとも一部の前記高分子微小エレメン
    トが前記作業環境との接触につれて膨張するもの。
  7. 【請求項７】クレーム１に従う製品において、少なくと
    もいくつかの前記高分子微小エレメントが複数の空隙ス
    ペースを有するもの。
  8. 【請求項８】クレーム１に従う製品において、前記高分
    子微小エレメントの各々が約150μｍ以下の平均直径を
    有するもの。
  9. 【請求項９】クレーム８に従う製品において、前記高分
    子微小エレメントの各々の前記平均直径が約10μｍであ
    るもの。
  10. 【請求項１０】クレーム１に従う製品において、前記高
    分子微小エレメントが約１μｍから約100μｍにわたる
    間隔を置いているもの。
  11. 【請求項１１】クレーム１に従う製品において、少なく
    とも一部の前記高分子微小エレメントが全体的に球状を
    有するもの。
  12. 【請求項１２】クレーム１に従う製品において、少なく
    ともいくつかの前記高分子微小エレメントが中空の微小
    球体であり、各微小球体が約0.1μｍの厚さのシェルを
    有するもの。
  13. 【請求項１３】クレーム１に従う製品において、少なく
    とも一部の前記高分子微小エレメントが浸透性を持つシ
    ェルを有し、それにより前記空隙スペースが前記作業環
    境に対して開口されるもの。
  14. 【請求項１４】クレーム１に従う製品において、前記高
    分子微小エレメントが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 pyrrolidon
    e）、ハイドロキシエチルセルローズ（hydroxyethylcel
    lulose）、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（hydroxypropylcellulos
    e）、ポリアクリル酸（polyacrylicacids）、ポリアク
    リルアミド（polyacrylamides）、ポリエチレングリコ
    ール（polyethylene 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）、および
    ポリウレタン（polyurethanes）で構成されるグループ
    から選択された少なくとも一つの材料から成るもの。
  15. 【請求項１５】クレーム１に従う製品において、前記作
    業面の厚さが約５μｍから約60μｍにわたるもの。
  16. 【請求項１６】クレーム１に従う製品において、前記製
    品の厚さが前記作業面の主要平面に対して全体的に垂直
    の方向で約300μｍと約400μｍの間にあるもの。
  17. 【請求項１７】クレーム１に従う製品において、前記作
    業面が約1000μｍ未満の幅を持つ加工構造を備えるミク
    ロサイズの溝をさらに備えるもの。
  18. 【請求項１８】クレーム１に従う製品において、前記作
    業面が約1000μｍと約5mmの間の幅を持つ加工構造を備
    えるミニサイズの溝をさらに備えるもの。
  19. 【請求項１９】クレーム１に従う製品において、前記作
    業面が約5mmより大きい幅を持つ加工構造を備えるマク
    ロサイズの溝をさらに備えるもの。
  20. 【請求項２０】クレーム１に従う製品において、前記作
    業面が複数の加工構造を備える溝で、前記加工構造の各
    々が約0.1mmから約10mmの間の間隔を置き、約1mmと約10
    mmの間の深さを有するものをさらに備えるもの。
  21. 【請求項２１】クレーム１に従う製品において、前記作
    業面が前記高分子微小エレメントの平均直径の約1000倍
    未満の長さを第１の寸法で有する加工構造を持つ溝をさ
    らに備えるもの。
  22. 【請求項２２】クレーム１に従う製品において、前記作
    業面が前記高分子微小エレメントの平均直径の約2000倍
    未満の深さを有する加工構造を備える溝をさらに備える
    もの。
  23. 【請求項２３】研磨スラリーと共に使用される、複数の
    高分子微小エレメント（それ自体は実質的に加工品の表
    面を研磨しないもの）が含浸された高分子マトリックス
    から成る加工品の表面を変える製品で、各高分子微小エ
    レメントが大気圧より大きい圧力のガスを含む空隙スペ
    ースを有し、前記製品が溝の付いた作業面で、加工構造
    と前記作業面に隣接する副表面を備えるものを有するも
    のであって、前記製品が作業環境に接する時、前記製品
    の前記作業面における高分子微小エレメントが開口し、
    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
    硬さが減じるもの。
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