JP3836825B2 - 一体型研磨パッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨パッドおよびその製造方法に関し、特に、弾性支持層と研磨層とが一体化された研磨パッドおよびその製造方法に関する。

半導体素子の高集積化、微細化および配線構造の多層化が進むにつれ、グロバール平坦化のために導入された化学機械的研磨工程においては研磨速度と平坦化度が重要であり、これらは、研磨装備の工程条件、研磨液の種類、パッドの種類などによって決定される。特に、研磨工程においてウェーハと直接接触するだけでなく、消耗性部材である研磨パッドは、研磨工程のパフォーマンス決定の重要因子として作用する。

従来技術として、研磨工程中にウェーハによる下向き圧力に対して研磨パッドが弾性的な圧縮と膨張をすることで、ヒステリシス損失（hysteresis loss）を最小化し、ウェーハの平坦化効率の向上した研磨パッドがある（例えば、特許文献１参照。）。このような作用のため、研磨パッドは体積圧縮が発生する弾性ベース層と弾性ベース層より体積圧縮が少ない上部平坦層とが弾性特性のない接着剤で連結された構造となっている。なお、接着剤の塗布が均一に施されていないと、弾性ベース層が完全に機能していないため、平坦化の効率が悪くなり、また、研磨パッドを完成するためには、接着剤を塗布して弾性ベース層と上部平坦層とを接着させる必要があるため、製造工程が複雑化するという問題点がある。

また、前述のように研磨工程においては、ウェーハがある程度の平坦度（flatness）で研磨されるかを正確でかつ速やかに判断し得るかが重要である。このため、他の従来技術として、平坦度をｉｎ−ｓｉｔｕで光学的に検出するに適合した研磨パッドがある（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。しかし、このような研磨パッドの一例では、光ビームに対して透明な透明窓を形成するためパッドをパンチングした後、透明窓をパッド内に取り付ける工程が必要となり、製造工程が複雑である。また、研磨工程中に透明窓とパッドとの連結部位の空隙によって研磨スラリーの移送を妨害され、これと同時に空隙に溜まったスラリーが塊となり、ウェーハの表面にスクラッチなどを発生するおそれもある。また、透明窓とパッドの残部との物質が異なっているため、研磨工程中に透明窓を中心にクラックが発生することもある。このような研磨パッドの他の例として、鋳型内の一定部分を他の部分に比べて速やかに冷却させることで形成した透明な部分を備える研磨パッドが開示されている。しかし、この研磨パッドを製造するには、鋳型の温度を別に調節可能な特別の鋳型が必要となるため、コストが増える。また、上述の研磨パッドの例では、ヒステリシス損失を最小化することができないため、弾性支持層をさらに必要とし、このため、弾性支持層にも透明窓または透明な部分を形成する必要があるため、研磨パッドの製造工程が複雑化する。
米国特許第５，２５７，４７８号明細書 米国特許第５，６０５，７６０号明細書 米国特許第６，１７１，１８１号明細書

本発明の目的は、ウェーハの平坦化効率の向上した研磨パッドを提供することにある。

本発明の他の目的は、ｉｎ−ｓｉｔｕで光学的平坦度検査が可能であり、製造が容易な研磨パッドを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、研磨パッドの製造に適合した製造方法を提供することにある。

本発明は、上記のような課題を達成するためになされたもので、本発明の目的を達成するための本発明の研磨パッドによれば、弾性支持層および弾性支持層の上に形成され、前記弾性支持層の硬度より高い硬度を有する研磨層を備え、前記弾性支持層と前記研磨層とは互いに化学的に相溶性のある材質で構成され、前記弾性支持層と前記研磨層との間に構造的な境界部が存在しない。

本発明の他の目的を達成するための本発明の研磨パッドによれば、少なくとも一部が前記被研磨対象表面の状態検出用光源に対して透明な弾性支持層および前記弾性支持層の透明部位と重複され、前記光源に対して透明な透明領域と前記弾性支持層の硬度より高い硬度を有する前記透明領域以外の領域を有する研磨層を備え、前記弾性支持層、前記透明領域および前記透明領域以外の領域は、化学的に相溶性のある材質で構成され、前記弾性支持層と、前記透明領域および前記透明領域以外の領域は、相互間に構造的な境界部が存在しない。

本発明のまた他の目的を達成するための本発明の研磨パッドの製造方法によれば、先ず、弾性支持層を提供した後、前記弾性支持層の上部に前記弾性支持層の材質と化学的に相溶性を有し、前記弾性支持層より硬度の高い研磨層材料を提供し、ゲル化および硬化を通じて前記弾性支持層と一体化された前記研磨層を形成する。

そのほかの実施例の詳細は、以下の説明および図面に示されている。

本発明の研磨パッドは、平坦化効率が向上し、研磨パッドの物性が均一で、被研磨対象の研磨工程において安定した使用が可能である。また、研磨スラリーの溜りおよびこれによるウェーハの損傷が防止され、研磨スラリーの移送が容易である。また、一体型であるため、各構成要素を連結するための接着剤や連結工程が不要となり、製造工程が簡単である。

本発明の研磨パッドは、弾性支持層と研磨層とが一体型となっているため、被研磨対象の平坦化効率が向上し、全体として薄いシート状となり、かつ研磨パッドの物性が均一であるため、研磨工程における安定した使用が可能である。

また、パッドと透明領域とが一体型となって研磨層と透明領域との連結部位に空隙が存在しないため、研磨スラリーの溜りおよびこれによるウェーハのスクラッチ発生が格段に減少する。

また、透明領域の表面においてもスラリーの移送を容易にするための溝加工が可能であるため、パッド表面でスラリーの均一な流動が可能となる。また、本発明に係るパッドを用いて研磨工程中、被研磨対象の平坦化度をｉｎ−ｓｉｔｕで光学的に容易に検出可能である。

また、弾性支持層および研磨層の透明領域およびそれ以外の領域が全て一体化されているため、各層の接着および透明領域の形成のためのパッドのパンチングおよび接着のような工程が不要である。従って、簡単な工程で製造できる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の研磨パッドおよびその製造方法に関する実施例を説明する。しかし、本発明は、本明細書で開示される実施例に限定されず、種々の変更が実施できる。本実施例は、本発明の完全な開示のために、当業者の理解を助けるためのもので、 本発明の真正な思想は、特許請求の範囲によって定義される。なお、図面において支持層と研磨層の厚さ、流動チャネルの大きさおよび深さ、マイクロエレメントの大きさおよび模様などは説明の便宜のために誇張または概略化されたものである。明細書の全体にわたって同一の部材には同一の参照符号を付してある。

図１は、本発明の第１の実施例に係る研磨パッド１００の断面図であり、図２は、本発明の第１の実施例に係る研磨パッド１００が取り付けられた研磨装置１の概略図である。図２においては、回転形研磨装置１に適合するように、円形の研磨パッド１００が示されている。研磨装置の形態に応じて長方形、正方形などの種々の形態に変更できるのは勿論である。

図１に示されたように、本発明の第１の実施例に係る研磨パッド１００は、一体型の弾性支持層１１０および研磨層１２０を有する。一体型とは、弾性支持層１１０と研磨層１２０とが互いに化学的に相溶性のある材質で構成されることで弾性支持層１１０と研磨層１２０との間に構造的な境界部が存在しないことを意味する。従って、図１において弾性支持層１１０と研磨層１２０との境界も鎖線で示されている。このように弾性支持層１１０および研磨層１２０が一体型となっているため、この２つの層を連結するための接着剤のような別の材料や接着工程が必要とならない。

研磨工程中、ウェーハによる下向き圧力に対して研磨パッドが弾性的な圧縮と膨張をすることで研磨均一度が向上する。従って、好ましくは、弾性支持層１１０は、ヒステリシス損失を最小化するため、硬度計Ａタイプで４０〜８０の硬度を有するように構成する。また、研磨層１２０は、平坦化効率の向上のため、弾性支持層１１０より高い硬度で、硬度計Ｄタイプで４０〜８０の硬さを有することが好ましい
弾性支持層１１０は、図２に示されたように、研磨パッド１００のプラトン（platen）３への取付けのためのものである。弾性支持層１１０が上記のような硬度を有する場合、プラトン３と対向するヘッド５に載置されている被研磨対象であるシリコンウェーハ７を加圧する下向き圧力に対して復元性を有するため、被研磨対象であるウェーハ７と直接接触する研磨層１２０をシリコンウェーハ７に対応して均一な弾性で支持することができる。即ち、体積圧縮の大きな弾性支持層１１０と体積圧縮の少ない研磨層１２０との相互作用で研磨平坦化の効率が増大する。

弾性支持層１１０および研磨層１２０は、一体型となるため、化学的に相溶性のある物質で形成される。また、鋳物および押出し成形可能な物質で形成されることが好ましい。また、平坦化のための化学溶液である研磨スラリーに対しては不溶性の物質で形成されることが好ましい。即ち、図２に示したように、研磨装備１のノズル１１を介して供給される研磨スラリー１３が浸透できない物質で形成される。例えば、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアクリル、ポリカボネート、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニールアセテート、ポリビニールクロライド、ポリエチレンイミン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリケトン、メラミン、ナイロンおよびフッ化炭化水素からなる群より選ばれるいずれか１つまたはこれらの混合物が弾性支持層１１０および研磨層１２０の材質として挙げられる。このなかでも、ポリウレタンが一番好ましい。ポリウレタンは、イソシアネート予備重合体と硬化剤とからなる二液状の低粘度液状ウレタンから得られる。予備重合体は、最終重合体に対する前駆体としてオリゴマーまたはモノマーを包括する。イソシアネート予備重合体は、平均２以上のイソシアネート官能基を有し、反応性イソシアネートの含量が４〜１６重量％であり、ポリエーテル、ポリエステル、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオールとトルエンジイソシアネートまたはメチレンジイソシアネートとの反応によって得られる。イソシアネート予備重合体は、イソシアネート反応性基を有する硬化剤と反応して最終的にポリウレタンを形成する。硬化剤としては、４，４−メチレン−ビス（２−クロロアニリン）（以下、ＭＯＣＡと略する）などのアミンまたはポリエーテル系およびポリエステル系の種々のポリオールが使用できる。ポリウレタンは、構成成分のさまざまな組み合せで物性の調節が可能である。

研磨層１２０は、表面に研磨スラリーの移送を容易にするための流動チャネルを有する組織またはパターン１２５が形成されていることが好ましい。流動チャネルの例としては、一定の間隔または不均一な間隔で配列されたグルーブ（groove）などが挙げられる。

なお、研磨スラリーの捕集および供給を一層容易にして研磨均一度を高めるため、研磨層１２０は多数のマイクロエレメントの埋め込まれたポリマーマトリックスで構成されることが好ましい。埋め込まれたマイクロエレメンとを備えるポリマーマトリックスで研磨層を構成する内容は、本出願人によって『埋め込まれた液状マイクロエレメンとを含有する研磨パッドおよびその製造方法』という名称で同日付で出願された明細書に記載されており、上記出願の内容は、本明細書に属するものとする。

具体的に、一部拡大図Ａのように、研磨層１２０は、ポリマーマトリックス１３０とポリマーマトリックス１３０内に均一に埋め込まれた（embedded）液状マクロエレメント１４０とで構成され、ウェーハ７と直接接触する研磨層表面１６０には、埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０によって定義され開孔された微細構造の多数の気孔１４０’を均一に配列させることが好ましい。この場合、研磨層１２０は、ポリマーマトリックス１３０内に液状マイクロエレメント１４０のみが埋め込まれているため、被研磨対象であるシリコンウェーハ７の表面状態、即ち、平坦度を光学的に検出できる光源３００に対して透明または半透明である。従って、弾性支持層１１０が非多孔性の固体均一ポリマー弾性体材質からなり、少なくとも一部が透明な場合は、研磨パッド１００を使用した研磨工程の進行中にｉｎ−ｓｉｔｕで光学的に被研磨対象の平坦度を容易に検出できる。

なお、図示されていないが、一体型研磨パッド１００の弾性支持層１１０が非多孔性の固体均一弾性体材質からなり、少なくとも一部が透明で、研磨層１２０も弾性支持層１１０と同様に非多孔性の固体均一ポリマーで構成され、少なくとも一部が透明なので、光学的に被研磨対象表面の平坦度を検出することができる。

他の例としては、一部拡大図Ｂのように、液状マイクロエレメント１４０と共に中空のポリマーマイクロエレメント１５０がポリマーマトリックス１３０内に均一に埋め込まれ、研磨層の表面１６０には埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０および中空のポリマーマイクロエレメント１５０によって定義され開孔された気孔１４０’、１５０’が配列されることもできる。図示されていないが、中空のポリマーマイクロエレメント１５０のみが埋め込まれることもできるのは勿論である。

パッド表面１６０に配列されている多数の気孔１４０’および／または１５０’は、図２のように研磨パッド１００が研磨装備１に装着され、ウェーハ７の表面と接触した状態でノズル１１を介して研磨スラリー１３がこれらの接触部位に供給される時、研磨スラリー１３を捕集し、これをウェーハ７の表面に一様に供給する機能を果たす。次いで、ウェーハ７と研磨パッド１００とが相対的に移動しながらウェーハ７の表面平坦化工程が持続的に行われると、研磨パッド表面１６０の一部が摩耗または研削され、埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０および／または中空のポリマーマイクロエレメント１５０が表層に露出され、再び研磨スラリーの捕集および供給が可能な気孔１４０’および／または１５０’を生成する。従って、研磨層表面１６０の気孔１４０’および１５０’と埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０および中空のポリマーマイクロエレメント１５０とは、ポリマーマトリックス１３０内に均一に分布されることが好ましい。

埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０は、ポリマーマトリックス１３０と相溶性のない液状物質で形成される。例えば、脂肪族鉱油、芳香族鉱油、分子鎖末端に水酸基のないシリコンオイル、大豆油、やし油、パーム油、コットン油、つばき油および硬化油からなる群より選ばれるいずれか１つまたはそれらの混合物などが、液状マイクロエレメント１４０の形成物質として使用できる。液状物質の分子量は、２００〜５０００が好ましく、２００〜１０００がさらに好ましい。分子量が２００以下では、硬化過程において液状物質が流出され、ポリマーマトリックス１３０内に生成される埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０の密度が低下する。分子量が５０００以上では、粘度が高くてポリマーマトリックス１３０形成用物質との混合が困難であり、均一な埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０が得られない。

埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０は、微細な球形で、ポリマーマトリックス１３０内に分散され形成されるのが好ましい。球形の直径は、５〜６０μｍが好ましく、１０〜３０μｍがより好ましい。球形の直径が上記の範囲内にあると、研磨スラリーの捕集および供給が一番良く行われる。しかし、使用される研磨スラリーの種類に応じて球形の直径が変化可能であり、埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０の大きさもこれに合わせて変化することができる。

埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０の大きさ、即ち、球形の直径は、ポリマーマトリックス１３０形成用物質に対する埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０形成用液状物質の重量比によって容易かつ様々に調節される。好ましくは、ポリマーマトリックス１３０形成用物質、例えば、ポリウレタン基材の全重量を基準に２０〜５０重量％で、より好ましくは、３０〜４０重量％で液状物質を混合することで希望の大きさを達成することができる。液状物質の量が２０重量％以下では、埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０の大きさが増大し、結果的にパッド表面１６０に形成される気孔１４０’の大きさが増大するようになる。この場合、研磨スラリー粒子の捕集量が多くて相対的に速い研磨速度を示すが、これによって精密な研磨が困難になり、研磨スラリーが不均一で大きな粒子を含んでいる場合、研磨スラリーの大きな粒子が捕集され、ウェーハのスクラッチが発生することがある。液状物質の量が５０重量％以上では、過量の液状物質が加工中に流出され、成形物の取り扱いに難しさがあり、得られた研磨パッドは、低い研磨速度となる短所がある。

また、埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０の大きさは、分散剤の使用量によっても容易かつ様々に調節される。ポリマーマトリックス１３０形成用物質、例えば、ポリウレタン基材の全重量を基準にして１〜５重量％で分散剤を混合することが好ましい。分散剤の量が１重量％以下では、液状物質の分散能が低下して均一な分散が行われない。分散剤の量が５重量％以上では、反応系の表面張力低下によって反応系内に存在する微細なガスが反応熱によって膨張し、ピンホールを形成するという問題点がある。分散剤としては、界面活性剤が一番好ましい。

即ち、埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０およびこれによって定義される気孔１４０’の大きさは、液状物質の量および／または分散剤の量によって様々に調節可能であるため、被研磨対象の種類および／または研磨スラリーの種類に応じて種々の研磨性能を有する研磨パッドの製造が可能であるという長所がある。

中空のポリマーマイクロエレメント１５０は、無機塩、糖、収容性ガムまたは樹脂などで形成され得る。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、ハイドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ハイドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ハイドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリハイドロキシエーテルアクリレート、澱粉、マレイン酸共重合体、ポリウレタンおよびその混合物などが中空のポリマーマイクロエレメント１５０形成用中空のポリマーとして使用され得る。これらの物質およびこれらの等価物は、当該分野に公知の方法で製造され得る。

図３は、本発明の第２の実施例による研磨パッドの平面図であり。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ’線に沿った断面図である。

第２の実施例による研磨パッド２００は、被研磨対象の表面状態、すなわち、ウェーハ表面の平坦度を光学的に検出可能な光源３００に対して透明な透明領域２２２を別に備える。研磨パッド２００の表面には研磨スラリーの移送を容易にする流動チャネルを有する組織またはパターン２２５が形成されている。図４に示したように、第２の実施例による研磨パッド２００は、弾性支持層２１０、研磨層２２０を構成する透明領域２２２および他の領域２２４が一体型となっている。一体型とは、第１の実施例において説明したように、弾性支持層２１０、研磨層２２０の透明領域２２２および他の領域２２４が互いに化学的に相溶性のある材質で構成され、弾性支持層２１０と研磨層２２０の領域２２２、２２４との間に構造的な境界部が存在しないことを意味する。従って、図４において弾性支持層２１０、透明領域２２２および研磨層２２０の他の領域２２４の境界が全て鎖線で示されている。

弾性支持層２１０は、少なくとも一部が被研磨対象表面の状態検出用光源３００に対して透明である。透明領域２２２を除いた研磨層２２０の他の領域２２４は、弾性支持層２１０上に形成され、弾性支持層２１０の硬度より高い硬度を有する。研磨層の透明領域２２２は、弾性支持層２１０の透明部位と重複されるように配列され、被研磨対象表面の状態検出用光源３００が研磨パッド２００を貫通して被研磨対象、例えば、ウェーハの表面状態、即ち、平坦度の検出を可能とする。

弾性支持層２１０は、第１の実施例と同様に、硬度計Ａタイプで４０〜８０の硬さを有し、研磨工程中にウェーハによる下向き圧力に対して研磨パッドが弾性的な圧縮と膨張を繰り返し、これによるヒステリシス損失を最小化して研磨均一度が向上し、透明領域２２２を除いた研磨層２２０の他の領域２２４は、硬度計Ｄタイプで４０〜８０の硬度を有し、平坦化効率の向上が可能となる。

弾性支持層２１０および研磨層２２０の他の領域２２４の機能および形成材質は、第１の実施例の弾性支持層１１０および研磨層１２０と同様であるため、説明を省略する。

但し、弾性支持層２１０は、一部または全体が被研磨対象表面の状態検出用光源３００に対して透明である必要があるため、非多孔性の固体均一ポリマーで形成されることが好ましい。

透明領域２２２を除いた研磨層２２０の他の領域２２４は、第１の実施例の研磨層１２０と同様に、多数のマイクロエレメントが埋め込まれ、表面に研磨スラリーの捕集および供給を容易にする多数の気孔が配列されたポリマーマトリックスで構成され得る。即ち、一部拡大図Ａのようにポリマーマトリックス１３０内に埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０を含有し、また、一部拡大図Ｂのようにポリマーマトリックス１３０内に埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０と共に中空のポリマーマイクロエレメント１５０を含有し、また、図示しないが埋め込まれた中空のポリマーマイクロエレメント１５０のみを含有することもできる。ポリマーマトリックス１３０の材質および埋め込まれた液状マイクロエレメント１４０および中空のポリマーマイクロエレメント１５０の材質は、第１の実施例と同様なので、その説明を省略する。

研磨層２２０の透明領域２２２は、弾性支持層２１０および研磨層２２０の他の領域２４４と化学的に相溶性を有し、平坦度終点検出用光源３００に対して透明な有機ポリマーまたはこの有機ポリマーのコーティングされた無機質材質で構成される。有機ポリマーとしては、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニールクロライド、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ポリビニリデンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選ばれるいずれか１つまたはこれらの混合物が挙げられる。このなかでもポリウレタンが一番好ましい。無機質材料としては、ガラスが挙げられる。無機質材料の使用時には、有機ポリマーでコーディングしてウェーハへの損傷を防止し、透明領域２２２がそのほかの領域２１０、２２４と一体型に形成されるようにする。

図５は、本発明の第２の実施例の変形例に係る一体型研磨パッドの断面図である。図４の第２の実施例とは異なり、研磨層２２０の透明領域２２２が弾性支持層２１０から伸長し突出した形態で構成され、透明領域２２２が研磨層２２０の他の領域２２４内に挿入された構造をとっている。この場合、弾性支持層２１０と透明領域２２２とは同一の材質で形成された構造物である。

以下、本発明の第２の実施例に係る研磨パッドの製造方法について図６のフローチャーとを参考して説明する。

先ず、支持層を製造する（Ｓ６００）。形成された支持層の物性が前述の研磨パッドの特性に符合するように支持層形成材料を混合して鋳物、押出し成形などのようなポリマーシート製造分野の当業者に公知の方法で形成する。

次いで、製造された支持層を鋳型内に装着し、支持層上の一部領域上に透明部材を提供する。透明部材の提供は、透明領域形成用材質で個別的に製造された透明窓を支持層の上に提供するか（Ｓ６１０Ａ）、支持層の装着された鋳型内の透明領域を定義する鋳型の型（cavatiy）内に透明領域形成用材質を注入する（Ｓ６１０Ｂ）ことを意味する。

次いで、鋳型の他の空いた領域、即ち、弾性支持層の他の領域上に研磨層の他の領域形成用材料を注入する（Ｓ６２０）。研磨層の他の領域形成用物質の種類およびこれらの含量比は、先に述べているため具体的な説明は省略する。また、ポリマーマトリックス形成用物質に液状物質および／または中空のポリマーを先に述べた含量比で混合する。混合は、好ましくは、分散剤を使用して液状物質がポリマーマトリックス形成用物質内に均一に分散するようにする。分散混合は、攪拌方式で行うのが好ましい。

次いで、一体化を行う（Ｓ６３０）。一体化は、ゲル化および硬化反応を通じて進行する。前述のステップを経た結果物に対して８０〜９０℃で５〜３０分間ゲル化が行われるようにした後、８０〜１２０℃で２０〜２４時間硬化が行われるようにする。なお、具体的な工程温度および時間が、様々に変化できるのは勿論である。研磨層と支持層とが化学的に相溶性を有しており、製造中に一体化が行われる過程は、各層の物質が化学的に同一の構造を有し、界面での溶融や溶解によって均一な混合物となり、または、化学構造内に物理的な結合を形成できる官能基を含んでおり、層の界面での溶融や溶解によって均一な混合物となり、または、化学的に互いに異なった物質でも相溶化剤が存在すると、界面で溶融や溶解によって均一な混合物となり、これらの混合物がゲル化と硬化過程を経て１つの相となることを意味する。支持層形成用材料、透明領域形成用材料および他の領域形成用材料が相互間に化学的に相溶性のある材料であるため、ゲル化および硬化工程が完了すると、図４に示されたように、支持層、研磨層の透明領域および他の領域が一体型に形成され、これらの間に構造的な境界部が存在しない。

おわりに、所定の形状に硬化された結果物を加工する（Ｓ６４０）。加工は、離型、裁断、表面加工処理、洗浄などの過程を含む。先ず、硬化された反応物を、鋳型から取出して所定の厚さと模様を有するように切断する。そして、研磨層の全表面に研磨スラリーが一様に移動できるようにするための種々の形態の流動チャネルを有する組織またはパターンを形成する。その後、洗浄工程を経て研磨層を完成する。洗浄工程時、研磨層の透明領域以外の領域に液状マイクロエレメントが存在すると、表面の液状マイクロエレメントが溶出され、研磨層の表面に開孔された気孔が分布されるようになる。このとき、溶出された液状マイクロエレメントが研磨層の表面に残留しないように洗浄液を使用することが好ましい。

図７は、本発明の第２の実施例の変形例に係る研磨パッドの製造方法を示すフローチャートである。

先ず、研磨層の透明領域以外の領域を製造する（Ｓ７００）。形成された研磨層の透明領域以外の領域の物性が前述の特性に満たすように材料を混合して鋳物、押出し成形などのようなポリマーシート製造分野の当業者に公知の方法で形成する。このとき、研磨層の透明領域に形成される領域を空いた空間にすることが好ましい。これは、研磨層形成用鋳型内に透明領域が形成される領域を別々に区分することで容易に実施することができる。また、他の方法としては、単一シートに製造した後、透明領域の形成される部分のみをパンチングすることもできる。

次いで、研磨層の透明領域以外の領域が装着された鋳型内に支持層形成用材料を注入する（Ｓ７１０）。注入時、支持層形成用材料が鋳型内の空いた空間を充填することで支持層と共に透明領域を形成することになる。

支持層材料の注入の前に、研磨層の透明領域以外の領域内の空いた空間に透明部材を提供し、図４に示された第２の実施例の研磨パッドに形成することもできる。透明部材の提供は、透明領域形成用材質を注入するか（Ｓ７０５Ｂ）、透明領域形成用材質で個別的に製造された透明窓を提供する（Ｓ７０５Ａ）方法で行う。

その後、一体化（Ｓ７２０）のためのゲル化および硬化、そして最終加工（Ｓ７３０）は、図６の製造方法で説明したような方法で行う。上述の製造方法は、大量生産に適合するように様々に変形可能であるのは勿論である。

当業者であれば、上述の第２の実施例およびその変形例に係る研磨パッドの製造方法に関する説明から、第１の実施例に係る研磨パッドの製造方法を十分類推して適用することができるため、その詳細な説明は省略する。

以下の実験例を挙げて本発明についてより詳しく説明する。ここに開示されていない内容は、当業者であれば十分に技術的に類推できるものであるため、説明を省略する。勿論、以下の実験例によって本発明の範疇が制限されるのではない。

実験例１
ポリエーテル系イソシアネート予備重合体（ＮＣＯ含量１６％）１００ｇと、ポリプロピレングリコール１００ｇを常温で混合して反応を開始させた。低粘度の維持される状態で反応液を厚さ１．５ｍｍに鋳物加工し、これを３０分間ゲル化させた後、１００℃オーブンで２０時間の間硬化させた。また、得られた硬化物を一定の大きさに裁断して支持層を製造した。支持層の製造と同様な方法で厚さ１ｍｍのシートを作り、これを２０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに裁断して透明窓を形成した。

予め製造された支持層を一定の大きさの鋳型に装着し、支持層の表面に透明窓を載せて研磨層の製造のために鋳型の温度を５０℃に調整しておいた。

ポリエーテル系イソシアネート予備重合体（ＮＣＯ含量１１％）１００ｇ、鉱油（以下、ＫＦ−７０という）（ソジン化学社製）２３．３ｇ、ノニールフェノールエトキシレート（ＮＰ−２）（韓国ポリオール株式会社製）５ｇを混合し、ここに中空のポリマーで内部気孔の大きさが３０〜１３０μｍである粉末のＥＸＰＡＮＣＥＬ ０９１ ＤＥ １．２ｇを投入し、ホモミキサーにて２０００ｒｐｍの速度で２分間攪拌して均一に分散させた。得られた混合物にＭＯＣＡ ３３ｇを常温で混合し、直ちに上記で用意した鋳型に注入し、３０分間ゲル化させた後、１００℃オーブンで２０時間の間硬化させた。得られた硬化物を鋳型から取り出して加工し、研磨パッドが完成した。

実験例２
ＥＸＰＡＮＣＥＬを使用せずに、ＫＦ−７０ ４６ｇを使用した点のみが実験例１と相違している。他の工程は実験例１と同様にして研磨パッドが完成した。

実験例３
実験例１と同様な方法で研磨層を製造した。得られた研磨層は、一定の部分を２０ｍｍ×５０ｍｍの大きさにパンチングして空いた空間を形成した後、一定の大きさの鋳型に装着し、鋳型の温度を５０℃に調整しておいた。

実験例１の透明窓の形成と同様な方法で製造されたウレタン反応物を上記の鋳型内にある研磨層の空いた空間に注入した。そして、実験例１の支持層を形成するウレタン反応物を研磨層の上に注入して鋳物加工した。３０分間ゲル化させた後、１００℃オーブンで２０時間の間硬化させ、鋳型から離型した後、加工することで研磨パッドが完成した。

本発明の第１の実施例に係る一体型研磨パッドの断面図 本発明の第１の実施例に係る一体型研磨パッドの装着された研磨装置の概略図 本発明の第２の実施例に係る一体型研磨パッドの平面図 本発明の第２の実施例に係る一体型研磨パッドの断面図 本発明の第２の実施例の変形例に係る一体型研磨パッドの断面図 本発明の第２の実施例に係る一体型研磨パッドの製造工程を示すフローチャート 本発明の第２の実施例の変形例に係る一体型研磨パッドの製造工程を示すフローチャート

符号の説明

１００、２００…研磨パッド
１１０、２１０…弾性支持層
１２０、２２０…研磨層
１２５、２２５…流動チャネル
２２２…透明領域
２２４…透明領域以外の領域

Claims (24)

1. 被研磨対象の表面と接触して移動することで研磨工程を行うための研磨パッドにおいて、
   弾性支持層と、
   前記弾性支持層の上に形成され、前記弾性支持層の硬度より高い硬度を有する研磨層とを備え、
   前記弾性支持層と前記研磨層とは、互いに化学的に相溶性のある材質で構成され、前記弾性支持層と前記研磨層との間に構造的な境界部が存在しない一体型研磨パッドにおいて、
   前記弾性支持層の少なくとも一部が、前記被研磨対象表面の状態検出用光源に対して透明であり、前記研磨層の少なくとも一部が、前記被研磨対象表面の状態検出用光源に対して透明または半透明であり、前記弾性支持層は、非多孔性固体均一ポリマーで構成され、前記研磨層は、前記化学的に相溶性のある材質で構成されたポリマーマトリックスと、前記ポリマーマトリックス内に埋め込まれた液状マイクロエレメントとを備え、前記研磨層の表面には、前記液状マイクロエレメントによって定義され開孔された気孔が分布され、前記液状マイクロエレメントの材質は、前記ポリマーマトリックスと化学的に相溶性のない液状物質であることを特徴とする一体型研磨パッド。
2. 前記弾性支持層は、硬度計Ａタイプで４０〜８０の硬さを有することを特徴とする請求項１に記載の一体型研磨パッド。
3. 前記研磨層は、硬度計Ｄタイプで４０〜８０の硬さを有することを特徴とする請求項１に記載の一体型研磨パッド。
4. 前記弾性支持層および前記研磨層を構成する材質は、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアクリル、ポリカボネート、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニールアセテート、ポリビニールクロライド、ポリエチレンイミン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリケトン、メラミン、ナイロンおよびフッ化炭化水素からなる群より選ばれるいずれか１つまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の一体型研磨パッド。
5. 前記研磨層の表面が研磨工程によって摩耗または研削されると、前記埋め込まれた液状マイクロエレメントが表面に露出され、連続的に前記開孔された気孔を形成することを特徴とする請求項１に記載の一体型研磨パッド。
6. 前記液状物質は、脂肪族鉱油、芳香族鉱油、分子鎖末端に水酸基のないシリコンオイル、大豆油、やし油、パーム油、コットン油、つばき油および硬化油からなる群より選ばれるいずれか１つまたはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の一体型研磨パッド。
7. 前記液状物質は、前記ポリマーマトリックス形成用物質の全重量に対して２０〜５０重量％で含まれることを特徴とする請求項６に記載の一体型研磨パッド。
8. 前記研磨層は、前記化学的に相溶性のある材質で構成されたポリマーマトリックスと、前記ポリマーマトリックス内に埋め込まれた液状マイクロエレメントおよび中空のポリマーエレメントを有し、
   前記研磨層の表面には、前記液状マイクロエレメントおよび前記中空のポリマーマイクロエレメントによって定義され開孔された気孔が分布されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の一体型研磨パッド。
9. 前記研磨層の表面には、研磨スラリーの移送を容易にするための流動チャネルを含む組織またはパターンがさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の一体型研磨パッド。
10. 被研磨対象の表面と接触して移動することで研磨工程を行うための研磨パッドにおいて、
    少なくとも一部が前記被研磨対象表面の状態検出用光源に対して透明な弾性支持層と、
    前記弾性支持層の透明部位と重複され、前記光源に対して透明な透明領域および前記弾性支持層の硬度より高い硬度を有する前記透明領域以外の領域を有する研磨層とを備え、
    前記弾性支持層、前記透明領域および前記透明領域以外の領域は、化学的に相溶性のある材質で構成され、前記弾性支持層と、前記透明領域および前記透明領域以外の領域は、相互間に構造的な境界部が存在しない一体型研磨パッドにおいて、
    前記透明領域以外の領域は、化学的に相溶性のある材質で構成されたポリマーマトリックスと、前記ポリマーマトリックス内に埋め込まれた液状マイクロエレメントおよび／または中空のポリマーマイクロエレメンとを備え、
    前記研磨層の表面には、前記液状マイクロエレメントおよび／または前記中空のポリマーマイクロエレメントによって定義され開孔された気孔が分布され、
    前記液状マイクロエレメントの材質は、前記ポリマーマトリックスと化学的に相溶性のない液状物質であることを特徴とする一体型研磨パッド。
11. 前記弾性支持層は、硬度計Ａタイプで４０〜８０の硬さを有することを特徴とする請求項１０に記載の一体型研磨パッド。
12. 前記研磨層の透明領域以外の領域は、硬度計Ｄタイプで４０〜８０の硬さを有することを特徴とする請求項１０に記載の一体型研磨パッド。
13. 前記弾性支持層および前記透明領域以外の領域を構成する材質は、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアクリル、ポリカボネート、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニールアセテート、ポリビニールクロライド、ポリエチレンイミン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリケトン、メラミン、ナイロンおよびフッ化炭化水素からなる群より選ばれるいずれか１つまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１０に記載の一体型研磨パッド。
14. 前記透明領域の材質は、有機ポリマーまたは前記有機ポリマーでコーティングされた無機質材料であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１つに記載の一体型研磨パッド。
15. 前記有機ポリマーは、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニールクロライド、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ポリビニリデンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選ばれるいずれか１つまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１４に記載の一体型研磨パッド。
16. 前記弾性支持層は、非多孔性固体均一ポリマー弾性体材質で構成されることを特徴とする請求項１５に記載の一体型研磨パッド。
17. 前記研磨層の表面が研磨工程において摩耗または研削されると、前記埋め込まれた液状マイクロエレメントおよび／または中空のポリマーマイクロエレメントが表面に露出され、連続的に前記開孔された気孔を形成することを特徴とする請求項１０に記載の一体型研磨パッド。
18. 前記液状物質は、脂肪族鉱油、芳香族鉱油、分子鎖末端にに水酸基のないシリコンオイル、大豆油、やし油、パーム油、コットン油、つばき油および硬化油からなる群より選ばれるいずれか１つまたはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１７に記載の一体型研磨パッド。
19. 前記液状物質は、前記ポリマーマトリックス形成用物質の全重量に対して２０〜５０重量％で含まれることを特徴とする請求項１０に記載の一体型研磨パッド。
20. 前記研磨層の表面には、研磨スラリーの移動を容易にするための流動チャネルを含む組織またはパターンがさらに形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の一体型研磨パッド。
21. 弾性支持層を提供するステップと、
    前記弾性支持層の一部領域上に被研磨対象表面の状態検出用光源に対して透明な透明部材を提供するステップと
    前記弾性支持層の上部に前記弾性支持層の材質と化学的に相溶性を有し、前記弾性支持層より硬度の高い研磨層材料を提供するステップと、
    ゲル化および硬化を通じて前記弾性支持層と一体化された前記研磨層を形成するステップとを含む研磨パッドの製造方法であって、
    前記研磨層材料提供のステップは、前記弾性支持層の他の領域上に前記研磨層の材料を提供するステップであり、
    前記一体化のステップは、ゲル化および硬化を通じて前記弾性支持層と一体化された前記透明部材および前記研磨層を形成するステップであり、
    前記弾性支持層の材質、前記透明部材および前記研磨層の材料は、互いに化学的に相溶性を有し、
    前記透明領域の材質は、有機ポリマーまたは前記有機ポリマーでコーティングされた無機質材料であることを特徴とする研磨パッドの製造方法。
22. 前記弾性支持層の少なくとも一部が、前記光源に対して透明であり、
    前記透明部材は、前記光源に対して透明な前記少なくとも一部の領域上に提供することを特徴とする請求項２１に記載の研磨パッドの製造方法。
23. 一部領域が空いた空間である研磨層を提供するステップと、
    前記研磨層の上に前記研磨層材質と化学的に相溶性を有し、前記研磨層より硬度が低く、被研磨対象表面の状態検出用光源に対して透明な弾性支持層の材料を提供するステップと、
    ゲル化および硬化を通じて前記研磨層と一体化された前記弾性支持層を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
24. 前記弾性支持層の材料を提供するステップに先立って、
    前記研磨層の空いた空間に前記光源に対して透明な透明部材を提供するステップをさらに含み、
    前記一体化のステップは、ゲル化および硬化を通じて前記研磨層と一体化された前記透明部材および前記弾性支持層を形成するステップであり、
    前記研磨層の材質、前記透明部材および前記弾性支持層の材料は、互いに化学的に相溶性を有することを特徴とする請求項２３に記載の研磨パッドの製造方法。

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