JP2022002305A - 研磨パッド、その製造方法およびこれを用いる半導体素子の製造方法 - Google Patents

研磨パッド、その製造方法およびこれを用いる半導体素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体の化学機械的平坦化（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＣＭＰ）工程に使用される研磨パッドにおいて、研磨率を向上させ、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ及びチャタマークを著しく減少させ得る研磨パッド、その製造方法及びこれを用いた半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】方法は、研磨パッドの微細気孔１５０の形状及び研磨パッド内で部分的に発生する気孔凝集現象を制御して、研磨後の研磨パッドの表面粗さ特性を一定のレベルに調節する。【選択図】図１

Description

実現例は、研磨後の表面粗さ特性が調節された研磨パッド、その製造方法およびこれを用いた半導体素子の製造方法に関するものである。
半導体製造工程の中で、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程は、ウェーハ（wafer）のような半導体基板をヘッドに付着して、プラテン（platen）上に形成された研磨パッドの表面に接触するようにした状態で、スラリーを供給して半導体基板表面を化学的に反応させながらプラテンとヘッドとを相対運動させて、機械的に半導体基板表面の凹凸部分を平坦化する工程である。
研磨パッドは、このようなＣＭＰ工程で重要な役割を担う必須の原・副資材として、通常、ポリウレタン系の樹脂からなり、表面にスラリーの大きな流動を担う溝（groove）と微細な流動をサポートする気孔（pore）とを備える。中でも、研磨パッド内の気孔は、空隙を有する固相発泡剤、気相発泡剤、液相発泡剤を用いて形成するか、または化学的反応によりガスを発生させて形成され得る。
しかし、前記気相または液相発泡剤を用いて微細気孔を形成する方法は、ＣＭＰ工程中に影響を与え得る排出物質がないというメリットはあるが、気孔のサイズおよびサイズ分布、気孔の含有量を精密に調節するのが難しいという問題点があり得る。また、微細気孔の外壁が別途存在しないため、ＣＭＰ工程中に微細気孔の形状を維持するのに不利であるというデメリットも存在する。
一方、外壁および空隙を有する固相発泡剤を用いて研磨パッドを製造する方法は、気相または揮発性液相発泡剤を用いる方法とは逆に、気孔の形状およびサイズ分布、気孔含有量を精密に調節可能なメリットがあり、固相発泡剤の外壁の存在により、ＣＭＰ工程中に微細気孔の形状を維持するのに有利な部分がある。
しかし、固相発泡剤を用いる方法は、固相発泡剤の形状を自由に調節することが難しいという問題点と、固相発泡剤をポリマーに混入して調製する過程において、研磨パッド内で部分的に固相発泡剤の凝集現象が発生し得るという問題点がある。
このような微細気孔の形状および研磨パッド内で部分的に発生する気孔凝集現象は、ＣＭＰ工程の重要な性能のうち、研磨率、平坦化、ウェーハ表面に発生する残渣（residue）、スクラッチ（scratch）、およびチャタマーク（chatter mark）にも影響を与え得るため、その制御が特に重要である。
韓国特許公開第２００８−００３７７１９号公報
本発明は、前記従来技術の問題を解決するために考案されたものである。
本発明の解決しようとする技術的課題は、微細気孔の形状および凝集現象を制御して、研磨後研磨パッドの表面粗さ特性を一定のレベルに調節することにより、ウェーハ表面に発生する残渣、スクラッチ、およびチャタマークの特性を向上させることができ、研磨率をさらに向上させ得る研磨パッドおよびその製造方法を提供するものである。
また、前記研磨パッドを用いて半導体素子を製造する方法を提供しようとする。
前記目的を達成するために一実現例は、シリコン酸化膜ウェーハ（PE-TEOS wafer）を用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミー（dummy）ウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式１および式２を満足する研磨パッドを提供する。
［式１］
０．０２０≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）≦１．０００
［式２］
０．００５≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）≦２．０００
前記式１および式２において、
前記Ｖｍｐ（１０）は、上位１０％に相当する突出山部実体体積（material volume of peaks）であり、
前記Ｖｖｖ（８０）は、上位８０％〜１００％に相当する突出谷部空隙容積（void volume of the valleys）であり、
前記Ｖｍｃ（１０、８０）は、上位１０％〜８０％に相当するコア部実体体積（material volume of the core）である。
他の実現例は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を混合して原料混合物を調製する段階と、前記原料混合物をモールド内に注入し硬化して研磨パッドを得る段階とを含み、シリコン酸化膜ウェーハ（PETEOS wafer）を用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミー（dummy）ウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式１および式２を満足する研磨パッドの製造方法を提供する。
また他の実現例は、研磨層を含む研磨パッドを定盤に装着する段階と、前記研磨層の研磨面とウェーハの表面とが当接するよう互いに相対回転させて前記ウェーハの表面を研磨する段階とを含み、前記研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において、前記式１および式２を満足する、半導体素子の製造方法を提供する。
また他の実現例は、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式４を満足する研磨パッドを提供する。
［式４］
０．００２≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）≦０．１００
前記式４において、
前記Ｖｍｐ（１０）は、上位１０％に相当する突出山部実体体積（material volume of peaks）であり、
前記Ｖｖ（０）は、全空隙の容積である。
また他の実現例は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を混合して原料混合物を調製する段階と、前記原料混合物をモールド内に注入し硬化して研磨パッドを得る段階とを含み、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式４を満足する、研磨パッドの製造方法を提供する。
また他の実現例は、研磨層を含む研磨パッドを定盤に装着する段階と、前記研磨層の研磨面とウェーハの表面とが当接するよう互いに相対回転させて前記ウェーハの表面を研磨する段階とを含み、前記研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式４を満足する、半導体素子の製造方法を提供する。
前記実現例による研磨パッドは、微細気孔の形状および凝集現象を制御して、研磨後研磨パッドの表面粗さ特性を一定のレベルに調節することにより、ウェーハ表面に発生する残渣、スクラッチ、およびチャタマーク特性を改善することができ、研磨率をさらに向上させ得る。
図１は、本発明の一実現例により、せん断応力によって研磨パッドの表面形状および気孔の形状変形を示し得る研磨工程の例を示すものである。 図２は、研磨パッドの光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線から導出される容積パラメータ（ａ）および高さパラメータ（ｂ）を説明する模式図である。 図３は、一実現例による固相発泡剤分取精製装置における分取部を示す概略図である。 図４は、一実現例による固相発泡剤分取精製装置における分取部の動作状態図を示したものである。 図５は、一実現例による前記固相発泡剤分取精製装置におけるフィルター部３０ａ、３０ｂの分解斜視図を示したものである。 図６は、一実現例によるウェーハ上の残渣形状を示す写真である。 図７は、一実現例によるウェーハ上のスクラッチ形状を示す写真である。 図８は、一実現例によるウェーハ上のチャタヌーガマーク形状を示す写真である。
以下の実現例の説明において、各層またはパッド等が、各層またはパッド等の「上（on）」または「下（under）」に形成されるものとして記載される場合において、「上（on）」および「下（under）」は、直接（directly）または「他の構成要素を介して（indirectly）」形成されるものをすべて含む。
また、各構成要素の上／下に対する基準は、図面を基準に説明する。なお、図面における各構成要素の大きさは、説明のために誇張されることがあり、実際に適用される大きさのことを意味するものではない。
また、本明細書に記載された構成成分の物性値、寸法等を表すすべての数値範囲は、特別な記載がない限り、すべての場合に「約」という用語で修飾されるものと理解するべきである。
［研磨パッド］
本発明の一実現例による研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式１および式２を満足する。
［式１］
０．０２０≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）≦１．０００
［式２］
０．００５≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）≦２．０００
前記式１および式２において、
前記Ｖｍｐ（１０）は、上位１０％に相当する突出山部実体体積（material volume of peaks）であり、
前記Ｖｖｖ（８０）は、上位８０％〜１００％に相当する突出谷部空隙容積（void volume of the valleys）であり、
前記Ｖｍｃ（１０、８０）は、上位１０％〜８０％に相当するコア部実体体積（material volume of the core）である。
本発明の他の実現例による研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式４を満足する。
［式４］
０．００２≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）≦０．１００
前記式４において、
前記Ｖｍｐ（１０）は、前記で定義した通りであり、
前記Ｖｖ（０）は、全空隙の容積である。
本発明のまた他の実現例による研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式５および式６を満足する。
［式５］
Ｓｐｋ／Ｓｖｋ＜１．２
［式６］
０．１≦Ｓｐｋ／Ｓｋ≦１．１
前記式５および式６において、
前記Ｓｐｋは、減少された突出山部高さ（reduced peak height）であり、
前記Ｓｖｋは、減少された突出谷部高さ（reduced valley depth）であり、
前記Ｓｋは、コア部粗さ深さ（core roughness depth）である。
本発明のまた他の実現例による研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式１１を満足する。
［式１１］
０．５≦（Ｓｐｋ＋Ｓｖｋ）／Ｓｋ≦３．５
前記式１１において、前記Ｓｐｋ、Ｓｖｋ、およびＳｋは、前記で定義した通りである。
本発明の一実現例によると、研磨後の研磨パッドの表面粗さ特性、特に負荷面積率曲線から算出された容積パラメータおよび高さパラメータの比率を特定範囲に制御することにより、ウェーハ表面に発生する残渣、スクラッチ、およびチャタマーク特性を改善することができ、研磨率をさらに向上させ得る。
［研磨後研磨パッドの表面粗さ］
本明細書において、表面粗さ（surface roughness）は、研磨パッドの表面が加工または研磨によって形成される研磨パッドの表面粗さのことを意味する。本発明で用いた光学用表面粗さ測定器は、ブルカー（Bruker）社のContour GTモデルである。研磨パッドの表面粗さ測定の詳細な条件は、本明細書の実施例を参照する。
前記研磨工程中または研磨後研磨パッドの表面粗さが一定に維持されたとき、ウェーハの研磨速度、表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークの数値が一定に維持され得る。また、前記研磨パッドは、研磨工程が進むにつれ、
１）コンディショナーによる表面切削、
２）キャリア部（ウェーハを含む）から加えられる加圧およびせん断応力、
３）ウェーハおよび研磨パッドの界面に存在するスラリーの形状によって、研磨パッド表面に損傷および変形が加えられるため、表面粗さが変わることとなる。
一例として、図１を参照すると、前記研磨パッドは化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程で用いられ、その工程の中でヘッド１１０に付着されている半導体基板（ウェーハ）１２０により加えられる垂直方向の圧縮力と、プラテン１３０の回転によって発生する水平方向のせん断応力とによって、研磨パッドの表面形状が変形される。
前記研磨パッドは、表面にスラリー１４０の大きな流動を担う溝（groove）と、微細な流動をサポートする気孔（pore）とを備える。前記研磨パッドは、外部応力によって表面の溝だけでなく、気孔１５０の形状が変形され、これは研磨パッドの表面粗さの変化を誘発し得る。
特に、研磨後研磨パッドの表面粗さの変化を誘発する気孔の形状変化または気孔の凝集度合いは、ＣＭＰ工程の重要な性能のうち、研磨率、ウェーハ基板の平坦化、ウェーハ表面に発生する残渣、スクラッチ、およびチャタマーク等に影響を与え得るので、その制御が特に重要である。
このような特性に応じて調節される、研磨後研磨パッドの表面粗さは、ウレタン系プレポリマーの種類によって異なり得る。また、前記表面粗さは、発泡剤（気相発泡剤、液相発泡剤または固相発泡剤）の種類により異なり得る。また、前記表面粗さは、固相発泡剤の精製システムの使用有無により異なり得る。また、前記表面粗さは、各成分原料の精製有無により異なり得る。また、前記表面粗さは、各成分混合の際、ミキシングヘッドの回転速度、溝加工の度合い、プレコンディショニング条件などにより異なることがあり、他にも様々な変数によって表面粗さを制御し得る。
本発明の実現例による研磨パッドの表面粗さ特性は研磨後、すなわち、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後に測定した研磨パッドの表面粗さであり得る。
この際、前記ダミーウェーハは、主に実験とテストに使用されるウェーハとして、研磨パッドの使用初期、すなわち、研磨を実質的に行う前に、研磨パッドの表面を圧縮して不均一な研磨パッドの表面特性を均一な形状に制御するために使用されるウェーハであり、前記モニタリングウェーハは、実質的に研磨後研磨パッドの物性をモニタリングすることを目的として使用されるウェーハである。
前記研磨パッドは、ＣＴＳ社のＡＰ−３００モデルを用いてＣＭＰ工程を行うことができ、パッドの表面状態を最適化するために研磨の前、具体的に、ダミーウェーハの研磨前にプレブレークイン（pre break in）工程を１０分〜２０分間行い、研磨パッドの研磨層をコンディショニング（conditioning）処理し得る。研磨パッドの具体的な研磨工程の条件は、後述する実施例を参照し得る。
このように研磨工程を行った後、表面粗さ測定器を用いて得た前記負荷面積率曲線は、負荷曲線（bearing area curve、ＢＡＣ）またはアボットファイヤーストーン曲線（abbott-firestone curve）と言い、前記表面粗さ測定器により単位面積に対して測定された高さによる累積データをプロット（plot）したグラフである。
前記表面粗さの面積、負荷面積率曲線から導出されるパラメータとしては、高さに換算したパラメータであるＳパラメータ（以下、高さパラメータと言う）と、容積に換算したパラメータであるＶパラメータ（以下、容積パラメータと言う）がある。本発明においては、実現例により、前記ＳパラメータとしてＳｐｋ、Ｓｖｋ、およびＳｋ、前記ＶパラメータとしてＶｍｐ（１０）、Ｖｍｃ（１０、８０）、Ｖｖｖ（８０）、およびＶｖ（０）を調節して研磨性能を改善し得る。
これに関連して、図２は、研磨パッドの光学用表面粗さ測定器で測定する際、前記負荷面積率曲線から導出される容積パラメータ（ａ）および高さパラメータ（ｂ）を説明する模式図である。
以下、図２の（ａ）および（ｂ）を参照して、表面粗さの容積パラメータおよび高さパラメータを具体的に説明する。
＜表面粗さの容積パラメータ＞
前記表面粗さの容積パラメータは、実体体積パラメータ（Ｖｍｐ（１０）、Ｖｍｃ（１０、８０）と空隙容積パラメータ（Ｖｖｖ（８０）、Ｖｖ（０））とを含む。
前記実体体積パラメータは、評価領域において実際の材料が占めている体積に関するパラメータであり、研磨工程における研磨装置のうち、キャリア（carrier）部に加えられた圧力によってウェーハと研磨パッドとが直接摩擦することとなる研磨パッドの体積に関するパラメータである。
前記実体体積パラメータにおいて、図２の（ａ）を参照して、前記Ｖｍｐ（１０）は、上位１０％に相当する突出山部実体体積（material volume of peaks）であり、グラフのパーセントデータカットの０％〜１００％（ｘ軸）のうち１０％に相当する高さ（ｙ軸）において最も高いピークに至る表面からなる材料の体積である。前記Ｖｍｐ（１０）は、被研磨材によって最初に摩耗する材料の体積を示すパラメータであるため、ＣＭＰ工程において機械的な研磨と最も関連の深いパラメータであり得る。
前記Ｖｍｃ（１０、８０）は、上位１０％〜８０％に相当するコア部実体体積（material volume of the core）であり、グラフのパーセントデータカットの０％〜１００％（ｘ軸）のうち１０％および８０％に相当する高さ（ｙ軸）間の表面質感を構成する材料の体積である。
一方、前記空隙容積パラメータは、評価領域において空き領域が占めている空隙に関するパラメータであり、研磨工程におけるウェーハと研磨パッドとの間の界面でスラリーおよび欠陥／スクラッチを誘発し得る副産物が自由に移動できるマイクロチャネルの役割をする空隙に関するパラメータである。このような空隙を介して移動するスラリーは、ウェーハとの接触によりウェーハの被研磨層との化学的反応を起こして、化学的な研磨が可能となる。
また、研磨工程で発生する研磨パッドの粉砕物および被研磨層の研磨残骸物、化学的反応が完了したスラリー粒子などが単独でまたは相互反応して巨大粒子に成長する場合、被研磨層との化学的結合や機械的摩擦により被研磨層に残渣として残ったり、被研磨層の表面にスクラッチまたはチャタマークを誘発したりする役割をし得る。
したがって、前記研磨パッドの空隙は、これらの粒子が研磨工程中に研磨パッドとウェーハとの間の界面で残渣や表面スクラッチまたはチャタマークを誘発することなく抜け出せるマイクロチャネルの役割をし得る。
前記空隙容積パラメータにおいて、図２の（ａ）を参照して、前記Ｖｖ（０）は、全空隙の容積（total void volume）であり、グラフのパーセントデータカットの０％（ｘ軸）に該当する高さ（ｙ軸）から最も低い谷部（１００％）まで表面質感によって境界・分離された空隙の容積である。前記Ｖｖ（０）は、スラリーが担持され得る全空隙の容積であるため、ＣＭＰ工程においてスラリーの流動チャネルおよびＣＭＰ工程中に発生する異物の流動性と最も関連の深いパラメータであり得る。
前記Ｖｖｖ（８０）は、上位８０％〜１００％に相当する突出谷部空隙容積（void volume of the valleys）であり、グラフのパーセントデータカットの０％〜１００％（ｘ軸）のうち８０％に相当する高さ（ｙ軸）から最も低い谷部まで表面質感によって境界・分離された空隙の容積である。
この際、前記Ｖパラメータにおいてそれぞれの基準となる％は、調節可能である。
したがって、前記容積パラメータからは、研磨パッドとウェーハ、スラリー間の機械的摩擦、および化学反応によって決定される研磨性能に関する重要な情報が提供され得る。
本発明においては、研磨工程後に前記各式の容積パラメータを一定の範囲内に維持し、研磨工程中でも一定に維持することにより、研磨率、ウェーハの表面に発生する残渣、スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
本発明の実現例によると、前記研磨後の研磨パッドは、前記式１のＶｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）が０．０２０〜１．０００を満足し得る。半導体製造工程では、特定の研磨率における低い表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークの特性を示すことが重要である。前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）が０．０２０未満であると、セリア粒子を使用する研磨工程において研磨パッドがウェーハ表面に接触する比率が低い代わりに、相対的に空隙の比率が高いので、空隙を介して移動するスラリーがウェーハとの接触によりウェーハの被研磨層との化学的反応を引き起こす量が増加して、研磨率が増加し得る。しかし、研磨パッドの表面が直接摩擦する部位に比べて空隙の割合が高すぎると、研磨工程において発生する研磨パッド粉砕物および被研磨層の研磨残骸物、化学的反応が完了したスラリー粒子などが単独でまたは相互反応して巨大粒子に成長したとき空隙の割合が高いので、化学的結合によってウェーハ表面に結合する確率が高くなり、残渣の形で残る可能性が高くなる。
前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）が１．０００を超えると、セリア粒子を使用する研磨工程において研磨パッドがウェーハ表面に接触する比率が高い代わりに、相対的に空隙の比率が低いので、空隙を介して移動するスラリーがウェーハとの接触によりウェーハの被研磨層との化学的反応を引き起こす量が減少して、研磨率が減少し得る。一方、研磨パッド表面の空隙に比べて直接摩擦する部位の割合が高すぎると、研磨工程において発生する研磨パッド粉砕物および被研磨層の研磨残骸物、化学的反応が完了したスラリー粒子などが単独でまたは相互反応して巨大粒子に成長したとき、研磨パッド表面の直接摩擦を起こす部位とウェーハ表面との間でせん断応力を受けて、ウェーハ表面にスクラッチやチャタマークを発生させる可能性が高くなる。
したがって、Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）の比率を適切な範囲内に維持させたとき、ウェーハ表面に発生する残渣、スクラッチおよびチャタマークの数を最小限にし得る。
前記研磨後の研磨パッドは、下記式１−１または１−２を満足し得る。
［式１−１］
０．０３０≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）≦０．９９０
［式１−２］
０．０３０≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）≦０．９００
前記式１−１および式１−２において、前記Ｖｍｐ（１０）およびＶｖｖ（８０）は前記で定義した通りである。
そのほかにも、前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）は、０．０４０〜０．８００、０．０５０〜０．７００、０．０７０〜０．５００、０．０９０〜０．４００、０．１００〜０．４００、０．２００〜０．４００、０．０９０〜０．３００、または０．３００超〜０．５００以下であり得る。
また、本発明の実現例によると、前記研磨後の研磨パッドは、前記式２のＶｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）が０．００５〜２．０００を満足し得る。
前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）が０．００５未満であると、研磨パッドがウェーハ表面に接触する比率が低い代わりに、相対的に空隙の比率が高いため、空隙を介して移動するスラリーがウェーハとの接触によりウェーハの被研磨層との化学的反応を起こして化学的な研磨量が多いので、研磨率が増加し得る。一方、研磨パッドの表面が直接摩擦する部位に比べて空隙の割合が高すぎると、研磨工程において発生する研磨パッド粉砕物および被研磨層の研磨残骸物、化学的反応が完了したスラリー粒子などが単独でまたは相互反応して巨大粒子に成長したとき、空隙の割合が高いので、ウェーハ表面に結合する確率が高くなり、残渣の形で残る可能性が高くなる。
前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）が２．０００を超えると、研磨パッドがウェーハ表面に接触する比率が高い代わりに、相対的に空隙の比率が低いため、空隙を介して移動するスラリーがウェーハとの接触によりウェーハの被研磨層との化学的反応を起こす化学的な研磨量が少ないので、研磨率が減少し得る。一方、研磨パッドの表面の空隙に比べて直接摩擦する部位の割合が高すぎると、研磨工程において発生する研磨パッド粉砕物および被研磨層の研磨残骸物、化学的反応が完了したスラリー粒子などが単独でまたは相互反応して巨大粒子に成長したとき、研磨パッド表面における直接摩擦を起こす部位とウェーハ表面との界面で圧力を受け、ウェーハ表面にスクラッチやチャタマークを発生させる可能性が高くなる。
前記研磨後の研磨パッドは、下記式２−１または式２−２を満足し得る。
［式２−１］
０．０１０≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）≦１．６００
［式２−２］
０．０１５≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）≦１．２００
前記式２−１および式２−２において、Ｖｍｐ（１０）およびＶｍｃ（１０、８０）は前記で定義した通りである。
そのほかにも、前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）は、０．０１０〜１．０００、０．０２０〜０．８００、０．０２０〜０．６００、０．０２０〜０．２００、０．０２０〜０．１００、０．０２０〜０．０９０、０．０３０〜０．０８０、０．０２０〜０．０６０、または０．０６０超〜０．２００以下であり得る。
また、前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）がそれぞれ前記範囲内にある限り、前記Ｖｍｐ（１０）は、０．０２０〜０．９００、０．０４０〜０．８００、０．０６０〜０．７００、０．０８０〜０．６００、または０．１００〜０．５００であり得る。
前記Ｖｖｖ（８０）は、０．２００〜１０．０００、０．２００〜９．６００、０．２００〜２．４００、０．３００〜２．３００、０．４００〜２．２００、０．５００〜２．１００、または０．６００〜２．０００であり得る。
前記Ｖｍｃ（１０、８０）は、０．２００〜１１．０００、０．２５０〜１０．０００、０．２５０〜７．０００、１．０００〜１１．０００、１．５００〜１０．５００、２．０００〜１０．０００、２．５００〜９．５００、または３．０００〜９．０００であり得る。
一方、本発明の実現例によると、前記研磨後の研磨パッドは、下記式３を満足し得る。
［式３］
０．０２７≦Ｖｍｐ（１０）／｛Ｖｖ（０）＋Ｖｖｖ（８０）＋Ｖｍｃ（１０、８０）｝≦３．１００
前記式３において、前記Ｖｍｐ（１０）、Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）、およびＶｍｃ（１０、８０）は、前記で定義した通りである。
前記Ｖｖ（０）は、３．０００〜５７．０００、６．０００〜５４．０００、９．０００〜５１．０００、１２．０００〜４８．０００、または１５．０００〜４５．０００であり得る。
前記式３の値が３．１００を超えると、セリアＣＭＰにおいて研磨率が減少し、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチおよびチャタマークが著しく増加し得る。前記式３の値が０．０２７未満であると、スラリーの流動性が過度となり、初期研磨率が増加し過ぎて研磨性能に悪影響を与えることがあり、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチおよびチャタマークが増加し得る。
また、前記研磨後の研磨パッドは、下記式３−１または式３−２を満足し得る。
［式３−１］
０．０４２≦Ｖｍｐ（１０）／｛Ｖｖ（０）＋Ｖｖｖ（８０）＋Ｖｍｃ（１０、８０）｝≦２．５５
［式３−２］
０．０５７≦Ｖｍｐ（１０）／｛Ｖｖ（０）＋Ｖｖｖ（８０）＋Ｖｍｃ（１０、８０）｝≦２．０２
前記式３−１および式３−２において、前記Ｖｍｐ（１０）、Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）、およびＶｍｃ（１０、８０）は、前記で定義した通りである。
また、本発明の実現例によると、前記Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｃ（１０、８０）の総合計は、４．２００〜７０．４００、７．８００〜６６．８００、１１．４００〜６３．２００、１２．０００〜５９．６００、または１８．６００〜５６．０００であり得る。前記Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｃ（１０、８０）の総合計は、研磨パッドがウェーハ表面に接触したときの機械的研磨特性、摩擦特性、およびスラリー担持力のいずれにも影響を与え得るので、研磨後の研磨パッドが前記範囲のＶｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｃ（１０、８０）の総合計を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
前記Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｃ（１０、８０）の総合計が前記範囲の未満であると、初期研磨率が過度に増加して研磨性能に悪影響を与えることがあり、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチおよびチャタマークが増加し、前記Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｃ（１０、８０）の総合計が前記範囲を超えると、研磨率が低下し残渣が著しく増加し得る。
また、前記研磨後の研磨パッドは、前記式１−１、式２−１および式３−１を同時に満足し得る。または前記研磨後の研磨パッドは、前記式１−２、式２−２および式３−２を同時に満足し得る。
本発明の一実現例によると、前記研磨後の研磨パッドは前記式４を満足し得る。
前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）が０．１００を超えると、研磨パッドが半導体基板（ウェーハ）の表面に接触したとき、機械的研磨特性または摩擦特性が過度となり、スクラッチまたはチャタマークが著しく増加することがあり、前記Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）が０．００２未満であると、スラリーの流動性が過度となり、初期研磨率が増加し過ぎて研磨性能に悪影響を与えることがあり、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチおよびチャタマークが増加し得る。
＜表面粗さの高さパラメータ＞
一方、図２の（ｂ）を参照して、前記Ｓｐｋは、減少された突出山部高さ（reduced peak height）であり、ＣＭＰ工程中に研磨パッドが半導体基板（ウェーハ）表面に接触したときの初期接触面積を提供し、したがって、高い接触応力領域（力／面積）を提供する高いピークからなる表面のことを意味する。前記Ｓｐｋは、稼働中に除去され得る材料の公称高さを示し得る。
前記Ｓｋは、コア部粗さ深さ（core roughness depth）であり、表面が摩耗された後、荷重が分散され得る表面の中心粗さのことを意味する。
前記Ｓｖｋは、減少された突出谷部高さ（reduced valley depth）であり、前記表面の中心粗さの下の谷部深さを測定した値であり、スラリー担持力または研磨パッドデブリ（debris）捕獲力に関連する。
一方、図２の（ｂ）において、ＳＭｒ１はコア部と突出山部を分離する負荷面積率（peak material portion）であって、前記Ｓｐｋに関連する山部構造を構成する材料の比率を示す。
また、ＳＭｒ２はコア部と突出谷部を分離する負荷面積率（valley material portion）であって、前記Ｓｖｋに関連するさらに深い谷部構造を構成する測定領域の百分率（１００％−ＳＭｒ２）を示す。
本発明の実現例によると、研磨後も下記式５〜式７のいずれか１つ以上を一定の範囲内に維持することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
したがって、本発明の一実現例により、前記研磨後の研磨パッドは下記式５を満足し得る。
［式５］
Ｓｐｋ／Ｓｖｋ＜１．２
前記式５において、前記Ｓｐｋおよび前記Ｓｖｋは、前記で定義した通りである。
前記式５のＳｐｋ／Ｓｖｋは、研磨パッドがウェーハの表面に最初に接触したときに対する機械的研磨特性または摩擦特性、およびスラリー担持力のいずれにも影響を与え得るので、研磨後の研磨パッドが前記式５を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
また、前記研磨後の研磨パッドは、下記式５−１を満足し得る。
［式５−１］
０．２≦Ｓｐｋ／Ｓｖｋ≦１．１
前記式５−１において、前記ＳｐｋおよびＳｖｋは、前記で定義した通りである。
また、前記研磨後の研磨パッドは、前記Ｓｐｋ／Ｓｖｋが０．２以上〜１．０以下、０．２以上〜０．７以下、０．５以上〜１．２未満、０．７以上〜１．１以下、または０．３以上〜０．７以下であり得る。
本発明のまた他の実現例により、前記研磨後の研磨パッドは、下記式６を満足し得る。
［式６］
０．１≦Ｓｐｋ／Ｓｋ≦１．１
前記式６において、前記Ｓｐｋおよび前記Ｓｋは、前記で定義した通りである。
前記式６のＳｐｋ／Ｓｋは、研磨パッドがウェーハ表面に最初以降接触したときの機械的研磨特性または摩擦特性に影響を与えるものなので、研磨後の研磨パッドが前記式６を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
また、前記研磨後の研磨パッドは、下記式６−１を満足し得る。
［式６−１］
０．２≦Ｓｐｋ／Ｓｋ≦１．１
前記式６−１において、前記ＳｐｋとＳｋは、前記で定義した通りである。
また、前記研磨後の研磨パッドは、前記Ｓｐｋ／Ｓｋが０．２以上〜１．０以下、０．３以上〜１．１以下、０．４以上〜１．０以下、または０．７以上〜１．１以下であり得る。
本発明のまた他の実現例により、前記研磨後の研磨パッドは、下記式７を満足し得る。
［式７］
０．２＜Ｓｖｋ／Ｓｋ≦２．５
前記式７において、前記Ｓｖｋおよび前記Ｓｋは、前記で定義した通りである。
前記式７のＳｖｋ／Ｓｋは、研磨パッドがウェーハ表面に最初以降接触したときのスラリー担持力に影響を与えるものなので、研磨後の研磨パッドが前記式７を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
前記研磨後の研磨パッドは、下記式７−１を満足し得る。
［式７−１］
０．４≦Ｓｖｋ／Ｓｋ≦２．５
前記式７−１において、前記ＳｖｋおよびＳｋは、前記で定義した通りである。
また、前記研磨後の研磨パッドは、前記Ｓｖｋ／Ｓｋが０．５以上〜２．４以下、０．９以上〜２．４以下、１．６以上〜２．４以下、１．６以上〜２．０以下、または０．５以上〜１．５以下であり得る。
本発明の一実現例によると、前記Ｓｐｋは、２以上の〜１０以下、２．５以上〜９．５以下、２以上から７以下、３以上〜８以下、または５．６以上〜１０以下であり得る。
前記Ｓｋは、５以上〜４０以下、５以上〜３０以下、６以上〜２６以下、６以上〜２０以下、１０以上〜３０以下、または６以上〜１０以下であり得る。
前記Ｓｖｋは、１１超〜２２以下、１１超〜２０以下、１１．３以上〜１９．９以下、１１超〜１５以下、１３以上〜２０以下、または１２以上〜１５以下であり得る。
本発明のまた他の実現例によると、前記研磨後の研磨パッドは、下記式８を満足し得る。
［式８］
０．３＜Ｓｐｋ／Ｓｖｋ＋Ｓｖｋ／Ｓｋ≦３．６
前記式８において、前記Ｓｐｋ、ＳｖｋおよびＳｋは、前記で定義した通りである。
前記式８のＳｐｋ／ＳｖｋおよびＳｖｋ／Ｓｋの合計は、研磨パッドがウェーハ表面に最初に接触したときの機械的研磨特性または摩擦特性、およびスラリー担持力、最初以降のスラリー担持力に影響を与え得るので、研磨後の研磨パッドが前記式８を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
本発明のまた他の実現例によると、前記研磨後の研磨パッドは、下記式９を満足し得る。
［式９］
０．３＜Ｓｐｋ／Ｓｋ＋Ｓｖｋ／Ｓｋ≦３．６
前記式９において、前記Ｓｐｋ、ＳｖｋおよびＳｋは、前記で定義した通りである。
前記式９のＳｐｋ／ＳｋおよびＳｖｋ／Ｓｋの合計は、研磨パッドがウェーハ表面に最初以降に接触したときの機械的研磨特性または摩擦特性、およびスラリー担持力のいずれにも影響を与え得ることを意味するので、研磨後の研磨パッドが前記式９を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
本発明のまた他の実現例によると、前記研磨後の研磨パッドが下記式１０を満足し得る。
［式１０］
０．４５≦Ｓｐｋ／Ｓｋ＋Ｓｖｋ／Ｓｋ＋Ｓｐｋ／Ｓｖｋ≦４．７
前記式１０において、前記Ｓｐｋ、ＳｖｋおよびＳｋは、前記で定義した通りである。
前記式１０において、Ｓｐｋ／Ｓｋ、Ｓｖｋ／ＳｋおよびＳｐｋ／Ｓｖｋの総合計は、研磨パッドがウェーハ表面に最初および最初以降のすべての接触したときの機械的研磨特性または摩擦特性、およびスラリー担持力のいずれにも影響を与え得るので、研磨後の研磨パッドが前記式１０を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
また、前記研磨後の研磨パッドが下記式１０−１を満足し得る。
［式１０−１］
０．８≦Ｓｐｋ／Ｓｋ＋Ｓｖｋ／Ｓｋ＋Ｓｐｋ／Ｓｖｋ≦４．６
前記式１０−１において、前記Ｓｐｋ、ＳｖｋおよびＳｋは、前記で定義した通りである。
本発明のまた他の実現例によると、前記研磨後の研磨パッドが下記式１１を満足し得る。
［式１１］
０．５≦（Ｓｐｋ＋Ｓｖｋ）／Ｓｋ≦３．５
前記式１１において、前記Ｓｐｋ、ＳｖｋおよびＳｋは、前記で定義した通りである。
前記式１１の（Ｓｐｋ＋Ｓｖｋ）／Ｓｋは、研磨パッドがウェーハ表面に最初以降接触したときの機械的研磨特性または摩擦特性、およびスラリー担持力のいずれにも影響を与え得るので、研磨後の研磨パッドが前記式１１を満足することにより、研磨率、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを改善し得る。
また、前記研磨後の研磨パッドが下記式１１−１を満足し得る。
［式１１−１］
０．７≦（Ｓｐｋ＋Ｓｖｋ）／Ｓｋ≦３．２
前記式１１−１において、前記Ｓｐｋ、ＳｖｋおよびＳｋは、前記で定義した通りである。
前記式１１および１１−１において、前記Ｓｐｋおよび前記Ｓｖｋの総合計は、１３超〜３２以下、１５以上〜３０以下、１５．５以上〜２９以下、１５以上〜２０以下、１７以上〜３０以下、または１７以上〜２０以下であり得る。
［研磨前研磨パッドの表面粗さ］
本発明の実現例によると、研磨前研磨パッドの表面粗さは、研磨後の表面粗さの各パラメータの範囲と同一または類似の範囲内であり得るか、研磨後の表面粗さの各パラメータの範囲から外れ得る。つまり、研磨前の研磨パッドの表面状態がどうであれ、研磨後の表面粗さを前述の範囲内に維持し得る限り、研磨率を向上させることができ、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチおよびチャタマークを減少させ得る。しかし、研磨前および研磨後の研磨パッドの表面状態は、類似するほど研磨性能の面から好ましいものとなり得る。
具体的に、本発明の実現例によると、前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＶｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）の差の絶対値は、０．００５〜０．８００、０．００５〜０．７００、０．０１０〜０．７００、０．０１０〜０．４００、０．０１０〜０．３１０、０．００５〜０．０３０、または０．３００〜０．７００であり得る。
また、前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＶｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）の差の絶対値は、０．００２〜０．０８７、０．００２〜０．０７０、０．００２〜０．０２０、または０．０１〜０．０９であり得る。
前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＶｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）またはＶｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）の差の絶対値が前記範囲を満足すると、研磨前および研磨後のいずれも表面粗さが一定して研磨性能が向上し得る。
また、前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＳｖｋ／ＳｋまたはＳｐｋ／Ｓｋの差の絶対値は、それぞれ１．５以下であり得る。
具体的に、前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＳｖｋ／Ｓｋの差の絶対値が、０．１〜１．５、０．２〜１．５、０．１〜１．０、０．１〜０．７、または０．８〜１．５であり、前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＳｐｋ／Ｓｋの差の絶対値が、０〜０．６、０〜０．５、０〜０．４、または０．４〜０．６であり得る。
前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＳｖｋ／ＳｋまたはＳｐｋ／Ｓｋの差の絶対値が前記範囲を満足すると、研磨前および研磨後のいずれも表面粗さが一定して研磨性能が向上し得る。
［研磨パッドの製造方法］
本発明の一実現例による研磨パッドの製造方法は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を混合して原料混合物を調製する段階と、前記原料混合物をモールド内に注入し硬化して研磨パッドを得る段階とを含み、シリコン酸化膜ウェーハ(PETEOS wafer)を用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式１および式２を満足し得る。
本発明の他の一実現例による研磨パッドの製造方法は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を混合して原料混合物を調製する段階と、前記原料混合物をモールド内に注入し硬化して研磨パッドを得る段階とを含み、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式４を満足し得る。
本発明のまた他の一実現例による研磨パッドの製造方法は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を混合して原料混合物を調製する段階と、前記原料混合物をモールド内に注入し硬化して研磨パッドを得る段階とを含み、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式５および式６を満足し得る。
本発明のまた他の一実現例による研磨パッドの製造方法は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を混合して原料混合物を調製する段階と、前記原料混合物をモールド内に注入し硬化して研磨パッドを得る段階とを含み、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式１１を満足し得る
前記研磨パッドは、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を含む組成物から形成された硬化物を含む研磨層を含み、前記発泡剤は、固相発泡剤、液相発泡剤、および気相発泡剤からなる群より選択された１種以上を含み得る。または、前記発泡剤は、固相発泡剤、気相発泡剤、またはこれらの混合発泡剤を含み得る。
以下、前記原料混合物に含まれる各成分を具体的に説明する。
［ウレタン系プレポリマー］
本発明において目的とする研磨後研磨パッドの表面粗さは、ウレタン系プレポリマーの種類を変えて調節され得る。
前記ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート化合物とポリオールとを反応させて調製し得る。
プレポリマー（prepolymer）とは、通常、一種の最終成形品を製造するにおいて、成形しやすいように重合度を中間段階で停止させた比較的低い分子量を有する高分子のことを意味する。プレポリマーは、それ自体で、または他の重合性化合物と反応させた後成形することができ、例えば、イソシアネート化合物とポリオールとを反応させてプレポリマーを調製し得る。
前記ウレタン系プレポリマーの調製に使用されるイソシアネート化合物は、例えば、トルエンジイソシアネート（toluene diisocyanate、ＴＤＩ）、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート（naphthalene-1,5-diisocyanate）、パラフェニレンジイソシアネート（p-phenylene diisocyanate）、トリジンジイソシアネート（tolidine diisocyanate）、４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート（4,4'-diphenyl methane diisocyanate）、ヘキサメチレンジイソシアネート（hexamethylene diisocyanate）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（dicyclohexylmethane diisocyanate）、およびイソホロンジイソシアネート（isophorone diisocyanate）からなる群より選択される１種以上のイソシアネートであり得るが、これに限定されるものではない。
前記ウレタン系プレポリマーの調製に使用され得るポリオールは、例えば、ポリエーテル系ポリオール（polyether polyol）、ポリエステル系ポリオール（polyester polyol）、ポリカーボネート系ポリオール（polycarbonate polyol）、およびアクリル系ポリオール（acryl polyol）からなる群より選択される１種以上のポリオールであり得るが、これに限定されるものではない。前記ポリオールは、３００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有し得る。
前記ウレタン系プレポリマーは、５００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有し得る。具体的に、前記ウレタン系プレポリマーは、６００ｇ／ｍｏｌ〜２０００ｇ／ｍｏｌ、または８００ｇ／ｍｏｌ〜１０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有し得る。
一例として、前記ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート化合物としてトルエンジイソシアネートが使用され、ポリオールとしてポリテトラメチレンエーテルグリコールを使用して重合された５００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する高分子であり得る。
前記ウレタン系プレポリマーは、８重量％〜１０重量％、８．５重量％〜９．５重量％、または８．８重量％〜９．４重量％のイソシアネート末端基含有量（ＮＣＯ％）を有し得る。
前記ＮＣＯ％が前記範囲を満足すると、本発明において目的とする研磨後研磨パッドの表面粗さを一定に維持し得るので、研磨率、およびウェーハの表面残渣、表面スクラッチおよびチャタマークの特性を改善し得る。
［発泡剤］
本発明の一実現例による研磨パッドにおいて、前記複数の気孔は発泡剤に由来したものであり得る。
前記発泡剤は、固相発泡剤、気相発泡剤および液相発泡剤からなる群より選択された１種以上の発泡剤を含み得る。
また、気相発泡剤、液相発泡剤または固相発泡剤の種類、固相発泡剤の平均粒径、固相発泡剤の精製システムの使用有無などに応じて、研磨パッド内で発生する気孔の形状変化または気孔の凝集度合いを制御し得るので、研磨後研磨パッドの表面粗さを制御することができる。
［固相発泡剤］
前記固相発泡剤の種類、形状、または物性等に応じて、微細気孔の形状および気孔凝集現象の制御が可能であり、これにより、研磨後研磨パッドの表面粗さを調節し得る。
前記固相発泡剤は、熱膨張された（サイズ調節された）マイクロカプセルであり、５μｍ〜２００μｍの平均粒径を有するマイクロバルーン構造体であり得る。前記熱膨張された（サイズ調節された）マイクロカプセルは、熱膨張性マイクロカプセルを加熱膨張させて得られたものであり得る。
前記熱膨張性マイクロカプセルは、熱可塑性樹脂を含む外皮と、前記外皮内部に封入された発泡剤とを含み得る。前記熱可塑性樹脂は、塩化ビニリデン系共重合体、アクリロニトリル系共重合体、メタクリロニトリル系共重合体、およびアクリル系共重合体からなる群より選択された１種以上であり得る。さらには、前記内部に封入された発泡剤は、炭素数１〜７の炭化水素からなる群より選択された１種以上であり得る。具体的に、前記内部に封入された発泡剤は、エタン（ethane）、エチレン（ethylene）、プロパン（propane）、プロペン（propene）、ｎ−ブタン（n-butane）、イソブタン（isobutene）、ブテン（butene）、イソブテン（isobutene）、ｎ−ペンタン（n-pentane）、イソペンタン（isopentane）、ネオペンタン（neopentane）、ｎ−ヘキサン（n-hexane）、ヘプタン（heptane）、石油エーテル（petroleum ether）などの低分子量炭化水素；トリクロロフルオロメタン（trichlorofluoromethane、ＣＣｌ３Ｆ）、ジクロロジフルオロメタン（dichlorodifluoromethane、ＣＣｌ２Ｆ２）、クロロトリフルオロメタン（chlorotrifluoromethane、ＣＣｌＦ３）、テトラフルオロエチレン（tetrafluoroethylene、ＣＣｌＦ２−ＣＣｌＦ２）などのクロロフルオロ炭化水素；およびテトラメチルシラン（tetramethylsilane）、トリメチルエチルシラン（trimethylethylsilane）、トリメチルイソプロピルシラン（trimethylisopropylsilane）、トリメチル−ｎ−プロピルシラン（trimethyl-n-propylsilane）などのテトラアルキルシランからなる群より選択され得る。
前記固相発泡剤は、気孔の形状およびサイズ分布、気孔の含有量を精密に調節可能であり、固相発泡剤の外壁の存在によりＣＭＰ工程中にも微細気孔の形状を上手く維持し得る。しかし、前記固相発泡剤はマイクロバルーン構造体なので、密度が低くてサイズが小さく表面張力が大きいため、薄くて小さい球状物質が凝集しやすい。したがって、固相発泡剤の大きさを制御するとしても、固相発泡剤の形状はもちろん、微細気孔の形状や気孔の凝集現象を調節するのは容易ではない。
本発明の一実現例によると、前記固相発泡剤は、精製システムによって精製されたものを使用することにより、固相発泡剤の平均粒径を制御し得るとともに、これらを互いに凝集しないように分散させることができ、形状の不均一な固相発泡剤もろ過され得る。これにより、微細気孔の形状および凝集現象を調節することができ、研磨後研磨パッドの表面粗さを制御し得る。したがって、前記固相発泡剤の精製システムの使用により、固相発泡剤の平均粒径、前記平均粒径に関する標準偏差または密度などが変わり得る。
例えば、前記精製された固相発泡剤の平均粒径（Ｄ５０）は、５μｍ〜２００μｍであり得る。ここで、前記Ｄ５０は、粒径分布の５０番目の百分位数（中間）の体積粒径を指し得る。より具体的に、前記固相発泡剤は、７μｍ〜１００μｍのＤ５０を有し得る。さらにより具体的に、前記固相発泡剤は、１０μｍ〜５０μｍ、１５μｍ〜４５μｍ、または２０μｍ〜４０μｍのＤ５０を有し得る。
前記固相発泡剤精製システムは、固相発泡剤の平均粒径が小さすぎるか大きすぎる粒子を取り除いて、前記範囲の平均粒径を満足するように提供することができ、必要な目的に応じて選択的に前記範囲の固相発泡剤の平均粒径を制御し得る。
前記固相発泡剤のＤ５０が前記範囲を満足すると、研磨率および平坦度をさらに向上させ得る。前記固相発泡剤のＤ５０が前記範囲未満であると、気孔の数平均径が小さくなり、研磨率および平坦度に影響を与えることがあり、前記範囲を超えると、気孔の数平均径が大きくなり過ぎて研磨率および平坦度に悪影響を与え得る。
このように、固相発泡剤精製システムによって精製された固相発泡剤を使用すると、研磨後研磨パッドの表面粗さを均一に維持し得る。
前記固相発泡剤は、前記原料混合物１００重量部を基準に、０．５重量部〜５重量部の量で使用し得る。具体的に、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準に、前記固相発泡剤を、０．６重量部〜２．５重量部、１重量部〜２．５重量部、１．５重量部〜２．５重量部、または１．８重量部〜２．３重量部の量で使用し得る。
本発明の研磨パッドの製造において、発泡剤として固相発泡剤を単独で用いたり、所望の特性に応じて気相発泡剤および揮発性液相発泡剤と混合して用いたりし得る。
［固相発泡剤精製システム］
前記固相発泡剤精製システムは、固相発泡剤の平均粒径（Ｄ５０）を前記範囲に実現することができ、本発明において目的とする研磨パッドの表面粗さを満足し得る限り、様々な精製システムを使用することができる。
本発明の一実現例により、前記固相発泡剤精製システムとして固相発泡剤分取精製装置を用いた。
一実現例による固相発泡剤分取精製装置は、供給された固相発泡剤を第１微小球体と第２微小球に分類する分取部と、前記分取部と連結され、分類された前記第１微小球体が流入して保存され排出され得る貯蔵部と、前記固相発泡剤または第１微小球体の移動経路に配置され、前記固相発泡剤または前記第１微小球体を含むフィルタリング対象から金属性物質を分離するフィルター部とを含む。
図３は、一実現例による分取部を示す概略図であり、図４は、図３の分取部の作動状態図を示したものである。
図３および図４を参照すると、分取部５０は、内部に分取空間５１１が形成された分取ハウジング５１と、分取空間５１１と連結されたガス供給ホール５１５と、分取空間５１１と連結された分取排出ホールとを含む。前記分取部５０は、分取空間５１１に位置してガス供給ホール５１５と隣接して配置された渦流発生部材５３をさらに含み得る。前記分取部５０は、前記分取ハウジング５１に配置された振動発生部５６をさらに含み得る。前記分取部５０は、分取撹拌部をさらに含み得る。
分取流入ホール５１２のうちいずれか１つの分取流入ホール５１２を介して前記分取空間５１１に流入した固相発泡剤の分類は、以下のように行われ得る。前記分取空間５１１では、流動ガスの供給を受け固相発泡剤を分類する。前記分取空間５１１に流入した流動ガスは、渦流発生部材５３を通過しながらガス排出ホール５１６の方向に流動する。この際、流動ガスは、回転または渦流を発生させながら流動する（図４の分取空間５１１内の点線の矢印：Ａと表示）。流動ガスは、ガス排出ホール５１６が形成された上部に流動する。前記分取空間５１１に流入した固相発泡剤は、流動する流動ガスに沿って上昇しているうち、流動ガスの流れが弱くなったり、外部から伝達される回転力、振動などによって発生する下降流によって、分取空間５１１内で下降されることが促進され得る（図４において固相発泡剤の流れは二点鎖線の矢印：Ｂと表示、振動の矢印：Ｃと表示）。この際、前記分取空間５１１の空気の流れが空気セルの循環流れを形成して、その固相発泡剤の大きさに比べて粒子が重いものや軽すぎる場合、または粒子の形状が著しく異なるものは、上昇または下降の速度が変わりながら分類される。つまり、流動ガスの流れによって固相発泡剤が分取空間５１１で浮遊し、重力、振動などの影響により固相発泡剤がその重さと大きさによって異なる速度で下降しながら、大きさによって分類され回収され得る。
このように、流動ガスなどの影響によって上昇または下降する固相発泡剤は、分取ハウジング５１の高さに応じて形成された第１微小球体排出ホール５１３、第２微小球体排出ホール５１４を介して分取ハウジング５１の外部にそれぞれ排出され得る。
前記分取ハウジング５１の上面には、分取空間５１１に流入した流動ガスが排出されるガス排出ホール５１６が形成されても良く、前記ガス排出ホール５１６には、排出される流動ガスに含まれている異物、残余微小球体などをフィルタリングする排出フィルター５４が配置され得る。
一実現例において、振動プロセスは、前記振動発生部５６により分取ハウジング５１に、中心軸５１１ａを中心に上下に動く垂直方向振動、左右に動く水平方向振動、または上下左右にすべて振動を加える垂直・水平方向振動を順次または同時に加え得る。また、振動プロセスは、前記分取ハウジング５１を、中心軸５１１ａを基準に時計回りに回転、反時計回りに回転、または時計回りと反時計回りとの回転を繰り返し行う回転方法が適用され得る。この際、振動プロセスに適用される振動数は、例えば、１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚ、５００Ｈｚ〜５０００Ｈｚまたは７００Ｈｚ〜３５００Ｈｚであり得る。このような範囲で前記振動を適用すると、より効率的に固相発泡剤を分類することができる。
比較的小さくて軽い固相発泡剤の特性上、流動ガスの上昇により固相発泡剤が上昇し下降する速度差によって分類可能である。また、流動ガスによって上昇して容易に下降しない中空微小球体は、振動によってさらに早く下降させることもできる。つまり、このような振動プロセスは、固相発泡剤が分取空間５１１で下降されることを促進する下降振動（down force vibrating）の方式で行われてよく、振動プロセスがさらに進行すると、より効率的で効果的な分取が行われることができ、このような過程を経て形成された研磨層は、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークなどの表面欠陥の少ない半導体基板（ウェーハ）を製造し得る。
分取される固相発泡剤の粒径は、注入される流動ガスの流速、第１微小球体排出ホール５１３の位置、振動の程度などにより調節され得る。その結果、前記固相発泡剤は、平均粒径が約５μｍ〜約２００μｍの第１微小球体と、平均粒径が約５μｍ未満の第２微小球体に分取され得る。固相発泡剤のうち損傷したり密度が高すぎたりするものは、第３微小球体であることも有り得る。そこで、分取空間５１１では、固相発泡剤を第１〜第３微小球体に分類し得る。分取される固相発泡剤の粒径は、研磨パッドの設計により異なり得る。
図５は、一実現例による前記フィルター部３０ａ、３０ｂの分解斜視図を示したものである。図３および図５を参照すると、前記フィルター部３０ａ、３０ｂは、前記分取部の前端、後端、または前後端に配置され得る。前記分取部の後端に配置されるフィルター部３０ｂは、前記分取空間５１１により分離された第１微小球体中の金属成分を除去し得る。前記分取部の前端に配置されたフィルター部３０ａは、前記分取部５０に流入する前に固相発泡剤中の金属成分を除去し得る。
図５を参照すると、前記フィルター部３０ａ、３０ｂは、固相発泡剤が経由するフィルタースペース３１１が内部に形成されているフィルターハウジング３１と、フィルターハウジング３１に分離できるように配置され、フィルタースペース３１１を開閉するフィルターカバー３２と、フィルタースペース３１１に配置されており、磁力が発生するフィルター部材３３とを含む。
前記フィルターハウジング３１は、配管１０ａ、１０ｃと接続されるフィルター流入口３１２が形成され得る。固相発泡剤は、前記フィルター流入口３１２を介して前記フィルタースペース３１１に流入され、前記フィルタースペース３１１の周に沿って旋回運動をしながら開放された方向に移動し得る。前記フィルタースペース３１１には、フィルター部材３３が位置し、固相発泡剤の流れに渦流の発生を誘導し得る。
一実現例において、前記フィルターカバー３２には、前記フィルタースペース３１１と連結されたフィルター排出口３２１が形成され得る。他の実現例において、前記フィルター排出口３２１は、前記フィルターハウジング３１の周に形成され得る。前記フィルター排出口３２１の位置は、フィルタリング対象の種類や密度に応じて異なり得る。フィルター流入口３１２を介してフィルタースペース３１１を経由した固相発泡剤は、フィルター排出口３２１を介してフィルターハウジング３１の外部に排出され得る。
前記フィルター部材３３は、前記フィルタースペース３１１に位置する据置部３３１と、据置部３３１に配置されている磁石３３２とを含み得る。一実現例において、前記磁石３３２は、据置部３３１の内部に配置され得る。前記磁石３３２は、永久磁石または電磁石を含み得る。前記磁石は、ネオジム（Neodymium）磁石であり得る。前記磁石は、１００００Ｇ〜１２０００Ｇの磁力を有するものであり得る。前記磁石によって据置部３３１の周辺には磁場が形成され、金属性物質が磁石にくっつく。磁力によって、フィルタースペース３１１で旋回運動をする固相発泡剤中に含まれている金属性物質は、据置部３３１の外周にくっつくことができる。前記磁石３３２により、前記フィルタースペース３１１を経由するフィルタリング対象に混ざっている金属性物質を分離し得る。前記フィルター部により、精製された固相発泡剤または第１微小球体を得られ得る。
前記分取部により前記固相発泡剤が加工されることによって、これを含めて製造された研磨パッドの表面加工において粗さ制御性能が向上し得る。固相発泡剤の大きさが小さ過ぎると、研磨パッドを製造するための組成物の凝集を招く恐れがあり、固相発泡剤の大きさが大き過ぎると、気孔のサイズ制御が難しいため、研磨パッドの表面特性が低下し得る。したがって、前記分取部により適切なサイズの固相発泡剤が導出されることにより、研磨パッドを製造するための組成物中の凝集を防止することができ、さらには、研磨パッドの表面に均一かつ適切な深さ／幅の粗さ特性を実現することができる。
また、固相発泡剤中の密度の高い金属異物、これをシード（seed）とする凝集塊などは研磨パッドの表面状態に影響を与えて、目的とするレベルの粗さ特性に加工するのに妨害要素として作用する。したがって、前記フィルター部により金属成分が除去された固相発泡剤を使用することによって、研磨パッド中に含まれる密度の高い異物、塊などを最小限に抑えることができ、その結果、優れた表面特性を有する研磨パッドで研磨される半導体基板などの製品の欠陥（defect）を著しく減少させるなど、品質向上の効果を確保することができる。
［気相発泡剤］
本発明で目的とする研磨後研磨パッドの表面粗さは、気相発泡剤の種類を変えて調節され得る。
前記気相発泡剤は不活性ガスを含んで良く、前記気相発泡剤は、前記ウレタン系プレポリマー、硬化剤、固相発泡剤、反応速度調整剤、およびシリコーン系界面活性剤が混合され反応する過程に投入され気孔を形成し得る。前記不活性ガスは、プレポリマーと硬化剤との間の反応に関与しないガスであれば、種類は特に限定されない。例えば、前記不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、およびヘリウムガス（Ｈｅ）からなる群より選択される１種以上であり得る。具体的に、前記不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）またはアルゴンガス（Ａｒ）であり得る。
前記気相発泡剤は、前記原料混合物の総体積、具体的にはウレタン系プレポリマー、発泡剤、反応速度調整剤、および硬化剤の合計体積の５体積％〜３０体積％に相当する体積で投入され得る。具体的に、前記気相発泡剤は、前記原料混合物の総体積の５体積％〜３０体積％、５体積％〜２５体積％、５体積％〜２０体積％、５体積％〜１８体積％、６体積％〜１５体積％、６体積％〜１３体積％または７．５体積％〜１０体積％に相当する体積で投入され得る。
［液相発泡剤］
本発明で目的とする研磨後研磨パッドの表面粗さは、液相発泡剤の種類および混合工程を変えて調節され得る。
前記液相発泡剤は、プレポリマーおよび硬化剤が混合され反応する過程に投入され気孔を形成することができ、プレポリマーと硬化剤との間の反応に関与しない。また、前記液相発泡剤は、プレポリマーおよび硬化剤が混合され反応する過程で生成される熱によって物理的に気化され気孔を形成する。
前記液相発泡剤は、沸点の異なる２種以上の揮発性液相発泡剤を含み得る。具体的に、前記揮発性液相発泡剤は、１種以上の低沸点液相発泡剤および１種以上の高沸点液相発泡剤を含み得る。
前記揮発性液相発泡剤は、イソシアネート基、アミド基およびアルコール基と反応せず、２５℃にて液相であり得る。具体的に、前記揮発性液相発泡剤は、トリクロロフルオロメタン（trichlorofluoromethane）、２，２−ジクロロ−１，１，１−トリフルオロエタン（2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane）、１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン（1,1-dichloro-1-fluoroethane）、シクロペンタン（cyclopentane）、ｎ−ペンタン（n-pentane）、シクロヘキサン（cyclohexane）、ｎ−ブチルアセテート（n-butyl acetate）、ビス（ノナフルオロブチル）（トリフルオロメチル）アミン（bis(nonafluorobutyl)(trifluoromethyl)amine）；パーフルオロトリブチルアミン（perfluorotributylamine）、パーフルオロ−Ｎ−メチルモルホリン（perfluoro-N-methylmorpholine）、フルオロトリペンチルアミン（perfluorotripentylamine）、パーフルオロヘキサン（perfluorohexane）などのパーフルオロ化合物からなる群より選択され得る。
前記パーフルオロ化合物の市販品としては、ＦＣ−４０（３Ｍ社）、ＦＣ−４３（３Ｍ社）、ＦＣ−７０（３Ｍ社）、ＦＣ−７２（３Ｍ社）、ＦＣ−７７０（３Ｍ社）、ＦＣ−３２８３（３Ｍ社）、ＦＣ−３２８４（３Ｍ社）などが挙げられる。
前記低沸点液相発泡剤は、反応初期に気化され平均径４５μｍ〜９０μｍのメゾ気孔を形成し得る。具体的に、前記低沸点液相発泡剤は、１気圧において３０℃〜１００℃の沸点を有し得る。より具体的に、前記低沸点液相発泡剤は、１気圧において４０℃〜７０℃の沸点を有し得る。さらにより具体的に、前記低沸点液相発泡剤は、トリクロロフルオロメタン、２，２−ジクロロ−１，１，１−トリフルオロエタン、１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ｎ−ペンタン、パーフルオロ−Ｎ−メチルモルホリン、およびパーフルオロヘキサンからなる群より選択された１種以上であり得る。前記低沸点液相発泡剤の市販品としては、ＦＣ−７２（３Ｍ社）、ＦＣ−７７０（３Ｍ社）、ＦＣ−３２８４（３Ｍ社）などが挙げられる。
前記高沸点液相発泡剤は遅延気化され、平均径２０μｍ〜５０μｍの微細気孔を形成し得る。具体的に、前記高沸点液相発泡剤は、１気圧において１００℃〜２５０℃の沸点を有し得る。より具体的に、前記高沸点液相発泡剤は、１気圧において１００℃〜２００℃の沸点を有し得る。さらにより具体的に、前記高沸点液相発泡剤は、ｎ−ブチルアセテート、ビス（ノナフルオロブチル）（トリフルオロメチル）アミン、パーフルオロトリブチルアミン、およびパーフルオロトリペンチルアミンからなる群より選択された１種以上であり得る。前記高沸点液相発泡剤の市販品としては、ＦＣ−４０（３Ｍ社）、ＦＣ−４３（３Ｍ社）、ＦＣ−７０（３Ｍ社）、ＦＣ−３２８３（３Ｍ社）などが挙げられる。
前記低沸点液相発泡剤と高沸点液相発泡剤とは、両者間に２０℃〜８０℃、具体的に、５０℃〜８０℃の沸点差を有し得る。具体的に、低沸点液相発泡剤と高沸点液相発泡剤との組み合わせとして、シクロペンタンとｎブチルアセテート、トリクロロフルオロメタンとビス（ノナフルオロブチル）（トリフルオロメチル）アミンの組み合わせなどが挙げられる。
前記揮発性液相発泡剤は、低沸点液相発泡剤と高沸点液相発泡剤とを１：０．５〜２のモル比で含み得る。具体的に、前記揮発性液相発泡剤は、低沸点液相発泡剤と高沸点液相発泡剤とを１：０．８〜１．２のモル比で含み得る。前記液相発泡剤は、前記原料混合物１００重量部を基準に、１重量部〜１０重量部の量で投入され得る。また、前記液相発泡剤は、前記原料混合物１００重量部を基準に、２重量部〜８重量部の量で投入され得る。
［硬化剤］
前記硬化剤は、アミン化合物およびアルコール化合物のうち１種以上であり得る。具体的に、前記硬化剤は、芳香族アミン、脂肪族アミン、芳香族アルコール、および脂肪族アルコールからなる群より選択される１つ以上の化合物を含み得る。
例えば、前記硬化剤は、４，４'−メチレンビス（２−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、ジエチルトルエンジアミン（diethyltoluenediamine）、ジアミノジフェニルメタン（diaminodiphenyl methane）、ジアミノジフェニルスルホン（diaminodiphenyl sulphone）、ｍ−キシリレンジアミン（m-xylylene diamine）、イソホロンジアミン（isophoronediamine）、エチレンジアミン（ethylenediamine）、ジエチレントリアミン（diethylenetriamine）、トリエチレンテトラアミン（triethylenetetramine）、ポリプロピレンジアミン（polypropylenediamine）、ポリプロピレントリアミン（polypropylenetriamine）、エチレングリコール（ethyleneglycol）、ジエチレングリコール（diethyleneglycol）、ジプロピレングリコール（dipropyleneglycol）、ブタンジオール（butanediol）、ヘキサンジオール（hexanediol）、グリセリン（glycerine）、トリメチロールプロパン（trimethylolpropane）、およびビス（４−アミノ−３−クロロフェニル）メタン（bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane）からなる群より選択される１種以上であり得る。
前記ウレタン系プレポリマーおよび硬化剤は、それぞれの分子内の反応性基（reactive group）のモル数基準で、１：０．８〜１．２のモル当量比、または１：０．９〜１．１のモル当量比で混合され得る。なお、「それぞれの分子内の反応性基のモル数基準」とは、例えば、ウレタン系プレポリマーのイソシアネート基のモル数と、硬化剤の反応性基（アミン基、アルコール基など）のモル数とを基準とすることを意味する。したがって、前記ウレタン系プレポリマーおよび硬化剤は、前記例示のモル当量比を満足する量で単位時間当たりに投入されるように投入速度が調節され、混合過程に一定の速度で投入され得る。
前記硬化剤は、原料混合物１００重量部を基準に３．０重量部〜４０重量部の量で使用され得る。具体的に、前記硬化剤は、前記原料混合物１００重量部を基準に５．０重量部〜３５重量部の量で使用され得る。具体的に、前記硬化剤は、前記原料混合物１００重量部を基準に７．０重量部〜３０重量部の量で使用され得る。
［界面活性剤］
前記原料混合物は、界面活性剤をさらに含み得る。前記界面活性剤は、形成される気孔の重なりおよびまとまり現象を防止する役割をし得る。具体的に、前記界面活性剤は、シリコーン系非イオン性界面活性剤が好適であるが、そのほかにも研磨パッドに求められる物性に応じて多様に選択し得る。
前記シリコーン系非イオン性界面活性剤としては、水酸基を有するシリコーン系非イオン性界面活性剤を単独で使用するか、または水酸基を有しないシリコーン系非イオン性界面活性剤と一緒に使用し得る。
前記水酸基を有するシリコーン系非イオン性界面活性剤は、イソシアネート含有化合物および活性水素化合物との相溶性に優れて、ポリウレタンの技術分野に広く使われているものであれば特に制限しない。前記水酸基を有するシリコーン系非イオン性界面活性剤の市販物質は、例えば、ダウコーニング社のＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ １９３（シリコーングリコール共重合体、液相；２５℃における比重：１．０７；２０℃における粘度：４６５ｍｍ２／ｓ；引火点：９２℃）（以下、ＤＣ−１９３と言う）などがある。
前記水酸基を有しないシリコーン系非イオン性界面活性剤の市販物質は、例えば、ダウコーニング社のＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ １９０（シリコーングリコール共重合体、ガードナー色数：２；２５℃における比重：１．０３７；２５℃における粘度：２０００ｍｍ２／ｓ；引火点：６３℃以上；逆溶解点（Inverse solubility Point、１．０％水溶液）：３６℃）（以下、ＤＣ−１９０と言う）などがある。
前記界面活性剤は、前記原料混合物１００重量部を基準に０．１重量部〜２重量部の量で含まれ得る。具体的に、前記界面活性剤は、前記原料混合物１００重量部を基準に０．２重量部〜１．８重量部、０．２重量部〜１．７重量部、０．２重量部〜１．６重量部、または０．２重量部〜１．５重量部の量で含まれ得る。前記範囲内の含有量で界面活性剤を含むと、気相発泡剤由来の気孔がモールド内で安定して形成および維持され得る。
［反応および気孔形成］
前記ウレタン系プレポリマーと硬化剤とは、混合の後反応して固相のポリウレタンを形成してシート等に製造される。具体的に、前記ウレタン系プレポリマーのイソシアネート末端基は、前記硬化剤のアミン基、アルコール基等と反応し得る。その際、固相発泡剤のような発泡剤は、ウレタン系プレポリマーと硬化剤の反応に関与せず、原料内にむらなく分散され複数の気孔を形成する。
［成形］
前記成形は、モールドにより行われ得る。具体的に、ミキシングヘッドなどにおいて十分に撹拌された原料混合物は、モールドに吐出されモールドの内部を満たし得る。
本発明の一実施例による研磨パッドに含まれる複数の気孔の球形率制御は、ミキシングヘッドの回転速度および固相発泡剤精製システムを用いて行われ得る。具体的に、前記ウレタン系プレポリマー、固相発泡剤および硬化剤を混合および分散する過程においてミキシングヘッドの回転速度、例えば、ミキシングシステムによって、５００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍ、７００ｒｐｍ〜９０００ｒｐｍ、９００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍ、９００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍ、または１０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの回転速度で撹拌し得る。または、前記ウレタン系プレポリマー、固相発泡剤および硬化剤を混合および分散する過程において、前記固相発泡剤は精製システムによって精製されたものを使用し得る。
前記ウレタン系プレポリマーと硬化剤との間の反応はモールド内で完了され、モールドの形状どおりに固相化したケーキ状の成形体が得られ得る。
その後、得られた成形体を適切にスライスまたは切削して、研磨パッドの製造のためのシートとして加工し得る。一例として、最終的に製造される研磨パッド厚さの５倍〜５０倍高さのモールドで成形した後、成形体を同じ厚さの間隔でスライスして、多数の研磨パッド用シートを一度に製造し得る。この場合、十分な固相化時間を確保するために、反応速度調整剤として反応遅延剤を使用することができ、これにより、モールドの高さを最終的に製造される研磨パッド厚さの５倍〜５０倍に設けてから成形してもシートの製造が可能である。ただし、スライスされたシートは、モールド内の成形された位置によって異なる直径の気孔を有し得る。すなわち、モールドの下部で成形されたシートの場合は微細な直径の気孔を有するのに対し、モールドの上部で成形されたシートは、下部で成形されたシートに比べて直径の大きい気孔を有し得る。
したがって、好ましくは、各シート別にも均一な直径の気孔を持たせるために、１回の成形で１枚のシートの製造が可能なモールドを使用し得る。そのために、前記モールドの高さは、最終的に製造される研磨パッドの厚さとの大差はなくなり得る。例えば、前記成形は、最終的に製造される研磨パッド厚さの１倍〜３倍に相当する高さを有するモールドを用いて行われ得る。より具体的に、前記モールドは、最終的に製造される研磨パッド厚さの１．１倍〜３．０倍、または１．２倍〜３．０倍の高さを有し得る。この際、より均一な径の気孔を形成するために、反応速度調整剤として反応促進剤を使用し得る。具体的に、１枚のシートとして製造された前記研磨パッドは、１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さを有し得る。具体的に、前記研磨パッドは、１ｍｍ〜９ｍｍ、１ｍｍ〜８．５ｍｍ、１．５ｍｍ〜１０ｍｍ、１．５ｍｍ〜９ｍｍ、１．５ｍｍ〜８．５ｍｍ、１．８ｍｍ〜１０ｍｍ、１．８ｍｍ〜９ｍｍ、または１．８ｍｍ〜８．５ｍｍの厚さを有し得る。
その後、前記モールドから得られた成形体の上端および下端のそれぞれを切削し得る。例えば、前記成形体の上端および下端のそれぞれを成形体総厚さの１／３以下ずつ切削したり、１／２２〜３／１０ずつ切削したり、または１／１２〜１／４ずつ切削し得る。
具体的な一例として、前記成形が最終的に製造される研磨パッド厚さの１．２倍〜２倍に相当する高さを有するモールドを用いて行われ、前記成形後に前記モールドから得られた成形体の上端および下端のそれぞれを成形体総厚さの１／１２〜１／４ずつ切削する工程をさらに含み得る。
前記製造方法は、前記表面切削後、表面に溝を加工する工程、下層部との接着工程、検査工程、包装工程等をさらに含み得る。これらの工程は、通常の研磨パッドの製造方法の通りに行える。
また、全述のような製造方法により製造された研磨パッドは、全述のような実現例による研磨パッドの特性をすべて示す。
［研磨パッドの物性］
前述のように、実現例による研磨パッドは、研磨後研磨パッドの表面粗さの各パラメータを制御することにより、研磨率を向上させることができ、ウェーハの表面残渣、表面スクラッチおよびチャタマークを減少させ得る。
具体的に、前記研磨パッドは、か焼セリアスラリーを用いて酸化ケイ素膜が形成されたシリコンウェーハを研磨する場合、オキサイド膜に対して研磨率が、２６００Å／分〜３３００Å／分、２８５０Å／分〜３２００Å／分、２９００Å／分〜３１００Å／分、または２９００Å／分〜３０００Å／分であり得る。
また、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記モニタリングウェーハのチャタマークの数が５以下、１〜５、１〜４、または１〜３であり得る。
また、研磨後、前記モニタリングウェーハの表面スクラッチの数が２００以下、１〜２００、１〜１８０、１〜１６０、または１〜１５０であり得る。
また、研磨後、前記モニタリングウェーハの表面残渣の数が１００以下、９０以下、８６以下、または８０以下であり得る。
一方、前記研磨パッドは、複数の気孔を含む。
本発明の実現例による研磨パッドは、複数の気孔の平均径が５μｍ〜２００μｍであり得る。また、前記複数の気孔の平均径は、７μｍ〜１００μｍ、１０μｍ〜５０μｍ、１０μｍ〜３２μｍ、または２０μｍ〜３２μｍであり得る。前記複数の気孔の平均径は、気孔径の数平均値で計算した。例えば、前記研磨パッドを、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して２００倍で画像面積を観察した。画像解析ソフトウェアを使用して得られた画像から複数の気孔それぞれの直径を測定し、平均径（Ｄａ）を計算した。前記平均径は、研磨面１ｍｍ２内の複数の気孔径の和を複数の気孔数で割った平均値と定義した。
前記気孔は、前記研磨パッドの内部に配置される閉鎖型気孔および前記研磨パッドの研磨面に配置される開放型気孔を含む。
具体的に、前記開放型気孔は、研磨面上に気孔入口が露出される。
なお、前記開放型気孔の入口の直径は、前記開放型気孔の入口の平面積と同じ平面積を有する円の直径のことを意味し得る。また、前記開放型気孔の入口の平均径は、前記研磨面に存在する複数の開放型気孔入口の直径を数平均して算出され得る。
研磨パッドの単位面積（ｍｍ２）当り気孔の総数が７００個以上であり得る。より具体的に、研磨パッドの単位面積（ｍｍ２）当り気孔の総数が７５０個以上であり得る。さらにより具体的に、研磨パッドの単位面積（ｍｍ２）当り気孔の総数が８００個以上であり得る。さらにより具体的に、研磨パッドの単位面積（ｍｍ２）当り気孔の総数が９００個以上であり得るが、これに限定されるものではない。また、前記研磨パッドの単位面積（ｍｍ２）当り気孔の総数が２５００個以下、具体的に２２００個以下、１５００個以下、または１２００個以下であり得るが、これに限定されるものではない。したがって、前記研磨パッドの単位面積（ｍｍ２）当り気孔の総数は、７００個〜２５００個、例えば、７５０個〜２２００個、８００個〜１５００個、または８００個〜１２００個まで含まれ得るが、これらに限定されるものではない。
具体的に、前記研磨パッドは、その弾性モジュラスが６０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり得る。より具体的に、前記研磨パッドの弾性モジュラスは１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり得るが、これに限定されるものではない。前記研磨パッドの弾性モジュラスの上限は１５０ｋｇｆ／ｃｍ２であり得るが、これに限定されるものではない。
また、実現例による研磨パッドは、研磨性能に優れるとともに、研磨パッドとしての基本物性、例えば、耐電圧、比重、表面硬度、引張強度、および伸び率に優れ得る。
前記研磨パッドの比重および硬度などの物理的性質は、イソシアネートとポリオールとの反応により重合されたウレタン系プレポリマーの分子構造により調節し得る。
具体的に、前記研磨パッドは、２５℃における表面硬度が４５ショアＤ〜６５ショアＤの硬度を有し得る。より具体的に、前記研磨パッドは、５０ショアＤ〜６５ショアＤの硬度を有し得るが、これに限定されるものではない。
具体的に、前記研磨パッドは、０．６ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し得る。より具体的に、前記研磨パッドは、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．８５ｇ／ｃｍ３の比重を有し得るが、これに限定されるものではない。
具体的に、前記研磨パッドは、１０Ｎ／ｍｍ２〜１００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し得る。より具体的に、前記研磨パッドは、１５Ｎ／ｍｍ２〜７０Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し得る。さらにより具体的に、前記研磨パッドは、２０Ｎ／ｍｍ２〜７０Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し得るが、これに限定されるものではない。
具体的に、前記研磨パッドは、３０％〜３００％の伸び率を有し得る。より具体的に、前記研磨パッドは、５０％〜２００％の伸び率を有し得る。
前記研磨パッドは、その耐電圧が１４ｋＶ〜２３ｋＶであり、厚さが１．５ｍｍ〜２．５ｍｍであり、比重が０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３であり、２５℃における表面硬度が５０ショアＤ〜６５ショアＤであり、引張強度が１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２であり、伸び率が８０％〜２５０％であり得るが、これに限定されるものではない。
前記研磨パッドは、１ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有し得る。具体的に、前記研磨パッドは、１ｍｍ〜３ｍｍ、１ｍｍ〜２．５ｍｍ、１．５ｍｍ〜５ｍｍ、１．５ｍｍ〜３ｍｍ、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、１．８ｍｍ〜５ｍｍ、１．８ｍｍ〜３ｍｍ、または１．８ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し得る。研磨パッドの厚さが前記範囲内のとき、研磨パッドとしての基本物性を十分に発揮し得る。
一方、前記研磨パッドは、表面に機械的研磨のための溝(groove)を有し得る。前記溝は、機械的研磨のための適切な深さ、幅、および間隔を有してよく、特に限定されない。
実現例による研磨パッドは、前述の研磨パッドの物性を同時に示し得る。
［半導体素子の製造方法］
本発明による半導体素子の製造方法は、研磨層を含む研磨パッドを提供する段階と、前記研磨層の研磨面に研磨対象の被研磨面が当接するよう相対回転させながら前記研磨対象を研磨する段階とを含み得る。
具体的に、本発明の一実現例による半導体素子の製造方法は、研磨層を含む研磨パッドを定盤に装着する段階と、前記研磨層の研磨面とウェーハの表面とが当接するよう互いに相対回転させて前記ウェーハの表面を研磨する段階とを含み、前記研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において、前記式１および式２を満足し得る。
本発明の他の実現例による半導体素子の製造方法は、研磨層を含む研磨パッドを定盤に装着する段階と、前記研磨層の研磨面とウェーハの表面とが当接するよう互いに相対回転させて前記ウェーハの表面を研磨する段階とを含み、前記研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式４を満足し得る。
本発明のまた他の実現例による半導体素子の製造方法は、研磨層を含む研磨パッドを定盤に装着する段階と、前記研磨層の研磨面とウェーハの表面とが当接するよう互いに相対回転させて前記ウェーハの表面を研磨する段階とを含み、前記研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式５および式６を満足し得る。
本発明のまた他の実現例による半導体素子の製造方法は、研磨層を含む研磨パッドを定盤に装着する段階と、前記研磨層の研磨面とウェーハの表面とが当接するよう互いに相対回転させて前記ウェーハの表面を研磨する段階とを含み、前記研磨パッドは、シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において前記式１１を満足し得る。
具体的に、前記一実現例による研磨パッドを定盤上に装着した後、半導体基板を前記研磨パッド上に配置する。この際、前記半導体基板は、ウェーハであって良く、前記ウェーハの表面は、前記研磨パッドの研磨面に直接接触する。研磨のために、前記研磨パッド上にノズルを介して研磨スラリーが噴射され得る。前記ノズルを介して供給される研磨スラリーの流量は、約１０ｃｍ３／分〜約１０００ｃｍ３／分の範囲内で目的に応じて選択され、例えば、約５０ｃｍ３／分〜約５００ｃｍ３／分であり得るが、これに制限されるものではない。
その後、前記ウェーハと前記研磨パッドは互いに相対回転して、前記ウェーハの表面が研磨され得る。この際、前記ウェーハの回転方向および前記研磨パッドの回転方向は同じ方向でも良く、反対方向でも良い。前記ウェーハと前記研磨パッドの回転速度は、約１０ｒｐｍ〜約５００ｒｐｍの範囲で目的に応じて選択され、例えば、約３０ｒｐｍ〜約２００ｒｐｍであり得るが、これに限定されるものではない。
前記ウェーハは、研磨ヘッドに装着された状態で、前記研磨パッドの研磨面に所定の荷重で加圧され当接するようにしてからその表面が研磨され得る。前記研磨ヘッドによって前記ウェーハの表面が前記研磨パッドの研磨面に当接するように加わる荷重は、約１ｇｆ／ｃｍ２〜約１０００ｇｆ／ｃｍ２の範囲で目的に応じて選択され、例えば、約１０ｇｆ／ｃｍ２〜約８００ｇｆ／ｃｍ２であり得るが、これに限定されるものではない。
一実現例において、前記半導体素子の製造方法は、前記研磨パッドの研磨面を研磨に適した状態に維持させるために、前記ウェーハの研磨と同時にコンディショナーにより前記研磨パッドの研磨面を加工する段階をさらに含み得る。
前記一実現例によると、研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において、表面粗さ容積パラメータおよび表面粗さの高さパラメータを特定の範囲に制御することにより、研磨速度を向上させ、ウェーハの表面上に現れる残渣、表面スクラッチ、およびチャタマークを減少させ得る研磨パッドを提供することができ、これを用いて優れた品質の半導体素子を効率的に製造し得る。
以下、本発明を下記実施例によりさらに詳細に説明する。但し、下記実施例は、本発明を例示するためのものであるのみ、本発明の範囲がこれらだけに限定されるものではない。
（実施例１：研磨パッドの製造）
（１）ウレタン系プレポリマーの調製
ポリオールとしてポリテトラメチレンエーテルグリコール（polytetramethylene ether glycol、Korea PTG社）、イソシアネート化合物としてトルエンジイソシアネート（toluene diisocyanateは、BASF社）を４口フラスコに投入し、反応器内部を不活性ガスである窒素（Ｎ２）で充填させ撹拌しながら７５℃にて２時間反応させ、ウレタン系プレポリマーを調製した。この際、ＮＣＯ％は９．１％に調節した。
（２）研磨パッドの製造
ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤などの原料をそれぞれ供給するためのタンクおよび投入ラインが備えられているキャスティング装置を準備した。前記で調製されたウレタン系プレポリマー、硬化剤としてＭＯＣＡ（4,4'-Methylne bis(2-chloroaniline）、sigma-aldrich社）を準備した。固相発泡剤は、固相発泡剤の平均粒径が調節されたマイクロカプセル（AkzoNobel社）を固相発泡剤精製システムにより精製して準備した。前記固相発泡剤精製システムとして前述の固相発泡剤分取精製装置を用いた（図３〜図５を参照）。
前記調製済みのウレタン系プレポリマー、硬化剤、不活性ガス注入ライン、固相発泡剤注入ラインが備えられているキャスティング装置において、ウレタン系プレポリマータンクに前記ＮＣＯ％９．１％に合成されたウレタン系プレポリマーを充填し、硬化剤タンクに前記トリエチレンジアミンを充填すると同時に、固相発泡剤を、前記原料混合物１００重量部を基準に２重量部で定量して注入し、ミキシングヘッドの回転速度を３０００ｒｐｍに調節して撹拌した。ミキシングされた混合物を毎分１０ｋｇの速度で吐出させ、縦および横１０００ｍｍ、高さ２５ｃｍの開口形状のモールドに注入し、熱硬化反応により固相化させ成形体を得た。
その後、前記成形体の固形物をスライスしてシート状に加工した。その後、研磨前の研磨パッドの表面粗さが下記表３のようになるよう、表面を切削加工した。切削加工したシートを、溝加工工程を経て厚さ２ｍｍのシート１枚（研磨層）を得た。加工済みのシートを接着剤によりサブパッドと積層して、最終的に研磨パッドを得た。
（３）研磨工程
前記研磨パッドを、ＣＴＳ社のＡＰ−３００モデルを用いてＣＭＰ工程を行った。ＣＭＰ工程の詳細条件は下記表１の通りである。ＣＭＰ工程が完了した研磨パッドを乾燥させた後、ブルカー（Bruker）社のＣｏｎｔｏｕｒ ＧＴモデルを使用して研磨パッドの表面粗さを測定した。表面粗さ測定の詳細条件は下記表２の通りであり、研磨パッドの半径を基準に１／２となるポイントの溝の突起部位を測定した。測定は、研磨パッド当り合計５回を行い、平均値を得た。研磨後研磨パッドの表面粗さ容積パラメータおよび表面粗さ高さパラメータをそれぞれ下記表３および表４に示すように得た。
（実施例２〜５）
製造される研磨パッドの表面加工条件を変更して、下記表３および表４に示すように、研磨前および研磨後の研磨パッドの表面粗さ容積パラメータおよび表面粗さ高さパラメータを調節したことを除いては、実施例１と同様の方法により研磨パッドを得た。
（比較例１）
ミキシングヘッドの回転速度を調節し、固相発泡剤分取精製装置による精製工程を行わないことにより、下記表３および表４に示すように、研磨前および研磨後の研磨パッドの表面粗さ容積パラメータおよび表面粗さ高さパラメータを調節したことを除いては、実施例１と同様の方法により研磨パッドを得た。
（比較例２および３）
固相発泡剤分取精製装置による精製工程を行わず、製造される研磨パッドの表面加工条件を変更して、下記表３および表４に示すように、研磨前および研磨後の研磨パッドの表面粗さ容積パラメータおよび表面粗さ高さパラメータを調節したことを除いては、実施例１と同様の方法により研磨パッドを得た。
下記表１は、ＣＭＰ工程の詳細条件をまとめたものである。
Figure 2022002305
下記表２は、研磨パッドの表面粗さの測定条件をまとめたものである。
Figure 2022002305
下記表３および表４は、実施例および比較例の研磨前および研磨後における研磨パッドの表面粗さの測定結果値をまとめたものである。
Figure 2022002305
Figure 2022002305
（試験例１：研磨率（removal rate））
研磨パッド製造直後の初期研磨率を以下のように測定した。
直径３００ｍｍのシリコンウェーハに、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程により酸化ケイ素を蒸着した。ＣＭＰ装置に研磨パッドを付着し、シリコンウェーハの酸化ケイ素層が研磨パッドの研磨面を向くように設置した。その後、研磨荷重が４．０ｐｓｉになるように調整し、１５０ｒｐｍで研磨パッドを回転させながら、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２５０ｍｌ／分の速度で投入しながら定盤を１５０ｒｐｍで６０秒間回転させ、酸化ケイ素膜を研磨した。研磨後、シリコンウェーハをキャリアから外して、回転式脱水機（spin dryer）に装着して精製水（ＤＩＷ）で洗浄した後、窒素ガス（Ｎ２）により１５秒間乾燥した。乾燥したシリコンウェーハを、分光干渉式ウェーハ厚み計（ＳＩ−Ｆ８０Ｒ、Keyence社）を用いて研磨前後の膜厚変化を測定した。その後、下記式１２により研磨率を計算した。
［式１２］
研磨率（Å／分）＝シリコンウェーハの研磨厚さ（Å）／研磨時間（分）
（試験例２：残渣、スクラッチおよびチャタマークの測定）
研磨パッドを用いて実施例および比較例に記載の研磨工程を行った後、欠陥検査装置（ＡＩＴ ＸＰ＋、KLA Tencor社）を用いて、研磨後にウェーハ（モニタリングウェーハ）の表面上に現れる残渣、スクラッチおよびチャタマークを測定した（条件：threshold 150、die filter threshold 280）。
前記残渣は、実質的に非定型性の異物がウェーハ表面上にくっついていることを意味するものであり、一例として、図６に示すような形状の欠陥（defect）のことを意味する。
前記スクラッチは、実質的に連続的線形のひっかき傷のことを意味するものであり、一例として、図７に示すような形状の欠陥のことを意味する。
一方、前記チャタマークは、実質的に不連続的線形のひっかき傷のことを意味するものであり、一例として、図８に示すような形状の欠陥のことを意味する。
その結果を下記表５に示した。
Figure 2022002305
前記表５から分かるように、研磨後研磨パッドの表面粗さ高さパラメータおよび表面粗さ容積パラメータを特定範囲に調節した実施例１〜５の研磨パッドは、研磨率に優れており、ウェーハ表面に現れる残渣、表面スクラッチ、チャタマークの数が比較例１〜３の研磨パッドを用いた場合に比べて著しく低いことが分かる。
具体的に見てみると、実施例１〜３の研磨率は２９１９Å／分〜２９９８Å／分と、概ね優れている反面、比較例２の研磨パッドの研磨率は４１５３Å／分と、スラリーを担持し得る空隙に対する摩擦部位の比率が増加して、初期研磨率が過度に高かった。これにより、比較例２の研磨パッドは、パッドグレージング（pad glazing）現象に起因する研磨率の更なる増加が予想される。一方、比較例１の研磨パッドの研磨率は２０８１Å／分と、研磨率が著しく低下した。
一方、実施例４と５における研磨パッドの場合、実施例１〜３の研磨パッドに比べて研磨率がやや低下したり、やや増加したりすることを示すが、ウェーハ表面に現れた残渣、表面スクラッチおよびチャタマークの数は、実施例１〜３の研磨パッドを用いた場合に近似しており、比較例１〜３の研磨パッドを用いた場合に比べて著しく減少した。
具体的に、ウェーハ表面に現れる残渣を見てみると、実施例１〜５の研磨パッドを用いた場合の残渣が６２個〜１００個に対し、比較例１〜３の研磨パッドを用いた場合の残渣数は２００個を超えており、実施例１〜５の研磨パッドを用いた場合に比べて２倍以上と、著しく増加することを示した。
また、スクラッチを見てみると、実施例１〜５の研磨パッドを用いた場合、スクラッチが１２５個〜１６１の個に対し、比較例１〜３の研磨パッドを用いた場合は、スクラッチの数が５７５個以上と、実施例１〜５の研磨パッドを用いた場合に比べて３倍以上の著しく増加することを示した。
また、チャタマークを見てみると、実施例１〜５の研磨パッドを用いた場合、チャタマークが３．５個以下であるのに対し、比較例１〜３の研磨パッドを用いた場合は、チャタマークが１３個を超えて、実施例１〜５の研磨パッドに比べて４倍以上と、著しく増加することを示した。
したがって、研磨前の表面粗さよりは、研磨工程中または研磨後の表面粗さが一定に維持されることが、研磨性能を一定に維持するのに利点があることを確認できる。
１１０：ヘッド
１２０：半導体基板（ウェーハ）
１３０：プラテン
１４０：スラリー
１５０：気孔
１０ａ、１０ｃ：配管
３０ａ、３０ｂ：フィルター部
３１：フィルターハウジング
３２：フィルターカバー
３３：フィルター部材
３１１：フィルタースペース
３１２：フィルター流入口
３２１：フィルター排出口
３３１：据置部
３３２：磁石
５０：分取部
５１：分取ハウジング
５３：渦流発生部材
５４：排出フィルター
５６：振動発生部
５１１：分取空間
５１１ａ：中心軸
５１２：分取流入ホール
５１３：第１微小球体排出ホール
５１４：第２微小球体排出ホール
５１５：ガス供給ホール
５１６：ガス排出ホール
Ａ：流動ガスの流動表示
Ｂ：固相発泡体の流れ表示
Ｃ：振動矢印

Claims (10)

  1. シリコン酸化膜ウェーハ（PETEOS wafer）を用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式１および式２を満足する研磨パッド：
    ［式１］
    ０．０２０≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）≦１．０００
    ［式２］
    ０．００５≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｍｃ（１０、８０）≦２．０００
    前記式１および式２において、
    前記Ｖｍｐ（１０）は、上位１０％に相当する突出山部実体体積（material volume of peaks）であり、
    前記Ｖｖｖ（８０）は、上位８０％〜１００％に相当する突出谷部空隙容積（void volume of the valleys）であり、
    前記Ｖｍｃ（１０、８０）は、上位１０％〜８０％に相当するコア部実体体積（material volume of the core）である。
  2. 前記ダミーウェーハの研磨前にプレブレークイン（pre break in）工程を１０分〜２０分間行って研磨パッドの研磨層をコンディショニング（conditioning）処理した、請求項１に記載の研磨パッド。
  3. 前記Ｖｍｐ（１０）が０．０２０〜０．９００であり、
    前記Ｖｖｖ（８０）が０．２００〜１０．０００であり、
    前記Ｖｍｃ（１０、８０）が０．２００〜１１．０００である、請求項１に記載の研磨パッド。
  4. 前記研磨後の研磨パッドが下記式３を満足する、請求項１に記載の研磨パッド：
    ［式３］
    ０．０２７≦Ｖｍｐ（１０）／｛Ｖｖ（０）＋Ｖｖｖ（８０）＋Ｖｍｃ（１０、８０）｝≦３．１００
    前記式３において、
    前記Ｖｍｐ（１０）、Ｖｖｖ（８０）、およびＶｍｃ（１０、８０）は、前記で定義した通りであり、
    前記Ｖｖ（０）は、全空隙の容積である。
  5. 前記Ｖｖ（０）が３．０００〜５７．０００であるか、または
    前記Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｃ（１０、８０）の総合計が４．２００〜７０．４００であり、
    前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＶｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）の差の絶対値が０．００５〜０．８００であるか、または
    前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＶｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）の差の絶対値が０．００２〜０．０８７である、請求項４に記載の研磨パッド。
  6. シリコン酸化膜ウェーハを用いて、研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｃｃ／分の速度で噴射しながら２５枚のダミーウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨し、２枚のモニタリングウェーハをそれぞれ６０秒ずつ研磨した後、前記研磨後の研磨パッドを光学用表面粗さ測定器で測定する際、ＩＳＯ２５１７８−２規格に基づいた負荷面積率曲線において下記式４を満足する研磨パッド：
    ［式４］
    ０．００２≦Ｖｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）≦０．１００
    前記式４において、
    前記Ｖｍｐ（１０）は、上位１０％に相当する突出山部実体体積（material volume of peaks）であり、
    前記Ｖｖ（０）は、全空隙の容積である。
  7. 前記Ｖｍｐ（１０）が０．０２０〜０．９００であり、
    前記Ｖｖ（０）が３．０００〜５７．０００である、請求項６に記載の研磨パッド。
  8. 前記研磨後の研磨パッドが下記式３を満足する、請求項６に記載の研磨パッド：
    ［式３］
    ０．０２７≦Ｖｍｐ（１０）／｛Ｖｖ（０）＋Ｖｖｖ（８０）＋Ｖｍｃ（１０、８０）｝≦３．１００
    前記式３において、
    前記Ｖｍｐ（１０）およびＶｖ（０）は、前記で定義した通りであり、
    前記Ｖｖｖ（８０）は、上位８０％〜１００％に相当する突出谷部空隙容積（void volume of the valleys）であり、
    前記Ｖｍｃ（１０、８０）は、上位１０％〜８０％に相当するコア部実体体積（material volume of the core）である。
  9. 前記Ｖｖｖ（８０）が０．２００〜１０．０００であり、
    前記Ｖｍｃ（１０、８０）が０．２００〜１１．０００であり、
    前記Ｖｖ（０）、Ｖｖｖ（８０）およびＶｍｃ（１０、８０）の総合計が４．２００〜７０．４００であり、
    前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＶｍｐ（１０）／Ｖｖ（０）の差の絶対値が０．００２〜０．０８７であるか、または
    前記研磨パッドの研磨前および研磨後のＶｍｐ（１０）／Ｖｖｖ（８０）の差の絶対値が０．００５〜０．８００である、請求項８に記載の研磨パッド。
  10. 前記研磨パッドの２５℃における表面硬度が４５ショアＤ〜６５ショアＤ、
    前記研磨パッドがオキサイド膜に対して２６００Å／分〜３３００Å／分の研磨率、
    前記モニタリングウェーハの表面残渣数１００以下、
    前記モニタリングウェーハの表面スクラッチ数２００以下、および
    前記モニタリングウェーハのチャタマーク数５以下の特性から選択された少なくとも一つの特性を満足する、請求項６に記載の研磨パッド。
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