JP2022172453A - 研磨パッド、研磨パッドの製造方法およびこれを用いた半導体素子の製造方法 - Google Patents

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

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Abstract

【課題】研磨層およびウィンドウの表面差による研磨性能の低下問題を防止することができる研磨パッドを適用した半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】研磨パッド、研磨パッド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し、研磨工程上で研磨パッド内のウィンドウの表面粗さによる透過度の影響を最小化して、研磨パッド内のウィンドウによる終点検出のエラーを防止することができ、研磨パッド内の研磨層およびウィンドウの表面粗さの差が所定の範囲内に維持されて、研磨工程上での研磨スラリーの流動性および担持率が類似水準で実現される。【選択図】図２

Description

本発明は、化学的機械的平坦化（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＣＭＰ）工程に用いられる研磨パッド、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。
半導体製造工程における化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）工程は、ウエハ（ｗａｆｅｒ）をヘッドに付着させ、プラテン（ｐｌａｔｅｎ）上に形成された研磨パッドの表面に接触させた状態で、スラリーを供給してウエハ表面を化学的に反応させながらプラテンとヘッドを相対運動させて、機械的にウエハ表面の凹凸部分を平坦化する工程である。
前記化学的機械的平坦化工程は、研磨パッドを用いるもので、半導体製造工程だけでなく、メモリディスク、磁気ディスク、光学レンズや反射ミラーなどの光学材料、ガラス板、金属など、高度の表面平坦性が要求される材料の平坦化加工処理に多様に使用可能である。
半導体回路の微細化に伴い、ＣＭＰ工程の重要性はさらに増している。研磨パッドは、半導体製造工程におけるＣＭＰ工程において必須の原副材料の一つであって、ＣＭＰ性能の実現に重要な役割を担っている。
最近は、ウエハの厚さを検知し、これにより、ＣＭＰ工程の終了時点を検出するための様々な方法が提案された。
例えば、ウエハ表面の平坦性をインサイチュ（ｉｎ－ｓｉｔｕ）で決定するために、研磨パッドにウィンドウを結合し、前記ウィンドウを介してレーザの干渉計によって発生した反射ビームを通して、ウエハの厚さを測定する方式が提案された。前記インサイチュ方法において、ウィンドウは入射光の強度を一定に維持し、研磨前後の光透過率の偏差が少なくてこそ、終点検出のエラーを最小化することができる。
ただし、前記インサイチュ方法上で、終点検出性能のエラーを最小化するためには、研磨パッドのウィンドウが安定的透過度を保有しなければならない。前記透過度を決定する重要な要素の一つであるウィンドウの表面粗さは研磨工程上で変化しうるので、透過度に影響を及ぼす要素に相当する。
このような問題を改善して、表面粗さによる透過度に及ぼす影響を最小化できる研磨パッドに対する開発が必要である。
本発明の目的は、研磨パッド、研磨パッドの製造方法およびこれを用いた半導体素子の製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、研磨工程上で研磨パッド内のウィンドウの表面粗さによる透過度の影響を最小化して、研磨パッド内のウィンドウによる終点検出のエラーを防止できる研磨パッドおよびその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、研磨パッド内の研磨層およびウィンドウの表面粗さの差が所定の範囲内に維持されて、研磨工程上での研磨スラリーの流動性および担持率が類似水準で実現され、これにより、前記研磨層およびウィンドウの表面差による研磨性能の低下問題を防止できる研磨パッドおよびその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、研磨パッドを適用した半導体素子の製造方法を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る研磨パッドは、研磨層および終点検出用ウィンドウを含み、前記研磨層および終点検出用ウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）は、下記式１で表される表面粗さの差に対する変化率（ＳＲＲ）が１．５～２．５である：
Figure 2022172453000002
ここで、
ｄＲａ１は、研磨前の研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差であり、
ｄＲａ２は、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差である。
本発明の他の実施形態に係る半導体素子の製造方法は、１）研磨層および終点検出用ウィンドウを含む研磨パッドを提供するステップと、２）前記研磨層の研磨面に半導体基板の被研磨面が当接するように相対回転させながら前記半導体基板を研磨させるステップと、３）前記研磨パッド内の終点検出用ウィンドウを介して半導体基板の厚さを検知し、研磨工程の終了時点を検出するステップとを含むことができる。
本発明は、研磨工程上で研磨パッド内のウィンドウの表面粗さによる透過度の影響を最小化して、研磨パッド内のウィンドウによる終点検出のエラーを防止することができ、研磨パッド内の研磨層およびウィンドウの表面粗さの差が所定の範囲内に維持されて、研磨工程上での研磨スラリーの流動性および担持率が類似水準で実現され、これにより、前記研磨層およびウィンドウの表面差による研磨性能の低下問題を防止することができる。
また、研磨パッドを適用した半導体素子の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る半導体素子製造工程の概略工程図である。 本発明の一実施形態に係る研磨層およびウィンドウの表面粗さの変化に関する概念図である。
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明で使用される成分、分子量のような特性、反応条件などの量を表現する数は、すべてのケースにおいて、用語「約」で修飾されることが理解されなければならない。
本発明において他に記述されなければ、すべての百分率、部、比などの重量基準である。
本発明において、「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素を追加的に包含できることを意味する。
本発明において、「複数の」は、１つを超えることを指し示す。
本発明の一実施形態に係る研磨パッドは、研磨層および終点検出用ウィンドウを含み、前記研磨層および終点検出用ウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）は、下記式１で表される表面粗さの差に対する変化率（ＳＲＲ）が１．５～２．５である：
Figure 2022172453000003
ここで、
ｄＲａ１は、研磨前の研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差であり、
ｄＲａ２は、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差である。
一般的に、研磨パッドは、半導体基板を機械的に摩擦させるとともに、研磨スラリーを用いて化学的に半導体ウエハの研磨対象膜を研磨する。前記研磨パッドおよびスラリーの機械的化学的な作用によって研磨される半導体基板の研磨対象膜は、定められた厚さを有するまで研磨が行われなければならない。すなわち、研磨を中断すべき研磨終点を検出しなければならず、このために、光を利用して研磨される研磨対象膜の厚さを検出して、終点を検出する。
一般的な化学的機械的研磨装置の研磨終点検出装置は、具体的には、周辺部に貫通孔を具備する円板状のプラテン（Ｐｌａｔｅｎ）上板と、前記プラテン上板の貫通孔に挿入される光センサ部と、前記プラテン上板の上部に位置して半導体基板の研磨対象膜との研磨面を提供し、前記光センサ部に対応する終点検出用ウィンドウを含む研磨パッドとから構成される。
前記光センサ部は、上板とは別の位置に設けられた発光部の光を発散し、半導体基板の研磨対象膜で反射する光を、別の位置に設けられた受光部に伝達する役割を果たすように構成することができる。
研磨パッドに含まれる終点検出用ウィンドウは、一般的に安定的透過度を示さなければならず、前記ウィンドウの透過度は、組成、表面粗さ、厚さなどの様々な要素に影響される。
特に、粗さの場合、研磨工程上で変化しうるもので、研磨工程に適用される研磨パッド内のウィンドウの表面粗さは、透過度に直接的な影響を及ぼす。
これは、研磨工程上で一定の研磨性能を発揮するためのコンディショニングによるもので、コンディショニングによって研磨パッドの研磨層が切削され、この時、ウィンドウの表面粗さも変化が現れる。
具体的には、図２のように、研磨工程前の研磨面に対する表面粗さ２１０およびウィンドウの表面粗さ３１０は、研磨工程前と比較して、研磨工程の進行後に、研磨面に対する表面粗さ２２０およびウィンドウの表面粗さ３２０の変化が現れるが、これは、研磨工程上で半導体基板との直接的な接触によって変化したりもし、コンディショニングによっても変化が現れるようになる。
そこで、研磨工程時、半導体基板の研磨対象膜が特定の厚さに研磨されるか否かについて確認が必要であり、これは、研磨パッド内のウィンドウを介して伝達される光によって検知される。
前記ウィンドウの表面粗さが変化すれば、ウィンドウを通過する光の吸収程度が変化し、このような変化によって終点検出性能に変化が現れる問題が発生しうる。
それだけでなく、研磨層とウィンドウは、互いに組成、摩耗速度、物性などが異なるが、研磨層の表面粗さは、半導体基板の研磨対象膜との研磨性能と直接的な関連性があり、研磨層およびウィンドウの相互間の表面粗さが所定の範囲で差を示す場合、研磨スラリーの流動性または担持率が類似水準で実現されて、表面の差による研磨性能に及ぼす影響が少なくなる。
また、研磨工程の進行後、研磨層とウィンドウの表面粗さの偏差値が所定範囲を満足する場合、研磨工程上での研磨スラリーの流動および担持性能の変化が適正水準に変化して、一定の研磨性能の発揮が可能といえる。
上記の特徴によって、本発明の研磨パッドは、前記式１のように研磨前の研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さ値に対する差；および研磨工程を進行させた後、研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差に対する最適な範囲を導出した。
具体的には、前記研磨層および終点検出用ウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）は、下記式１で表される表面粗さの差に対する変化率（ＳＲＲ）が１．５～２．５であり、好ましくは１．９～２．２である：
Figure 2022172453000004
ここで、
ｄＲａ１は、研磨前の研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差であり、
ｄＲａ２は、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差である。
前記研磨層およびウィンドウは、研磨前の表面粗さ（ｄＲａ１）の差が６～７であり、好ましくは６．５～６．９であり、より好ましくは６．７～６．９である。
前記研磨層およびウィンドウは、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨工程を進行させた後、研磨層およびウィンドウに対する表面粗さを測定し、前記測定された表面粗さ（ｄＲａ２）の差が３～４であり、好ましくは３．１～３．７であり、より好ましくは３．２～３．６である。
前記終点検出用ウィンドウは、下記式２で表される表面粗さの差（ｗＳＲＤ）が０．３～１．５であり、好ましくは０．３～１．４である：
Figure 2022172453000005
ここで、
Ｒａｗｉは、ウィンドウの研磨前の表面粗さ（Ｒａ）であり、
Ｒａｗｆは、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定されたウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）である。
前記本発明の研磨パッドに含まれるウィンドウは、研磨工程前および研磨工程後の表面粗さの差が絶対値として０．３～１．５で、研磨工程による表面粗さの変化が大きくなくて、透過率に影響を及ぼさない。従来、研磨パッド内に含まれる終点検出用ウィンドウは、研磨工程に適用される前に透過率を評価して、終点検出に対する性能を確認した。先に説明したように、研磨工程によってウィンドウの表面粗さに影響が現れると、光透過率に変化が現れるようになり、これは、終点検出に対する性能低下の問題が発生しうる。
本発明のウィンドウは、研磨工程の進行前および進行後の表面粗さの変化程度が大きくなくて、終点検出に対する性能に影響を及ぼさないことを特徴とする。
また、研磨層の表面粗さは、下記式3で表される表面粗さの差（ｐＳＲＤ）値が１～４であり、好ましくは１．５～３．５である：
Figure 2022172453000006
ここで、
Ｒａｐｉは、研磨層の研磨前の表面粗さ（Ｒａ）であり、
Ｒａｐｆは、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さ（Ｒａ）である。
先に説明したように、終点検出用ウィンドウだけでなく、本発明の研磨パッド内の研磨層も、研磨工程による表面粗さの変化程度が大きくないことを特徴とする。
すなわち、先に説明したように、研磨層およびウィンドウの研磨工程前および研磨工程後の表面粗さの変化が一定範囲内に含まれると、研磨性能に影響を及ぼさず、ウィンドウの表面粗さも、研磨工程前および研磨工程後の変化程度がわずかで光の透過度に差が現れず、終点検出性能に影響がわずかであるといえる。
一実施形態において、終点検出用ウィンドウは、ウレタン系プレポリマーおよび硬化剤を含むウィンドウ組成物を硬化させた硬化物を含むことができる。
また、一実施形態において、前記研磨層は、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むことができる。
前記終点検出用ウィンドウは、研磨層の製造時に含まれる発泡剤を除き、研磨層組成物と同一の組成で構成されるという点で、以下、ウィンドウおよび研磨層の各成分について説明しようとする。
「プレポリマー（ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ）」とは、硬化物の製造において、成形しやすいように重合度を中間段階で中止させた比較的低い分子量を有する高分子を意味する。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、最終硬化物に成形される。
一実施形態において、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ポリオールとを反応させて製造される。
前記ウレタン系プレポリマーの製造に使用されるイソシアネート化合物は、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを使用することができる。
前記イソシアネート化合物は、例えば、２，４－トルエンジイソシアネート（２，４－ｔｏｌｕｅｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ、２，４－ＴＤＩ）、２，６－トルエンジイソシアネート（２，６－ｔｏｌｕｅｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ、２，６－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－ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、トリジンジイソシアネート（ｔｏｌｉｄｉｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、４，４'－ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４'－ｄｉｐｈｅｎｙｌｍｅｔｈａｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（ｄｉｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｍｅｔｈａｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソホロンジイソシアネート（ｉｓｏｐｈｏｒｏｎｅ ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
「ポリオール」とは、分子あたり、ヒドロキシ基（－ＯＨ）を少なくとも２以上含む化合物を意味する。前記ポリオールは、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）、アクリル系ポリオール（ａｃｒｙｌ ｐｏｌｙｏｌ）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
前記ポリオールは、例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコール、エチレングリコール、１，２－プロピレングリコール、１，３－プロピレングリコール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、２－メチル－１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，５－ペンタンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、ジエチレングリコール，ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
前記ポリオールは、約１００ｇ／ｍｏｌ～約３，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。前記ポリオールは、例えば、約１００ｇ／ｍｏｌ～約３，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、約１００ｇ／ｍｏｌ～約２，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、約１００ｇ／ｍｏｌ～約１，８００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。
一実施形態において、前記ポリオールは、重量平均分子量（Ｍｗ）が約１００ｇ／ｍｏｌ以上、約３００ｇ／ｍｏｌ未満の低分子量ポリオールと、重量平均分子量（Ｍｗ）が約３００ｇ／ｍｏｌ以上、約１８００ｇ／ｍｏｌ以下の高分子量ポリオールとを含むことができる。
前記ウレタン系プレポリマーは、約５００ｇ／ｍｏｌ～約３，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。前記ウレタン系プレポリマーは、例えば、約６００ｇ／ｍｏｌ～約２，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、約８００ｇ／ｍｏｌ～約１，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。
一実施形態において、前記ウレタン系プレポリマーを製造するためのイソシアネート化合物は、芳香族ジイソシアネート化合物を含むことができ、前記芳香族ジイソシアネート化合物は、例えば、２，４－トルエンジイソシアネート（２，４－ＴＤＩ）および２，６－トルエンジイソシアネート（２，６－ＴＤＩ）を含むことができる。前記ウレタン系プレポリマーを製造するためのポリオール化合物は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）およびジエチレングリコール（ＤＥＧ）を含むことができる。
他の実施形態において、前記ウレタン系プレポリマーを製造するためのイソシアネート化合物は、芳香族ジイソシアネート化合物および脂環族ジイソシアネート化合物を含むことができ、例えば、前記芳香族ジイソシアネート化合物は、２，４－トルエンジイソシアネート（２，４－ＴＤＩ）および２，６－トルエンジイソシアネート（２，６－ＴＤＩ）を含み、前記脂環族ジイソシアネート化合物は、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）を含むことができる。前記ウレタン系プレポリマーを製造するためのポリオール化合物は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）およびジエチレングリコール（ＤＥＧ）を含むことができる。
前記ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート末端基の含有量（ＮＣＯ％）が約５重量％～約１１重量％、例えば、約５重量％～約１０重量％、例えば、約５重量％～約８重量％、例えば、約８重量％～約１０重量％であってもよい。前記範囲でＮＣＯ％を有する場合、適切な研磨パッド内の研磨層の物性を示して、研磨速度、研磨プロファイルのような研磨工程に要求される研磨性能を維持し、研磨工程上でウエハに発生しうる欠陥を最小化することができる。
酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）および窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）の研磨選択比（Ｏｘ ＲＲ／Ｎｔ ＲＲ）を調節して、ディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）、リセス（ｒｅｃｅｓｓ）、およびエロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）現象を防止し、ウエハ内の表面平坦化を達成することができる。
また、終点検出用ウィンドウに適用時、研磨工程上で表面粗さの変化程度が小さくて、終点検出のための性能への影響がわずかである。
前記ウレタン系プレポリマーのイソシアネート末端基の含有量（ＮＣＯ％）は、前記ウレタン系プレポリマーを製造するためのイソシアネート化合物およびポリオール化合物の種類および含有量、前記ウレタン系プレポリマーを製造する工程の温度、圧力、時間などの工程条件、および前記ウレタン系プレポリマーの製造に用いられる添加剤の種類および含有量などを総合的に調節して設計可能である。
前記硬化剤は、前記ウレタン系プレポリマーと化学的に反応して前記研磨層内の最終硬化構造を形成するための化合物であって、例えば、アミン化合物またはアルコール化合物を含むことができる。具体的には、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、脂肪族アルコール、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
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）（４，４'－ｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｉｓ（２－ｃｈｌｏｒｏａｎｉｌｉｎｅ）；ＭＯＣＡ）、ジエチルトルエンジアミン（ｄｉｅｔｈｙｌｔｏｌｕｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ；ＤＥＴＤＡ）、ジアミノジフェニルメタン（ｄｉａｍｉｎｏｄｉｐｈｅｎｙｌｍｅｔｈａｎｅ）、ジメチルチオトルエンジアミン（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｔｈｉｏ－ｔｏｌｕｅｎｅ ｄｉａｍｉｎｅ；ＤＭＴＤＡ）、プロパンジオールビスｐ－アミノベンゾエート（ｐｒｏｐａｎｅｄｉｏｌ ｂｉｓ ｐ－ａｍｉｎｏｂｅｎｚｏａｔｅ）、Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｉｓ－ｍｅｔｈｙｌａｎｔｈｒａｎｉｌａｔｅ、ジアミノジフェニルスルホン（ｄｉａｍｉｎｏｄｉｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ｍ－キシリレンジアミン（ｍ－ｘｙｌｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、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）、ビス（４－アミノ－３－クロロフェニル）メタン（ｂｉｓ（４－ａｍｉｎｏ－３－ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｙｌ）ｍｅｔｈａｎｅ）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
前記硬化剤の含有量は、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準として約１８重量部～約２７重量部、例えば、約１９重量部～約２６重量部、例えば、約２０重量部～約２６重量部であってもよい。前記硬化剤の含有量が前記範囲を満足する場合、目的とする研磨パッドの性能を実現するのにさらに有利であり得る。
前記発泡剤は、前記研磨層内の気孔構造を形成するための成分であって、固相発泡剤、気相発泡剤、液相発泡剤、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
先に説明したように、終点検出用ウィンドウの製造時には、研磨層の製造とは異なり、気孔構造を形成しないため、別の発泡剤を含まない。
一実施形態において、前記発泡剤は、固相発泡剤、気相発泡剤、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
前記固相発泡剤の平均粒径は、約５μｍ～約２００μｍ、例えば、約２０μｍ～約５０μｍ、例えば、約２１μｍ～約５０μｍ、例えば、約２５μｍ～約４５μｍであってもよい。前記固相発泡剤の平均粒径は、前記固相発泡剤が後述による熱膨張（ｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子の場合、熱膨張粒子自体の平均粒径を意味し、前記固相発泡剤が後述による未膨張（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子の場合、熱または圧力によって膨張した後の粒子の平均粒径を意味することができる。
前記固相発泡剤は、膨張性粒子を含むことができる。前記膨張性粒子は、熱または圧力などによって膨張可能な特性を有する粒子であって、前記研磨層を製造する過程で加えられる熱または圧力などによって最終研磨層内での大きさが決定可能である。前記膨張性粒子は、熱膨張（ｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子、未膨張（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子、またはこれらの組み合わせを含むことができる。前記熱膨張粒子は、熱によって事前膨張した粒子であって、前記研磨層の製造過程で加えられる熱または圧力による大きさの変化が小さいかほぼない粒子を意味する。前記未膨張粒子は、事前膨張しない粒子であって、前記研磨層の製造過程で加えられる熱または圧力によって膨張して最終的な大きさが決定される粒子を意味する。
前記膨張性粒子は、樹脂材質の外皮；および前記外皮に封入された内部に存在する膨張誘発成分を含むことができる。
例えば、前記外皮は、熱可塑性樹脂を含むことができ、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種以上であってもよい。
前記膨張誘発成分は、炭化水素化合物、クロロフルオロ化合物、テトラアルキルシラン化合物、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
具体的には、前記炭化水素化合物は、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（ｉｓｏｂｕｔａｎｅ）、ｎ－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）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
前記クロロフルオロ化合物は、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）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
前記テトラアルキルシラン化合物は、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）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
前記固相発泡剤は、選択的に無機成分処理粒子を含むことができる。例えば、前記固相発泡剤は、無機成分処理された膨張性粒子を含むことができる。一実施形態において、前記固相発泡剤は、シリカ（ＳｉＯ２）粒子処理された膨張性粒子を含むことができる。前記固相発泡剤の無機成分処理は、複数の粒子間凝集を防止することができる。前記無機成分処理された固相発泡剤は、無機成分処理されない固相発泡剤と発泡剤表面の化学的、電気的および／または物理的特性が異なる。
前記固相発泡剤の含有量は、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準として約０．５重量部～約１０重量部、例えば、約１重量部～約３重量部、例えば、約１．３重量部～約２．７重量部、例えば、約１．３重量部～約２．６重量部であってもよい。
前記研磨層の目的とする気孔構造および物性によって前記固相発泡剤の種類および含有量を設計することができる。
前記気相発泡剤は、不活性ガスを含むことができる。前記気相発泡剤は、前記ウレタン系プレポリマーと前記硬化剤とが反応する過程で投入されて気孔形成要素として使用できる。
前記不活性ガスは、前記ウレタン系プレポリマーと前記硬化剤との間の反応に参加しないガスであれば、種類が特に限定されない。例えば、前記不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。具体的には、前記不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）またはアルゴンガス（Ａｒ）を含むことができる。
前記研磨層の目的とする気孔構造および物性によって前記気相発泡剤の種類および含有量を設計することができる。
一実施形態において、前記発泡剤は、固相発泡剤を含むことができる。例えば、前記発泡剤は、固相発泡剤のみからなってもよい。
前記固相発泡剤は、膨張性粒子を含み、前記膨張性粒子は、熱膨張粒子を含むことができる。例えば、前記固相発泡剤は、熱膨張粒子のみからなってもよい。前記未膨張粒子を含まずに熱膨張粒子のみからなる場合、気孔構造の可変性は低下するが、事前予測可能性が高くなり、前記研磨層の全領域にわたって均質な気孔特性を実現するのに有利であり得る。
一実施形態において、前記熱膨張粒子は、約５μｍ～約２００μｍの平均粒径を有する粒子であってもよい。前記熱膨張粒子の平均粒径は、約５μｍ～約１００μｍ、例えば、約１０μｍ～約８０μｍ、例えば、約２０μｍ～約７０μｍ、例えば、約２０μｍ～約５０μｍ、例えば、約３０μｍ～約７０μｍ、例えば、約２５μｍ～４５μｍ、例えば、約４０μｍ～約７０μｍ、例えば、約４０μｍ～約６０μｍであってもよい。前記平均粒径は、前記熱膨張粒子のＤ５０で定義される。
一実施形態において、前記熱膨張粒子の密度は、約３０ｋｇ／ｍ３～約８０ｋｇ／ｍ３、例えば、約３５ｋｇ／ｍ３～約８０ｋｇ／ｍ３、例えば、約３５ｋｇ／ｍ３～約７５ｋｇ／ｍ３、例えば、約３８ｋｇ／ｍ３～約７２ｋｇ／ｍ３、例えば、約４０ｋｇ／ｍ３～約７５ｋｇ／ｍ３、例えば、約４０ｋｇ／ｍ３～約７２ｋｇ／ｍ３であってもよい。
一実施形態において、前記発泡剤は、気相発泡剤を含むことができる。例えば、前記発泡剤は、固相発泡剤および気相発泡剤を含むことができる。前記固相発泡剤に関する事項は前述した通りである。
前記気相発泡剤は、窒素ガスを含むことができる。
前記気相発泡剤は、前記ウレタン系プレポリマー、前記固相発泡剤、および前記硬化剤が混合される過程中に所定の注入ラインを通して注入できる。前記気相発泡剤の注入速度は、約０．８Ｌ／ｍｉｎ～約２．０Ｌ／ｍｉｎ、例えば、約０．８Ｌ／ｍｉｎ～約１．８Ｌ／ｍｉｎ、例えば、約０．８Ｌ／ｍｉｎ～約１．７Ｌ／ｍｉｎ、例えば、約１．０Ｌ／ｍｉｎ～約２．０Ｌ／ｍｉｎ、例えば、約１．０Ｌ／ｍｉｎ～約１．８Ｌ／ｍｉｎ、例えば、約１．０Ｌ／ｍｉｎ～約１．７Ｌ／ｍｉｎであってもよい。
前記研磨層およびウィンドウを製造するための組成物は、界面活性剤、反応速度調節剤などのその他の添加剤をさらに含むことができる。前記「界面活性剤」、「反応速度調節剤」などの名称は、当該物質の主な役割を基準として任意に称する名称であり、それぞれの当該物質が必ずしも当該名称の役割に限られた機能だけを行うわけではない。
前記界面活性剤は、気孔の凝集または重畳などの現象を防止する役割を果たす物質であれば特に限定されない。例えば、前記界面活性剤は、シリコーン系界面活性剤を含むことができる。
前記界面活性剤は、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準として約０．２重量部～約２重量部の含有量で使用できる。具体的には、前記界面活性剤は、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準として約０．２重量部～約１．９重量部、例えば、約０．２重量部～約１．８重量部、例えば、約０．２重量部～約１．７重量部、例えば、約０．２重量部～約１．６重量部、例えば、約０．２重量部～約１．５重量部、例えば、約０．５重量部～１．５重量部の含有量で含まれる。前記範囲内の含有量で界面活性剤を含む場合、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できる。
前記反応速度調節剤は、反応促進または反応遅延の役割を果たすものでって、目的によって、反応促進剤、反応遅延剤、またはこれらすべてを使用することができる。前記反応速度調節剤は、反応促進剤を含むことができる。例えば、前記反応促進剤は、３級アミン系化合物および有機金属系化合物からなる群より選択された１種以上の反応促進剤であってもよい。
具体的には、前記反応速度調節剤は、トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルブタンジアミン、２－メチル－トリエチレンジアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロパノールアミン、１，４－ジアザビシクロ（２，２，２）オクタン、ビス（２－メチルアミノエチル）エーテル、トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ''－ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルアミノエチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ベンジルジメチルアミン、Ｎ－エチルモルホリン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルモルホリン、Ｎ，Ｎ－ジメチルシクロヘキシルアミン、２－メチル－２－アザノルボルナン、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエート、ジブチルチンジアセテート、ジオクチルチンジアセテート、ジブチルチンマレエート、ジブチルチンジ－２－エチルヘキサノエート、およびジブチルチンジメルカプチドからなる群より選択された１種以上を含むことができる。具体的には、前記反応速度調節剤は、ベンジルジメチルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルシクロヘキシルアミン、およびトリエチルアミンからなる群より選択された１種以上を含むことができる。
前記反応速度調節剤は、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準として約０．０５重量部～約２重量部の量で使用できる。具体的には、前記反応速度調節剤は、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準として約０．０５重量部～約１．８重量部、例えば、約０．０５重量部～約１．７重量部、例えば、約０．０５重量部～約１．６重量部、例えば、約０．１重量部～約１．５重量部、例えば、約０．１重量部～約０．３重量部、例えば、約０．２重量部～約１．８重量部、例えば、約０．２重量部～約１．７重量部、例えば、約０．２重量部～約１．６重量部、例えば、約０．２重量部～約１．５重量部、例えば、約０．５重量部～約１重量部の量で使用できる。前記反応速度調節剤が前述した含有量範囲で使用される場合、プレポリマー組成物の硬化反応速度を適切に調節して、所望する大きさの気孔および硬度を有する研磨層を形成することができる。
前記研磨パッドがクッション層を含む場合、前記クッション層は、前記研磨層を支持しながら前記研磨層に加えられる外部衝撃を吸収し分散させる役割を果たすことにより、前記研磨パッドを適用した研磨工程中の研磨対象に対する損傷および欠陥の発生を最小化させることができる。
前記クッション層は、不織布またはスエードを含むことができるが、これに限定されるものではない。
一実施形態において、前記クッション層は、樹脂含浸不織布であってもよい。前記不織布は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含む繊維不織布であってもよい。
前記不織布に含浸された樹脂は、ポリウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、スチレン－ブタジエン共重合樹脂、スチレン－ブタジエン－スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン共重合樹脂、スチレン－エチレン－ブタジエン－スチレン共重合樹脂、シリコーンゴム樹脂、ポリエステル系エラストマー樹脂、ポリアミド系エラストマー樹脂、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された１つを含むことができる。
以下、前記研磨パッドを製造する方法を詳しく説明する。
本発明に係る他の実施形態において、ウレタン系プレポリマー組成物を製造するステップと、前記プレポリマー組成物および硬化剤を含むウィンドウ製造用組成物を製造するステップと、前記ウィンドウ製造用組成物を硬化して終点検出用ウィンドウを製造するステップと、プレポリマー組成物を製造するステップと、前記プレポリマー組成物、発泡剤、および硬化剤を含む研磨層製造用組成物を製造するステップと、前記研磨層製造用組成物を硬化して研磨層を製造するステップと、前記研磨層に貫通ホールを形成し、前記貫通ホールに成形されたウィンドウを挿入および接着するステップとを含む研磨パッドの製造方法を提供することができる。
前記プレポリマー組成物を製造するステップは、ジイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させてウレタン系プレポリマーを製造する工程であってもよい。前記ジイソシアネート化合物および前記ポリオール化合物に関する事項は、前記研磨パッドに関して前述した通りである。
前記プレポリマー組成物のイソシアネート基（ＮＣＯ基）の含有量は、約５重量％～約１５重量％、例えば、約５重量％～約８重量％、例えば、約５重量％～約７重量％、例えば、約８重量％～約１５重量％、例えば、約８重量％～約１４重量％、例えば、約８重量％～約１２重量％、例えば、８重量％～約１０重量％であってもよい。
前記プレポリマー組成物のイソシアネート基の含有量は、前記ウレタン系プレポリマーの末端イソシアネート基、前記ジイソシアネート化合物中の反応しない未反応イソシアネート基などに由来できる。
前記プレポリマー組成物の粘度は、約８０℃で約１００ｃｐｓ～約１，０００ｃｐｓであってもよく、例えば、約２００ｃｐｓ～約８００ｃｐｓであってもよく、例えば、約２００ｃｐｓ～約６００ｃｐｓであってもよく、例えば、約２００ｃｐｓ～約５５０ｃｐｓであってもよく、例えば、約３００ｃｐｓ～約５００ｃｐｓであってもよい。
前記発泡剤が固相発泡剤または気相発泡剤を含むことができる。
前記発泡剤が固相発泡剤を含む場合、前記研磨層製造用組成物を製造するステップは、前記プレポリマー組成物および前記固相発泡剤を混合して第１予備組成物を製造するステップと、前記第１予備組成物と硬化剤とを混合して第２予備組成物を製造するステップとを含むことができる。
前記第１予備組成物の粘度は、約８０℃で約１，０００ｃｐｓ～約２，０００ｃｐｓであってもよく、例えば、約１，０００ｃｐｓ～約１，８００ｃｐｓであってもよく、例えば、約１，０００ｃｐｓ～約１，６００ｃｐｓであってもよく、例えば、約１，０００ｃｐｓ～約１，５００ｃｐｓであってもよい。
前記発泡剤が気相発泡剤を含む場合、前記研磨層製造用組成物を製造するステップは、前記プレポリマー組成物および前記硬化剤を含む第３予備組成物を製造するステップと、前記第３予備組成物に前記気相発泡剤を注入して第４予備組成物を製造するステップとを含むことができる。
一実施形態において、前記第３予備組成物は、固相発泡剤をさらに含むことができる。
一実施形態において、前記ウィンドウを製造する工程は、第１温度に予熱されたモールドを用意するステップと、前記予熱されたモールドに前記ウィンドウ製造用組成物を注入して硬化させるステップと、硬化した前記ウィンドウ製造用組成物を前記予熱温度より高い第２温度条件下で後硬化するステップとを含むことができる。
一実施形態において、前記研磨層を製造する工程は、第１温度に予熱されたモールドを用意するステップと、前記予熱されたモールドに前記研磨層製造用組成物を注入して硬化させるステップと、硬化した前記研磨層製造用組成物を前記予熱温度より高い第２温度条件下で後硬化するステップとを含むことができる。
一実施形態において、前記第１温度は、約６０℃～約１００℃、例えば、約６５℃～約９５℃、例えば、約７０℃～約９０℃であってもよい。
一実施形態において、前記第２温度は、約１００℃～約１３０℃であってもよく、例えば、約１００℃～１２５℃であってもよく、例えば、約１００℃～約１２０℃であってもよい。
前記ウィンドウ製造用組成物および研磨層製造用組成物を前記第１温度下で硬化させるステップは、約５分～約６０分、例えば、約５分～約４０分、例えば、約５分～約３０分、例えば、約５分～約２５分間行われる。
前記第１温度下で硬化した組成物を前記第２温度下で後硬化するステップは、約５時間～約３０時間、例えば、約５時間～約２５時間、例えば、約１０時間～約３０時間、例えば、約１０時間～約２５時間、例えば、約１２時間～約２４時間、例えば、約１５時間～約２４時間行われる。
前記硬化した組成物は、シート状に製造され、シート状のウィンドウは、打ち抜かれた研磨層に挿入および接着されるために成形工程を進行させる。
前記ウィンドウを成形するステップは、硬化したウィンドウシートを角部の曲率が０．３～５ｍｍのバイトを用いてウィンドウシートの厚さを１次成形し、エンボス金型で２次成形するものである。
前記ウィンドウシートの厚さを成形するステップは、より具体的には、角部の曲率が０．３～５ｍｍ、または好ましくは角部の曲率が０．５～３ｍｍのバイトを用い、より好ましくは角部の曲率が０．５～３ｍｍの工業用ＰＣＤ（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ）バイトを用いる。
ＰＣＤバイトは、マイクロサイズの人工ダイヤモンドを超高圧および高温に焼結して作った工具である。通常、ボディは超硬を用い、端部分または刃部分にのみＰＣＤを付着させる。前記ＰＣＤバイトは、非鉄金属用作業に適した耐摩耗性を有していて、銅、マグネシウム、アルミニウム、強化プラスチック、セラミックスなどの難削材の加工に用いられる。
本発明では、ウィンドウの厚さを成形するために、硬化したウィンドウシートの上面および下面をＰＣＤバイトを用いて１次成形し、１次成形時、ＰＣＤバイトを用いて成形することにより、均一な表面粗さを有するように製造可能といえる。
これに対し、前記のようなＰＣＤバイトを用いず、一般の刃で製作されたバイトを用いる場合には、ＰＣＤバイトとは異なり、均一な表面粗さを有するように厚さ成形が不可能である。すなわち、ウィンドウシートを１次成形すれば、研磨面と接する一面に対して成形工程が進行するが、一般の刃を用いて上面および下面を成形時、精密な成形が不可能で、粗い表面で製造される。
前記硬化したウィンドウシートは、先に説明したように、ＰＣＤバイトを用いて１次成形した後、エンボス金型でカッティングする２次成形を進行させて、終点検出用ウィンドウに製造する。
前記研磨パッドの製造方法は、前記研磨層の少なくとも一面を加工するステップを含むことができる。前記加工ステップは、グルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を形成するものであってもよい。
他の実施形態として、前記研磨層の少なくとも一面を加工するステップは、（１）前記研磨層の少なくとも一面上にグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を形成するステップ；（２）前記研磨層の少なくとも一面を旋削（ｌｉｎｅ ｔｕｒｎｉｎｇ）するステップ；および（３）前記研磨層の少なくとも一面を粗面化するステップ（３）、の少なくとも１つのステップを含むことができる。
前記ステップ（１）において、前記グルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）は、前記研磨層の中心から所定の間隔で離隔形成される同心円状グルーブ；および前記研磨層の中心から前記研磨層のエッジ（ｅｄｇｅ）まで連続連結される放射状グルーブ、の少なくとも１つを含むことができる。
前記ステップ（２）において、前記旋削（ｌｉｎｅ ｔｕｒｎｉｎｇ）は、切削工具を用いて前記研磨層を所定の厚さだけ削り出す方法で行われる。
前記ステップ（３）において、前記粗面化は、前記研磨層の表面をサンディングローラ（Ｓａｎｄｉｎｇ ｒｏｌｌｅｒ）で加工する方法で行われる。
前記研磨パッドの製造方法は、前記研磨層の研磨面の裏面上にクッション層を積層するステップをさらに含むことができる。
前記研磨層と前記クッション層は、熱融着接着剤を介在して積層できる。
前記研磨層の研磨面の裏面上に前記熱融着接着剤を塗布し、前記クッション層の前記研磨層と当接する表面上に前記熱融着接着剤を塗布し、それぞれの熱融着接着剤が塗布された面が当接するように前記研磨層と前記クッション層とを積層した後、加圧ローラを用いて両層を融着させることができる。
さらに他の実施形態において、研磨層を含む研磨パッドを提供するステップと、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に相対回転させながら前記研磨対象を研磨させるステップと、前記研磨パッド内の終点検出用ウィンドウを介して半導体基板の厚さを検知し、研磨工程の終了時点を検出するステップとを含む。
図１は、一実施形態に係る半導体素子製造工程の概略工程図を示すものである。図１を参照する時、前記一実施形態に係る研磨パッド１１０を定盤１２０上に装着した後、研磨対象である半導体基板１３０を前記研磨パッド１１０上に配置する。この時、前記半導体基板１３０の被研磨面は、前記研磨パッド１１０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１４０を介して研磨スラリー１５０が噴射される。前記ノズル１４０を介して供給される研磨スラリー１５０の流量は、約１０ｃｍ３／分～約１，０００ｃｍ３／分の範囲内で目的によって選択可能であり、例えば、約５０ｃｍ３／分～約５００ｃｍ３／分であってもよいが、これに限定されるものではない。
以後、前記半導体基板１３０と前記研磨パッド１１０とは互いに相対回転して、前記半導体基板１３０の表面が研磨される。この時、前記半導体基板１３０の回転方向および前記研磨パッド１１０の回転方向は、同一の方向であってもよく、反対方向であってもよい。前記半導体基板１３０と前記研磨パッド１１０の回転速度は、それぞれ約１０ｒｐｍ～約５００ｒｐｍの範囲で目的によって選択可能であり、例えば、約３０ｒｐｍ～約２００ｒｐｍであってもよいが、これに限定されるものではない。
前記半導体基板１３０は、研磨ヘッド１６０に装着された状態で、前記研磨パッド１１０の研磨面に所定の荷重で加圧されて当接させた後、その表面が研磨される。前記研磨ヘッド１６０によって前記半導体基板１３０の表面に前記研磨パッド１１０の研磨面に加えられる荷重は、約１ｇｆ／ｃｍ２～約１，０００ｇｆ／ｃｍ２の範囲で目的によって選択可能であり、例えば、約１０ｇｆ／ｃｍ２～約８００ｇｆ／ｃｍ２であってもよいが、これに限定されるものではない。
前記半導体基板１３０の研磨対象膜が定められた厚さに研磨されるかは、研磨装置内の光センサ部（図示せず）の光が研磨パッド内のウィンドウ（図示せず）を介して発光して研磨程度を確認し、研磨終了時点を決定する。
一実施形態において、前記半導体素子の製造方法は、前記研磨パッド１１０の研磨面を研磨に適した状態に維持させるために、前記半導体基板１３０の研磨と同時に、コンディショナ１７０を介して前記研磨パッド１１０の研磨面を加工するステップをさらに含むことができる。
以下、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載の実施例は本発明を具体的に例示または説明するためのものに過ぎず、これによって本発明が制限されてはならない。
実施例１
研磨パッドの製造
１－１．研磨層の製造
ウレタン系プレポリマー、硬化剤、固相発泡剤の混合物注入ラインが備えられたキャスティング装置において、プレポリマータンクに未反応ＮＣＯを９重量％で有するウレタン系プレポリマーを充填し、硬化剤タンクにビス（４－アミノ－３－クロロフェニル）メタン（ｂｉｓ（４－ａｍｉｎｏ－３－ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｙｌ）ｍｅｔｈａｎｅ、Ｉｓｈｉｈａｒａ社製品）を充填した。また、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して、３重量部の固相発泡剤を予め混合した後、プレポリマータンクに注入した。
それぞれの投入ラインを通してウレタン系プレポリマーおよびＭＯＣＡをミキシングヘッドに一定の速度で投入しながら撹拌した。この時、ウレタン系プレポリマーのＮＣＯ基のモル当量と硬化剤の反応性基のモル当量を１：１に合わせて、合計投入量を１０ｋｇ／分の速度に維持した。
撹拌された原料は１２０℃に予熱された金型に注入し、１枚の多孔性ポリウレタンシートに製造した。以後、製造された多孔性ポリウレタンシートの表面を研削機を用いて研削し、チップを用いてグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）する過程を経て、平均厚さ２ｍｍ、平均直径７６．２ｃｍの大きさに製造した。
１－２．ウィンドウの製造
ウレタン系プレポリマーとして未反応ＮＣＯの含有量が８．５重量％のＰＵＧＬ－５００Ｄ（ＳＫＣ社製品）を用い、原料混合時、不活性ガスを注入せず、注入された原料は後モールド（横１，０００ｍｍ、縦１，０００ｍｍ、高さ５０ｍｍ）に注入したことを除けば、実施例１－１と同様の方法でウィンドウを製造した。前記シート状のウィンドウを、上面と下面の厚さを合わせるために、切削面が平らな形状に角部が曲率０．５ｍｍを有する工業用ＰＣＤダイヤモンドで製作されたバイトを用いて、２．０ｍｍの厚さに成形した後、横２０ｍｍ、縦６０ｍｍサイズの冷間金型用鋼ＳＫＤ１１で製作されたエンボス金型でカッティングした。
１－３．支持層
１．１Ｔの厚さの不織布タイプの支持層（製造会社：ＰＴＳ、製品名：ＮＤ－５４００Ｈ）を用いた。
１－４．研磨パッドの製造
前記実施例１－１の研磨層を横２０ｍｍおよび縦６０ｍｍに打ち抜いて第１貫通ホールを形成し、前記実施例１－３の支持層を横１６ｍｍおよび縦５６ｍｍに打ち抜いて第２貫通ホールを形成した。以後、前記支持層と研磨層をホットメルトフィルム（製造会社：ＳＫＣ、製品名：ＴＦ－００）を用いて１２０℃で熱融着し、前記支持層の他面に両面接着剤（製造会社：３Ｍ、製品名：４４２ＪＳ）を接着し、第２貫通ホールだけ両面接着剤を切削して除去した。以後、第２貫通ホールだけ前記両面接着剤を切削して除去し、前記第１貫通ホールに実施例１－２のウィンドウを挿入し、前記両面接着剤に接着して研磨パッドを製造した。
実施例２
前記実施例１の１－１、１－３および１－４は同様に製造し、ウィンドウブロックの製造において次のように実施した。ウレタン系プレポリマーとして未反応ＮＣＯの含有量が８．５重量％のＰＵＧＬ－５００Ｄ（ＳＫＣ社製品）を用い、原料混合時、不活性ガスを注入せず、注入された原料は後モールド（横１，０００ｍｍ、縦１，０００ｍｍ、高さ５０ｍｍ）に注入したことを除けば、実施例１－１と同様の方法でウィンドウを製造した。前記シート状のウィンドウを、上面と下面の厚さを合わせるために、切削面が平らな形状に角部が曲率３ｍｍを有する工業用ＰＣＤダイヤモンドで製作されたバイトを用いて、２．０ｍｍの厚さに成形した後、横２０ｍｍ、縦６０ｍｍサイズの一般の鉄板で製作されたエンボス金型の刃が木型平板体に付着した金型を用いてカッティングした。
比較例１
前記実施例１の１－１、１－３および１－４は同様に製造し、ウィンドウブロックの製造において次のように実施した。ウレタン系プレポリマーとして未反応ＮＣＯの含有量が８．５重量％のＰＵＧＬ－５００Ｄ（ＳＫＣ社製品）を用い、原料混合時、不活性ガスを注入せず、注入された原料は後モールド（横１，０００ｍｍ、縦１，０００ｍｍ、高さ５０ｍｍ）に注入したことを除けば、実施例１－１と同様の方法でウィンドウを製造した。前記シート状のウィンドウを、上面と下面の厚さを合わせるために、切削面が平らな形状に角部が曲率３ｍｍを有する一般の刃で製作されたバイトを用いて、２．０ｍｍの厚さに成形した後、横２０ｍｍ、縦６０ｍｍサイズの一般の鉄板で製作されたエンボス金型の刃が木型平板体に付着した金型を用いてカッティングした。
実験例１
表面粗さの測定
直径３００ｍｍのシリコンウエハに酸化ケイ素を化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程によって蒸着した。ＣＭＰ装置に実施例および比較例の研磨パッドを付着させ、シリコンウエハの酸化層が研磨パッドの研磨面を向くように設けた。研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分の速度で供給しながら、６．０ｐｓｉの荷重および１５０ｒｐｍの速度で６０００秒間ダミーウエハを研磨した。この時、Ｉｎ－ｓｉｔｕでコンディショナＣＩ４５（ＳＡＥＳＯＬ社）を用い、６ｌｂの荷重でコンディショニングをしながら進行させた。
研磨およびコンディショニング条件
か焼セリアスラリーの組成：か焼セリア（０．５）ｗｔ％およびＤＩ ｗａｔｅｒ（９９．４）ｗｔ％、ポリアクリレート系添加剤（０．１ｗｔ％）
か焼セリア：１５０ｎｍ（スキャタリング方式測定）
コンディショナスペック：ＣＩ－４５（ＳＡＥＳＯＬダイヤモンド）
定盤の自転速度、コンディショナの自転速度、コンディショナの歳差運動速度および条件は下記表１の通りである。

Figure 2022172453000007
研磨工程後、実施例および比較例に対して、研磨層およびウィンドウに対する表面粗さを測定した。表面粗さの測定はＣｏｎｔｕｏｒＧＴ（Ｂｒｕｋｅｒ社）を用いて３Ｄ測定した。
Figure 2022172453000008
Ｒａｗｉは、ウィンドウの研磨前の表面粗さ（Ｒａ）であり、
Ｒａｗｆは、ウィンドウの研磨後の表面粗さ（Ｒａ）であり、
Ｒａｐｉは、研磨層の研磨前の表面粗さ（Ｒａ）であり、
Ｒａｐｆは、研磨層の研磨後の表面粗さ（Ｒａ）であり、
ｄＲａ１は、研磨層およびウィンドウの研磨前の表面粗さの差であり、
ｄＲａ２は、研磨層およびウィンドウの研磨後の表面粗さの差である。
前記表１によれば、本発明の実施例の研磨パッドは、ウィンドウおよび研磨層に対する表面粗さ測定の結果上、研磨工程前および後の差が大きく現れないことを確認した。
これに対し、比較例の場合、ウィンドウは、研磨前の表面粗さが相対的に大きい値を示し、これにより、研磨前および研磨後の表面粗さの差が大きく現れることを確認した。したがって、研磨パッド内の研磨層とも比較して、研磨工程前および後による、表面粗さの差による変化率（ＳＲＲ）が本発明の範囲内に含まれないことを確認した。
実験例２
終点検出性能評価
ＣＭＰ装置に実施例および比較例の研磨パッドを付着させ、シリコンウエハのＯｘｉｄｅ層が研磨パッドの研磨面を向けるように設けた。研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分の速度で供給しながら、６．０ｐｓｉの荷重および１５０ｒｐｍの速度でＯｘｉｄｅ膜を研磨してウエハを研磨した。この時、Ｉｎ－ｓｉｔｕでコンディショナＣＩ４５（ＳＡＥＳＯＬ）を用い、６ｌｂの荷重でコンディショニングをしながら進行させた。実施例および比較例の研磨パッドに対して終点検出が可能か否かを確認した。
Figure 2022172453000009
前記実験の結果、本発明の実施例および比較例の研磨パッドを用いて研磨工程を進行させた結果、研磨装置内において実施例１は研磨パッドのウィンドウを介して終点検出が可能で、研磨工程の完了が正常に作動したが、実施例２および比較例の場合、エラーが発生して研磨工程の進行が不可能であった。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１１０：研磨パッド
１２０：定盤
１３０：半導体基板
１４０：ノズル
１５０：研磨スラリー
１６０：研磨ヘッド
１７０：コンディショナ
２００：研磨層
２１０：研磨前の研磨面に対する表面粗さ
２２０：研磨工程後の研磨面に対する表面粗さ
３００：ウィンドウ
３１０：研磨前のウィンドウ表面に対する表面粗さ
３２０：研磨工程後のウィンドウ表面に対する表面粗さ

Claims (10)

  1. 研磨層および終点検出用ウィンドウを含み、
    前記研磨層および終点検出用ウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）は、下記式１で表される表面粗さの差に対する変化率（ＳＲＲ）が１．５～２．５である、
    研磨パッド：
    Figure 2022172453000010
    ここで、
    ｄＲａ１は、研磨前の研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差であり、
    ｄＲａ２は、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差である。
  2. 前記終点検出用ウィンドウは、下記式２で表される表面粗さの差（ｗＳＲＤ）が０．３～１．５である、
    請求項１に記載の研磨パッド：
    Figure 2022172453000011
    ここで、
    Ｒａｗｉは、ウィンドウの研磨前の表面粗さ（Ｒａ）であり、
    Ｒａｗｆは、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定されたウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）である。
  3. 前記研磨層は、下記式3で表される表面粗さの差（ｐＳＲＤ）値が１～４である、
    請求項１に記載の研磨パッド：
    Figure 2022172453000012
    ここで、
    Ｒａｐｉは、研磨層の研磨前の表面粗さ（Ｒａ）であり、
    Ｒａｐｆは、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さ（Ｒａ）である。
  4. 前記ウィンドウは、ウレタン系プレポリマーおよび硬化剤を含むウィンドウ組成物を硬化させた硬化物を含む、
    請求項１に記載の研磨パッド。
  5. 前記ウレタン系プレポリマーは、未反応ＮＣＯ％が８～１０％である、
    請求項４に記載の研磨パッド。
  6. 前記研磨層は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および発泡剤を含む研磨組成物を硬化させた硬化物を含む、
    請求項１に記載の研磨パッド。
  7. ｉ）ウレタン系プレポリマー組成物を製造するステップと、
    ｉｉ）前記プレポリマー組成物および硬化剤を含むウィンドウ製造用組成物を製造するステップと、
    ｉｉｉ）前記ウィンドウ製造用組成物を硬化してウィンドウを製造するステップと、
    ｉｖ）研磨層に貫通ホールを形成し、前記貫通ホールにｉｉｉ）ステップのウィンドウを成形し、挿入および接着するステップとを含み、
    前記研磨層および終点検出用ウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）は、下記式１で表される表面粗さの差に対する変化率（ＳＲＲ）が１．５～２．５である、
    研磨パッドの製造方法：
    Figure 2022172453000013
    ここで、
    ｄＲａ１は、研磨前の研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差であり、
    ｄＲａ２は、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差である。
  8. 前記ｉｖ）のウィンドウを成形するステップは、
    硬化したウィンドウシートを角部の曲率が０．３～５ｍｍのバイトを用いてウィンドウシートの厚さを１次成形し、エンボス金型で２次成形するものである、
    請求項７に記載の研磨パッドの製造方法。
  9. 前記バイトは、ＰＣＤバイトである、
    請求項８に記載の研磨パッドの製造方法。
  10. １）研磨層および終点検出用ウィンドウを含む研磨パッドを提供するステップと、
    ２）前記研磨層の研磨面に半導体基板の被研磨面が当接するように相対回転させながら前記半導体基板を研磨させるステップと、
    ３）前記研磨パッド内の終点検出用ウィンドウを介して半導体基板の厚さを検知し、研磨工程の終了時点を検出するステップとを含み、
    前記研磨層および終点検出用ウィンドウの表面粗さ（Ｒａ）は、下記式１で表される表面粗さの差に対する変化率（ＳＲＲ）が１．５～２．５である、
    半導体素子の製造方法：
    Figure 2022172453000014
    ここで、
    ｄＲａ１は、研磨前の研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差であり、
    ｄＲａ２は、研磨層にか焼セリアスラリーを２００ｍＬ／分で供給し、ウエハの荷重が６．０ｐｓｉであり、１５０ｒｐｍの速度で６０秒間酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を研磨し、前記条件下でウエハ１００枚を研磨した後に測定された研磨層の表面粗さおよびウィンドウの表面粗さに対する差である。
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