JP7348352B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

半導体素子の化学的機械的平坦化工程に適用される研磨パッドとこれを製造する方法およびこれを適用した半導体素子の製造方法に関する。
化学機械的平坦化（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＣＭＰ）または化学機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）工程は、多様な分野で多様な目的で用いられている。ＣＭＰ工程は、研磨対象の所定の研磨面を対象に行われ、研磨面の平坦化、凝集された物質の除去、結晶格子損傷の解消、スクラッチおよび汚染源の除去などの目的で行われる。
半導体工程のＣＭＰ工程技術の分類は、研磨対象膜質または研磨後の表面形状によって区分することができる。例えば、研磨対象膜質によって単一シリコン（ｓｉｎｇｌｅ ｓｉｌｉｃｏｎ）またはポリシリコン（ｐｏｌｙ ｓｉｌｉｃｏｎ）に分けられ、不純物の種類によって区分される多様な酸化膜またはタングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）などの金属膜ＣＭＰ工程に分類することができる。そして、研磨後の表面形状によって、基板表面の粗さを緩和させる工程、多層回路配線によって発生する段差を平坦化する工程、研磨後の回路配線を選択的に形成するための素子分離工程に分類することができる。
ＣＭＰ工程は、半導体素子の製造過程で複数適用可能である。半導体素子の場合、複数の層を含み、各層ごとに複雑で微細な回路パターンを含む。また、最近、半導体素子は、個別的なチップの大きさは減少し、各層のパターンはより複雑で微細になる方向に進化しつつある。これにより、半導体素子を製造する過程で回路配線の平坦化の目的だけでなく、回路配線の分離および配線表面改善の応用などにＣＭＰ工程の目的が拡大しており、その結果、より精巧かつ信頼性のあるＣＭＰ性能が要求されている。
このようなＣＭＰ工程に用いられる研磨パッドは、摩擦により研磨面を要求される水準に加工する工程用部品であって、研磨後、研磨対象の厚さ均一度、研磨面の平坦度および研磨品質などにおいて最も重要な要素の一つと見なされる。
一実施形態は、適切な硬度、引張強度および伸び率などの物性を有する研磨パッドを提供しようとする。一実施形態は、これに基づいて、研磨工程中に研磨パッドの電気的な特性および研磨パッドとスラリーの吸着度を適切に調節して、研磨速度が向上し、欠陥の発生を防止する研磨パッドを提供する。
他の実施形態は、半導体基板の研磨において高い工程効率を有する研磨パッドの製造方法を提供する。
さらに他の実施形態は、前記半導体基板の被研磨面が研磨される時、一実施形態に係る前記研磨パッドを適用することにより、既存の研磨パッドを適用した場合、より高い研磨率を有し、同時に欠陥を最低水準に抑制する半導体素子の製造方法を提供する。
一実施形態に係る研磨パッドは、研磨層を含み、前記研磨層は、亜鉛（Ｚｎ）を含み、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部である。
一実施形態において、前記研磨層は、鉄（Ｆｅ）をさらに含み、前記鉄（Ｆｅ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として１ｐｐｍ～５０ｐｐｍ重量部であってもよい。
一実施形態において、前記研磨層は、アルミニウム（Ａｌ）をさらに含み、前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として２ｐｐｍ～５０ｐｐｍ重量部であってもよい。
一実施形態において、下記式３で表される前記研磨層の総酸化力指数が１．５～１０であってもよい。
［式３］
ここで、前記Ｃｏｎ．Ａｌは、前記研磨層の全体重量を基準とするアルミニウム（Ａｌ）重量のｐｐｍ濃度値であり、前記Ｃｏｎ．Ｚｎは、前記研磨層の全体重量を基準とする亜鉛（Ｚｎ）重量のｐｐｍ濃度値であり、前記Ｃｏｎ．Ｆｅは、前記研磨層の全体重量を基準とする鉄（Ｆｅ）重量のｐｐｍ濃度値であり、前記Ｏｘｉ．Ａｌは、前記アルミニウム（Ａｌ）のイオン化指数であり、前記アルミニウム（Ａｌ）のイオン化指数は、前記アルミニウム（Ａｌ）の１次イオン化エネルギーの逆数を、前記アルミニウム（Ａｌ）の１次イオン化エネルギーの逆数、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数、および前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数の総和で割った値であり、前記Ｏｘｉ．Ｚｎは、前記亜鉛（Ｚｎ）のイオン化指数であり、前記亜鉛（Ｚｎ）のイオン化指数は、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数を、前記アルミニウム（Ａｌ）の１次イオン化エネルギーの逆数、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数、および前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数の総和で割った値であり、前記Ｏｘｉ．Ｆｅは、前記鉄（Ｆｅ）のイオン化指数であり、前記鉄（Ｆｅ）のイオン化指数は、前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数を、前記アルミニウム（Ａｌ）の１次イオン化エネルギーの逆数、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数、および前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数の総和で割った値である。
一実施形態において、前記研磨層の研磨面から全体厚さの１／２の深さまでの、前記鉄（Ｆｅ）、前記亜鉛（Ｚｎ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和は、前記研磨層の全体重量を基準として８ｐｐｍ～３０ｐｐｍ重量部であってもよい。
一実施形態において、前記研磨層の硬度が５３～６０Ｓｈｏｒｅ Ｄであり、前記研磨層の伸び率が８０～１１０％であってもよい。
一実施形態に係る研磨パッドの製造方法は、プレポリマーを含む予備組成物を製造するステップと、前記予備組成物に亜鉛（Ｚｎ）を混合するステップと、前記予備組成物、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、全体重量を基準として亜鉛（Ｚｎ）の濃度が０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部である研磨層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、前記ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート化合物を含み、前記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の少なくともいずれか１つを含み、前記ウレタン系プレポリマー中のイソシアネート基の含有量が６重量％～１２重量％であってもよい。
一実施形態に係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配置した後、互い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、を含み、前記研磨対象は、半導体基板を含み、前記研磨層が亜鉛（Ｚｎ）を含み、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部であってもよい。
一実施形態において、前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度は、誘導結合プラズマ発光光度計（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＩＣＰ－ＯＥＳ）によって測定される。
一実施形態において、前記研磨層約１ｇをｐＨ３以下の硝酸および塩酸に溶かして研磨層溶液を製造した後、前記研磨層溶液を２００℃の温度で、約１６時間前処理した後、前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度が誘導結合プラズマ発光光度計（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＩＣＰ－ＯＥＳ）によって測定される。前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）それぞれの濃度は、前述した方法の５回測定の平均値が、前記研磨層の全体重量を基準とする濃度値と定義される。
一実施形態において、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部であってもよく、前記鉄（Ｆｅ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として１ｐｐｍ～５０ｐｐｍ重量部であってもよく、前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として２ｐｐｍ～５０ｐｐｍ重量部であってもよい。
一実施形態に係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配置した後、互い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、を含み、前記研磨対象は、半導体基板を含み、前記研磨層が亜鉛（Ｚｎ）を含み、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨パッドは、これを所定の条件下で処理した加工組成物が示す金属濃度に相応する各金属を含有した研磨層を含むため、前記研磨層の研磨面が適切な硬度および電気的特性を示すことができる。
これにより、前記研磨パッドは、研磨対象の研磨において目的範囲の研磨率および研磨平坦度を示すことができる。また、前記研磨パッドは、前記金属を適正量含むため、前記研磨パッドは、研磨工程中にスラリーとの吸着度が増加し、前記研磨パッドは、向上した研磨率および向上した研磨性能を有することができる。
前記研磨パッドを用いた半導体素子の製造方法は、研磨対象である半導体基板の研磨に高い工程効率を有する。また、一実施形態に係る半導体素子の製造方法は、前記半導体基板の被研磨面が高い研磨平坦度および最低水準の欠陥を有するようにする。
また、実施形態に係る研磨パッドは、金属成分を含むため、研磨面の電気的特性が適宜調節可能である。例えば、前記研磨層が前記金属成分を含むため、表面改質された研磨粒子が前記研磨面に静電気的引力によって結合されるのに容易である。
特に、前記表面改質された研磨粒子が前記研磨面に適当な引力で結合できるように、前記金属成分によって、前記研磨面の表面電位が調節できる。
前記金属成分が前記のような総酸化力指数を有するため、前記表面改質された研磨粒子が前記研磨面に適切な静電気的引力で結合できる。
これにより、前記研磨面近傍に適量の研磨粒子が適当な結合力で残留できる。したがって、半導体ウエハなどのような半導体基板は、前記研磨面および前記研磨粒子によって効果的に研磨できる。
一実施形態に係る前記研磨パッドの断面を概略的に示す図である。 一実施形態に係る半導体素子の製造方法の工程図を概略的に示す図である。
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現され、単に本実施例は本発明の開示が完全となるようにし、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に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。
図面において、様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指し示す。
また、本明細書において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」または「上部に」あるとする時、これは、他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「真上に」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。同時に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」または「下部に」あるとする時、これは、他の部分「真下に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分「真下に」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。
一実施形態において、研磨層を含み、前記研磨層は、亜鉛（Ｚｎ）を含み、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部である研磨パッドを提供する。
前記研磨パッドは、半導体素子の製造工程に適用される工程部品であって、最近、半導体素子の高集積化によって精巧な工程コントロールが伴わなければならない要素の一つである。前記研磨パッドは、研磨対象に直接的な研磨効果を伝達する研磨層を含み、前記研磨層の成分と物理的特性などは、前記研磨対象の研磨品質および研磨結果に直接的な影響を与える要素である。一実施形態に係る前記研磨パッドは、前記研磨層として亜鉛（Ｚｎ）を含み、その濃度が前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部である研磨層を含むことにより、これによる電気的、物理的特性が前記研磨対象の研磨に最適化可能な効果を実現することができる。
図１は、一実施形態に係る前記研磨パッドの断面を概略的に示す図である。図１の（ａ）を参照する時、前記研磨パッド１００は、前記研磨層１０を含み、前記研磨層１０の一面上にクッション層２０を含むことができる。前記研磨層１０は、所定の厚さを有するシート状であって、研磨対象の被研磨面に直接または間接的に接触する研磨面として機能する第１面１１を含み、前記第１面１１の裏面である第２面１２を含むことができる。
一実施形態において、前記クッション層２０は、その厚さが約０．５ｍｍ～約２．５ｍｍ、例えば、約０．８ｍｍ～約２．５ｍｍ、例えば、約１．０ｍｍ～約２．５ｍｍ、例えば、約１．０ｍｍ～約２．０ｍｍ、例えば、約１．２ｍｍ～約１．８ｍｍであってもよい。
図１の（ｂ）を参照する時、一実施形態において、前記研磨パッド２００は、前記研磨層１０および前記クッション層２０を含み、前記研磨層１０と前記クッション層２０との界面に配置される第１接着層３０をさらに含むことができる。例えば、前記第１接着層３０は、熱－融着（ｈｅａｔ－ｓｅａｌｉｎｇ）接着剤に由来できるが、これに限定されるものではない。
前記研磨パッド２００は、前記研磨層１０の第２面１２上に配置された第２接着層４０をさらに含むことができる。前記第２接着層４０は、前記研磨パッドを研磨装置の定盤上に付着させるための構成であって、前記研磨層１０の前記第２面１２の真上に配置されてもよく、図１の（ｂ）のように、前記研磨層１０上のクッション層２０などのその他の層上に配置されてもよい。例えば、前記第２接着層４０は、減圧（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）接着剤に由来できるが、これに限定されるものではない。
前記クッション層２０は、前記研磨層１０の前記第２面１２上に配置されて、前記研磨層１０を支持しながら前記研磨工程中の被研磨面に伝達される外部圧力または衝撃を緩和する役割を果たすことができる。これにより、前記研磨パッド１００を適用した研磨工程で研磨対象に対する損傷および欠陥の発生を防止するのに寄与することができる。
一実施形態において、前記研磨パッドは、その最上位層と最下位層を貫通する貫通領域を含むことができる。前記貫通領域は、前記研磨パッドの使用中に研磨終点検出のための構成であって、所定の波長条件の光がこれを透過することができる。一実施形態において、前記貫通領域には光透過ウィンドウが配置される。前記光透過ウィンドウは、約５００ｎｍ～約７００ｎｍの波長のいずれか１つの波長の光に対する透過率が約３０％超過、例えば、約４０％～約８０％であってもよい。
前記研磨層は、ウレタン系プレポリマーを含む予備組成物の硬化物を含むことができる。一実施形態において、前記予備組成物は、硬化剤および発泡剤をさらに含むことができる。前記「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。前記プレポリマーは、それ自体で加熱および／または加圧などの追加的な硬化工程を経るか、または他の重合性化合物、例えば、異種のモノマーまたは異種のプレポリマーのような追加化合物と混合して反応させた後、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化合物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。一実施形態において、前記イソシアネート化合物は、芳香族ジイソシアネートを含むことができる。
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）、４，４'－ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（４，４'－ｄｉｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｍｅｔｈａｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ、Ｈ１２ＭＤＩ）、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。
前記「ポリオール（ｐｏｌｙｏｌ）」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。一実施形態において、前記ポリオール化合物は、ヒドロキシ基が２個である２価のアルコール化合物すなわち、ジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール（ｇｌｙｃｏｌ）を含むことができる。
前記ポリオール化合物は、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。
前記ポリオール化合物は、例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）、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（ＤＥＧ）、ジプロピレングリコール（ＤＰＧ）、トリプロピレングリコール、ポ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。
前記ポリオール化合物は、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。例えば、前記ポリオールは、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、前記ポリオール化合物は、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。一実施形態において、前記高分子量ポリオールは、重量平均分子量（Ｍｗ）が約５００ｇ／ｍｏｌ以上、約８００ｇ／ｍｏｌ以下の第１高分子量ポリオール；および重量平均分子量（Ｍｗ）が約８００ｇ／ｍｏｌ超過、約１，８００ｇ／ｍｏｌ以下の第２高分子量ポリオールを含むことができる。この場合、前記ポリオール化合物は、前記ウレタン系プレポリマー中にて適切な架橋構造を形成することができ、前記ウレタン系プレポリマーを含む予備組成物が所定の工程条件下に硬化して形成された研磨層が前述した効果を実現するのにより有利であり得る。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。前記ウレタン系プレポリマーが前述した重量平均分子量（Ｍｗ）に相応する重合度を有する場合、前記予備組成物が所定の工程条件下で硬化して形成された研磨層が前述した優れた研磨特性を実現するための化学的結合構造を有するのにより有利であり得る。
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。また、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、例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）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。また、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、例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）およびジエチレングリコール（ＤＥＧ）を含むことができる。
前記予備組成物において、前記ウレタン系プレポリマーを製造するための全体成分中の前記イソシアネート化合物の総量１００重量部対比、前記ポリオール化合物の総量が約１００重量部～約２５０重量部であってもよく、例えば、約１２０重量部～約２５０重量部であってもよく、例えば、約１２０重量部～約２４０重量部であってもよく、例えば、約１５０重量部～約２４０重量部であってもよく、例えば、約１９０重量部～約２４０重量部であってもよい。
前記予備組成物において、前記ウレタン系プレポリマーを製造するための前記イソシアネート化合物が前記芳香族イソシアネート化合物を含み、前記芳香族イソシアネート化合物が２，４－ＴＤＩおよび２，６－ＴＤＩを含む場合、前記２，６－ＴＤＩの含有量は、前記２，４－ＴＤＩ１００重量部対比、約１重量部～約４０重量部であってもよく、例えば、約１重量部～約３０重量部であってもよく、例えば、約３重量部～約２８重量部であってもよく、例えば、約１重量部～約１０重量部であってもよい。
前記予備組成物において、前記ウレタン系プレポリマーを製造するための前記イソシアネート化合物が前記芳香族イソシアネート化合物および前記脂環族イソシアネート化合物を含む場合、前記脂環族イソシアネート化合物の含有量は、前記芳香族イソシアネート化合物全体１００重量部対比、約５重量部～約３０重量部であってもよく、例えば、約１０重量部～約２５重量部であってもよい。前記予備組成物は、イソシアネート基の含有量（ＮＣＯ％）が約６重量％～約１２重量％、例えば、約６重量％～約１０重量％、例えば、約６重量％～約９重量％であってもよい。前記イソシアネート基の含有量は、前記予備組成物の全体重量中にてウレタン反応せず自由反応基として存在するイソシアネート基（－ＮＣＯ）の重量の百分率を意味する。前記予備組成物のイソシアネート基の含有量（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和的に調節して設計可能である。
前記添加剤の種類は、界面活性剤、ｐＨ調整剤、バインダー、酸化防止剤、熱安定剤、分散安定剤、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。前記「界面活性剤」、「酸化防止剤」などの名称は、当該物質の主な役割を基準として任意に指し示す名称であり、それぞれの当該物質が必ずしも当該名称の役割に限る機能だけを行うわけではない。
一実施形態に係る前記研磨パッドが、その研磨層が前述した濃度の亜鉛（Ｚｎ）を含み、これと同時に、前述した構造および化学的組成を満足することにより、これを半導体素子の製造工程に適用する時、最適な研磨性能を実現することができる。前記研磨層の化学的組成に起因した成分と所定の濃度の亜鉛（Ｚｎ）が相互作用することにより、前記研磨層の研磨面がシリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、またはタングステン（Ｗ）を含む半導体基板の研磨に適した電気的特性を示すのに有利であり得る。
前記研磨層は、金属を含むことができる。前記金属は、金属粒子、金属イオン、または金属塩の形態で前記研磨層に含まれる。前記金属塩は、金属有機塩または金属無機塩であってもよい。
前記金属の酸化数は、＋１～＋３であってもよい。例えば、前記金属の酸化数は、＋２～＋３であってもよい。このような酸化数を有する金属が含まれることにより、前記研磨層の研磨性能が大きく向上できる。具体的には、前記研磨層がこのような酸化数を有する金属を含む場合、その研磨面が研磨対象である半導体基板との接触状態で、前記半導体基板を適正水準の研磨率で平坦に研磨させるための最適な電位条件を形成することができる。
具体的には、前記金属は、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、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。
より具体的には、前記研磨層は、亜鉛（Ｚｎ）を含むことができる。前記亜鉛（Ｚｎ）は、前記研磨層に無機塩または有機塩の形態で含まれる。例えば、前記亜鉛（Ｚｎ）の酸化数は、＋２であってもよい。
前記研磨層に含まれた亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として約０．５ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約１ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨層は、鉄（Ｆｅ）をさらに含むことができる。前記鉄（Ｆｅ）は、前記研磨層に無機塩または有機塩の形態で含まれる。この時、前記鉄（Ｆｅ）の酸化数は、＋２であってもよい。前記鉄（Ｆｅ）の酸化数は、＋３であってもよい。
前記研磨層に含まれた鉄（Ｆｅ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として約１ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約１ｐｐｍ～約１０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～２０ｐｐｍ重量部、例えば、約４ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約４ｐｐｍ～約２０ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨層は、アルミニウム（Ａｌ）をさらに含むことができる。前記アルミニウム（Ａｌ）は、前記研磨層に無機塩または有機塩の形態で含まれる。この時、前記アルミニウム（Ａｌ）の酸化数は、＋３であってもよい。
前記研磨層に含まれたアルミニウム（Ａｌ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として約２ｐｐｍ～約５０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約２０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約１０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～約５０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～約１０ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨層に含まれた前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和は、前記研磨層の全体重量を基準として約５ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約７ｐｐｍ～約３５ｐｐｍ重量部、例えば、約５ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約８ｐｐｍ～２０ｐｐｍ重量部、例えば、約８ｐｐｍ～約１５ｐｐｍ重量部、例えば、約９ｐｐｍ～約２０ｐｐｍ重量部、例えば、約８ｐｐｍ～約１５ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨層に含まれた金属の濃度は、次の方法によって測定される。
前記研磨層に含まれた金属の濃度は、ＩＣＰ－ＯＥＳによって測定される。
前記ＩＣＰ－ＯＥＳで測定された前記研磨パッド内の金属濃度は、研磨層に対して少なくとも５回、同様の方法で測定された数平均値であってもよい。例えば、前記研磨層のランダム位置ごとにサンプルが採取された後、前記サンプルは、酸によって溶解し、前記ＩＣＰ－ＯＥＳ方式によってそれぞれのサンプルに含まれた金属の質量が測定され、それぞれのサンプルの質量を基準として前記金属の濃度が計算される。前記サンプルの質量は、約０．５ｇ～約３ｇであってもよい。前記サンプルの質量は、約１ｇであってもよい。
前記研磨層が硝酸および塩酸に溶け、前記溶液は、約２００℃の温度で、約１６時間前処理された後、ＩＣＰ－ＯＥＳによって、前記金属の濃度が測定される。また、前記研磨層に含まれた金属の濃度は、全体的に均一であり得る。例えば、前記研磨層は、上側からみた時、１ｃｍ×１ｃｍの正方形で多数のグリッドが分けられる。前記グリッドの金属濃度は、均一であり得る。前記グリッドにおける金属濃度の標準偏差は、約５ｐｐｍ以下であってもよい。前記グリッドにおける金属濃度の標準偏差は、約４ｐｐｍであってもよい。前記グリッドにおける金属濃度の標準偏差は、約３ｐｐｍであってもよい。
本明細書において、前記各金属の濃度において、前述した方法で５回測定した平均値を、前記研磨層の全体重量を基準とする濃度値と定義する。
また、前記サンプルは、前記研磨層の研磨面から全体厚さの１／２の深さまでのランダムな部位から採取される。前記研磨面から１／２の深さまでの部位のサンプルは、前記ＩＣＰ－ＯＥＳによって測定され、前記研磨面から１／２の深さまでの金属濃度が測定される。
前記研磨層内の亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）それぞれの濃度は、前記研磨層の全体厚さ範囲にわたって前述した範囲を満足することができる。より具体的には、前記研磨層内の亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）それぞれの濃度は、前記研磨面から前記研磨層の厚さの１／２の深さまでの領域で前述した範囲を満足することができる。
前記研磨層内の亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）の総和の濃度は、前記研磨層の全体厚さ範囲にわたって前述した範囲を満足することができる。より具体的には、前記研磨層内の亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）の総和の濃度は、前記研磨面から前記研磨層の厚さの１／２の深さまでの領域で前述した範囲を満足することができる。
前記亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、およびアルミニウム（Ａｌ）それぞれの濃度、またはこれらの総和の濃度が、特に前記研磨面から前記研磨層の厚さの１／２の深さまでの領域で前述した範囲を満足することにより、コンディショナで表面が切削されながら研磨される研磨工程全体にわたって均一な研磨性能を提供する効果を得ることができる。
前記研磨層に含まれた亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨面から前記研磨層の厚さの１／２の深さまでの領域で、全体重量を基準として約０．５ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約１ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨層に含まれた鉄（Ｆｅ）の濃度は、前記研磨面から前記研磨層の厚さの１／２の深さまでの領域で、全体重量を基準として約１ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約１ｐｐｍ～約１０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～２０ｐｐｍ重量部、例えば、約４ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約４ｐｐｍ～約２０ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨層に含まれたアルミニウム（Ａｌ）の濃度は、前記研磨面から前記研磨層の厚さの１／２の深さまでの領域で、全体重量を基準として約２ｐｐｍ～約５０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約２０ｐｐｍ重量部、例えば、約２ｐｐｍ～約１０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～約５０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約３ｐｐｍ～約１０ｐｐｍ重量部であってもよい。
前記研磨層に含まれた前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和は、前記研磨面から前記研磨層の厚さの１／２の深さまでの領域で、全体重量を基準として約５ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部、例えば、約７ｐｐｍ～約３５ｐｐｍ重量部、例えば、約５ｐｐｍ～約３０ｐｐｍ重量部、例えば、約８ｐｐｍ～２０ｐｐｍ重量部、例えば、約８ｐｐｍ～約１５ｐｐｍ重量部、例えば、約９ｐｐｍ～約２０ｐｐｍ重量部、例えば、約８ｐｐｍ～約１５ｐｐｍ重量部であってもよい。
特に、前記研磨層は、半導体基板を研磨する時、コンディショナなどによって表面が切削される。これにより、前記研磨層において、前記半導体基板と主に接触する領域は、前記研磨面から前記研磨層の厚さの約１／２の深さまでであってもよい。これにより、前記研磨面から前記研磨層の厚さの約１／２の深さまでの金属濃度が前記の範囲を有する時、実施形態に係る研磨パッドは、向上した性能を有することができる。
前記研磨層は、前記金属を適切な濃度で含むため、実施形態に係る研磨パッドは、向上した研磨性能を有することができる。より具体的には、前記研磨層は、前記鉄（Ｆｅ）、前記アルミニウム（Ａｌ）、前記亜鉛（Ｚｎ）それぞれを適切な濃度で含むため、適切な硬度および伸び率などの物性を有することができる。また、前記金属は、実施形態に係る研磨パッドの電気的な特性を調節して、化学的機械的研磨に用いられるスラリーと前記研磨面との間の吸着度を向上させることができる。その結果、実施形態に係る研磨パッドは、目的とする水準の研磨率（ＲＲ）および低い欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）などの研磨性能を実現することができる。
より具体的には、一実施形態に係る前記研磨層が前記亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）それぞれ、またはこれらの組み合わせを前述した濃度で含み、これと同時に、前記研磨層の構造および化学的組成などが前述した特徴を満足する場合、これを半導体素子の製造工程に適用する時、最適な研磨性能を実現することができる。すなわち、前記研磨層の化学的組成に起因した元素、分子成分と適正濃度の亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、およびアルミニウム（Ａｌ）が相互作用することにより、前記研磨層の研磨面がシリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、またはタングステン（Ｗ）を含む半導体基板の研磨に適した物理的特性および電気的特性を示すのに有利であり得る。
例えば、前記研磨層内の前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度が前記範囲を有し、前記研磨層内に前記金属の総濃度が前記範囲を満足する場合、前記研磨層は、適切な硬度および伸び率を有することができる。また、前記研磨層は、適切な濃度で前記金属を含むため、前記研磨面および前記スラリーに含まれる研磨粒子の吸着特性が適切に向上できる。その結果、実施形態に係る前記研磨パッドは、目的とする研磨率および欠陥低減効果を実現することができる。
前記研磨層内の亜鉛（Ｚｎ）の濃度が前述した範囲を満足すると同時に、鉄（Ｆｅ）とアルミニウム（Ａｌ）の濃度がこの範囲を満足する場合、前記研磨層は、適切な金属濃度によって適切な硬度および伸び率を有することができる。また、前記研磨層は、適切な金属濃度を有するため、適切な電気的な特性およびスラリーとの適切な吸着および脱着特性を有することができる。結果的に、実施形態に係る研磨パッドは、目的とする研磨率および欠陥低減効果を実現することができる。
先に説明したように、前記研磨層は、その研磨面から全体厚さの１／２の深さまでの、前記鉄（Ｆｅ）、前記亜鉛（Ｚｎ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の和が前記範囲を有することができる。
前記鉄（Ｆｅ）、前記亜鉛（Ｚｎ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和が前記の範囲を外れて過度に低くなる場合、前記研磨層の硬度が必要以上に低くなって、目的とする研磨率の実現に不利でありうる。これとは逆に、前記鉄（Ｆｅ）、前記亜鉛（Ｚｎ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和が前記範囲を外れて過度に高くなる場合、前記研磨層の硬度が必要以上に高くなって、研磨対象である半導体基板などの表面にスクラッチのような欠陥の発生を増加させる恐れがある。
一方、研磨工程時、前記研磨層内の金属と前記研磨面に印加されるスラリーは、物理的または化学的結合が可能である。一実施形態に係る前記研磨パッドは、前記研磨層内の前記鉄（Ｆｅ）、前記亜鉛（Ｚｎ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和が適正範囲を満足することにより、前記スラリー成分との物理的または化学的結合に関連する面から、向上した研磨率、研磨平坦度および欠陥低減効果を有することができる。この時、物理的または化学的結合は、電気的結合、共有結合、イオン結合、配位結合、ファンデルワールス（ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ ｆｏｒｃｅ）力、静電気的反発力および水素結合、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が、これに限定するものではない。すなわち、前記研磨層内の前記鉄（Ｆｅ）、前記亜鉛（Ｚｎ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和が前述した範囲を外れて過度に高いか、低くなる場合、前記スラリー中の成分と物理的または化学的結合力が過度に高いか、低くなるため、相互適正水準の付着力および脱着力が確保できない恐れがある。前記スラリー中の成分の付着力が過度に強くて脱着が難しい場合、研磨対象である半導体基板の表面にスクラッチを発生させる恐れがあり、前記スラリー中の成分の付着力が過度に弱い場合、目的とする水準の研磨率の実現が難しいことがある。
一実施形態において、前記研磨層は、下記の式２または式３で表される総酸化力指数を有することができる。前記研磨層の総酸化力指数は、約１．５～約１０であってもよい。
前記総酸化力指数を計算するために、下記の式１でイオン化指数（Ｏｘｉ．ｘ）が定義される。
［式１］
ここで、前記ｘは、前記研磨層に含まれた金属である。前記ｘは、前記研磨層に有意な含有量で含まれた金属であってもよい。
前記ｘは、前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、または前記アルミニウム（Ａｌ）であってもよい。
前記Ｅｘは、前記ｘ金属の１次イオン化エネルギーである。
前記Σ（１／Ｅｘ）は、前記研磨層に含まれた金属それぞれの１次イオン化エネルギーの逆数の総和である。
前記イオン化指数は、前記研磨層に含まれた金属と、前記スラリーに含まれた研磨粒子との物理的または化学的結合、例えば、イオン結合または電気的結合が起こる可能性を示す指標として機能することができる。また、前記研磨層内に含まれた金属のイオン化指数は、前記研磨パッドとスラリーとの物理的および化学的な結合に強い影響を及ぼすことができる。
具体的には、前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）は、イオン化エネルギーを有する金属であって、スラリーの成分と有機・無機結合を行うことができる。イオン化エネルギーとは、原子や分子から電子を引き離す時に必要なエネルギーで、イオン化エネルギーが大きいほど、電子を引き離しにくくなり、イオン化エネルギーが小さいほど、陽イオンになろうとする傾向が強いので、反応性が大きいといえる。
これを利用して、前記研磨パッド内の前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）のイオン化程度を相対的な比率で計算するために指数で示した前記イオン化指数は、前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、前記アルミニウム（Ａｌ）それぞれの１次イオン化エネルギーを逆数化して、前記アルミニウム（Ａｌ）の１次イオン化エネルギーの逆数、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数、および前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数の総和で割ったものである。すなわち、前記研磨層内に含まれた各金属の場合、そのイオン化指数が大きいほど、スラリー成分との反応性が大きくなり、逆に、そのイオン化指数が小さいほど、スラリー成分との反応性が小さくなる傾向性を有する。このように、前記各金属のイオン化指数は、これらの反応性に関連して前記スラリー中の成分との物理的または化学的結合力を示す指標として機能することができ、後述により、所定の数値範囲が前記研磨パッドの研磨性能に関連して最適な性能の実現を代弁する技術的意義を有する酸化力指数を構成する１つの要素（ｆａｃｔｏｒ）として機能することができる。前記総酸化力指数は、下記の式２で表されてもよい。
例えば、前記総酸化力指数は、前記ｘ金属のイオン化指数に前記ｘ金属の濃度（ｐｐｍ）値を乗じ、それぞれのイオン化指数と濃度（ｐｐｍ）の値を乗じた数値を合計した値であってもよい。前記総酸化力指数を構成する因子に関連して、前記ｘ金属の濃度は、前述のように、ＩＣＰ－ＯＥＳを活用して導出されたｐｐｍ単位を有する値や、前記酸化力指数を構成する因子としてその数値だけを用いる。また、前記ｘ金属のイオン化指数は、それ自体で単位がない値である。したがって、前記ｘ金属の濃度と前記ｘ金属のイオン化指数の値の総和で定義される前記酸化力指数は、単位がない指標として示される。
［式２］
ここで、Ｃｏｎ．ｘは、前記研磨層の全体重量を基準とする前記ｘ金属重量のｐｐｍ濃度値である。
例えば、前記金属は、前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）であってもよい。
例えば、前記総酸化力指数は、下記の式３で表されてもよい。
［式３］
ここで、前記Ｃｏｎ．Ａｌは、前記研磨層の全体重量を基準とする前記アルミニウム（Ａｌ）重量のｐｐｍ濃度値であり、前記Ｃｏｎ．Ｚｎは、前記研磨層の全体重量を基準とする前記亜鉛（Ｚｎ）重量のｐｐｍ濃度値であり、前記Ｃｏｎ．Ｆｅは、前記研磨層の全体重量を基準とする前記鉄（Ｆｅ）重量のｐｐｍ濃度値であり、
前記Ｏｘｉ．Ａｌは、前記アルミニウム（Ａｌ）のイオン化指数であって、前記アルミニウム（Ａｌ）の１次イオン化エネルギーの逆数を、前記アルミニウムの１次イオン化エネルギーの逆数、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数、および前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数の総和で割った値であり、
前記Ｏｘｉ．Ｚｎは、前記亜鉛（Ｚｎ）のイオン化指数であって、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数を、前記アルミニウムの１次イオン化エネルギーの逆数、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数、および前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数の総和で割った値であり、
前記Ｏｘｉ．Ｆｅは、前記鉄（Ｆｅ）のイオン化指数であって、前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数を、前記アルミニウムの１次イオン化エネルギーの逆数、前記亜鉛（Ｚｎ）の１次イオン化エネルギーの逆数、および前記鉄（Ｆｅ）の１次イオン化エネルギーの逆数の総和で割った値である。
前記総酸化力指数は、約２～約９、例えば、約２～約８、例えば、約３～約７、例えば、約２～約７であってもよい。
前記総酸化力指数は、前記研磨層に含まれた金属によって誘発される前記研磨層と、前記スラリーに含まれた研磨粒子との結合程度であってもよい。例えば、前記総酸化力指数は、前記亜鉛（Ｚｎ）、前記鉄（Ｆｅ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）によって、前記研磨層およびスラリーに含まれた研磨粒子との結合力の程度を示すことができる。
例えば、前記総酸化力指数は、前記研磨層が有する電気的な特性を指数化したものであってもよい。すなわち、前記研磨層が適切な総酸化力指数を有する研磨パッドは、被研磨面に前記スラリーに含まれる研磨粒子を容易に物理的または化学的に結合させることができる。前記総酸化力指数が一定の範囲内にある時、前記研磨層の極性が適正水準に確保され、これにより、前記被研磨面は、適切なチャージ（ｃｈａｒｇｅ）を有することができる。これにより、前記被研磨面および前記スラリーに含まれた研磨粒子間の静電気的斥力による反発力が減少できる。その結果、実施形態に係る前記研磨パッドは、前記スラリーに含まれた研磨粒子の研磨参加を実質的に高めることができ、向上した研磨率を有することができる。
また、前記総酸化力指数が適切であるため、研磨工程時、前記研磨層と前記スラリーに含まれた研磨粒子との相互作用が適切であり得る。これにより、前記スラリーに含まれた研磨粒子は、前記研磨パッドと吸着が容易で、研磨率が増加すると同時に、前記スラリーに含まれた研磨粒子と前記被研磨面との間の脱着が容易で、研磨されるウエハの欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）が減少できる。これにより、前記総酸化力指数が前記の範囲の場合、前記研磨層が目的水準の研磨性能を実現するのにより有利であり得る。
実施形態に係る前記研磨パッドにおいて、被研磨面とスラリーとが直接または間接的に当接し、研磨工程が行われる。これにより、前記研磨層に含まれた金属成分は、被研磨面の摩擦誘発水準とスラリーとの吸脱着および分散能力を向上させ、これにより、実施形態に係る研磨パッドの研磨性能を向上させる重要因子になる。
一実施形態に係る前記研磨パッドを構成する前記研磨層の電気的な特性がスラリー粒子表面と研磨パッドとの間の吸脱着に変化を与える程度および研磨性能に影響を及ぼす。具体的には、前記研磨層内の金属濃度は、前記研磨層内の電気的な特性を変化させることができる重要な因子の一つであって、前記研磨層とスラリーの吸着度を客観化するために、本発明では、総酸化力指数という概念を導入して、研磨層に対する研磨性能を客観的に評価しようとする。したがって、前記総酸化力指数は、前記研磨層とスラリーとの吸着程度を示すもので、研磨工程時、前記研磨層とスラリーの吸着程度を通して、前記研磨パッドの研磨率および平坦化性能程度を確認できる指標になり得る。
前記金属は、前記研磨層内に添加される。前記金属は、金属塩、金属粒子、金属バインダー、およびこれらの組み合わせからなる群より少なくとも１つ選択されて添加される。例えば、前記金属塩、金属粒子、または金属バインダーは、独立した添加物として前記研磨層内に添加されてもよく、前記研磨層を組成するためのその他の成分に混合された状態で添加されてもよい。
前記金属は、前記研磨層に金属塩の形態で添加される。例えば、前記金属または金属塩は、塩化鉄（ｉｒｏｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、臭化鉄（ｉｒｏｎ ｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化第二鉄（ｉｒｏｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｎｈｙｄｒｏｕｓ）、酸化鉄（ｉｒｏｎ ｏｘｉｄｅ）、鉄アセテート（ｉｒｏｎ ａｃｅｔａｔｅ）、無水塩化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｎｈｙｄｒｏｕｓ）、臭化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ）、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ）、アルミニウム酢酸（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、塩化亜鉛（ｚｉｎｃ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、亜鉛臭化物（ｚｉｎｃ ｂｒｏｍｉｄｅ）、酸化亜鉛（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、酢酸亜鉛（ｚｉｎｃ ａｃｅｔａｔｅ）、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が、これに限定するものではない。
また、前記金属の含有量は、添加によって前記の範囲を有するように調節可能である。また、前記金属は、反応器、原料供給ライン、原料または周辺環境によって前記研磨層に添加される。この時、本実施形態では、前記金属の含有量が前記の範囲を有するように適切に金属塩添加などのような多様な方法で調節可能である。
一実施形態において、前記研磨層をｐＨ３以下の硝酸および塩酸に溶かした後、前記溶解物は、約２００℃で、約１６時間前処理後、ＩＣＰ－ＯＥＳを測定して検出された金属濃度は、前記研磨層の硬度および電気的な特性およびスラリーとの吸着および脱着度に関連性がある。
ただし、一実施形態に係る前記研磨パッドの技術的目的は、前記加工組成物をＩＣＰ－ＯＥＳで測定して表される研磨層内の金属濃度が前述した条件を満足する場合、前記研磨パッドの結果的な研磨性能が目的とする水準を実現できるというのである。すなわち、このような技術的目的を満足する範囲内では、やや異なるモノマーの種類および含有量、やや異なる工程条件などを適用した場合でも、本発明において目的とする権利範囲を逸脱すると見なされない。
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体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、前記予備組成物１００重量部を基準として約１８重量部～約２８重量部、例えば、約１９重量部～約２７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。
前記硬化剤がアミン化合物を含む場合、前記予備組成物中のイソシアネート（ＮＣＯ）基に対する前記硬化剤中のアミン（ＮＨ２）基のモル比が約１：０．６０～約１：０．９９であってもよく、例えば、約１：０．６０～約１：０．９５であってもよく、例えば、約１：０．６０以上、約１：０．９０未満であってもよい。
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。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２１μｍ～約４０μｍ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、予備組成物の硬化反応速度を適宜調節して、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。
一実施形態に係る前記研磨パッドにおいて、前記研磨層の研磨面の硬度（Ｓｈｏｒｅ Ｄ）は、約５０未満であってもよく、例えば、３０Ｓｈｏｒｅ Ｄ～８０Ｓｈｏｒｅ Ｄであってもよい。具体的には、前記研磨層の硬度は、４０Ｓｈｏｒｅ Ｄ～８０Ｓｈｏｒｅ Ｄ、５０Ｓｈｏｒｅ Ｄ～８０Ｓｈｏｒｅ Ｄ、４０Ｓｈｏｒｅ Ｄ～７０Ｓｈｏｒｅ Ｄ、５０Ｓｈｏｒｅ Ｄ～７０Ｓｈｏｒｅ Ｄ、または５５Ｓｈｏｒｅ Ｄ～６５Ｓｈｏｒｅ Ｄであってもよいが、これに限定されるものではない。
前記研磨層の引張強度は、約２５Ｎ／ｍｍ２未満であってもよく、例えば、約１０Ｎ／ｍｍ２以上、約２５Ｎ／ｍｍ２未満であってもよく、例えば、約１５Ｎ／ｍｍ２～約２５Ｎ／ｍｍ２であってもよい。前記研磨層の伸び率は、約１００％以上であってもよく、例えば、約１００％～約２００％であってもよい。前記研磨層の切削率は、約１０μｍ／ｈｒ以上であってもよく、例えば、約１０μｍ／ｈｒ～約８０μｍ／ｈｒであってもよく、例えば、約１５μｍ／ｈｒ～約５０μｍ／ｈｒであってもよい。例えば、前記研磨面の硬度；前記研磨層の引張強度と伸び率；および前記研磨層の切削率が同時に前述した範囲を示す場合、前記加工組成物のピーク特性に相応する物理的、機械的特性を示すと評価される。この場合、前記研磨層を含む研磨パッドは、半導体素子工程に適用されて優れた研磨性能を実現することができる。
以下、前記研磨パッドを製造する方法を説明する。
本発明に係る他の実施形態において、プレポリマーを含む予備組成物を製造するステップと、前記予備組成物に亜鉛（Ｚｎ）を混合するステップと、前記予備組成物、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、全体重量を基準として亜鉛（Ｚｎ）の濃度が約０．５ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部である研磨層を製造するステップと、を含む研磨パッドの製造方法を提供することができる。
前記予備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。
前記予備組成物のイソシアネート基の含有量（ＮＣＯ％）は、約５重量％～約１１重量％、例えば、約５重量％～約１０重量％、例えば、約６重量％～約９．５重量％であってもよい。この場合、前述した化学的結合構造を有する研磨層を得るのにより有利であり得る。前記予備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。
前記予備組成物の粘度は、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６００ｃｐｓであってもよく、例えば、約３００ｃｐｓ～約６００ｃｐｓ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。前記発泡剤の種類などに関する事項は、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、前記予備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１，５００ｃｐｓ～約２，０００ｃｐｓ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、前記予備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。
実施形態に係る研磨パッドの金属濃度は、次の方法によって前記のような範囲に調節可能である。
前記予備組成物に先立って説明した亜鉛（Ｚｎ）成分が適切な含有量で添加されて、前記研磨層の亜鉛（Ｚｎ）含有量が調節可能である。すなわち、前記研磨層に含まれる亜鉛（Ｚｎ）含有量が前記範囲を有するように、前記予備組成物に前記亜鉛（Ｚｎ）成分が適宜添加可能である。前記予備組成物に添加される亜鉛（Ｚｎ）は、金属粒子、金属イオン、または金属塩の形態で添加される。
一実施形態において、前記予備組成物に亜鉛（Ｚｎ）とともに、アルミニウム（Ａｌ）および鉄（Ｆｅ）をさらに混合するステップを含むことができる。このような金属成分の添加形態は、金属粒子、金属イオン、または金属塩であってもよい。また、これらそれぞれの前記研磨層内の濃度範囲は、前記研磨パッドに関して上述した内容がすべて同様に統合適用される。
前記製造方法で製造された研磨パッドにおいて、前記研磨層は、前述のように、前記式３で表される総酸化力指数が約１．５～約１０、例えば、約２～約９、例えば、約２～約８、例えば、約３～約７、例えば、約２～約７であってもよい。
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温度と前記第２温度との温度差は、約１０℃～約４０℃であってもよく、例えば、約１０℃～約３５℃であってもよく、例えば、約１５℃～約３５℃であってもよい。
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温度下で硬化した研磨層製造用組成物を前記第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。
前記研磨層の少なくとも一面を加工するステップは、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（１）；前記研磨層の少なくとも一面を旋削（ｌｉｎｅ ｔｕｒｎｉｎｇ）するステップ（２）；および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。前記クッション層に関する事項は、前記研磨パッドに関して前述したものと同じである。
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。
本発明に係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配置した後、互いに相対回転させながら前記研磨対象を研磨するステップと、を含み、前記研磨対象は、半導体基板を含み、前記研磨層が亜鉛（Ｚｎ）を含み、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として約０．５ｐｐｍ～約４０ｐｐｍ重量部である、半導体素子の製造方法を提供する。
前記研磨層の構造および組成、前記研磨層の加工組成物と、前記研磨層内の亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、および鉄（Ｆｅ）の濃度などに関する事項は、前記研磨パッドに関して前述した事項がすべて同一に統合適用可能である。前記半導体素子の製造方法において前述した特性を有する研磨層が備えられた研磨パッドを適用することで、これによって製造された前記半導体素子は、半導体基板の優れた研磨結果に由来する優れた機能を実現することができる。
前記半導体素子の製造方法において、前記研磨層は、前述のように、前記式３で表される総酸化力指数が約１．５～約１０、例えば、約２～約９、例えば、約２～約８、例えば、約３～約７、例えば、約２～約７であってもよい。前記半導体素子の製造方法に前記範囲の総酸化力指数を有する研磨層が適用されることにより、前記半導体基板を被研磨面が優れた研磨効率で研磨され、研磨平坦度および欠陥防止の面で優れた研磨性能を実現することができる。
図２は、一実施形態に係る半導体素子の製造方法を概略的に示す模式図である。図２を参照する時、前記研磨層を含む研磨パッドを提供するステップにおいて、前記研磨パッド１１０は、定盤１２０上に配置されて提供される。
前記研磨対象は、半導体基板を含み、前記半導体基板１３０は、その被研磨面が前記研磨パッド１１０の研磨層の研磨面に当接するように配置される。この時、前記半導体基板１３０の被研磨面と前記研磨層の研磨面とは直接当接してもよく、流動性のあるスラリーなどを介在して間接的に当接してもよい。
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の研磨層の研磨面上に研磨スラリー１５０を供給するステップをさらに含むことができる。例えば、前記研磨スラリー１５０は、供給ノズル１４０を介して前記研磨面上に供給される。
前記供給ノズル１４０を介して噴射される研磨スラリー１５０の流量は、約１０ｍｌ／分～約１，０００ｍｌ／分であってもよく、例えば、約１０ｍｌ／分～約８００ｍｌ／分であってもよく、例えば、約５０ｍｌ／分～約５００ｍｌ／分であってもよいが、これに限定されるものではない。
前記研磨スラリー１５０は、シリカスラリーまたはセリアスラリーを含むことができる。前記研磨スラリーが研磨粒子としてシリカ粒子またはセリア粒子を含み、前記研磨層の亜鉛（Ｚｎ）の濃度が前記範囲を満足する場合、前記研磨スラリーと前記研磨層の研磨面との間の適切な電気的相互作用によって前記研磨粒子が前記研磨面に適切な結合力で脱着および付着することができ、その結果、研磨効率上、最適な研磨率を確保すると同時に、欠陥防止効果を極大化するのに有利であり得る。
具体的には、前記研磨スラリーが研磨粒子としてシリカ粒子またはセリア粒子を含み、前記研磨層が前記式３による総酸化力指数を前記範囲で満足する場合、前記研磨スラリーと前記研磨層の研磨面との間の電気的、化学的相互作用が目的水準の研磨率の確保および欠陥防止効果の確保の面からより向上するという利点を得ることができる。
前記半導体基板１３０は、研磨ヘッド１６０に装着された状態で所定の荷重で加圧されて前記研磨面に当接することができる。前記研磨ヘッド１６０によって前記半導体基板１３０の被研磨面が前記研磨面上に加圧される荷重は、例えば、約０．０１ｐｓｉ～約２０ｐｓｉの範囲で目的によって選択可能であり、例えば、約０．１ｐｓｉ～約１５ｐｓｉであってもよいが、これに限定されるものではない。前記研磨層の研磨面と前記半導体基板の被研磨面とが前述した荷重で互いに当接する場合、前記研磨層が前述したピーク特性に代表される硬度および伸び率を示し、これに相応する弾性と接触面積が前記半導体基板の被研磨面に提供され、これにより、前記半導体基板の研磨率および欠陥防止効果が目的水準で実現されるのに有利であり得る。
前記半導体基板１３０と前記研磨パッド１１０は、それぞれの被研磨面と研磨面とが互いに当接したまま相対回転することができる。この時、前記半導体基板１３０の回転方向と前記研磨パッド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。前記半導体基板と前記研磨パッドの回転速度がそれぞれ前記範囲を満足する場合、前記研磨層が前述したピーク特性に代表される硬度および伸び率を示し、これに相応する弾性と接触面積が前記半導体基板の被研磨面に提供され、これにより、前記半導体基板の研磨率および欠陥防止効果が目的水準で実現されるのに有利であり得る。
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。
一実施形態において、前記半導体素子の製造方法は、前記半導体基板が酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を含み、前記被研磨面が前記酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜の表面であり、前記被研磨面上の研磨完了後の表面欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）が５個未満であり、前記酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜の平均研磨率が１，５００Å／ｍｉｎ～２，５００Å／ｍｉｎであってもよく、例えば、約１，５００Å／ｍｉｎ以上、約２，５００Å／ｍｉｎ未満であってもよい。
前記半導体素子の製造方法は、前述した特徴を有する研磨層が備えられた研磨パッドを適用することにより、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を有する半導体基板を研磨対象として、前述した研磨率および欠陥防止性能を実現することができる。
前記研磨パッドは、これを所定の条件下で処理した加工組成物が示す金属濃度に相応する研磨層を含むため、前記研磨層の研磨面が適切な硬度および電気的特性を示すことができる。
これにより、前記研磨パッドは、研磨対象の研磨において目的範囲の研磨率および研磨平坦度を示すことができる。また、前記研磨パッドは、前記金属を適正量で含むため、前記研磨パッドは、研磨工程中にスラリーとの吸着度が増加し、前記研磨パッドは、向上した研磨率および向上した研磨性能を有することができる。
前記研磨パッドを用いた半導体素子の製造方法は、研磨対象である半導体基板の研磨に高い工程効率を有する。また、一実施形態に係る半導体素子の製造方法は、前記半導体基板の被研磨面が高い研磨平坦度および最低水準の欠陥を有するようにする。
また、実施形態に係る研磨パッドは、金属成分を含むため、研磨面の電気的特性が適宜調節可能である。例えば、前記研磨層が前記金属成分を含むため、表面改質された研磨粒子が前記研磨面に静電気的引力によって結合されるのに容易であり得る。
特に、前記表面改質された研磨粒子が前記研磨面に適当な引力で結合できるように、前記金属成分によって、前記研磨面の表面電位が調節可能である。
前記金属成分が前記のような総酸化力指数を有するため、前記表面改質された研磨粒子が前記研磨面に適切な静電気的引力で結合できる。
これにより、前記研磨面近傍に適量の研磨粒子が適当な結合力で残留できる。したがって、半導体ウエハなどのような半導体基板は、前記研磨面および前記研磨粒子によって効果的に研磨できる。
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。
＜実施例および比較例＞
実施例１
ジイソシアネート成分の総重量１００重量部対比、ＴＤＩおよびＨ１２ＭＤＩをそれぞれ下記表１に記載されたような相対重量比で混合した。ポリオール成分の総重量１００重量部対比、ＰＴＭＧおよびＤＥＧをそれぞれ下記表１に記載されたような相対重量比で混合した。前記ジイソシアネートの総量１００重量部対比、前記ポリオールの総量を２２０重量部で相互混合して混合原料を用意した。４口フラスコに投入後、８０℃で反応させて、ウレタン系プレポリマーを含む予備組成物を製造した。前記予備組成物中のイソシアネート基（ＮＣＯ基）の含有量は９重量％に調節された。
前記予備組成物に膨張性粒子である固相発泡剤（Ｎｏｕｒｙｏｎ社）１．０重量部を混合した。また、前記予備組成物の総重量１００重量部対比、ｚｉｎｃ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、ｉｒｏｎ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｆｅ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２）、およびＡｌｕｍｉｎｉｕｍ（ＩＩＩ）ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ（Ａｌ（ＣＨ３ＣＯ２）３）を表１に記載されたような重量部で添加した。この時、前記ｚｉｎｃ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、ｉｒｏｎ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｆｅ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２）、およびａｌｕｍｉｎｉｕｍ（ＩＩＩ）ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ（Ａｌ（ＣＨ３ＣＯ２）３）は、ａｃｅｔｏｎｅで希釈して予備組成物に添加する方法で進行させた。
前記予備組成物に、硬化剤として４，４'－メチレンビス（２－クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）を混合しかつ、前記予備組成物中のＮＣＯ基に対する前記ＭＯＣＡのＮＨ２基のモル比が０．９５となるように混合した。
前記予備組成物を横１，０００ｍｍ、縦１，０００ｍｍ、高さ３ｍｍであり、９０℃に予熱されたモールドに注入しかつ、１０ｋｇ／ｍｉｎの吐出速度で注入した。次に、前記予備組成物を１１０℃の温度条件下で後硬化反応して研磨層を製造した。
実施例２および実施例３
前記ｚｉｎｃ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、ｉｒｏｎ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｆｅ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２）、およびＡｌｕｍｉｎｉｕｍ（ＩＩＩ）ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ（Ａｌ（ＣＨ３ＣＯ２）３）の投入量を下記表２のように変更したことを除き、前記実施例１と同様の方法で研磨層を製造した。
比較例１
ジイソシアネート成分の総重量１００重量部対比、ＴＤＩおよびＨ１２ＭＤＩをそれぞれ下記表１に記載されたような相対重量比で混合した。ポリオール成分の総重量１００重量部対比、ＰＴＭＧおよびＤＥＧをそれぞれ下記表１に記載されたような相対重量比で混合した。前記ジイソシアネートの総量１００重量部対比、前記ポリオールの総量を２２０重量部で相互混合して混合原料を用意した。４口フラスコに投入後、８０℃で反応させて、ウレタン系プレポリマーを含む予備組成物を製造した。前記予備組成物中のイソシアネート基（ＮＣＯ基）の含有量は９重量％に調節された。
前記予備組成物に膨張性粒子である固相発泡剤（Ｎｏｕｒｙｏｎ社）１．０重量部を混合した。また、前記予備組成物の総重量１００重量部対比、ｚｉｎｃ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、ｉｒｏｎ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｆｅ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２）、およびＡｌｕｍｉｎｉｕｍ（ＩＩＩ）ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ（Ａｌ（ＣＨ３ＣＯ２）３）を表１に記載されたような重量部で添加した。この時、前記ｚｉｎｃ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、ｉｒｏｎ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｆｅ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２）、およびａｌｕｍｉｎｉｕｍ（ＩＩＩ）ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ（Ａｌ（ＣＨ３ＣＯ２）３）はアセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）で希釈して予備組成物に添加する方法で進行させた。
前記予備組成物に、硬化剤として４，４'－メチレンビス（２－クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）を混合しかつ、前記予備組成物中のＮＣＯ基に対する前記ＭＯＣＡのＮＨ２基のモル比が０．９５となるように混合した。
前記予備組成物を横１，０００ｍｍ、縦１，０００ｍｍ、高さ３ｍｍであり、９０℃に予熱されたモールドに注入しかつ、１０ｋｇ／ｍｉｎの吐出速度で注入した。同時に、気相発泡剤は窒素（Ｎ２）気体を使用し、注入速度は１．０Ｌ／ｍｉｎで予備組成物の注入が完了するまで注入した。次に、前記予備組成物を１１０℃の温度条件下で後硬化反応して研磨層を製造した。
比較例２
前記ｚｉｎｃ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、ｉｒｏｎ（ＩＩ）ａｃｅｔａｔｅ（Ｆｅ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２）、およびＡｌｕｍｉｎｉｕｍ（ＩＩＩ）ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ（Ａｌ（ＣＨ３ＣＯ２）３）の投入量を下記表１のように変更したことを除き、前記比較例１と同様の方法で研磨層を製造した。
前記実施例１～３および前記比較例１～２の研磨層それぞれを２ｍｍの厚さに加工し、研磨面上に同心円形状の溝加工工程を経た。次に、ポリエステル樹脂不織布にウレタン系樹脂が含浸された構造の厚さ１．１ｍｍのクッション層を用意し、前記研磨面の裏面と前記クッション層との付着面に熱融着接着剤を塗布し、加圧ローラを用いて相互貼り合わせた。これにより、最終研磨パッドを製造した。
＜評価＞
実験例１：加工組成物の誘導結合プラズマ発光光度計（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＩＣＰ－ＯＥＳ）測定
前記実施例１～３および前記比較例１～２のそれぞれの研磨層に対して、前記研磨層の研磨面から全体厚さの１／２の深さ内のランダムな部分中のｘｇを（この時、１ｇ未満でサンプリングする。）サンプリング後、硝酸１ｍｌと塩酸３ｍｌを添加して、黒鉛ブロックで２００℃、１６ｈの間前処理後、ＩＣＰ－ＯＥＳを測定する。この時、ＩＣＰ－ＯＥＳはＡｇｉｌｅｎｔ５１００を用い、測定条件は下記の通りである。
＜測定条件＞
ＲＦ ｐｏｗｅｒ：１．２ＫＷ
Ｎｅｂｕｌｉｚｅｒ ｆｌｏｗ：０．７Ｌ／ｍｉｎ
Ｐｌａｓｍａ ｆｌｏｗ：１２Ｌ／ｍｉｎ
Ａｕｘ ｆｌｌｏｗ：１Ｌ／ｍｉｎ
Ｒｅａｄ ｔｉｍｅ：５ｓ
このように測定された前記実施例１～３および前記比較例１～２のそれぞれの研磨層内の亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、および鉄（Ｆｅ）の各濃度は５回測定の平均値であって、前記研磨層の全体重量を基準とする重量部として下記表２に記載された通りである。
また、前記実施例１～３および前記比較例１～２のそれぞれの研磨層の総酸化力指数として前記式３の値が導出され、これは下記表２に記載した通りである。
実験例２：研磨層または研磨パッドの物性評価
（１）硬度
前記実施例１～３および前記比較例１～２の研磨層それぞれを２ｍｍの厚さに加工した後、横および縦をそれぞれ５ｃｍ×５ｃｍサイズに裁断してサンプルを用意した。前記サンプルを温度２５℃で１２時間保管後、硬度計を用いてＳｈｏｒｅ Ｄ硬度を測定した。
（２）引張強度
前記実施例１～３および前記比較例１～２の研磨層を２ｍｍの厚さに加工した後、横および縦を４ｃｍ×１ｃｍサイズに裁断してサンプルを用意した。前記サンプルを万能試験機（ＵＴＭ）を用いて５００ｍｍ／分の速度で破断直前の最高強度値を測定した。
（３）伸び率
前記実施例１～３および前記比較例１～２の研磨層を２ｍｍの厚さに加工した後、横および縦を４ｃｍ×１ｃｍサイズに裁断してサンプルを用意した。前記サンプルを万能試験機（ＵＴＭ）を用いて５００ｍｍ／分の速度で破断直前の最大変形長さを測定した後、最初長さに対する最大変形長さの比率を百分率（％）で表した。
（４）切削率
前記実施例１～３および前記比較例１～２の研磨層を用いて前述したところにより製造されたそれぞれの研磨パッドに対して、前記研磨パッドを１０分間脱イオン水（ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ）でプレコンディショニング（ｐｒｅ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）した後、１時間脱イオン水を噴射しながらコンディショニングした。前記コンディショニング過程で変化した厚さを測定して厚さ変化量（μｍ／ｈｒ）を研磨パッドの切削率として算出した。コンディショニングに用いた装置はＣＴＳ社のＡＰ－３００ＨＭであり、コンディショニング圧力は６ｌｂｆ、回転速度は１００～１１０ｒｐｍであり、コンディショニングに用いられたディスクはＳＡＥＳＯＬ社のＣＩ－４５であった。
実験例３：研磨性能評価
前記実施例１～３および比較例１～２の研磨層を適用したそれぞれの研磨パッドを製造した後、下記のように研磨性能を評価した。
直径３００ｍｍのシリコンウエハ上に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程によって蒸着した。ＣＭＰ装置に前記研磨パッドを付着させ、シリコンウエハの酸化ケイ素層の表面が研磨パッドの研磨面を向くように設けた。前記研磨パッド上にか焼セリアスラリーを２５０ｍＬ／分の速度で供給しながら、４．０ｐｓｉの荷重で前記シリコンウエハを前記研磨面上に加圧し、前記研磨パッドおよび前記シリコンウエハの回転速度をそれぞれ１５０ｒｐｍとして、６０秒間前記酸化ケイ素膜を研磨した。研磨後、シリコンウエハをキャリアから引き離して、スピンドライヤ（ｓｐｉｎ ｄｒｙｅｒ）に装着し、蒸留水で洗浄した後、窒素で１５秒間乾燥した。
（１）平均研磨率
乾燥したシリコンウエハに対して光干渉式厚さ測定装置（ＳＩ－Ｆ８０Ｒ、Ｋｙｅｎｃｅ社）を用いて研磨前後の膜厚変化を測定した。以後、下記式を用いて研磨率を計算した。このように、計５回研磨率を測定し、数平均値を求めて平均研磨率とした。
研磨率（Å／ｍｉｎ）＝シリコンウエハの研磨厚さ（Å）／研磨時間（ｍｉｎ）
（２）欠陥
前記研磨率の測定方法と同一に研磨を進行させ、研磨対象の研磨された表面を肉眼観察してスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）などの欠陥（Ｄｅｆｅｃｔ）の個数を導出した。具体的には、研磨後、シリコンウエハをクリーナ（Ｃｌｅａｎｅｒ）に移動させて、１％フッ化水素（ＨＦ）と精製水（ＤＩＷ）；１％硝酸（Ｈ２ＮＯ３）と精製水（ＤＩＷ）をそれぞれ用いて１０秒ずつ洗浄した。以後、スピンドライヤ（ｓｐｉｎ ｄｒｙｅｒ）に移動させて精製水（ＤＩＷ）で洗浄した後、窒素（Ｎ２）で１５秒間乾燥した。乾燥したシリコンウエハをディフェクト（Ｄｅｆｅｃｔ）測定装置（Ｔｅｎｋｏｒ社、ＸＰ＋）を用いて研磨前後の欠陥の変化を肉眼観察した。
前記実験例１～３の結果は下記表２に記載された通りである。
前記表２を参照する時、前記実施例１～３の研磨層は、所定の条件下で処理した加工組成物中に亜鉛（Ｚｎ）の濃度が、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍを含み、前記鉄（Ｆｅ）の濃度が、前記研磨層の全体重量を基準として１ｐｐｍ～５０ｐｐｍを含み、前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として２ｐｐｍ～５０ｐｐｍを含む研磨層が適用されたパッドであって、これに相応する硬度、引張強度、伸び率および切削率などの特性に基づいて半導体基板の研磨結果が非常に優れていることを確認することができる。
これとは異なり、前記比較例１および２の研磨層は、前記研磨層の全体重量を基準として前記鉄、前記アルミニウム、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度の和が２ｐｐｍ～４０ｐｐｍを外れ、総酸化力指数が１．５～１０の範囲を外れることにより、前記実施例１～３の研磨層に比べて硬度が低いか、高いことを確認することができる。
より具体的には、前記比較例１の場合、総酸化力指数は１．５より小さいため、極性程度が低く、被研磨面およびスラリーとの静電気的反発力が減少するため、研磨率が低くなることを確認することができる。これに対し、前記比較例２の場合、研磨率は高いが、研磨パッドと被研磨面との静電気的引力が強くて被研磨面の欠陥が増加することを確認することができる。したがって、比較例１および２の研磨パッドは、目的とする水準の研磨性能を付与できず、平均研磨率および欠陥の面から劣ることを確認することができる。
１００、１１０、２００：研磨パッド
１０：研磨層
１１：第１面
１２：第２面
１３：溝
２０：クッション層
３０：第１接着層
４０：第２接着層
１２０：定盤
１３０：半導体基板
１４０：供給ノズル
１５０：研磨スラリー
１６０：研磨ヘッド
１７０：コンディショナ

Claims (8)

  1. 研磨層を含み、
    前記研磨層は、亜鉛（Ｚｎ）を含み、
    前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部であり、
    前記研磨層は、下記式３で表される総酸化力指数が１．５～１０である、
    研磨パッド。
  2. 前記研磨層は、鉄（Ｆｅ）をさらに含み、
    前記鉄（Ｆｅ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として１ｐｐｍ～５０ｐｐｍ重量部である、
    請求項１に記載の研磨パッド。
  3. 前記研磨層は、アルミニウム（Ａｌ）をさらに含み、
    前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として２ｐｐｍ～５０ｐｐｍ重量部である、
    請求項１に記載の研磨パッド。
  4. 前記研磨層の研磨面から全体厚さの１／２の深さまでの、前記鉄（Ｆｅ）、前記亜鉛（Ｚｎ）、および前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度の総和は、前記研磨層の全体重量を基準として８ｐｐｍ～３０ｐｐｍ重量部である、
    請求項１に記載の研磨パッド。
  5. 前記研磨層の硬度が５３～６０Ｓｈｏｒｅ Ｄであり、
    前記研磨層の伸び率が８０～１１０％である、
    請求項１に記載の研磨パッド。
  6. ウレタン系プレポリマーを含む予備組成物を製造するステップと、
    前記予備組成物に亜鉛（Ｚｎ）を混合するステップと、
    前記予備組成物、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、全体重量を基準として亜鉛（Ｚｎ）の濃度が０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部である研磨層を製造するステップと、を含む、
    研磨パッドの製造方法。
  7. 前記ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート化合物を含み、
    前記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の少なくともいずれか１つを含み、
    前記ウレタン系プレポリマー中のイソシアネート基（－ＮＣＯ）の含有量が６重量％～１２重量％である、
    請求項６に記載の研磨パッドの製造方法。
  8. 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配置した後、互い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、を含み、
    前記研磨対象は、半導体基板を含み、
    前記研磨層が亜鉛（Ｚｎ）を含み、前記亜鉛（Ｚｎ）の濃度は、前記研磨層の全体重量を基準として０．５ｐｐｍ～４０ｐｐｍ重量部であり、
    前記研磨層は、下記式３で表される総酸化力指数が１．５～１０である、
    半導体素子の製造方法。
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