JP7437368B2 - 研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びそ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及びそれを用いた半導体素子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7437368B2
JP7437368B2 JP2021181530A JP2021181530A JP7437368B2 JP 7437368 B2 JP7437368 B2 JP 7437368B2 JP 2021181530 A JP2021181530 A JP 2021181530A JP 2021181530 A JP2021181530 A JP 2021181530A JP 7437368 B2 JP7437368 B2 JP 7437368B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
polishing layer
polishing pad
layer
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021181530A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2022075655A (ja
Inventor
ホ、ヘヨン
ソ、ジャンウォン
アン、ジェイン
ユン、ジョンウク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Enpulse Co Ltd
Original Assignee
SK Enpulse Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020200147984A external-priority patent/KR102488115B1/ko
Priority claimed from KR1020200147994A external-priority patent/KR102488112B1/ko
Application filed by SK Enpulse Co Ltd filed Critical SK Enpulse Co Ltd
Publication of JP2022075655A publication Critical patent/JP2022075655A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7437368B2 publication Critical patent/JP7437368B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/205—Lapping pads for working plane surfaces provided with a window for inspecting the surface of the work being lapped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/015—Temperature control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/22—Lapping pads for working plane surfaces characterised by a multi-layered structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/02—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/3415—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/3442—Mixing, kneading or conveying the foamable material
    • B29C44/3446—Feeding the blowing agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/3442—Mixing, kneading or conveying the foamable material
    • B29C44/3446—Feeding the blowing agent
    • B29C44/3457—Feeding the blowing agent in solid form to the plastic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/36—Feeding the material to be shaped
    • B29C44/38—Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C69/00—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore
    • B29C69/001—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore a shaping technique combined with cutting, e.g. in parts or slices combined with rearranging and joining the cut parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C69/00—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore
    • B29C69/02—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore of moulding techniques only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2433/00—Use of polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, as filler
    • B29K2433/04—Polymers of esters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2007/00—Flat articles, e.g. films or sheets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

本発明は、化学的機械的平坦化（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＣＭＰ）工程に使用される研磨パッド、その製造方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法に関するものである。
半導体製造工程のうち、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）工程は、ウエハ（ｗａｆｅｒ）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、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。
通常、半導体素子の素子分離膜を形成するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程を行う場合、酸化膜とパッド窒化膜の研磨選択比を増加させるために酸化膜とパッド窒化膜との間の研磨速度の差が大きいセリア系の高選択度スラリーを使用する。しかし、セリア系の研磨剤を使用する場合、粒子間の凝集により沈殿現象が生じ、これを防止するために、既存の装備の代わりに沈殿を防止することができるスラリー沈殿防止装置を使用する必要があるという問題点がある。
また、セリア系の研磨剤を使用する場合、酸化膜とパッド窒化膜との間の研磨選択比を増加させる化合物を添加するが、このような場合、多成分系スラリー供給装置を必要とし、セリア研磨粒子間の分散性にも影響を与えてスラリーの寿命を減少させるという問題点がある。
このような問題を解決するために、スラリー供給装置の終端に、セリア研磨剤と追加される化合物とを混合する新しい装置を追加することが提案されているが、このような装置を追加しても研磨剤と追加の化合物との混合比を正確に制御するか、維持し難いという問題点がある。
セリア系の研磨剤の場合、酸化膜に対する研磨速度がシリカ系のスラリーに比べて遅いため、研磨工程に必要な時間が増えるので、酸化膜のみ研磨される第１の次工程には、シリカ系のスラリーを使用し、酸化膜とパッド窒化膜とが同時に研磨される第２の次工程には、セリア系の研磨剤を使用する方法が提案されている。
しかし、このような方法は、シリカ系のスラリーとセリア系の研磨剤との間のｐＨの差による凝集などのスラリー間の基本的な特性の差により欠陥が生じる可能性が高く、互いに異なるプラテン（ｐｌａｔｅｎ）で互いに異なるヘッドを使用して研磨工程を行う必要があるので、工程が複雑になり、２つの装備を用いる必要があるという問題点がある。
結果として、スラリー内の研磨剤の種類に応じて選択比の調節が容易でないという問題があり、これを解決するためには、スラリーに含まれる研磨剤の影響を受けずに、高い研磨選択比を生じ得る研磨パッドに関する開発が必要である。
本発明の目的は、研磨パッド及びその製造方法を提供するものである。
本発明の他の目的は、研磨速度、研磨プロファイルのような研磨工程に求められる研磨性能を維持し、研磨工程上でウエハに生じ得る欠陥を最小化し、互いに異なる材質の膜質が同時に研磨時にも同等の水準の平坦度を有するように研磨することができる研磨パッド及びその製造方法を提供するものである。
本発明の他の目的は、ＣＭＰ工程内の研磨パッドの適用時に、直接的な研磨テスト無しに、研磨パッドの物性値を通じて研磨工程上の性能と共に、最適の研磨選択比を制御するための研磨パッドを判別することができる研磨パッド及びその製造方法を提供することができる。
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ものである。
前記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、研磨層を含み、下記式１による値が０．６～１．２である。
[式１]
前記Ｈは、前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）であり、
前記Ｍは、前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
前記Ｅは、前記研磨層の伸び（％）である。
本発明の他の一実施形態に係る研磨パッドの製造方法は、i）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、発泡剤及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、iii）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を含み、前記研磨層は、下記式１による値が０．６～１．２である。
[式１]
前記Ｈは、前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）であり、
前記Ｍは、前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
前記Ｅは、前記研磨層の伸び（％）である。
本発明の他の一実施形態に係る半導体素子の製造方法は、１）研磨層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するステップとを含み、前記研磨層は、下記式１による値が０．６～１．２である。
[式１]
前記Ｈは、前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）であり、
前記Ｍは、前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
前記Ｅは、前記研磨層の伸び（％）である。
本発明の研磨パッドは、研磨速度、研磨プロファイルのような研磨工程に求められる研磨性能を維持し、研磨工程上でウエハに生じ得る欠陥を最小化し、互いに異なる材質の膜質が同時に研磨時にも同等の水準の平坦度を有するように研磨することができ、ＣＭＰ工程内の研磨パッドの適用時に、直接的な研磨テスト無しに、研磨パッドの物性値を通じて研磨工程上の性能と共に、最適の研磨選択比を制御するための研磨パッドを判別することができる。
また、前記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の製造工程の概略的な工程図である。 本発明の一実施形態に係るディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）を測定するための概略的な工程図である。
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、様々な異なる形態で具現することができ、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事例において、用語「約」で修飾されるものと理解されるべきである。
本発明で特に記述されない限り、すべての百分率、部、比などの重量基準である。
本発明で「含む」とする場合、これは特に反対する記載がない限り、他の構成要素を除外することではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。
本発明で、「複数の」は、一つ超過を指す。
本発明で、酸化膜は酸化ケイ素膜であり、窒化膜は窒化ケイ素膜であってもよいが、前記例示に限定されず、半導体基板の製造時に使用し得る対象膜質として、酸化または窒化した対象膜質をすべて意味するものであってもよい。
本発明の一実施形態に係る研磨パッドは、研磨層を含み、下記式１による値が０．６～１．２であることを特徴とする。
[式１]

前記Ｈは、前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）であり、
前記Ｍは、前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
前記Ｅは、前記研磨層の伸び（％）である。
また、本発明の研磨層は、下記式２による値が０．６～１．２であってもよい。
[式２]
ここで、
Ｈ、Ｍ及びＥは、前記式１で定義した通りである。
前記研磨層は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤及び発泡剤を含む組成物を硬化させた硬化物を含み、前記ウレタン系プレポリマーは、ポリオール、イソシアネートを反応させて製造することができる。
前記研磨層の製造時に含まれ得る硬化剤の種類及び含有量などによって硬化剤のアミン基（－ＮＨ２）、及びアルコール基（－ＯＨ）のような硬化反応基及びプレポリマーのイソシアネート基（－ＮＣＯ）の当量が決定され、モールドの成形温度に応じて硬化速度及び化学的反応の順次的順番が決定される。
前記かかる要素によって研磨パッドの最終のウレタン系硬化構造が決定される。前記最終のウレタン系硬化構造により、研磨層の物理的／機械的物性である硬度、弾性モジュラス及び伸びなどの特性として発現することができる。
特に、本発明の研磨層は、硬度、弾性モジュラス及び伸びによる前記式１による値が０．６～１．２であり、０．７～１．１であり、０．８～１であり、前記式２による値が０．６～１．２であり、０．７～１．１であり、０．８～１であってもよい。
前記式１及び／または式２による値が前記範囲内に含まれる場合、酸化膜及び窒化膜含有の研磨対象の研磨性能のうち、特に研磨選択比を制御することができる。
一般的に、酸化物層に対する窒化物層の研磨選択比は、ディッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）現象の防止と共に、ウエハに生じ得る欠陥を最小化することができるように調節されるべきである。
酸化物層に対する窒化物層の研磨選択比が小さい場合には、隣接する窒化物層パターンの損失により酸化物層が過剰除去されるディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）現象が生じ、均一な表面平坦化を達成できないという問題がある。
また、酸化物層に対する窒化物層の研磨選択比が大きい場合には、上層が過度に除去されて凹む現象（ｒｅｃｅｓｓ）が生じ、絶縁層あるいはバリア層が研磨粒子の物理的な作用によって崩れる現象（ｅｒｏｓｉｏｎ）が深化することがある。
すなわち、本発明の研磨パッドは、酸化膜及び窒化膜に対する研磨選択比を一定の範囲に制御され、半導体基板内の対象膜質に対する表面平坦化を達成することを特徴とする。
前記式１及び式２は、硬度、弾性モジュラス及び伸びに対する重みを限定し、これによる値を計算したものであり、前記式による硬度、弾性モジュラス及び伸び間の関係を通じて、研磨パッドの酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）の研磨選択比（Ｏｘ ＲＲ／Ｎｔ ＲＲ）を調節することができる。
前記研磨パッドの研磨層は、ウレタン系フリーポリマーを含むもので、前記ウレタン系プレポリマーは、硬化構造により、硬度、弾性モジュラス及び伸びの物理／機械的な特徴に影響を及ぼすことができる。
前記研磨層の物理的／機械的特性は、前記研磨層を含む研磨パッドを研磨工程に適用時に、研磨率に直接に影響を及ぼす要素に該当するもので、硬度、弾性モジュラス及び伸びの違いにより、対象膜に対する研磨率に違いが生じ得る。
前記研磨率を調節することは、前述のように、各対象膜質に対する研磨率を微調節することにより、欠陥発生を防止することができる。つまり、研磨率の調節によってディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）、リセス（ｒｅｃｅｓｓ）、エロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）のような欠陥発生を防止することができる。前記対象膜質は、酸化物層及び窒化物層であってもよいが、前記膜質に制限されない。
研磨層の物理的／機械的特性の硬度、弾性モジュラス及び伸びは、対象膜質の研磨率に影響を及ぼす重要な要素であり、硬度、弾性モジュラス及び伸びの値が特定の研磨率を示すことができるように調和されるとき、所望の研磨性能の発揮が可能である。
そこで、本発明では、前記式１及び式２のように、硬度、弾性モジュラス及び伸びに対する重み付けをし、これに対する値を特定し、酸化膜及び窒化膜に対する研磨選択比を調節し、優れた研磨性能を発揮することができる。
他の具現例として、ＣＭＰ研磨工程上で、研磨パッドの使用は、研磨テストを通じて研磨選択比が工程に適したものであるかの確認が必要である。
具体的に、ＣＭＰ研磨工程上で酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）に対する研磨速度の確認が必要であるが、該当研磨速度の確認は、直接的な研磨テストを通じて確認される数値のみを通じて確認可能であった。
ただし、本発明の研磨パッドのように、前記研磨面の表面硬度、弾性モジュラス及び伸びに対する物性値を確認し、これを前記式１及び式２に代入して値を導出すると、酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）に対する研磨選択比の予想数値を導出することができ、研磨テスト無しに、研磨パッドの使用を可能にすることができる。
前記研磨パッドは、酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）に対する研磨率が１，５００Å／ｍｉｎ～２５００Å／ｍｉｎであり、２，０００Å／ｍｉｎ～２，４００Å／ｍｉｎであり、２，１００Å／ｍｉｎ～２，４００Å／ｍｉｎであり、窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）に対する研磨率が３５Å／ｍｉｎ～１００Å／ｍｉｎであり、４０Å／ｍｉｎ～９０Å／ｍｉｎであり、４５Å／ｍｉｎ～８０Å／ｍｉｎであってもよい。
また、前記酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）の研磨選択比（Ｏｘ ＲＲ／Ｎｔ ＲＲ）は、２５～４０、３０～３５、または、３１～３３であってもよい。
前記本発明の研磨パッドは、前記酸化膜に対する研磨率及び窒化膜に対する研磨率が前記範囲内に含まれ、酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）の研磨選択比（Ｏｘ ＲＲ／Ｎｔ ＲＲ）が前記範囲内に含まれ得る。つまり、酸化膜に対する研磨率及び窒化膜の研磨率がすべて前記範囲内に含まれ、同時に酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）の研磨選択比の値も前記範囲内に含まれることを特徴とする。
前記酸化膜及び窒化膜に対する研磨率及び研磨選択比が前記範囲内に含まれる場合、研磨性能が優れており、研磨率の調節によってディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）、リセス（ｒｅｃｅｓｓ）、エロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）のような欠陥発生を防止することができる。
前記研磨選択比は、酸化膜及び窒化膜に対する研磨率を測定して計算されたものであり、具体的に、前記酸化膜に対する研磨率は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜が蒸着された直径が３００ｍｍであるシリコンウエハを用い、研磨荷重が１．４ｐｓｉであり、セリアスラリーを１９０ｍｌ／分の速度で研磨面に投入し、研磨パッドが装着された定盤を１１５ｒｐｍの速度で回転させ、６０秒間酸化ケイ素膜を研磨した後、厚さを測定し、研磨前との厚さの差を用いて研磨率を計算した。
前記窒化膜に対する研磨率は、ＳｉＮ膜が蒸着された直径が３００ｍｍであるシリコンウエハを用い、研磨荷重が１．４ｐｓｉであり、セリアスラリーを１９０ｍｌ／分の速度で研磨面に投入し、研磨パッドが装着された定盤を１１５ｒｐｍの速度で回転させ、６０秒間ＳｉＮ膜研磨した後、厚さを測定し、研磨前との厚さの差を用いて研磨率を計算した。
前記研磨層の下記式１及び２の外に研磨層の弾性モジュラス及び伸びの関係に関する下記式３による値は、１～１．７であってもよい。
[式３]
ここで、
Ｍは、前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
Ｅは、前記研磨層の伸び（％）である。
また、前記研磨層の弾性モジュラス及び表面硬度の関係に関する下記式４による値は、１～１．７であってもよい。
[式４]
ここで、
Ｍは、前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
Ｈは、前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）である。
前記式１及び２は、弾性モジュラス及び伸びに対する重みを限定し、前記式による表面硬度、弾性モジュラス及び伸び間の最適な組み合わせを確認するためのものである。
前記式３及び４は、弾性モジュラス及び伸びの組み合わせ（式３）または弾性モジュラス及び表面硬度の組み合わせ（式４）を通じて、前記式３及び式４の範囲の値を満たす研磨パッドは、優れた研磨性能及び研磨工程上でウエハに生じ得る欠陥、特にディッシングの発生を最小化することができる。
図２は、研磨パッドを用いて半導体基板を研磨し、研磨工程により生じるディッシングを確認するための工程図である。
具体的に、直径が３００ｍｍであるウエハであり、Ｓｉ基板（１）の一面に窒化膜（３）及び酸化膜（２）が蒸着されたもので、ライン（３０）及びスペース（４０）が、各１００μｍであるパターンが形成されたものを用いて研磨工程を行った。
前記研磨工程の研磨条件は、研磨荷重が４．０ｐｓｉであり、セリアスラリーを３００ｍｌ／分の条件下で研磨面に投入しながら、研磨パッドが装着された定盤を８７ｒｐｍで回転させながら、６０秒間研磨した。前記研磨工程によって酸化膜の段差（５０）が１２００Å～１４００Åであり、窒化膜の段差（２０）が１０００Åである。
以後、４０秒間前記と同一の研磨条件で、追加研磨工程を行い、ディッシング程度（６０）を測定した。
前記ディッシング値（Å）は、窒化膜の最大高さから酸化膜の最大高さまでの距離を測定したもので、絶対値を基準として、１Å～１００Å、２Å～５０Å、３Å～４０Åの範囲で調節することができ、欠陥抑制効果に優れている。
すなわち、従来の研磨パッドは、図２と同じ方式で研磨工程を行い、ディッシングを測定した結果、１００Åを超えており、本発明の研磨パッドと大きい差を示す。
前記研磨パッドは、互いに異なる材質の膜質に対して同時に同等の水準の平坦度を有することができるようにするためには、研磨層の機械的物性に対する調節が非常に重要な要素となる。研磨パッドが、前記式３及び／または式４の値が１～１．７である条件を満たす場合、酸化膜及び窒化膜含有の研磨対象の研磨性能を、特にディッシング防止の面から目的とする水準に具現することができる。
前記式３及び／または式４は、研磨パッド自体の機械的物性値を構成要素とするパラメータであって、これを満たす場合、研磨速度、研磨プロファイルのような研磨工程に求められる研磨性能を維持し、研磨工程上でウエハに生じ得る欠陥を最小化し、ディッシングを防止することができる。
また、式１及び／または式２のように、前記式３及び／または式４を用いて計算された値が、本発明の範囲内に含まれる場合、研磨工程を直接適用する現場で複数の研磨パッドのうち対象膜質または停止膜による研磨パッドの選択が必要な場合には、直接的な研磨テスト無くても研磨パッドの物性値を通じて、前記式３及び／または式４の値を通じて研磨パッドの性能を直接的に判別することができ、欠陥発生の防止効果に優れた研磨パッドを選択することができる。
これは、現場で研磨パッドを適用しようとする場合、直接的な研磨テストを通じて性能を確認する必要があるという煩わしさを回避でき、測定された研磨パッドの物性値を用いて、前記式３及び／または式４の値を満たす研磨パッドを容易に選択することができ、これを工程に適用する場合、研磨パッドへの性能だけでなく、欠陥防止、特にディッシング防止効果に優れている。
本発明の他の一実施例において、前記研磨パッドは、研磨層の研磨面での表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）が４５～６５であり、前記研磨層の弾性モジュラス（Ｍｏｄｕｌｕｓ）が７０Ｎ／ｍｍ２～２００Ｎ／ｍｍ２であり、前記研磨層の伸びが６０％～１４０％である。
具体的に、前記研磨層の研磨面は、２５℃での表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）が４５～６５であり、５０～６０であり、５５～５９であってもよい。
前記弾性モジュラスは、７０～２００Ｎ／ｍｍ２であり、１００Ｎ／ｍｍ２～１５０Ｎ／ｍｍ２であり、１０５Ｎ／ｍｍ２～１４０Ｎ／ｍｍ２であってもよい。
前記伸びは、７０％～１２０％であり、７５％～１００％であり、７７％～９０％であってもよい。
本発明の他の一実施例において、前記研磨層は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤及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んでもよい。
前記組成物に含まれる各成分を、以下に具体的に説明する。
「プレポリマー（ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ）」とは、硬化物製造において、成形しやすいように重合度を中間段階で停止し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、最終硬化物に成形することができる。
一具現例において、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することができる。
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及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれか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（ｉｓｏｐｏｒｏｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
「ポリオール」とは、分子当たりヒドロキシ基（－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）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
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、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
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。
一具現例において、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未満である低分子量ポリオール及び重量平均分子量（Ｍｗ）が、約３００ｇ／ｍｏｌ以上、約１８００ｇ／ｍｏｌ以下である高分子量ポリオールを含んでもよい。
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。
一具現例において、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んでもよいし、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）及び２，６－トルエンジイソシアネート（２，６－ＴＤＩ）を含んでもよい。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）及びジエチレングリコール（ＤＥＧ）を含んでもよい。
他の具現例において、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及び脂環族ジイソシアネート化合物を含んでもよいし、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）及び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）を含んでもよい。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）及びジエチレングリコール（ＤＥＧ）を含んでもよい。
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、研磨速度、研磨プロファイルのような研磨工程に求められる研磨性能を維持し、研磨工程上でウエハに生じ得る欠陥を最小化することができる。
また、酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）の研磨選択比（Ｏｘ ＲＲ／Ｎｔ ＲＲ）を調節し、ディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）、リセス（ｒｅｃｅｓｓ）、及びエロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）現象を防止してウエハ内の表面平坦化を達成することができる。
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及びポリオール化合物の種類及び含有量、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及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及び含有量などを総合的に調節して設計することができる。
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、前記研磨層の最終の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んでもよい。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、脂肪族アルコール、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
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'－ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｉｓ（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（ｄｉｍｅｔｈｙｌｔｈｉｏ－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）、メチレンビス－メチルアントラニレート（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－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）、ビス（４－アミノ－３－クロロフェニル）メタン（ｂｉｓ（４－ａｍｉｎｏ－３－ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｙｌ）ｍｅｔｈａｎｅ）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
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２０重量部～約３０重量部、約２１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たす場合、目的とする研磨パッドの性能を具現するのにさらに有利である。
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、液相発泡剤及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。一具現例において、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んでもよい。
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、後述の熱膨張した（ｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子である場合、熱膨張した粒子自体の平均粒径を意味し、前記固相発泡剤が、後述の未膨張した（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子である場合、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ある。
前記固相発泡剤は、膨張性粒子を含んでもよい。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わる熱または圧力などによって最終の研磨層内での大きさが決定される。前記膨張性粒子は、熱膨張した（ｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子、未膨張した（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ）粒子、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。前記熱膨張した粒子は、熱によって事前に膨張した粒子であって、前記研磨層の製造過程で加わる熱または圧力による大きさの変化が小さいか、ほとんどない粒子を意味する。前記未膨張した粒子は、事前に膨張していない粒子であって、前記研磨層の製造過程で加わる熱または圧力によって膨張して最終の大きさが決定される粒子を意味する。
前記膨張性粒子は、樹脂材質の外皮と、前記外皮で封入された内部に存在する膨張誘発成分とを含んでもよい。
例えば、前記外皮は、熱可塑性樹脂を含んでもよいし、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及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及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
具体的に、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（ｉｓｏｂｕｔｅｎｅ）、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（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍｅｔｈｅｒ）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
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）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
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）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
前記固相発泡剤は、選択的に無機成分処理粒子を含んでもよい。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んでもよい。一具現例において、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んでもよい。前記固相発泡剤の無機成分処理は、複数の粒子間の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、無機成分処理されていない固相発泡剤と発泡剤の表面の化学的、電気的及び／または物理的特性が異なることがある。
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及び物性に応じて前記固相発泡剤の種類及び含有量を設計することができる。
前記気相発泡剤は、不活性ガスを含んでもよい。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、気孔形成要素として使用することができる。
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）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。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）を含んでもよい。
前記研磨層の目的とする気孔構造及び物性に応じて前記気相発泡剤の種類及び含有量を設計することができる
一具現例において、前記発泡剤は、固相発泡剤を含んでもよい。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した粒子を含んでもよい。例えば、前記固相発泡剤は、熱膨張した粒子のみからなってもよい。前記未膨張した粒子を含まず、熱膨張した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かけて均質な気孔特性を具現するのに有利である。
一具現例において、前記熱膨張した粒子は、約５μｍ～約２００μｍの平均粒径を有する粒子であってもよい。前記熱膨張した粒子の平均粒径は、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、前記熱膨張した粒子のＤ５０と定義される。
一具現例において、前記熱膨張した粒子の密度は、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。
一具現例において、前記発泡剤は、気相発泡剤を含んでもよい。例えば、前記発泡剤は、固相発泡剤及び気相発泡剤を含んでもよい。前記固相発泡剤に関する事項は、前述の通りである。
前記気相発泡剤は、窒素ガスを含んでもよい。
前記気相発泡剤は、前記ウレタン系プレポリマー、前記固相発泡剤及び前記硬化剤が混合される過程で、所定の注入ラインを通じて注入することができる。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んでもよい。前記「界面活性剤」、「反応速度調節剤」などの名称は、該当物質の主な役割を基準にして任意に指す名称であり、それぞれの該当物質が必ずしも該当名称の役割に限る機能のみを行うわけではない。
前記界面活性剤は、気孔同士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、特に制限されない。例えば、前記界面活性剤は、シリコン系界面活性剤を含んでもよい。
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することができる。具体的に、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重量部から１．５重量部の含量で含まれてもよい。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をモールド内で安定して形成及び維持することができる。
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あって、目的に応じて反応促進剤、反応抑制剤、またはこれらの両方を使用することができる。前記反応速度調節剤は、反応促進剤を含んでもよい。例えば、前記反応促進剤は、３次アミン系化合物及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、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－ジアザビサイクロ（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－アザノルボルネン、ジブチル錫ジラウレート、スタナスオクトエート、ジブチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ジアセテート、ジブチル錫マリエート、ジブチル錫ジ－２－エチルヘキサノエート、及びジブチル錫ジメルカプチドからなる群より選択された１種以上を含んでもよい。具体的に、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及びトリエチルアミンからなる群より選択された１種以上を含んでもよい。
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重量部の含有量で使用することができる。具体的に、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重量部の含有量で使用することができる。前記反応速度調節剤が、前述の含有量の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の大きさの気孔及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、前記研磨層に加わる外部衝撃を吸収して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及び欠陥発生を最小化することができる。
前記クッション層は、不織布またはスエードを含んでもよいが、これに限定されるものではない。
一具現例において、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、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれか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及びこれらの組み合わせからなる群より選択されたいずれかを含んでもよい。
以下、前記研磨パッドを製造する方法を詳細に説明することにする。
本発明に係る他の具現例において、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、発泡剤及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及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及び前記ポリオール化合物に関する事項は、前記研磨パッドについ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のうち反応していない未反応のイソシアネート基等から由来してもよい。
前記プレポリマー組成物の粘度は、約８０℃で、約１００ｃｐｓ～約１，０００ｃｐｓであってもよいし、例えば、約２００ｃｐｓ～約８００ｃｐｓであってもよいし、例えば、約２００ｃｐｓ～約６００ｃｐｓであってもよいし、例えば、約２００ｃｐｓ～約５５０ｃｐｓであってもよいし、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んでもよい。
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及び前記固相発泡剤を混合して第１の予備組成物を製造するステップと、前記第１の予備組成物と硬化剤とを混合して第２の予備組成物を製造するステップとを含んでもよい。
前記第１の予備組成物の粘度は、約８０℃で、約１，０００ｃｐｓ～約２，０００ｃｐｓであってもよいし、例えば、約１，０００ｃｐｓ～約１，８００ｃｐｓであってもよいし、例えば、約１，０００ｃｐｓ～約１，６００ｃｐｓであってもよいし、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及び前記硬化剤を含む第３の予備組成物を製造するステップと、前記第３の予備組成物に前記気相発泡剤を注入して第４の予備組成物を製造するステップとを含んでもよい。
一具現例において、前記第３の予備組成物は、固相発泡剤をさらに含んでもよい。
一具現例において、前記研磨層を製造する工程は、第１の温度に予熱されたモールドを準備するステップと、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、硬化された前記研磨層製造用組成物を、前記予熱温度よりも高い第２の温度条件下で後硬化するステップとを含んでもよい。
一具現例において、前記第１の温度は、約６０℃～約１２０℃、例えば、約６０℃～約１００℃、例えば、約６０℃～約８０℃であってもよい。
一具現例において、前記第２の温度は、約１００℃～約１３０℃であってもよいし、例えば、約１００℃～１２５℃であってもよいし、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の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分の間行ってもよい。
前記第１の温度下で硬化された研磨層製造用組成物を、前記第２の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時間の間行ってもよい。
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んでもよい。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。
他の一実施例として、前記研磨層の少なくとも一面を加工するステップは、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）と、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）と、前記研磨層の少なくとも一面を粗面化するステップ（３）のうち少なくとも一つのステップとを含んでもよい。
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間形成される同心円形のグルーブと、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のグルーブとの少なくとも一つを含んでもよい。
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ってもよい。
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ー（Ｓａｎｄｉｎｇ ｒｏｌｌｅｒ）で加工する方法で行ってもよい。
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んでもよい。
前記研磨層と前記クッション層とは、融着着接着剤を介して積層してもよい。
前記研磨層の研磨面の裏面上に前記融着着接着剤を塗布し、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融着着接着剤を塗布し、それぞれの融着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、加圧ローラーを用いて二つの層を融着させることができる。
別の一実施例において、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するステップとを含む。
図１は、一具現例に係る半導体素子製造工程の概略的な工程図を図示したものである。図１を参照すると、前記一実施例に係る研磨パッド（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。このとき、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される。研磨のために、前記研磨パッド上にノズル（１４０）を通じて研磨スラリー（１５０）が噴射されもよい。前記ノズル（１４０）を通じ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、目的に応じて選択されてもよいし、例えば、約５０ｃｍ３／分～約５００ｃｍ３／分であってもよいが、これら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）の表面が研磨されてもよい。このとき、前記半導体基板（１３０）の回転方向及び前記研磨パッド（１１０）の回転方向は同一の方向であってもよいし、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）との回転速度は、それぞれ約１０ｒｐｍ～約５００ｒｐｍの範囲で目的に応じて選択されてもよいし、例えば、約３０ｒｐｍ～約２００ｒｐｍであってもよいが、これら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、当接するようにした後、その表面が研磨されてもよい。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）の研磨面に加わる荷重は、約１ｇｆ／ｃｍ２～約１，０００ｇｆ／ｃｍ２の範囲で目的に応じて選択されてもよいし、例えば、約１０ｇｆ／ｃｍ２～約８００ｇｆ／ｃｍ２であってもよいが、これらに限定されるものではない。
一具現例において、前記半導体素子の製造方法は、前記研磨パッド（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ー（１７０）を通じて前記研磨パッド（１１０）の研磨面を加工するステップをさらに含んでもよい。
以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載された実施例は、本発明を具体的に例示するか、または説明するためのものに過ぎず、これにより本発明が限定されてはならない。
実施例１
研磨パッドの製造
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備で、プレポリマータンクに未反応のＮＣＯを９重量％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じて、ウレタン系プレポリマー及び硬化剤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。このとき、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とを１：１に合わせ、合計投入量を１０ｋｇ／分の速度で維持した。
撹拌された原料は、予熱された金型に注入し、１枚の多孔質ポリウレタンシートに製造した。以降に製造された多孔性ポリウレタンシートの表面を研削盤を使用して研削し、チップを使用してグルーブ加工（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。
前記ポリウレタンシート及びスエード（基材層、平均厚さ：１．１ｍｍ）をホットメルトフィルム（製造社：ＳＫＣ、製品名：ＴＦ－００）を用い、１２０℃で熱融着して研磨パッドを製造した。
末端にＮＣＯ官能基を有するウレタン系プレポリマーは、次のように製造した。ジイソシアネート成分の総１００重量部に対し、トルエンジイソシアネート９０重量部及びジシクロヘキシルメタンジイソシアネート１０重量部を混合した。ポリオール成分の総重量１００重量部に対し、ＰＴＭＥＧ（分子量（ＭＷ）１，０００）９０重量部及びＤＥＧ１０重量部を混合した。前記ジイソシアネートの総量１００重量部に対し、前記ポリオールの総量を１５２重量部にして各混合原料を準備した。前記各混合原料を４口フラスコに投入した後、８０℃で反応させ、ウレタン基を有する予備組成物を製造した。常時予備組成物中のイソシアネート基（ＮＣＯ基）の含有量は８．８～９．４％に製造した。
実施例２～４及び比較例１～４は、金型の予熱温度を異ならせるか、または硬化剤の含有量を異ならせたことを除き、実施例１と同一に製造した。
（前記硬化剤は、ウレタン系プレポリマー１００重量部基準である）
試験例１
研磨パッドの物性及び研磨率の測定
（１）硬度
１）前記実施例及び比較例に従って製造された研磨パッドのＳｈｏｒｅ Ｄ硬度を測定し、研磨パッドを２ｃｍ×２ｃｍ（厚さ：２ｍｍ）の大きさに切り出した後、温度２５℃及び湿度５０±５％の環境で１６時間静置した。以後、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｈｏｒｅ Ｈａｒｄｎｅｓｓ Ｔｅｓｔｅｒ ＨＰＥ ＩＩＩの硬度計（Ｄ型硬度計）を使用し、５ポイントを測定し、測定時間は３０秒の条件下で、研磨パッドの硬度を測定した。
（２）弾性モジュラス
前記実施例及び比較例に従って製造された研磨パッドのそれぞれに対して、万能試験機（ＵＴＭ、ＡＧ－Ｘ Ｐｌｕｓ（ＳＨＩＭＡＤＺＵ））を使用し、伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最高強度値を取得した後、取得した値を通じてＳｔｒａｉｎ－Ｓｔｒｅｓｓ曲線の２０～７０％の領域での傾きを計算した。
（３）伸び
前記実施例及び比較例に従って製造された研磨パッドのそれぞれに対して、万能試験機（ＵＴＭ、ＡＧ－Ｘ Ｐｌｕｓ（ＳＨＩＭＡＤＺＵ））を使用し、伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最大変形量を測定した後、最初の長さに対する最大変形量の割合を百分率（％）で示した。
（４）研磨率の測定
＜オキサイド（Ｏ）膜に対する研磨率＞
ＣＭＰ研磨装備を使用し、ＴＥＯＳ－プラズマＣＶＤ工程により酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜が形成さ直径３００ｍｍのシリコンウエハを設けた。以後、前記研磨パッドを貼り付けた定盤上にシリコンウエハの酸化ケイ素膜を下にしてセットした。以後、研磨荷重が１．４ｐｓｉとなるように調整し、研磨パッド上に研磨スラリー（セリアスラリー）を１９０ｍｌ／分の速度で投入しながら、定盤を１１５ｒｐｍで６０秒間回転させ、酸化珪素膜を研磨した。研磨後にシリコンウエハをキャリアから取り外し、回転式脱水機（ｓｐｉｎ ｄｒｙｅｒ）に装着し、精製水（ＤＩＷ）で洗浄した後、空気で１５秒間乾燥した。乾燥されたシリコンウエハを光干渉式厚さ測定装置（製造社：Ｋｙｅｎｃｅ社、モデル名：ＳＩ－Ｆ８０Ｒ）を使用し、研磨前後の厚さの差を測定した。以後、前記式（１）を使用して研磨率を計算した。
＜シリコンナイトライド（ＳｉＮ）膜に対する研磨率＞
ＣＭＰ研磨装備を使用し、ＣＶＤ工程によってＳｉＮ膜が形成された直径３００ｍｍのシリコンウエハを設けた。以後、前記研磨パッドを貼り付けた定盤上にシリコンウエハのＳｉＮ膜を下にしてセットした。以後、研磨荷重が１．４ｐｓｉとなるように調整して研磨パッド上に研磨スラリー（セリアスラリー）を１９０ｍｌ／分の速度で投入しながら、定盤を１１５ｒｐｍで６０秒間回転させ、ＳｉＮ膜を研磨した。研磨後にシリコンウエハをキャリアから取り外し、回転式脱水機（ｓｐｉｎ ｄｒｙｅｒ）に装着し、精製水（ＤＩＷ）で洗浄した後、空気で１５秒間乾燥した。乾燥されたシリコンウエハを光干渉式厚さ測定装置（製造社：Ｋｙｅｎｃｅ社、モデル名：ＳＩ－Ｆ８０Ｒ）を使用し、研磨前後の厚さの差を測定した。以後、前記式（１）を使用して研磨率を計算した。
＜数学式１＞
研磨率（Å／分）＝研磨前後の厚さの差（Å）／研磨時間（分）
前記物性測定方法により、実施例及び比較例の研磨パッドに対する物性及び前記研磨速度を測定し、その結果は、下記表2の通りである。
前記表2に示した値によると、実施例１～４の研磨パッドの場合、比較例に比べて硬度、モジュラス及び伸びにおいて一部違いがあった。特に研磨パッドの物性間の関係に係る式により、その値を確認した結果、実施例１は、式１による値が０．８７０であり、実施例２は、０．９０６であり、実施例３は、０．９４９であり、実施例４は、０．９１２であって、本発明の範囲内に含まれた。これに対し、比較例１は、０．５８９であり、比較例２は、１．２４９であって、本発明の範囲内に含まれなかった。
また、式２による値を確認した結果でも、実施例１は、０．８４０であり、実施例２は、０．８６３であり、実施例３は、０．８９５であり、実施例４は、０．８７３であって、本発明の範囲内に含まれた。これに対し、比較例１は、０．５８７であり、比較例２は、１．２８１であって、本発明の範囲内に含まれなかった。
前記式１及び２の値と共に、酸化膜及び窒化膜に対する研磨率を確認した結果によると、実施例１～４は、酸化膜に対して高い研磨率を示し、停止膜である窒化膜に対しては低い研磨率を示しており、研磨選択比が約３１～３３である。これに対し、比較例１及び２は、酸化膜に対する研磨率は、実施例に比べて低く、窒化膜に対する研磨率は実施例に比べて高いか等々な水準であり、研磨選択比が約２１．８または約４１．２であることが確認された。
試験例２
ディッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）測定
ＣＭＰ研磨装備を使用し、図２のようなパターンウエハ（ＳＫＷ３－１、パターン密度５０％）の直径３００ｍｍのシリコンウエハを設けた。以後、前記研磨パッドを貼り付けた定盤上にシリコンウエハの高密度プラズマ（ＨＤＰ）膜を下にしてセットした。以後、研磨荷重が４．０ｐｓｉとなるように調整して研磨パッド上に研磨スラリー（セリアスラリー）を３００ｍｌ／分の速度で投入しながら、定盤を８７ｒｐｍで６０秒間回転させ、ＨＤＰ膜を研磨した。研磨後にシリコンウエハをキャリアから取り外し、回転式脱水機（ｓｐｉｎ ｄｒｙｅｒ）に装着し、精製水（ＤＩＷ）で洗浄した後、空気で１５秒間乾燥した。乾燥されたシリコンウエハを光干渉式厚さ測定装置（製造社：Ｋｙｅｎｃｅ社、モデル名：ＳＩ－Ｆ８０Ｒ）を使用し、研磨前後の厚さの差を測定した。
本研磨で、酸化ケイ素膜の段差は１，２００～１，４００Åであり、窒化ケイ素膜の段差は１，０００Åであり、初期段差が削除されたことを確認した後、再び同一の研磨過程を４０秒間追加で行った（オーバーポリッシング）後、ディッシング程度を確認した。
前記ディッシング（Å）は、窒化ケイ素膜の最大高さから酸化ケイ素膜の最大高さまでの距離を測定したものである。
前記物性測定方法により、実施例及び比較例の研磨パッドの物性及び前記研磨パッドを用いた研磨工程を行った後、ディッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）を測定し、その結果は、下記表４の通りである。
式３及び式４を計算するために、比較例３の硬度（Ｈ、ｓｈｏｒｅ Ｄ）は５６であり、モジュラス（Ｍ、Ｎ／ｍｍ２）は１０２．１であり、伸び（Ｅ、％）は８０．３であり、比較例４の硬度（Ｈ、ｓｈｏｒｅ Ｄ）は５６．２であり、モジュラス（Ｍ、Ｎ／ｍｍ２）は１８２．７であり、伸び（Ｅ、％）は６６．３である。
前記表3によると、前記ように測定された硬度、モジュラス及び伸びを用いて式３を計算した結果、実施例1は、１．043であり、実施例５は、2．１４５であり、実施例3は、１．２４４であり、実施例4は、１．１３３であって、本発明の範囲内に含まれた。これに対し、比較例３は、０．９７７であり、比較例４は、１．５９４であって、本発明の範囲の値の未満であるか、超過である。
同一に、式４による値は、実施例1は、１．050であり、実施例2は、１．１６４であり、実施例3は、１．２７４であり、実施例4は、１．１４７であって、本発明の範囲内に含まれた。これに対し、比較例３及び４は、本発明の範囲の値に含まれなかった。
前記式３及び４の結果によってディッシング程度を確認した結果、本発明の実施例４及び７は、それぞれ１５Å、３１Å、２４Å及び－４Åであって、ディッシング発生程度が微微たるので、欠陥抑制効果に優れているが、比較例３は、２２７Åであり、比較例４は、１０５Åであって、実施例と大きい違いをあった。
本発明の実施例の場合、特定の範囲内の値を示すことを確認し、該当範囲内の値を示す場合、研磨速度の調節が可能であることを確認した。
以上で、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、後述の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及び改良形態も、本発明の権利範囲に属するものである。
１：シリコン基板
２：酸化膜
３：窒化膜
１０：研磨前の酸化膜の段差
２０：窒化膜の段差
３０：ライン
４０：スペース
５０：１次の研磨後の酸化膜の段差
５０：２次の研磨後の酸化膜の段差
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：コンディショナー

Claims (10)

  1. 研磨層を含み、
    下記式１による値が０．８～１であり
    前記研磨層は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤及び発泡剤を含む組成物を硬化させた硬化物を含む、酸化膜及び窒化膜含有の研磨対象を研磨するための研磨パッド。
    [式１]
    前記Ｈは、２ｃｍ×２ｃｍ（厚さ：２ｍｍ）の大きさに切り出した後、温度２５℃及び湿度５０±５％の環境で１６時間静置し後、Ｄ型硬度計を使用し、３０秒の測定条件下で測定された前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）であり、
    前記Ｍは、万能試験機及び伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最高強度値を取得した後、取得した値を通じてＳｔｒａｉｎ－Ｓｔｒｅｓｓ曲線の２０～７０％の領域での傾きを計算して導出された前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
    前記Ｅは、万能試験機及び伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最大変形量を測定した後、最初の長さに対する最大変形量の割合を百分率（％）で示した前記研磨層の伸び（％）である。
  2. 前記研磨層の下記式２による値が０．６～１．２である、請求項１に記載の研磨パッド。
    [式２]
    ここで、
    Ｈ、Ｍ及びＥは、請求項１と同一である。
  3. 前記研磨層の下記式３による値が１～１．７である、請求項１に記載の研磨パッド。
    [式３]
    ここで、
    Ｍ及びＥは、請求項１と同一である。
  4. 前記研磨層の下記式４による値が１～１．７である、請求項１に記載の研磨パッド。
    [式４]
    ここで、
    Ｍ及びＨは、請求項１と同一である。
  5. 前記研磨パッドの酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）及び窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）に対する研磨選択比（Ｏｘ ＲＲ／Ｎｔ ＲＲ）が２５～４０である、請求項１に記載の研磨パッド。
  6. 前記研磨パッドは、研磨工程によって対象膜が平坦度から外れる程度を測定したディッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）の絶対値が１～１００Åである、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を製造するステップと、
    ii）前記ウレタン系プレポリマー、発泡剤及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、
    iii）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を含み、
    前記研磨層の下記式１による値が０．８～１である、酸化膜及び窒化膜含有の研磨対象を研磨するための研磨パッドの製造方法。
    [式１]
    前記Ｈは、２ｃｍ×２ｃｍ（厚さ：２ｍｍ）の大きさに切り出した後、温度２５℃及び湿度５０±５％の環境で１６時間静置し後、Ｄ型硬度計を使用し、３０秒の測定条件下で測定された前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）であり、
    前記Ｍは、万能試験機及び伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最高強度値を取得した後、取得した値を通じてＳｔｒａｉｎ－Ｓｔｒｅｓｓ曲線の２０～７０％の領域での傾きを計算して導出された前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
    前記Ｅは、万能試験機及び伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最大変形量を測定した後、最初の長さに対する最大変形量の割合を百分率（％）で示した前記研磨層の伸び（％）である。
  8. 前記研磨層の下記式３による値が１～１．７である、請求項７に記載の研磨パッドの製造方法。
    [式３]
    ここで、
    Ｍ及びＥは、請求項７と同一である。
  9. １）研磨層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するステップとを含み、
    前記研磨層は、ウレタン系プレポリマー、硬化剤及び発泡剤を含む組成物を硬化させた硬化物を含み、
    前記研磨層は、下記式１による値が０．８～１であり、
    前記半導体基板の被研磨面は、酸化膜及び窒化膜を含む、半導体素子の製造方法。
    [式１]
    前記Ｈは、２ｃｍ×２ｃｍ（厚さ：２ｍｍ）の大きさに切り出した後、温度２５℃及び湿度５０±５％の環境で１６時間静置し後、Ｄ型硬度計を使用し、３０秒の測定条件下で測定された前記研磨層の研磨面の表面硬度（ｓｈｏｒｅ Ｄ）であり、
    前記Ｍは、万能試験機及び伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最高強度値を取得した後、取得した値を通じてＳｔｒａｉｎ－Ｓｔｒｅｓｓ曲線の２０～７０％の領域での傾きを計算して導出された前記研磨層の弾性モジュラス（Ｎ／ｍｍ２）であり、
    前記Ｅは、万能試験機及び伸び計を使用し、グリップ距離６０ｍｍ及び５００ｍｍ／分の速度でテストしながら、破断直前の最大変形量を測定した後、最初の長さに対する最大変形量の割合を百分率（％）で示した前記研磨層の伸び（％）である。
  10. 前記研磨層の下記式３による値が１～１．７である、請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
    [式３]
    ここで、
    Ｍ及びＥは、請求項９と同一である。
JP2021181530A 2020-11-06 2021-11-05 研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法 Active JP7437368B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200147984A KR102488115B1 (ko) 2020-11-06 2020-11-06 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR10-2020-0147984 2020-11-06
KR10-2020-0147994 2020-11-06
KR1020200147994A KR102488112B1 (ko) 2020-11-06 2020-11-06 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022075655A JP2022075655A (ja) 2022-05-18
JP7437368B2 true JP7437368B2 (ja) 2024-02-22

Family

ID=81362607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021181530A Active JP7437368B2 (ja) 2020-11-06 2021-11-05 研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11951591B2 (ja)
JP (1) JP7437368B2 (ja)
CN (1) CN114434318B (ja)
TW (1) TWI796825B (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004010487A (ja) 2002-06-03 2004-01-15 Nikko Materials Co Ltd 新規有機ケイ素化合物およびその製造方法並びにそれを用いる表面処理剤および樹脂添加剤
JP2004296591A (ja) 2003-03-26 2004-10-21 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
US20100184359A1 (en) 2009-01-16 2010-07-22 Jum-Yong Park Method for fabricating semiconductor device
JP2013078839A (ja) 2011-09-29 2013-05-02 Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc アクリレートポリウレタンケミカルメカニカル研磨層
JP2019188594A (ja) 2018-04-17 2019-10-31 エスケイシー・カンパニー・リミテッドＳｋｃ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 多孔質研磨パッドおよびその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000039843A1 (fr) 1998-12-25 2000-07-06 Hitachi Chemical Company, Ltd. Abrasif cmp, additif liquide pour abrasif cmp et procede de polissage de substrat
WO2004010487A1 (ja) * 2002-07-22 2004-01-29 Seimi Chemical Co., Ltd. 半導体用研磨剤、その製造方法及び研磨方法
JP2009117815A (ja) * 2007-10-18 2009-05-28 Jsr Corp 化学機械研磨パッドの製造方法
WO2016021317A1 (ja) * 2014-08-05 2016-02-11 Dic株式会社 ウレタン組成物及び研磨材
KR101835090B1 (ko) 2017-05-29 2018-03-06 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
KR102129664B1 (ko) * 2018-07-26 2020-07-02 에스케이씨 주식회사 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 연마방법
KR102177748B1 (ko) * 2019-11-28 2020-11-11 에스케이씨 주식회사 다공성 연마 패드 및 이의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004010487A (ja) 2002-06-03 2004-01-15 Nikko Materials Co Ltd 新規有機ケイ素化合物およびその製造方法並びにそれを用いる表面処理剤および樹脂添加剤
JP2004296591A (ja) 2003-03-26 2004-10-21 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
US20100184359A1 (en) 2009-01-16 2010-07-22 Jum-Yong Park Method for fabricating semiconductor device
JP2013078839A (ja) 2011-09-29 2013-05-02 Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc アクリレートポリウレタンケミカルメカニカル研磨層
JP2019188594A (ja) 2018-04-17 2019-10-31 エスケイシー・カンパニー・リミテッドＳｋｃ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 多孔質研磨パッドおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI796825B (zh) 2023-03-21
CN114434318B (zh) 2024-06-14
JP2022075655A (ja) 2022-05-18
US20220143778A1 (en) 2022-05-12
TW202219100A (zh) 2022-05-16
CN114434318A (zh) 2022-05-06
US11951591B2 (en) 2024-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7291986B2 (ja) 研磨パッドおよびこれを用いた半導体素子の製造方法
JP7286228B2 (ja) 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
JP7286227B2 (ja) 研磨パッドおよびこれを用いた半導体素子の製造方法
JP7333845B2 (ja) 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
JP7231704B2 (ja) 研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びこれを用いた半導体素子の製造方法
JP7286226B2 (ja) 研磨パッドおよびこれを用いた半導体素子の製造方法
JP7437368B2 (ja) 研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法
TWI758913B (zh) 研磨墊、其製備方法及使用其之半導體裝置的製備方法
KR102488112B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102488115B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
JP7437473B2 (ja) 研磨パッドのリフレッシュ方法、これを用いた半導体素子の製造方法および半導体素子の製造装置
KR102420673B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
TWI857279B (zh) 拋光墊、拋光墊的製備方法及利用其的半導體裝置的製造方法
KR102721631B1 (ko) 연마패드의 리프레쉬 방법, 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 및 반도체 소자의 제조 장치
JP7383071B2 (ja) 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
KR102423956B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102421888B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221025

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230125

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230718

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231018

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240130

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240209

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7437368

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150