(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通ホールが形成された研磨層と、
前記貫通ホール内に挿入されたウィンドウとを含み、
前記ウィンドウと前記研磨層との湿潤硬度差が０．１ショアＤ〜１２ショアＤ（shore D）であり、
前記湿潤硬度は、水に３０分間浸漬した後に測定した表面硬度であり、
前記ウィンドウと研磨層との湿潤硬度減少率の差が１ショアＤ／℃〜５ショアＤ／℃であり、
前記湿潤硬度減少率が下記数学式１で計算される、
［数１］
0006912599.tif 000008
る、研磨パッド。
【請求項２】
前記ウィンドウは、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度減少率が２０ショアＤ／℃〜２５ショアＤ／℃である、
請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記研磨パッドは、３０℃〜７０℃の温度範囲において、ウィンドウと研磨層との硬度偏差が０．１％〜１３％であり、
前記硬度偏差が下記数学式２で計算される、
［数２］
0006912599.tif 000009
請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記ウィンドウと前記研磨層との湿潤硬度差が０．１ショアＤ〜１０ショアＤである、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記研磨層は、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が４５ショアＤ〜６５ショアＤであり、
前記ウィンドウは、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が５０ショアＤ〜７５ショアＤである、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記研磨層が第１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層組成物から形成されたものであり、
前記ウィンドウが第２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から形成されたものであり、
前記第１ウレタン系プレポリマーと前記第２ウレタン系プレポリマーとの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量の差が０．４重量％〜１．０重量％である、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項７】
前記第１ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量が７．５重量％〜９．５重量％であり、
前記第２ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量が８．１重量％〜９．０重量％である、請求項６に記載の研磨パッド。
【請求項８】
前記研磨層の摩耗率が、前記ウィンドウの摩耗率の８０％〜１００％である、請求項1に記載の研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実現例は、研磨層と類似の硬度を有するウィンドウを含む研磨パッドに関するものであり、前記研磨パッドは、研磨層と類似の硬度および研磨速度を有するウィンドウを含み、化学機械的平坦化（chemical mechanical planarization、ＣＭＰ）工程中に発生するウェーハのスクラッチを防止する効果がある。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ研磨パッドは、半導体製造工程中のＣＭＰ工程において重要な役割を果たす必須的な資材として、ＣＭＰ性能の実現に重要な役割を担っている。前記ＣＭＰ工程は、半導体ウェーハの被着面を平坦化することにより、後続加工の利便性を図る工程である。このようなＣＭＰ工程において、半導体ウェーハが所望の程度に研磨されたときを決定する終点検出技術が多数提案されている。例えば、半導体ウェーハを光学的に検査して研磨終点を決定する技術が提案された。前記光学的検査は、研磨状況などを検知できる透明なウィンドウを研磨パッドに形成し、前記ウィンドウを介してレーザなどの光信号を用いて行うことができ、平坦化工程中に表面の反射率変化により終点を検出することになる。
【０００３】
前記ウィンドウは、通常、透過率を高めるために、研磨層とは異なり微細構造およびパターンがなく透明に製造される（特許文献１を参照）。しかし、このようなウィンドウの構造的特性のため、ＣＭＰ工程中に研磨層とウィンドウとの研磨速度および硬度などのような物性の差が生じ、これに起因してＣＭＰ工程中のウェーハにスクラッチなどの表面欠陥を引き起こし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】大韓民国登録特許第１０−０７０７９５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、実現例の目的は、研磨層と類似の硬度および研磨速度を有するウィンドウを含み、ＣＭＰ工程中の半導体ウェーハにスクラッチなどの表面欠陥の発生を防止すできる研磨パッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実現例によると、貫通ホールが形成された研磨層と、前記貫通ホール内に挿入されたウィンドウとを含み、前記ウィンドウと前記研磨層との湿潤硬度差が０．１ショアＤ〜１２ショアＤ（shore D）であり、前記湿潤硬度は水に３０分間浸漬した後に測定した表面硬度である、研磨パッドが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
前記実現例による研磨パッドは、研磨層と類似の硬度および研磨速度を有するウィンドウを含み、ＣＭＰ工程中の半導体ウェーハにスクラッチなどの表面欠陥の発生を防止することができる。
【０００８】
また、前記実現例による研磨パッドの研磨層とウィンドウとは、温度による硬度変化率が類似しており、ＣＭＰ工程中に変化する温度によっても類似の硬度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実現例に係る研磨パッドの断面図である。
【図２】図２は、一実現例に係る研磨パッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
一実現例に係る研磨パッドは、貫通ホールが形成された研磨層と、前記貫通ホール内に挿入されたウィンドウとを含み、ここで、前記ウィンドウと前記研磨層との湿潤硬度差が０．１ショアＤ〜１２ショアＤであり、前記湿潤硬度は水に３０分間浸漬した後測定した表面硬度である。
【００１１】
図１を参照すると、一実現例の研磨パッドは、貫通ホール２０１が形成された研磨層１０１と、前記貫通ホール内に挿入されたウィンドウ１０２とを含む。
【００１２】
＜ウィンドウ＞
前記ウィンドウは、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が５０ショアＤ〜７５ショアＤであり得る。具体的に、前記ウィンドウは３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が５０ショアＤ〜６５ショアＤ、５２ショアＤ〜６５ショアＤ、５２ショアＤ〜６３ショアＤ、または６０ショアＤ〜７５ショアＤであり得る。
【００１３】
前記ウィンドウは、３０℃における湿潤硬度が６０ショアＤ〜７５ショアＤであり得る。また、前記ウィンドウは、５０℃における湿潤硬度が５６ショアＤ〜６８ショアＤであり得る。さらに、前記ウィンドウは、７０℃における湿潤硬度が５０ショアＤ〜６６ショアＤであり得る。具体的に、前記ウィンドウは、３０℃における湿潤硬度が６０ショアＤ〜６３ショアＤであり、５０℃における湿潤硬度が５５ショアＤ〜５８ショアＤであり、７０℃における湿潤硬度が５０ショアＤ〜５３ショアＤであり得る。
【００１４】
前記ウィンドウは、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度減少率が２０ショアＤ／℃〜２５ショアＤ／℃であり、前記湿潤硬度減少率は、下記数学式（１）で計算され得る。具体的に、前記ウィンドウは３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度減少率が２１ショアＤ／℃〜２３ショアＤ／℃であり得る。
【００１５】
[数１]
0006912599.tif 000002
【００１６】
前記ウィンドウは、第２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から形成されたものであり得る。前記第２ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量は、８．１重量％〜９．０重量％であり得る。具体的に、前記第２ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量は、８．５重量％〜９．０重量％であり得る。
【００１７】
プレポリマー（prepolymer）とは、一般に、一種の最終成形品を製造するにおいて、成形しやすいように重合度を中間段階で中止させた比較的低い分子量を有する高分子のことを意味する。プレポリマーは、それ自体で、または異なる重合性化合物と反応させた後に成形することができる。具体的に、前記ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート化合物とポリオールとを反応させて調製されたものであり、未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）を含み得る。
【００１８】
前記硬化剤は、アミン化合物およびアルコール化合物中の１種以上であり得る。具体的に、前記硬化剤は、芳香族アミン、脂肪族アミン、芳香族アルコール、および脂肪族アルコールからなる群より選択される１つ以上の化合物を含み得る。例えば、前記硬化剤は、４，４'−メチレンビス（２−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、ジエチルトルエンジアミン（diethyltoluenediamine、ＤＥＴＤＡ）、ジアミノジフェニルメタン（diaminodiphenyl methane）、ジアミノジフェニルスルホン（diaminodiphenyl sulphone）、ｍ−キシリレンジアミン（m-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アミン（triethylenetetramine）、ポリプロピレンジアミン(polypropylenediamine)、ポリプロピレントリアミン（polypropylenetriamine）、エチレングリコール（ethyleneglycol）、ジエチレングリコール（diethyleneglycol）、ジプロピレングリコール（dipropyleneglycol）、ブタンジオール(butanediol)、ヘキサンジオール(hexanediol)、グリセリン（glycerine）、トリメチロールプロパン（trimethylolpropane）、ビス（４−アミノ−３−クロロフェニル）メタン（bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane）からなる群より選択される１種以上であり得る。
【００１９】
前記ウィンドウは、前記研磨層の貫通ホールと同一大きさを有し得る。
【００２０】
前記ウィンドウは無発泡体であり、ウィンドウ内に微細気泡が存在しないので、研磨液が研磨パッド内に浸透する可能性が減り、これにより光学終点検出の精度が向上し、光透過領域の損傷を防止することができる。
【００２１】
前記ウィンドウは４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対する光透過率が２０％以上、または３０％以上であり得る。
【００２２】
＜研磨層＞
前記研磨層は、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が４５ショアＤ〜６５ショアＤであり得る。具体的に、前記研磨層は、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が５０ショアＤ〜６５ショアＤ、または５０ショアＤ〜６１ショアＤであり得る。
【００２３】
前記研磨層は、３０℃における湿潤硬度が５５ショアＤ〜６５ショアＤであり得る。また、前記研磨層は、５０℃における湿潤硬度が５０ショアＤ〜６０ショアＤであり得る。さらに、前記研磨層は、７０℃における湿潤硬度が４５ショアＤ〜５５ショアＤであり得る。具体的に、前記研磨層は、３０℃における湿潤硬度が５５ショアＤ〜６１ショアＤであり、５０℃における湿潤硬度が５３ショアＤ〜５６ショアＤであり、７０℃における湿潤硬度が５０ショアＤ〜５３ショアＤであり得る。
【００２４】
前記研磨層は、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度減少率が２０ショアＤ／℃〜３０ショアＤ／℃であり、前記湿潤硬度減少率は、下記数学式（１）で計算され得る。具体的に、前記研磨層は、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度減少率が２３ショアＤ／℃〜２７ショアＤ／℃であり得る。
【００２５】
［数１］
0006912599.tif 000003
【００２６】
前記研磨層は、第１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層組成物から形成されたものであり得る。前記第１ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量は、７．５重量％〜９．５重量％であり得る。具体的に、前記第１ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量は、８．０重量％〜８．５重量％であり得る。
【００２７】
前記ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート化合物とポリオールとを反応させて調製されたものであり、未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）を含み得る。
【００２８】
前記第１ウレタン系プレポリマーと前記第２ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量の差が０．４重量％〜１．０重量％であり得る。具体的に、前記第１ウレタン系プレポリマーと前記第２ウレタン系プレポリマーとの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量の差が０．５重量％〜０．８重量％であり得る。
前記硬化剤は、前記ウィンドウにて説明した通りである。
【００２９】
前記発泡剤は、研磨パッドの空隙形成に通常使用されるものであれば特に制限しない。例えば、前記発泡剤は、空隙を有する固相発泡剤、揮発性の液体が満たされている液状発泡剤および不活性ガスからなる群より選択された１種以上であり得る。
【００３０】
前記研磨層の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．８ｍｍ〜５．０ｍｍ、１．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、または１．０ｍｍ〜３．０ｍｍであり得る。
【００３１】
具体的な一例として、前記研磨層が第１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層組成物から形成されたものであり、前記ウィンドウが第２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から形成されたものであり、前記第１ウレタン系プレポリマーと第２ウレタン系プレポリマーと未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量の差が０．４重量％〜１．０重量％であり得る。
【００３２】
また、前記第１ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量が７．５重量％〜９．５重量％であり、前記第２ウレタン系プレポリマーの未反応イソシアネート基（ＮＣＯ）の含有量が８．１重量％〜９．０重量％であり得る。
【００３３】
＜ウィンドウおよび研磨層の物性＞
前記ウィンドウと前記研磨層との湿潤硬度差は、０．１ショアＤ〜１２ショアＤであり得る。具体的に、前記ウィンドウと前記研磨層との湿潤硬度差は０．１ショアＤ〜１０ショアＤであり得る。より具体的に、前記ウィンドウの湿潤硬度は、前記研磨層の湿潤硬度よりも、０．１ショアＤ〜１０ショアＤ、０．１ショアＤ〜８ショアＤ、０．５ショアＤ〜８ショアＤ、または１ショアＤ〜５ショアＤの分より大きくてもよい。
【００３４】
ウィンドウと研磨層との湿潤硬度差が前記範囲内であると、ＣＭＰ工程中にウェーハの表面損傷を防止するのに有利であり、ウィンドウの変形によって研磨パッド内に研磨液が浸透して終点検出時にエラーが発生することを最小限に抑えられる。
【００３５】
また、前記研磨層は、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が４５ショアＤ〜６５ショアＤであり、前記ウィンドウは、３０℃〜７０℃の温度範囲における湿潤硬度が５０ショアＤ〜７５ショアＤであり得る。
【００３６】
また、前記ウィンドウと研磨層との湿潤硬度減少率の差は、１ショアＤ／℃〜５ショアＤ／℃であり得、この際、湿潤硬度減少率は、前記数学式（１）で計算され得る。具体的に、前記ウィンドウと研磨層との湿潤硬度減少率の差は、１ショアＤ／℃〜３ショアＤ／℃、２ショアＤ／℃〜４ショアＤ／℃、または３ショアＤ／℃〜５ショアＤ／℃であり得る。
【００３７】
前記研磨パッドは、３０℃〜７０℃の温度範囲において、ウィンドウと研磨層との硬度偏差が０．１％〜１３％であり、前記硬度偏差は下記数学式（２）で計算され得る。具体的に、前記研磨パッドは、３０℃〜７０℃の温度範囲において、ウィンドウと研磨層との硬度偏差が０．１％〜１０％、０．５％〜１０％、１％〜８％、または２％〜７％であり得る。
【００３８】
［数２］
0006912599.tif 000004
【００３９】
ウィンドウと研磨層との湿潤硬度偏差が前記範囲内であると、ＣＭＰ工程中に変化する温度によっても類似の硬度を維持することができ、ＣＭＰ工程中ウェーハにスクラッチなどの表面欠陥の発生をさらに防止することができる。
【００４０】
前記ウィンドウの摩耗率は、前記研磨層の摩耗率と同じか若干高くてもよい。この場合、一定時間の研磨進行後、ウィンドウ部分のみ突出して、研磨されるウェーハにスクラッチを発生させる問題を防止することができる。具体的に、前記研磨層の摩耗率は、前記ウィンドウ摩耗率の８０％〜１００％であり得る。より具体的に、前記研磨層の摩耗率は、前記ウィンドウ摩耗率の９０％〜１００％であり得る。
【００４１】
この際、前記摩耗率は、摩耗試験機（例えば、ＴＡＢＥＲ社のモデル名１７４）を用いて、荷重１０００ｇ、摩耗輪Ｈ−２２、１０００回の回転による研磨の際、研磨前の重量に対する研磨後の摩耗した重量の百分率で計算され得る。
【００４２】
（実施例）
以下、実施例によりさらに詳細に説明する。但し、下記実施例は、例示のためのものであるのみ、これらに範囲が限定されるものではない。
【００４３】
（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、不活性ガスおよび反応速度調整剤の投入ラインが備えられているキャスティング装置において、プレポリマータンクに未反応ＮＣＯの含有量が８．０重量％であるＰＵＧＬ−４５０Ｄ（ＳＫＣ社製）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、イシハラ社製）を充填し、反応速度調整剤としてＡ１（Airproduct社製）を用意し、不活性ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）を用意した。
【００４４】
前記各々の投入ラインを介して、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、不活性ガスおよび反応速度調整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。この際、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で合わせ、合計投入量を１０ｋｇ／分の速度で維持した。また、前記ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して０．５重量部の反応速度調整剤を混入し、前記ウレタン系プレポリマー総体積の２０％の体積でアルゴンガスを投入した。撹拌された原料をモールド（横１０００ｍｍ、縦１０００ｍｍ、高さ３ｍｍ）に吐出し、固相化してシート状の研磨層を得た。
その後、前記研磨層は、表面切削過程を経て平均厚さ２ｍｍに調節された。
【００４５】
［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％であるＰＵＧＬ−５００Ｄ（ＳＫＣ社製）を使用し、原料中に不活性ガスを投入せず、その他の撹拌済の原料をモールド（横１０００ｍｍ、縦１０００ｍｍ、高さ５０ｍｍ）に吐出したことを除いては、前記段階１−１と同様の方法によりケーキ（ｃａｋｅ）状のウィンドウを得た。
【００４６】
その後、前記ケーキを切削して、平均厚さ１．９ｍｍのシート状の２０枚のウィンドウを得た。前記シート状のウィンドウを打抜して横２０ｍｍ、縦６０ｍｍ、厚さ１．９ｍｍのウィンドウを製造した。
【００４７】
［１−３：支持層］
１．１Ｔ厚さの不織布タイプの支持層（製造社：ＰＴＳ、製品名：ＮＤ−５４００Ｈ）を使用した。
【００４８】
［１−４：研磨パッドの製造］
前記段階１−１で得られた研磨層を、横２０ｍｍおよび縦６０ｍｍに穿孔して第１貫通ホールを形成し、前記段階１−３で得られた支持層を横１６ｍｍおよび縦５６ｍｍに穿孔して第２貫通ホールを形成した。その後、前記支持層の一面に、前記研磨層をホットメルトフィルム（製造社：ＳＫＣ、製品名：ＴＦ−００）を使用して１２０℃にて熱融着した。前記支持層の他面に両面接着テープ（製造社：３Ｍ、製品名：４４２ＪＳ）を貼り付け、前記第２貫通ホールの分の前記両面接着テープを切断し除去して第３貫通ホールを形成した。前記第１貫通ホールに前記段階１−２で得られたウィンドウを挿入し、前記両面接着テープに接着して研磨パッドを製造した（図２参照）。
【００４９】
（実施例２）
ウィンドウ製作の際、ウレタン系プレポリマーとして未反応ＮＣＯの含有量が９．１重量％であるＰＵＧＬ−５５０Ｄ（ＳＫＣ社製）を使用したことを除いては、実施例１と同様の方法により研磨パッドを製造した。
【００５０】
（比較例１）
ウィンドウ製作の際、ウレタン系プレポリマーとして未反応ＮＣＯの含有量が８．０重量％であるＰＵＧＬ−４５０Ｄ（ＳＫＣ社製）を使用したことを除いては、実施例１と同様の方法により研磨パッドを製造した。
【００５１】
（試験例：温度別湿潤硬度測定）
実施例１、２、および比較例１において製造した研磨層およびウィンドウを２ｃｍ×２ｃｍ（厚さ：２ｍｍ）の大きさに切った後、３０℃、５０℃または７０℃の水に浸漬して３０分後に硬度計（Ｄ型硬度計）を使用して硬度を測定した。測定結果は下記表１に示した。
【００５２】
測定した湿潤硬度から、各温度別にウィンドウと研磨層との湿潤硬度の差を計算し、硬度偏差を下記数学式（２）で計算し、湿潤硬度減少率を下記数学式（１）で計算した。計算結果は下記表１に示した。
【００５３】
［数１］
0006912599.tif 000005
【００５４】
［数２］
0006912599.tif 000006
【００５５】
【表１】
0006912599.tif 000007
【００５６】
表１に示すように、実施例１および２の研磨パッドは、研磨層とウィンドウとの湿潤硬度差が１２ショアＤ以下と小さく、特に、実施例１の研磨パッドは、研磨層とウィンドウとの湿潤硬度差が３ショアＤ以下と非常に小さかった。一方、比較例１の研磨パッドは、研磨層とウィンドウとの湿潤硬度差が最大１６．４ショアＤと測定され、前記比較例１の研磨パッドをもってＣＭＰ工程を行う場合、ウェーハ表面にスクラッチなどの表面欠陥が誘発される問題が発生し得る。
【００５７】
また、実施例１の研磨パッドは、研磨層とウィンドウとの硬度偏差が６％未満と著しく小さいが、比較例１の研磨パッドは、研磨層とウィンドウとの硬度偏差が最大３０％以上と非常に高かった。
【００５８】
さらに、実施例１および２の研磨パッドは、研磨層とウィンドウとの湿潤硬度減少率が類似しており、これによってＣＭＰ工程中に変化する温度によっても類似の硬度を維持することができ、ウェーハ表面にスクラッチなどの表面欠陥の発生が防止される効果がある。一方、比較例１の研磨パッドは、研磨層とウィンドウとの湿潤硬度減少率が２０ショアＤ／℃以上の差を有している。
【符号の説明】
【００５９】
１０１：研磨階
１０２：ウィンドウ
１０３：接着層
１０４：支持層
２０１：貫通ホールまたは第１貫通ホール
２０２：第２貫通ホール
２０３：第３貫通ホール
【図１】
0006912599.tif 000010
【図２】
0006912599.tif 000011