(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨領域と、透明な窓材からなる光透過領域とをパッド面内に有するケミカルメカニカル研磨用の研磨パッドにおいて、
窓材は、窓面内に屈折率の高い領域と低い領域を有し、各領域は、窓面に垂直な断面内で交互に縞状に配置されている研磨パッド。
【請求項２】
窓材を構成する屈折率の高い領域と低い領域の窓面内での配置は、屈折率の高い領域をフレネルゾーンプレートの明部に対応させ、屈折率の低い領域をフレネルゾーンプレートの暗部に対応させたフレネルゾーンプレート配置である請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
窓材に屈折率の高い領域が占める割合は、窓面内での面積比で１５％以上９０％以下である請求項１または２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
窓材の屈折率の高い領域は、窓面に垂直な方向を軸方向とする円柱状に形成され、この円柱の直径が５０μｍ以上２０００μｍ以下である請求項１記載の研磨パッド。
【請求項５】
フレネルゾーンプレート配置となっている屈折率の高い領域と低い領域の配置を複数個有し、フレネルゾーンプレートの明部をなす最も外側のリングの直径が３００μｍ以上２０００μｍ以下であり、この最も外側のリングの幅は１０μｍ以上２００μｍ以下である請求項２記載の研磨パッド。
【請求項６】
フレネルゾーンプレート配置となっている屈折率の高い領域と低い領域の配置を１個有する請求項２記載の研磨パッド。
【請求項７】
窓材は架橋高分子からなり、屈折率の高い領域は屈折率の低い領域よりも架橋高分子の架橋度が高い請求項１乃至６のいずれか１項に記載の研磨パッド。
【請求項８】
窓材の研磨面側の窓面が研磨面と同一平面内にあり、窓材の少なくとも研磨面側の部分は研磨面と同等以下の硬度を有し、その硬度差はｓｈｏｒｅ−Ｄ硬度で２０以下である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の研磨パッド。
【請求項１３】
研磨領域と、透明な窓材からなる光透過領域とをパッド面内に有するケミカルメカニカル研磨用の研磨パッドにおいて、
研磨面の反対側の面が光透過性の支持体に固定され、光透過領域に形成された開口部に光透過性のシートが配置され、このシートの全面が光透過性の接着剤で前記支持体に接着されており、
前記シートは、シート面内に屈折率の高い領域と低い領域を有し、各領域は、シート面に垂直な断面内で交互に縞状に配置されていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項１４】
研磨パッドの光透過領域を介して被研磨物に、単一波長のレーザ光あるいはバンドパスフィルタを通した波長幅の狭い光を照射する光照射手段と、ウエハからの反射光のうち前記光透過領域を透過した光を受光する受光手段と、受光手段からの受光信号に応じて研磨終点を検知する終点検知手段とを備えた研磨装置において、
研磨パッドは請求項１乃至８のいずれか１項に記載の研磨パッドである研磨装置。
【請求項１５】
単一波長のレーザ光あるいはバンドパスフィルタを通した波長幅の狭い光を、研磨パッドの光透過領域を通してウエハ表面に照射し、同じ光透過領域を通してウエハからの反射光をモニタする研磨終点検知方法において、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の研磨パッドを使用することを特徴とする研磨終点検知方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ケミカルメカニカル研磨用の研磨パッドに関する。
背景技術
半導体装置を製造する際には、ウエハ表面に導電性膜を形成した後にフォトリソグラフィ、エッチング等を行って配線層を形成する工程や、配線層の上に層間絶縁膜を形成する工程等が行われる。これらの工程によってウエハ表面に凹凸が生じる。近年、半導体集積回路の高密度化を目的として、配線の微細化や多層配線化が進んでいるが、これに伴い、ウエハ表面の凹凸を平坦化する技術が重要となってきた。
ウエハ表面の凹凸を平坦化する方法としては、従来、ケミカルメカニカル研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下「ＣＭＰ」と称する）法が採用されている。ＣＭＰ法は、砥粒を液体に分散させたスラリーを研磨液として用い、ウエハの被研磨面を研磨パッドの研磨面に押しつけた状態で研磨する研磨方法である。
ＣＭＰ法で使用する研磨装置は、例えば、図１に示すように、研磨パッド１を支持する研磨定盤２と、被研磨材（ウエハ）５を支持する支持台６と、研磨液の供給機構１０とを備えている。研磨パッド１は、研磨定盤２に両面テープ等で固定される。研磨定盤２と支持台６とは、研磨パッド１と被研磨材５が対向するように配置され、それぞれに回転軸８，９を備えている。また、支持台６側には、被研磨材５を研磨パッド１に押しつけるための加圧機構が設けてある。
ウエハ表面をＣＭＰ法で研磨する際には、研磨を中断することなく、研磨終点（ウエハの表面構造や絶縁膜の厚さが希望する状態となった時点）を検知することが求められている。この研磨終点検知方法として、レーザ光を研磨パッド越しにウエハ表面に照射して、ウエハからの反射光をモニタする方法がある。
表面に絶縁膜を有するウエハからの反射光には、ウエハ表面に存在する絶縁膜面で反射した第１の反射光と、絶縁膜とシリコン基板との境界面で反射した第２の反射光とが干渉して生じた干渉光が含まれている。この干渉光は、第１の反射光と第２の反射光の位相関係に応じた強度になっており、この位相関係はシリコン基板上の絶縁膜の厚さを示す。そのため、ウエハからの反射光をモニタして前記干渉光を解析することにより、研磨の終点を検知することができる。
この研磨終点検知方法については、例えば、日本国特開平９−７９８５号（ＵＳＰ５，９６４，６４３号）、ＷＯ９９／６４２０５号（本願の優先日後に行われた国際公開）、日本国特開平１０−８３９７７号（ＵＳＰ５，８９３，７９６号）、ＵＳＰ６，０４５，４３９号、日本国特表平１１−５１２９７７号（ＵＳＰ５，６０５，７６０号）に記載されている。
この方法で研磨終点検知を行うためには、研磨パッドに光透過領域を設ける必要がある。研磨パッドの光透過領域を通してウエハ表面にレーザ光を入射し、ウエハからの反射光のうちこの光透過領域を透過した光を検出器に向かわせる。
上記各文献にはこの光透過領域の設け方についての記載もある。例えば、研磨パッドの一部に貫通穴を開け、この穴に連続して厚さ方向に貫通する穴を定盤に開けて、これらの連続穴に透明なシートやプラグ等の窓材を取り付けている。この窓材としては、石英やポリウレタン等からなる均一構造の部材（積極的な屈折率分布を有していない部材）が使用されている。
しかしながら、これらの従来技術には、ウエハからの反射光を効率よく光検出器に入射させるという点で改善の余地がある。
ウエハの研磨では、終点まで研磨を行ったとしてもウエハ表面の凹凸が完全に無くなるということはないため、ウエハからの反射光は散乱光になっている。また、窓材の研磨面側の面が研磨面より凹んでいると、この凹部に滞留した研磨液でウエハからの反射光がさらに散乱される。窓材の研磨面側の面を研磨面と同じにすると、材質によっては窓材の研磨面側の面が研磨されるため、ウエハからの反射光はこの被研磨面でさらに散乱される。
したがって、窓材を介して研磨面に垂直な光を入射しても、ウエハからの反射光は研磨面に垂直な方向に揃ってはいない。そのため、この反射光が均一構造の窓材に入ると、この反射光の一部は、例えば定盤の前記貫通穴の内面で吸収されて、検出器に到達しない。
ウエハからの反射光を効率よく光検出器に入射させるために、光透過領域を広くすることも考えられるが、光透過領域を広めた分だけ研磨パッドの研磨面が狭くなる。すなわち、光透過領域を広くすることは研磨の均一性が低下することにつながるため、好ましくない。
なお、ＷＯ９９／６４２０５号には、レーザ光の入射および反射光の受光を光ファイバで行い、この光ファイバの一端を研磨パッドに設けた貫通穴に入れ、他端を研磨終点検知用の受光器に接続することが記載されている。すなわち、この例では、研磨パッドの光透過領域に窓材が取り付けられていない。
本発明の課題は、ＣＭＰ法の研磨終点検知のために研磨パッドの光透過領域に設ける透明な窓材を、大きさが小さくても、ウエハからの反射光を効率よく光検出器に入射させることができるような構成とすることである。
発明の開示
上記課題を解決するために、本発明は、研磨領域と、透明な窓材からなる光透過領域とをパッド面内に有するケミカルメカニカル研磨用の研磨パッドにおいて、窓材は、窓面内に屈折率の高い領域と低い領域を有し、各領域は、窓面に垂直な断面内で交互に縞状に配置されている研磨パッドを提供する。
本発明の研磨パッドの光透過領域に一方の面から光を入射すると、この光は、屈折率の高い領域と低い領域との境界で反射しながら、主に屈折率の高い領域内を研磨パッドの厚さ方向に進んで、他方の面から出射する。すなわち、この光透過領域への入射光が方向の揃っていない光であっても、この光は、光透過領域内で実質的に前記縞の長さ方向に沿って伝送される。
そのため、この光透過領域によれば、入射光が方向の揃っていない光である場合に、均一構造の窓材からなる光透過領域と比較して、光透過領域からの出射光の散乱の程度を小さくすることができる。従って、この研磨パッドによれば、均一構造の窓材からなる光透過領域を備えた研磨パッドよりも、研磨終点検知のための被研磨物からの反射光（方向の揃っていない光）を、効率よく光検出器に入射させることができる。
本発明の研磨パッドは、窓材を構成する屈折率の高い領域と低い領域のパッド面内での配置が、屈折率の高い領域をフレネルゾーンプレートの明部に対応させ、屈折率の低い領域をフレネルゾーンプレートの暗部に対応させたフレネルゾーンプレート配置であることが好ましい。
この研磨パッドの窓材は、屈折率の高い領域と低い領域との配置がフレネルゾーンプレート配置となっているため、前述のような、入射光が光透過領域内で実質的に前記縞の長さ方向に沿って伝送される作用（光導波作用）に加えて、フレネルゾーンプレートと同様の集光作用を有する。これにより、この研磨パッドの光透過領域に一方の面から光を入射すると、他方の面からの出射光は集光する。すなわち、この光透過領域への入射光が方向の揃っていない光であっても、この光透過領域からの出射光は集束光となる。
従って、この研磨パッドによれば、研磨終点検知のための被研磨物からの反射光（方向の揃っていない光）を、集束光として光透過領域から出射させることができる。そのため、この光透過領域は、均一構造の窓材からなる光透過領域と比較して、被研磨物からの反射光を効率よく光検出器に入射させることができる。さらに、本発明には含まれるがフレネルゾーンプレート配置を有さない窓材からなる光透過領域よりも、被研磨物からの反射光を効率よく光検出器に入射させることができる。
フレネルゾーンプレートは、図２に示すように、複数の同心円からなるパターンであって、各同心円を中心側から順に、第１の円Ｃ１、第２の円Ｃ２、第３の円Ｃ３・・・としたときに、このパターンの第１の円Ｃ１の内部に相当する第１領域Ｚ１、第１の円Ｃ１と第２の円Ｃ２との間に相当する第２領域Ｚ２、第２の円Ｃ２と第３の円Ｃ３との間に相当する第３領域Ｚ３・・・が、交互に明部（光を透過する領域）と暗部（光を遮る領域）になっている。また、各円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・の関係は、第ｎの円の半径Ｒｎが（２ｎ−１）の平方根に比例する関係にある。これにより、明部である各領域からの回折光が同位相で干渉し、集光作用を有するようになっている。
フレネルゾーンプレートの焦点距離は波長によって異なり、各同心円の半径Ｒｎと焦点距離Ｐと波長λとの関係は下記の（１）式で表すことができる。一般的には、入射光の波長λと所望の焦点距離Ｐをこの（１）式に代入して各同心円の半径Ｒｎを導出することで、所望の焦点距離を有するフレネルゾーンプレートを設計している。
Ｒｎ＝√（λ・Ｐ（２ｎ−１）／２）‥‥（１）
この（１）式は、例えば、「光工学（新訂増補版）」（著者：飯塚啓吾、１９８３年、共立出版株式会社発行）の６８ページに記載されている。
本発明におけるフレネルゾーンプレート配置の窓材についても、この（１）式から各同心円の半径Ｒｎを導出することで、所望の焦点距離を有する窓材を設計することができる。また、この窓材において、フレネルゾーンプレートの第１領域Ｚ１は屈折率の高い領域としてもよいし、屈折率の低い領域としてもよいが、屈折率の高い領域とすることが好ましい。第１領域Ｚ１を屈折率の高い領域とすると、第１領域Ｚ１を屈折率の低い領域とした場合と比較して、窓材内に屈折率の高い領域が多く配置されるため、より高い光導波作用が得られる。
また、本発明の研磨パッドの窓材は、屈折率の高い領域の屈折率をｎ１とし、屈折率の低い領域の屈折率をｎ２とすると、「（ｎ１−ｎ２）／ｎ１」で示される屈折率差が０．５％以上１０％以下が好ましく、１％以上１０％以下がより好ましい。屈折率差が小さすぎると光導波作用が小さくなる。
屈折率差が１０％を超える場合には、光導波特性は低下しないが、屈折率の高い領域と低い領域とで材料の比重や硬度等の物性に著しい差が生じるため、光透過領域をなす窓材の形成が難しくなる。また、屈折率の高い領域の屈折率（ｎ１）が大き過ぎると、光透過領域の表面で光が反射される割合が高くなるため好ましくない。
本発明の研磨パッドは、窓材に屈折率の高い領域が占める割合が、窓面内での面積比で１５％以上９０％以下であることが好ましい。前記割合が１５％未満であるか９０％を超えると光導波作用が不十分になる場合がある。光導波作用の大きさおよび光透過領域をなす窓材の作製の容易性を考慮すると、前記割合の好ましい範囲は２０％以上８０％以下であり、より好ましい範囲は５０％以上８０％以下である。
本発明の研磨パッドは、窓材の屈折率の高い領域が、窓面に垂直な方向を軸方向とする円柱状に形成され、この円柱の直径が５０μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましい。この研磨パッドによれば特に高い光導波作用が得られる。
前記直径が５０μｍより小さいと、屈折率の高い領域と低い領域との境界における光の回折が顕著となって、光導波作用が小さくなる。前記直径が２０００μｍを超える場合も光導波作用が小さくなる。前記直径は５０μｍ以上５００μｍ以下がより好ましく、７５μｍ以上２００μｍ以下がさらに好ましい。
本発明の研磨パッドであって、窓材の屈折率の高い領域と低い領域の配置がフレネルゾーンプレート配置となっている場合には、この配置を１つだけ有していても良いし、複数個有してもよい。この配置を複数個有する場合は、フレネルゾーンプレートの明部をなす最も外側のリングの直径が３００μｍ以上２０００μｍ以下であり、この最も外側のリングの幅は１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
最外部のリングの外径が３００μｍより小さい、もしくは最外部のリングの幅が１０μｍより小さいと、屈折率境界での回折の影響が大きくなって、フレネルゾーンプレートと同様の集光作用を得ることが困難になる。最外部のリングの外径が２０００μｍより大きい、もしくは最外部のリング形パターンの幅が２００μｍより大きいと、フレネルゾーンプレートと同様の集光作用を得ることが困難になる。
フレネルゾーンプレート配置を窓材に１個だけ有する構成にすると、受光器を小さくすることができるため、光透過領域にビーム径の大きな光が照射される場合には好ましい。これに対して、フレネルゾーンプレート配置を窓材に複数個有する構成にすると、集光点が複数存在するため、窓材の面内の一部にのみ反射光の入射があるような場合に、より確実に反射光を受光できる利点がある。
本発明の研磨パッドにおいて、光透過領域をなす窓材は架橋高分子からなることが好ましい。一般に、架橋高分子は、架橋度が高いほど密度が高いため、架橋性高分子を架橋させる際の架橋度を調節することにより、架橋高分子からなる部材に屈折率の変化を付与することができる。本発明の研磨パッドで、窓材が架橋高分子からなる場合には、屈折率の高い領域は屈折率の低い領域よりも架橋高分子の架橋度が高くなっている。
架橋高分子は化学的に安定であるため、架橋高分子からなる窓材は、ＣＭＰ法で使用する研磨液で侵され難い。さらに、架橋高分子の架橋度をコントロールすることによって屈折率の差を生じさせると、屈折率の高い領域と低い領域とは化学結合で強固に結合された状態になる。そのため、架橋高分子からなる窓材は、機械的変形が加えられた場合にも極めて壊れ難くなる。
本発明の研磨パッドの窓材を架橋高分子で形成する場合には、架橋性高分子として、例えば感光性高分子を使用することができる。感光性高分子に対して、屈折率のパット面での分布に応じ、屈折率の高い領域の架橋度が屈折率の低い領域の架橋度よりも高くなるように光を照射することにより、屈折率分布を有する窓材が得られる。
好適な感光性高分子としては、ポリウレタンアクリレート類、エポキシアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、不飽和ポリエステル類、ゴムアクリレート類、ポリアミド類、シリコンアクリレート類、アルキッドアクリレート類、環化ゴム類等が挙げられる。また、ポリブタジエン類は、耐酸性、耐アルカリ性に優れているため、ＣＭＰ法の研磨液での劣化が防止される点から好ましい。
また、これらの感光性高分子を含む樹脂組成物を使用してもよい。この場合、樹脂組成物の組成と、感光性高分子に対するモノマー（アクリレート類、メタクリレート類、あるいはビニル基を有する多官能モノマー類）の添加量を調整して、感光性高分子を所望の硬さにすることができる。
本発明の研磨パッドは、窓材の研磨面側の窓面が研磨面と同一平面内にあり、窓材の少なくとも研磨面側の部分は研磨面と同等以下の硬度を有し、その硬度差は、ｓｈｏｒｅ−Ｄ硬度で２０以下であることが好ましい。
この研磨パッドによれば、窓材の研磨面側の窓面が研磨面と同一平面内にあるため、窓材の前記窓面に研磨液が滞留し難くなる。なお、窓材の研磨面側の窓面に研磨液が滞留することを防止できる構造としては、窓面が研磨面より突出している構造も挙げられるが、この構造では均一な研磨ができなかったり、メンテナンスのためのドレッシングが困難となったり、被研磨面に疵が生じる原因になったりするという問題点がある。
また、この研磨パッドは、窓材の少なくとも研磨面側の部分の硬度が研磨面の硬度と同等以下であるため、研磨中に、窓材の研磨面側の窓面が研磨面より突出した状態にはならない。さらに、その硬度差がｓｈｏｒｅ−Ｄ硬度で２０以下であるため、研磨中に、窓材の窓面が研磨面より凹んだとしても、この凹み量を小さくすることができる。より好ましい硬度差はｓｈｏｒｅ−Ｄ硬度で１０以下である。また、窓材の少なくとも研磨面側の部分の硬度は、研磨中およびドレッシング中に破損が生じない硬度にする必要がある。
また、光透過性のシートであって、シート面内に屈折率の高い領域と低い領域を有し、各領域は、シート面に垂直な断面内で交互に縞状に配置されているシートを、本発明の研磨パッドの窓材として用いることができる。
このシートの一方の面に光を入射すると、この光は、屈折率の高い領域と低い領域との境界で反射しながら、主に屈折率の高い領域内をシートの厚さ方向に進んで、他方の面から出射する。すなわち、この光透過領域への入射光が方向の揃っていない光であっても、この光は、光透過領域内で実質的に前記縞の長さ方向に沿って伝送される。
また、上記構成のシートとしては、屈折率の高い領域と低い領域のシート面内での配置が、屈折率の高い領域をフレネルゾーンプレートの明部に対応させ、屈折率の低い領域をフレネルゾーンプレートの暗部に対応させたフレネルゾーンプレート配置であるシートが挙げられる。このシートは、屈折率の高い領域と低い領域の配置により、前述の光導波作用に加えて、フレネルゾーンプレートと同様の集光作用を有する。すなわち、このシートの一方の面に光を入射すると、他方の面からの出射光は集光する。
したがって、ＣＭＰ用研磨パッドの光透過領域に開口部を形成し、この開口部に、上記いずれかのシートを配置すれば、本発明の研磨パッドが容易に形成される。
これらのシートは、架橋性高分子の架橋度をシート面内で変化させることにより、屈折率の高い領域と屈折率の低い領域を形成する方法で製造することが好ましい。
本発明の研磨パッドとしては、研磨面の反対側の面が光透過性の支持体に固定され、光透過領域に形成された開口部に光透過性のシートが配置され、このシートの全面が光透過性の接着剤で前記支持体に接着されているものが挙げられる。
この研磨パッドによれば、シートの全面が接着剤で支持体に接着されているため、シートの縁部のみが支持体に接着されている研磨パッドと比較して、シートの裏面（定盤側に配置される面）に研磨液が浸入することが防止される。また、光透過性の支持体および接着剤を使用しているため、シートの裏面側から照射される光をシート内に確実に入射させることができる。
本発明はまた、この研磨パッドであって、前記シートが、シート面内に屈折率の高い領域と低い領域を有し、各領域は、シート面に垂直な断面内で交互に縞状に配置されていることを特徴とする研磨パッドを提供する。
本発明はまた、研磨パッドの光透過領域を介して被研磨物に、単一波長のレーザ光あるいはバンドパスフィルタを通した波長幅の狭い光を照射する光照射手段と、ウエハからの反射光のうち前記光透過領域を透過した光を受光する受光手段と、受光手段からの受光信号に応じて研磨終点を検知する終点検知手段とを備えた研磨装置において、研磨パッドは本発明の研磨パッドである研磨装置を提供する。
本発明はまた、単一波長のレーザ光あるいはバンドパスフィルタを通した波長幅の狭い光を、研磨パッドの光透過領域を通してウエハ表面に照射し、同じ光透過領域を通してウエハからの反射光をモニタする研磨終点検知方法において、本発明の研磨パッドを使用することを特徴とする研磨終点検知方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態について説明する。
［窓材の第１実施形態］
研磨パッドの光透過領域に設ける透明な窓材（シート）の第１実施形態について図３〜７を用いて説明する。
＜実施例１−１＞
この実施例の窓材は、図３に示す平面形状と図４に示す断面形状を有する。図４は図３のＡ−Ａ線断面図であって、この窓材の窓面に垂直な断面を示す。
この窓材１１は、窓面Ｍ内に、屈折率の高い領域１１ａと屈折率の低い領域１１ｂを有する。窓面Ｍに垂直な断面内では、屈折率の高い領域１１ａと屈折率の低い領域１１ｂとが交互に縞状に配置されている。屈折率の高い領域１１ａの屈折率ｎ１は１．５０であり、屈折率の低い領域１１ｂの屈折率ｎ２は１．４７である。屈折率の高い領域１１ａは、窓面Ｍに垂直な方向αを軸Ｓ方向とする円柱状に形成されている。
屈折率の高い領域１１ａの窓面Ｍ内での形状は円であり、この円は、窓面Ｍ内で格子状に配置されている。各円の直径は２００μｍであり、ピッチ（隣り合う円の中心間距離）は４００μｍである。この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、窓面Ｍ内での面積比で１９％である。また、この窓材１１のＳｈｏｒｅ−Ｄ硬度は４５である。
図４に示すように、この窓材１１の一方の窓面Ｍ１から光を入射すると、屈折率の高い領域１１ａに対する入射角θが開口数（ＮＡ）のアークｓｉｎより小さい光は、屈折率の高い領域１１ａと屈折率の低い領域１１ｂとの境界で繰り返し反射しながら、実質的に窓面Ｍに垂直な方向αに沿って伝送された後に、他方の窓面Ｍ２から出射される。なお、開口数（ＮＡ）は、領域１１ａ，１１ｂの屈折率ｎ１とｎ２からのみ決定される値である。
＜実施例１−２＞
この実施例の窓材は、図５に示す平面形状を有する。この窓材の窓面に垂直な断面（Ａ−Ａ線断面）は、図４と同じである。
この窓材１１において、屈折率の高い領域１１ａをなす円は、窓面Ｍ内で千鳥状に配置されている。各円の直径は５００μｍであり、ピッチは５３２μｍである。この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、窓面Ｍ内での面積比で８０％である。これ以外の点は実施例１−１と同じである。
＜実施例１−３＞
この実施例の窓材１１は、屈折率の高い領域１１ａをなす円の直径が４０μｍであり、ピッチが８０μｍである。この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、窓面Ｍ内での面積比で９１％である。これ以外の点は実施例１−１と同じである。
＜実施例１−４＞
この実施例の窓材は、図６に示す平面形状を有する。この窓材の窓面に垂直な断面（Ａ−Ａ線断面）は、図４と同じである。
屈折率の高い領域１１ａをなす円は、窓面Ｍ内で千鳥状に配置されている。円の大きさは、直径５００μｍと直径２１３μｍの２種類であって、ピッチは５０５μｍである。この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、窓面Ｍ内での面積比で９１％である。これ以外の点は実施例１−１と同じである。
＜窓材の作製方法＞
これらの実施例の窓材１１を以下の方法で作製した。先ず、図７に示すように、ガラス板１２上にフォトマスク１３を置く。フォトマスク１３には、作製する各窓材１１の屈折率の高い領域１１ａの配置に対応させて、円の繰り返しパターンが光透過部として描かれている。次に、このフォトマスク１３の上にポリエステルフィルム１４を置く、その上に感光性樹脂の液膜１５を形成する。この液膜１５の上にさらにポリエステルフィルム１６を置く。
感光性樹脂としては、印刷版製造用の液状感光性樹脂である旭化成工業（株）製の「ＡＰＲ（登録商標）Ｋ−１１」を使用した。この液体をポリエステルフィルム１４上に、ドクターブレードを用いて塗布し、液膜の厚さを１．４ｍｍに調整した。フォトマスク１３上のポリエステルフィルム１４は、フォトマスク１３に感光性樹脂が付着しないようにするために使用した。
この状態で、ガラス板１２の下側とポリエステルフィルム１６の上側の両側から、紫外線Ｕをそれぞれ１０００ｍＪ／ｃｍ２の条件で照射した。そのため、液膜１５の上面側からは全面に紫外線Ｕが照射され、下面側からは、フォトマスク１３の円形の光透過部に対応する部分のみに紫外線が照射される。
これにより、液膜１５をなす感光性樹脂は紫外線Ｕにより架橋されて架橋高分子となるが、液膜１５のフォトマスク１３の光透過部に対応する部分は、これ以外の部分よりも高い架橋度で架橋される。その結果、得られた架橋高分子からなるシートの屈折率は、フォトマスク１３の光透過部に対応する部分（屈折率の高い領域１１ａに対応する部分）がこれ以外の部分（屈折率の低い領域１１ｂに対応する部分）よりも高くなる。
このシートを切り出すことにより、５６ｍｍ×１８ｍｍ×厚さ１．４ｍｍの窓材１１を得た。
＜窓材の作製方法、比較例１の場合＞
図７に示す方法で、フォトマスク１３を配置しないで紫外線照射を行った。これ以外の点は第１実施形態と同じ方法で行った。これにより、全面が第１実施形態の屈折率の高い領域と同じ屈折率ｎ１になっているシートが得られた。  このシートを切り出すことにより、５６ｍｍ×１８ｍｍ×厚さ１．４ｍｍの窓材を得た。
＜各窓材の評価＞
実施例１−１〜１−４及び比較例１の窓材について、一方の窓面から拡散光を入射させたときの、他方の窓面からの出射光の状態を調べた。具体的には、窓材の一方の窓面に、ヘリウムネオンレーザビーム（発振波長６３３ｎｍ）のすりガラスを通した拡散光を入射させ、他方の窓面からの出射光を、薄い白色のスクリーンの表面に当てて、このスクリーンの裏側から、前記出射光（シートの透過光）の強度パターンを観察した。
その結果、実施例１−１，１−２では、窓材の光出射面とスクリーンの距離が約２ｃｍ以下の範囲で、屈折率の高い部分のパターンに対応した円形の明るいスポットパターンが確認できた。実施例１−３，１−４では、屈折率の高い部分のパターンに対応した円形の明るいスポットパターンは確認できなかった。
また、実施例１−１〜１−４の窓材（シート）は、前述の光導波作用を有することから、入射された拡散光を、散乱の程度を少なくして出射させることができるため、比較例１の均一構造の窓材（シート）と比較して、出射光の強度が高くなった。特に、実施例１−１，１−２では光導波作用が高いため、距離が約２ｃｍ以下の範囲で明るいスポットパターンが確認できた。
［窓材の第２実施形態］
研磨パッドの光透過領域に設ける透明な窓材（シート）の第２実施形態について図８〜１１を用いて説明する。
＜実施例２−１＞
この実施例の窓材は、図８に示す平面形状と図９に示す断面形状を有する。図９は図８のＡ−Ａ線断面図であって、この窓材のパッド面に垂直な断面を示す。
この窓材１１は、窓面Ｍ内に、屈折率の高い領域１１ａと屈折率の低い領域１１ｂを有する。窓面Ｍに垂直な断面内では、屈折率の高い領域１１ａと屈折率の低い領域１１ｂとが、交互に縞状に配置されている。屈折率の高い領域１１ａの屈折率ｎ１は１．５０であり、屈折率の低い領域１１ｂの屈折率ｎ２は１．４７である。
窓面Ｍ内での屈折率の高い領域１１ａと低い領域１１ｂの配置は、第１領域Ｚ１を明部（屈折率の高い領域１１ａ）としたフレネルゾーンプレート配置になっている。このフレネルゾーンプレート配置をなすフレネルゾーンプレートＦは、５個の同心円からなるパターンである。このフレネルゾーンプレートＦが、窓材１１の窓面Ｍ内に複数個、格子状に配置されている。隣り合うフレネルゾーンプレートＦの中心間距離は８４０μｍである。
各フレネルゾーンプレートＦをなす各同心円の半径は、焦点距離５０ｍｍ、波長６３３ｎｍとして前述の（１）式から算出した。各フレネルゾーンプレートＦにおいて、最外部のリングの外径（第５の円の直径）は７５５μｍであり、最外部のリングの幅（第５の円と第４の円との半径差）は４４μｍである。
この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、パッド面Ｍ内での面積比で３５％である。また、この窓材１１のＳｈｏｒｅ−Ｄ硬度は４５である。
図９に示すように、この窓材１１の一方の窓面Ｍ１から光を入射すると、フレネルゾーンプレートと同様の集光作用により、入射光が方向の揃っていない光であっても、他方の窓面Ｍ２からの出射光は、設計された焦点距離で集光する。
＜実施例２−２＞
この実施例の窓材１１は、基本的には実施例２−１と同じである。実施例２−１と異なる点を以下に述べる。
隣り合うフレネルゾーンプレートＦの中心間距離は２２１０μｍである。各フレネルゾーンプレートＦをなす各同心円の半径は、焦点距離３５１ｍｍ、波長６３３ｎｍとして前述の（１）式から算出した。各フレネルゾーンプレートＦにおいて、最外部のリングの外径（第５の円の直径）は２０００μｍであり、最外部のリングの幅（第５の円と第４の円との直径差）は１１８μｍである。この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、パッド面Ｍ内での面積比で３６％である。
＜実施例２−３＞
この実施例の窓材は図１０に示す平面形状を有する。この窓材の窓面に垂直な断面（Ａ−Ａ線断面）は、図９と同じである。
この窓材１１において、窓面Ｍ内での屈折率の高い領域１１ａと低い領域１１ｂの配置は、第１領域Ｚ１を明部（屈折率の高い領域１１ａ）としたフレネルゾーンプレート配置になっている。このフレネルゾーンプレート配置をなすフレネルゾーンプレートＦは、８１個の同心円からなるパターンである。このフレネルゾーンプレートＦが、窓材１１の窓面Ｍ内に１個配置されている。なお、図１０には第１１の円までが表示され、これより外側の円は省略されている。
フレネルゾーンプレートＦをなす各同心円の半径は、焦点距離５０５ｍｍ、波長６３３ｎｍとして前述の（１）式から算出した。フレネルゾーンプレートＦの最外部のリングの外径（第８１の円の直径）は１０．２ｍｍであり、最外部のリングの幅（第８０の円と第８１の円との半径差）は３２μｍである。
この窓材１１の窓面寸法は２．５ｍｍ×１０．２ｍｍであり、この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、窓面Ｍ内での面積比で４９％である。また、この窓材１１のＳｈｏｒｅ−Ｄ硬度は４５である。
＜実施例２−４＞
この実施例の窓材１１は、基本的には実施例２−１と同じである。実施例２−１と異なる点を以下に述べる。
隣り合うフレネルゾーンプレートＦの中心間距離は、２２１μｍである。各フレネルゾーンプレートＦをなす各同心円の半径は、焦点距離３．５ｍｍ、波長６３３ｎｍとして前述の（１）式から算出した。各フレネルゾーンプレートＦにおいて、最外部のリングの外径（第５の円の直径）は２００μｍであり、最外部のリングの幅（第５の円と第４の円との直径差）は１１μｍである。この窓材１１に屈折率の高い領域１１ａが占める割合は、パッド面Ｍ内での面積比で３６％である。
＜窓材の作製方法＞
フォトマスク１３として、作製する窓材１１毎に、屈折率の高い領域１１ａの窓面での配置に対応させたパターンが、光透過部として描かれているものを用い、図７に示す方法で紫外線照射を行った。また、実施例２−３については、シートの切断サイズを１０．２ｍｍ×２．５ｍｍとした。これ以外の点は第１実施形態と同じ方法で行った。
＜各窓材の評価＞
実施例２−１〜２−４の窓材について、一方の窓面から拡散光を入射させたときの他方の窓面からの出射光の状態を、第１実施形態と同じ方法で調べた。なお、光強度の検出は、窓材の光出射面からの距離が１００ｃｍの位置で行った。
その結果、実施例２−１では、窓材の光出射面とスクリーンの距離が約１０ｃｍ以下の範囲で、各フレネルゾーンプレートの集光作用による複数の明るいスポットからなるパターンが確認できた。実施例２−２では、窓材の光出射面とスクリーンの距離が約１００ｃｍ以下の範囲で、各フレネルゾーンプレートの集光作用による複数の明るいスポットからなるパターンが確認できた。
実施例２−３では、窓材の光出射面とスクリーンの距離が約１００ｃｍ以下の範囲で、フレネルゾーンプレートの集光作用による明るいスポットが確認できた。実施例２−４では、複数のスポットからなるパターンは確認できなかった。
光強度の検出値は、比較例１では３０ｎＷであり、実施例２−２では１２０ｎＷであり、実施例２−３では１３０ｎＷであった。
実施例２−１〜２−４の窓材（シート）は、拡散光を集束光として出射させることができるため、比較例１の均一構造の窓材（シート）と比較して、出射光の強度が高くなる。また、実施例２−１〜２−３は実施例２−４と比較して光導波作用が高く、良好な集光特性が得られた。
なお、フレネルゾーンプレート配置を窓材１１のパッド面内に複数個有する場合には、図１１に示すように、フレネルゾーンプレートＦのパターンが千鳥状に配置されていてもよい。また、フレネルゾーンプレート配置を窓材１１のパッド面内に複数個有する場合には、大きさの異なるフレネルゾーンプレートパターンが配置されていてもよい。
［窓材の第３実施形態］
図１２は、研磨パッドの光透過領域に設ける透明な窓材（シート）の第３実施形態を示す平面図である。図１３は、この窓材を構成するマルチコア型光ファイバを示す断面図である。図１３のＡ−Ａ線断面（図１２の窓材の窓面に垂直な断面に相当）は、図４と同じである。
この実施形態の窓材１１は、図１３に示すようなマルチコア型光ファイバ３を複数個束ねて接着剤４で固定した後に、この束を光ファイバ３の長さ方向に直角に、所定厚さでスライスすることにより作製される。マルチコア型光ファイバ３は、屈折率の高い領域１１ａに相当するコアを、屈折率の低い領域１１ｂに相当するクラッド内に多数有する。
したがって、この窓材１１は、窓面内に、各光ファイバ３毎に、屈折率の高い領域１１ａと屈折率の低い領域１１ｂを有する。図４に示すように、窓面Ｍに垂直な断面内では、屈折率の高い領域１１ａと屈折率の低い領域１１ｂとが、交互に縞状に配置されている。
図４に示すように、この窓材１１の一方の窓面Ｍ１から光を入射すると、マルチコア型光ファイバ３のコア（屈折率の高い領域）１１ａに対する入射角θが開口数（ＮＡ）のアークｓｉｎより小さい光は、コア１１ａ内を、実質的に窓面Ｍに垂直な方向αに沿って伝送された後に、他方の窓面Ｍ２から出射される。
マルチコア型光ファイバ３としては、例えば旭化成工業株式会社製のマルチコア型プラスチック光ファイバ「マルチコア（登録商標）ＰＯＦ（登録商標）Ｍグレード」（芯径：１ｍｍ、開口数（ＮＡ）：０．５、コア数：２１７、コアの屈折率：１．４９、クラッドの屈折率：１．４１）を使用することができる。
この光ファイバを多数本最密充填構造に束ねて、内面寸法が５６ｍｍ×１８ｍｍである枠に入れ、光ファイバの束と枠との隙間に屈折率１．４１の無溶剤型シリコン樹脂を充填した。これを厚さ１．４ｍｍにスライスすることにより、５６ｍｍ×１８ｍｍ×厚さ１．４ｍｍの窓材１１を得た。
この窓材１１について、一方の窓面から拡散光を入射させたときの他方の窓面からの出射光の状態を、第１実施形態と同じ方法で調べた。その結果、窓材の光出射面とスクリーンの距離が約２ｃｍ以下の範囲で、マルチコア型光ファイバの各コアの配置に対応した、複数の明るいスポットからなるパターンが確認できた。
また、この窓材１１は、前述の光導波作用を有することから、入射された拡散光を、散乱の程度を少なくして出射させることができるため、比較例１の均一構造の窓材（シート）と比較して、出射光の強度が高くなった。
［研磨パッドの作製方法］
以上のようにして得られた第１〜３実施形態の各窓材１１を、研磨パッドの光透過領域に形成された開口部に固定することにより、研磨パッドが得られる。
この実施形態では、研磨パッドを以下の方法で作製した。先ず、ポリフッ化ビニリデン（融点１６８℃、ＭＦＲ２．９（２３０℃、１２．５ｋｇ））を加熱押し出し成形することにより、厚さ１．１ｍｍのシートを成形した。次に、このシートに対して、５００ＫＶの電子線照射機を用いて１１Ｍｒａｄの電子線を照射することにより、架橋を施した。
次に、この架橋シートを圧力容器に入れ、発泡剤としてテトラフルオロエタンを圧入し、７０℃で３０時間保持した。これにより、この架橋シートに発泡剤を含浸させた。このシートを、遠赤外線ヒーターを備えた温度２００℃の加熱炉中に保持することにより発泡させた。得られた発泡シートの発泡倍率は２．３倍であり、平均気泡径は８０μｍであった。
次に、この発泡シートの両面を、＃２４０のベルトサンダーでパフ研磨して厚さを１．４ｍｍとした後、所望の大きさに切り出した。この研磨パッドに、同心円形状の溝（溝幅０．２ｍｍ、溝深さ０．５ｍｍ、溝ピッチ１．５ｍｍ）を切削加工により形成した。これにより、溝付研磨パッドが得られた。この溝付き研磨パッドのＳｈｏｒｅ−Ｄ硬度は５０であった。
次に、図１４に示すように、この研磨パッド１のパッド面内の光透過領域とする位置に、５６ｍｍ×１８ｍｍ（ただし、実施例２−３の窓材の場合には１０．２ｍｍ×２．５ｍｍ）の穴Ｈを開けた。この研磨パッド１の裏面（研磨面の反対側の面）全体に両面テープＴを貼りつけた。この両面テープＴのベースフィルム（支持体）と両面の接着層は、いずれも光透過性の材料からなる。この状態で、研磨パッド１の穴Ｈの部分に両面テープＴの接着層が露出しており、この露出面に光透過性の接着剤１８を塗布した後、穴Ｈに窓材１１を入れて上側から押し付けた。
このようにして、窓材１１の研磨面側の窓面１１Ａが研磨面１Ａと同一平面内にある研磨パッド１を得た。この研磨パッド１を、両面テープＴで研磨定盤２の上面に固定することにより研磨装置が得られる。
この実施形態では、研磨定盤２の内部に、光照射装置（光照射手段）７１、ビームスプリッタ（光照射手段、受光手段）７２、受光器（受光手段）７３、光照射装置７１に接続された制御装置（光照射手段）、および受光器７３に接続された終点検知装置（終点検知手段）等が設けられている。研磨パッド１は、研磨定盤２に対して、研磨パッドの穴Ｈとこの光照射装置７１の位置とが合うように取り付けられる。
したがって、この実施形態の研磨パッド１によれば、研磨終点検知のための被研磨物からの反射光（方向の揃っていない光）を、第１および第３実施形態の窓材１１の場合には散乱の程度の小さい光として、第２実施形態の窓材１１の場合には集束光として、窓材１１から出射させることができる。
そのため、この実施形態の研磨パッド１によれば、均一構造の窓材を備えた研磨パッドと比較して、被研磨物からの反射光を効率よく受光器７３に入射させることができる。また、この実施形態の研磨パッド１によれば、窓材１１の裏面に研磨液が浸入することが防止される。
また、第１実施形態および第２実施形態の窓材１１を用いた研磨パッド１では、窓材１１のＳｈｏｒｅ−Ｄ硬度が４５であるため、窓面１１Ａと研磨面１Ａの硬度差はＳｈｏｒｅ−Ｄ硬度で５である。この研磨パッド１を用いて、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）膜が最表面にあるウエハを、通常の条件で研磨したところ、研磨中に窓材１１に破損が生じなかった。
これに対して、第１実施形態および第２実施形態の窓材に代えて、Ｓｈｏｒｅ−Ｄ硬度１５の硬さの窓材を取り付けた研磨パッドを用いた場合には、窓面１１Ａと研磨面１Ａの硬度差はＳｈｏｒｅ−Ｄ硬度で３５となる。この研磨パッドを用いて、上記と同じウエハを同じ条件で研磨したところ、この窓材には研磨中に破損が生じた。
また、第１〜３実施形態の窓材は、研磨終点検知のための被研磨物からの反射光を、従来の窓材よりも効率よく光検出器に入射させることができるため、大きさを小さくすることができる。したがって、窓材をパッド面に複数個設けて研磨終点検知を複数箇所で行う構成としても、研磨パッドの研磨面を広くとることが可能であるため、研磨の均一性を保持することができる。このような構成とすることにより、研磨終点検知精度をより高くすることができる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の研磨パッドによれば、積極的な屈折率分布を有する窓材を使用することにより、窓材の大きさが小さくても、研磨終点検知のための被研磨物からの反射光（方向の揃っていない光）を、効率よく光検出器に入射させることができる。その結果、研磨パッドの研磨面を広くとって研磨の均一性を保持しながら、研磨終点検知を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＣＭＰ法で使用する研磨装置を示す概略構成図である。
図２は、フレネルゾーンプレートを説明する図である。
図３は、第１実施形態の窓材（実施例１−１と実施例１−３）の平面形状を示す図である。
図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。
図５は、第１実施形態の窓材（実施例１−２）の平面形状を示す図である。
図６は、第１実施形態の窓材（実施例１−４）の平面形状を示す図である。
図７は、第１および第２実施形態の窓材の作製方法を説明する図である。
図８は、第２実施形態の窓材（実施例２−１，２−２，２−４）の平面形状を示す図である。
図９は、図８のＡ−Ａ線断面図である。
図１０は、第２実施形態の窓材（実施例２−３）の平面形状を示す図である。
図１１は、第２実施形態の窓材の平面形状を示す図である。
図１２は、第３実施形態の窓材の平面形状を示す図である。
図１３は、図１２の窓材を構成するマルチコア型光ファイバを示す断面図である。
図１４は、本発明の一実施形態に相当する研磨装置を示す部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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