JP2006224282A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】 特定金属の含有濃度が特定値（閾値）以下の研磨領域及び光透過領域を有する研磨パッドを提供する。
【解決手段】 研磨領域９及び光透過領域８を有する研磨パッドにおいて、前記研磨領域及び光透過領域は、それぞれＦｅの含有濃度が０．３ｐｐｍ以下、Ｎｉの含有濃度が１．０ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有濃度が０．５ｐｐｍ以下、Ｚｎの含有濃度が０．１ｐｐｍ以下、及びＡｌの含有濃度が１．２ｐｐｍ以下である。
【選択図】 図８

Description

本発明は、半導体ウエハなどの被研磨体表面の凹凸をケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）で平坦化する際に使用される研磨パッドに関し、詳しくは、研磨状況等を光学的手段により検知するための窓（光透過領域）を有する研磨パッド、及び該研磨パッドを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。

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、フォトリソグラフィー、エッチング等をすることにより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、これらの工程によってウエハ表面に金属等の導電体や絶縁体からなる凹凸が生じる。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、一般的にＣＭＰ法が採用されている。ＣＭＰは、ウエハの被研磨面を研磨パッドの研磨面に押し付けた状態で、砥粒が分散されたスラリー状の研磨剤（以下、スラリーともいう）を用いて研磨する技術である。

ＣＭＰで一般的に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、被研磨対象物（ウエハ）４を支持する支持台５（ポリシングヘッド）とウエハの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨剤の供給機構を備えている。研磨パッド１は、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と支持台５とは、それぞれに支持された研磨パッド１と被研磨対象物４が対向するように配置され、それぞれに回転軸６、７を備えている。また、支持台５には、被研磨対象物４を研磨パッド１に押し付けるための加圧機構が設けてある。

このようなＣＭＰを行う上で、ウエハ表面の平坦度の判定の問題がある。すなわち、希望の表面特性や平面状態に到達した時点を検知する必要がある。従来、酸化膜の膜厚や研磨速度等に関しては、テストウエハを定期的に処理し、結果を確認してから製品となるウエハを研磨処理することが行われてきた。

しかし、この方法では、テストウエハを処理する時間とコストが無駄になり、また、あらかじめ加工が全く施されていないテストウエハと製品ウエハでは、ＣＭＰ特有のローディング効果により、研磨結果が異なり、製品ウエハを実際に加工してみないと、加工結果の正確な予想が困難である。

そのため、最近では上記の問題点を解消するために、ＣＭＰプロセス時に、その場で、希望の表面特性や厚さが得られた時点を検出できる方法が望まれている。このような検知については、様々な方法が用いられているが、測定精度や非接触測定における空間分解能の点から、回転定盤内にレーザー光による膜厚モニタ機構を組み込んだ光学的検知方法（特許文献１、特許文献２）が主流となりつつある。

前記光学的検知手段とは、具体的には光ビームを窓（光透過領域）を通して研磨パッド越しにウエハに照射して、その反射によって発生する干渉信号をモニタすることによって研磨の終点を検知する方法である。

このような方法では、ウエハの表面層の厚さの変化をモニターして、表面凹凸の近似的な深さを知ることによって終点が決定される。このような厚さの変化が凹凸の深さに等しくなった時点で、ＣＭＰプロセスを終了させる。また、このような光学的手段による研磨の終点検知法およびその方法に用いられる研磨パッドについては様々なものが提案されてきた。

例えば、固体で均質な１９０ｎｍから３５００ｎｍの波長光を透過する透明なポリマーシートを少なくとも一部分に有する研磨パッドが開示されている（特許文献３）。また、段付の透明プラグが挿入された研磨パッドが開示されている（特許文献４）。また、ポリシング面と同一面である透明プラグを有する研磨パッドが開示されている（特許文献５）。

一方、ＣＭＰプロセスを行う上で、ウエハの金属汚染の問題がある。ＣＭＰプロセスにおいて、スラリーを研磨パッドに流しながら被研磨材であるウエハを研磨すると、研磨されたウエハ表面には、スラリーや研磨パッド内に含まれていた金属が残留する。このようなウエハの金属汚染は、絶縁膜の信頼性の低下・リーク電流の発生・成膜の異常などを誘発し、半導体デバイスに大きな悪影響を及ぼし、さらに歩留まりの低下も起こす。特に、現在の半導体製造において、半導体基板上の素子分離を行うために主流となっている、シャロー・トレンチ・アイソレション（ＳＴＩ）では、研磨後の酸化膜の金属汚染は非常に大きな問題となる。ＳＴＩは、シリコンウエハ表面に所定の浅い溝（シャロートレンチ）を掘り、このトレンチ内にＳｉＯ_２膜を堆積させ埋める。その後、この表面を研磨し、酸化膜に分離された領域を作製する。この分離された領域に素子（トランジスタ部等）を作製させるため、研磨後のウエハ表面の金属汚染は素子全体の性能や信頼性の低下を招く。現在、ウエハの金属汚染を低減させるため、ＣＭＰ後にウエハ洗浄工程を行っている。

しかし、ウエハの洗浄は、配線の酸化などのデメリットも多く、スラリーや研磨パッドによる汚染を少なくすることが望まれている。特にＦｅイオンなどの金属は、洗浄による除去が難しく、ウエハに残留しやすい。

そこで、最近では、上記の問題点を解消するために、金属不純物濃度が１００ｐｐｍ以下の高分子量ポリエチレン系樹脂多孔質フィルムを研磨層に持つ研磨用シートが提案されている（特許文献６）。また、亜鉛含有量が２００ｐｐｍ以下の半導体ウエハ用研磨布が提案されている（特許文献７）。

しかし、上記の金属不純物濃度では、ウエハの金属汚染を十分に防止することができず、ＣＭＰ後のウエハ洗浄工程においてウエハに負荷をかけることになり、デバイスの歩留まりを向上させることは困難である。

また、金属原子をできるだけ含まない有機系分子間架橋剤を用いた研磨パッドが提案されている（特許文献８）。

しかし、具体的な研磨パッド中の金属含有濃度は明らかにされていない。また、研磨パッドの製造時に金型成型されており、該研磨パッドではウエハ表面の金属汚染を低減させることは到底できない。
米国特許第５０６９００２号明細書 米国特許第５０８１４２１号明細書 特表平１１−５１２９７７号公報 特開平９−７９８５号公報 特開平１０−８３９７７号公報 特開２０００−３４３４１１号公報 国際公開第０１／１５８６０号パンフレット 特開２００１−３０８０４５号公報

本発明は、上記課題を解決するものであって、特定金属の含有濃度が特定値（閾値）以下の研磨領域及び光透過領域を有する研磨パッドを提供することにある。また、該研磨パッドを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上述のような現状に鑑み鋭意研究を重ねた結果、下記研磨パッドにより上記課題を解決できることを見出した。

即ち、本発明は、研磨領域及び光透過領域を有する研磨パッドにおいて、前記研磨領域及び光透過領域は、それぞれＦｅの含有濃度が０．３ｐｐｍ以下、Ｎｉの含有濃度が１．０ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有濃度が０．５ｐｐｍ以下、Ｚｎの含有濃度が０．１ｐｐｍ以下、及びＡｌの含有濃度が１．２ｐｐｍ以下であることを特徴とする研磨パッド、に関する。

本発明者らは、図２〜８に示すように、研磨パッドの形成材料に含まれる金属の種類及び含有濃度によって、デバイスの歩留まりに対する影響度が大きく異なることを見出した。例えば、研磨パッドの形成材料に含まれるＦｅの含有濃度はデバイスの歩留まりに大きく影響するが、ＭｇやＣｒの含有濃度はデバイスの歩留まりにほとんど影響しない。そして、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、及びＡｌがデバイスの歩留まりに大きく影響することを見出した。さらに、形成材料に含まれる前記各金属の含有濃度が各金属特有の閾値を超えた場合には、デバイスの歩留まりが極端に低下することを見出した。

前記各金属の含有濃度値は閾値であり、上記の内の１つでも閾値を越えるとデバイスの歩留まりは極端に低下する。

本発明においては、研磨領域及び光透過領域の形成材料が、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、（メタ）アクリル樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び感光性樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の高分子材料であることが好ましく、特にポリウレタン樹脂であることが好ましい。

本発明の研磨パッドを用いることにより、ウエハ上の前記各金属の含有濃度を低減させることができる。そのため、ウエハ洗浄工程を簡易に行うことができ、作業工程の効率化、製造コストの削減を図ることができるだけでなく、ウエハ洗浄工程においてウエハへの負荷を減らすことができるため、半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。

また本発明は、前記研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む半導体デバイスの製造方法、に関する。

本発明における研磨領域及び光透過領域は、それぞれＦｅの含有濃度が０．３ｐｐｍ以下、Ｎｉの含有濃度が１．０ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有濃度が０．５ｐｐｍ以下、Ｚｎの含有濃度が０．１ｐｐｍ以下、及びＡｌの含有濃度が１．２ｐｐｍ以下のものであれば特に制限されるものではない。本発明においては、研磨領域及び光透過領域の形成材料として、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、（メタ）アクリル樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び感光性樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の高分子材料を用いることが好ましい。

ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどが挙げられる。

フッ素樹脂としては、例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。

ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどが挙げられる。

感光性樹脂としては、ジアゾ基やアジド基等の光分解を利用した光分解型感光性樹脂、線状ポリマーの側鎖に導入した官能基の光二量化反応を利用した光二量化型感光性樹脂、オレフィンの光ラジカル重合、オレフィンへのチオール基の光付加反応、及びエポキシ基の開環付加反応などを利用した光重合型感光性樹脂などが挙げられる。

研磨領域及び光透過領域中の金属含有量を低減させるために、上記樹脂合成に用いられる原料中の金属含有量はできる限り少ないことが好ましい。

しかし、原料中の金属含有量を低減させても、製造工程において樹脂が金属と接触することにより、樹脂中の金属含有量が増加することが考えられる。

前記高分子材料の製造方法は特に制限されず、公知の方法により製造することができるが、本発明においては、高分子材料を製造するまでの全ての工程において、原料及び／又はその反応生成物と直接接触する表面が金属でない器具又はクロムメッキされた器具を用いて製造することが好ましい。前記高分子材料の製造工程は、高分子材料の種類によって異なるが、例えば、１）ポリウレタン樹脂などの場合には、原料の計量工程、ろ過工程、混合工程、撹拌工程、及び注型工程、２）感光性樹脂などの場合には、原料の計量工程、混合工程、及び押出工程などが挙げられる。これら全ての工程において原料及び／又はその反応生成物をクロム以外の金属と直接接触させないように各製造工程を行うことが好ましい。その方法としては、前記高分子材料の製造工程において使用する器具、例えば、計量容器、ろ過器、重合容器、撹拌翼、注型容器、押出装置などの原料及び／又はその反応生成物と直接接触する表面が金属でないもの又はクロムメッキされたものを用いる方法が挙げられる。

前記表面が金属でないものとは、樹脂製又はセラミック製のもの、器具の表面を非金属コーティングしたものが挙げられる。非金属コーティングとしては、例えば樹脂コーティング、セラミックコーティング、及びダイヤモンドコーティングなどが挙げられるがこれらに限らない。

樹脂コーティングの場合、コーティングする樹脂としては、耐食性に富み、金属汚染性が極めて少ないものであれば特に限定されるものではない。特に、フッ素樹脂は耐食性に優れ、金属汚染性が極めて少ないため好ましい。フッ素樹脂の具体例としては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどが挙げられる。

本発明の研磨パッドは、研磨領域および光透過領域を有する。

光透過領域の形成材料は、測定波長領域（４００〜７００ｎｍ）において光透過率が１０％以上のものが好ましい。光透過率が１０％未満の場合には、研磨中に供給されるスラリーやドレッシング痕などの影響により反射光が小さくなり膜厚検出精度が低下したり、検出できなくなる傾向にある。形成材料としては、特に、研磨中のドレッシング痕による光透過領域の光散乱を抑制できる耐摩耗性の高いポリウレタン樹脂が望ましい。

前記ポリウレタン樹脂は、有機イソシアネート、ポリオール（高分子量ポリオール、低分子量ポリオール）、及び鎖延長剤からなるものである。

有機イソシアネートとしては、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

有機イソシアネートとしては、上記ジイソシアネート化合物の他に、３官能以上の多官能ポリイソシアネート化合物も使用可能である。多官能のイソシアネート化合物としては、デスモジュール−Ｎ（バイエル社製）や商品名デュラネート（旭化成工業社製）として一連のジイソシアネートアダクト体化合物が市販されている。これら３官能以上のポリイソシアネート化合物は、単独で使用するとプレポリマー合成に際してゲル化しやすいため、ジイソシアネート化合物に添加して使用することが好ましい。

高分子量ポリオールとしては、ポリテトラメチレンエーテルグリコールに代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカーボネートポリオール、及びポリヒドキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

また、ポリオールとして上述した高分子量ポリオールの他に、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、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン等の低分子量ポリオールを併用してもよい。

鎖延長剤としては、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、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン等の低分子量ポリオール類、あるいは２，４−トルエンジアミン、２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミン、４，４’−ジ−ｓｅｃ−ブチルジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、２，２’，３，３’−テトラクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−メチレン−ビスーメチルアンスラニレート、４，４’−メチレン−ビスーアンスラニリックアシッド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレン−ビス（３−クロロ−２，６−ジエチルアミン）、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノ−５，５’−ジエチルジフェニルメタン、１，２−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、トリメチレングリコールージ−ｐ−アミノベンゾエート、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン等に例示されるポリアミン類を挙げることができる。これらは１種で用いても、２種以上を混合しても差し支えない。

前記ポリウレタン樹脂における有機イソシアネート、高分子量ポリオールや低分子量ポリオール、及び鎖延長剤の比は、各々の分子量やこれらから製造される光透過領域の所望物性などにより適宜変更できる。

前記ポリウレタン樹脂は、溶融法、溶液法など公知のウレタン化技術を応用して製造することができるが、コスト、作業環境などを考慮した場合、溶融法で製造することが好ましい。

前記ポリウレタン樹脂の重合手順としては、プレポリマー法、ワンショット法のどちらでも可能であるが、事前に有機イソシアネートとポリオールからイソシアネート末端プレポリマーを合成しておき、これに鎖延長剤を反応させるプレポリマー法が好ましい。その際に、前記成分及び／又はその反応生成物と直接接触する表面が金属でない又はクロムメッキされた重合容器、撹拌翼、及び注型容器を用いて製造することが好ましい。また、ポリウレタン原料の計量容器、ろ過器なども前記表面が金属でないもの又はクロムメッキされたものを用いることが好ましい。さらに、使用前に容器等の表面を含有金属濃度の極めて少ない酸やアルカリを用いて洗浄することが好ましい。

通常、ポリウレタン樹脂などの高分子材料の製造において用いられる器具は、強度等の観点から金属が用いられる。特に、耐食性及び加工性の観点から、鉄、アルミニウム、銅、亜鉛めっきされた鋼材、ステンレス（ステンレスは、一般に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒからなる合金）などが用いられる。前記器具は、原料やその反応生成物と直接接触するため、製造時に剥離した金属を原料やその反応生成物中へ混入させることになる。このような金属の混入は、原料やその反応生成物中の含有金属濃度を増大させる原因となるため、原料やその反応生成物と直接接触する器具の表面部分が金属でないもの又はクロムメッキされたものを用いて製造する。

光透過領域の製造方法は特に制限されず、公知の方法により製造できる。例えば、前記方法により製造したポリウレタン樹脂のブロックをバンドソー方式やカンナ方式のスライサーを用いて所定厚みにする方法や所定厚みのキャビティーを持った金型に樹脂を流し込み硬化させる方法や、コーティング技術やシート成形技術を用いた方法などが用いられる。前記スライサー、金型等の冶具は、ダイヤモンド蒸着などをして金属の露出をなくすことが好ましい。また、クロムメッキすることも好ましい。

前記光透過領域の形成材料は無発泡体であることが好ましい。無発泡体であれば光の散乱を抑制することができるため、正確な反射率を検出することができ、研磨の光学終点の検出精度を高めることができる。

また、光透過領域の研磨側表面に研磨液を保持・更新する凹凸構造を有しないことが好ましい。光透過領域の研磨側表面にマクロな表面凹凸があると、凹部に砥粒等の添加剤を含有したスラリーが溜まり、光の散乱・吸収が起こり、検出精度に影響を及ぼす傾向にある。さらに、光透過領域の他面側表面もマクロな表面凹凸を有しないことが好ましい。マクロな表面凹凸があると、光の散乱が起こりやすく、検出精度に影響を及ぼすおそれがあるからである。

光透過領域の厚さは特に制限されるものではないが、研磨領域の厚みと同一厚さ、またはそれ以下にすることが好ましい。光透過領域が研磨領域より厚い場合には、研磨中に突き出た部分により被研磨体を傷つけるおそれがある。

研磨領域の形成材料は、研磨層の材料として通常用いられるものであれば特に制限なく使用できるが、本発明においては微細発泡体を用いることが好ましい。なお、研磨領域の形成材料は、光透過領域と同組成でも異なる組成であってもよい。

ポリウレタン樹脂は耐摩耗性に優れ、原料組成を種々変えることにより所望の物性を有するポリマーを容易に得ることができるため、研磨領域の形成材料として特に好ましい材料である。

使用する有機イソシアネートは特に制限されず、例えば、前記有機イソシアネートが挙げられる。

使用するポリオールは特に制限されず、例えば、前記高分子量ポリオールが挙げられる。なお、これら高分子量ポリオールの数平均分子量は、特に限定されるものではないが、得られるポリウレタンの弾性特性等の観点から５００〜２０００であることが好ましい。数平均分子量が５００未満であると、これを用いたポリウレタンは十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなる。そのためこのポリウレタンから製造される研磨パッドは硬くなりすぎ、被研磨体の研磨面のスクラッチの原因となる。また、摩耗しやすくなるため、パッド寿命の観点からも好ましくない。一方、数平均分子量が２０００を超えると、これを用いたポリウレタンは軟らかくなるため、このポリウレタンから製造される研磨パッドは平坦化特性に劣る傾向にある。

また、ポリオールとしては、上述した高分子量ポリオールの他に、前記低分子量ポリオールを併用することもできる。ポリオール中の高分子量成分と低分子量成分の比は、これらから製造される研磨領域に要求される特性により決められる。

鎖延長剤としては、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）、２，６−ジクロロ−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレンビス（２，３−ジクロロアニリン）等に例示されるポリアミン類、あるいは、上述した低分子量ポリオールを挙げることができる。これらは１種で用いても、２種以上を併用してもよい。

前記ポリウレタン樹脂における有機イソシアネート、ポリオール、及び鎖延長剤の比は、各々の分子量やこれらから製造される研磨領域の所望物性などにより種々変え得る。研磨特性に優れる研磨領域を得るためには、ポリオールと鎖延長剤の合計官能基（水酸基＋アミノ基）数に対する有機イソシアネートのイソシアネート基数は０．９５〜１．１５であることが好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１０である。

前記ポリウレタン樹脂は、前記方法と同様の方法により製造することができる。なお、必要に応じてポリウレタン樹脂に酸化防止剤等の安定剤、界面活性剤、滑剤、顔料、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を添加してもよい。

前記ポリウレタン樹脂を微細発泡させる方法は特に制限されないが、例えば中空ビーズを添加する方法、機械的発泡法、及び化学的発泡法等により発泡させる方法などが挙げられる。なお、各方法を併用してもよいが、特にポリアルキルシロキサンとポリエーテルとの共重合体であって活性水素基を有しないシリコン系界面活性剤を使用した機械的発泡法が好ましい。該シリコン系界面活性剤としては、ＳＨ−１９２（東レダウコーニングシリコン製）等が好適な化合物として例示される。

研磨領域に用いられる独立気泡タイプのポリウレタン発泡体を製造する方法の例について以下に説明する。かかるポリウレタン発泡体の製造方法は、以下の工程を有する。
１） イソシアネート末端プレポリマーの気泡分散液を作製する撹拌工程
イソシアネート末端プレポリマーにシリコン系界面活性剤を添加し、非反応性気体と撹拌し、非反応性気体を微細気泡として分散させて気泡分散液とする。イソシアネート末端プレポリマーが常温で固体の場合には適宜の温度に予熱し、溶融して使用する。
２） 硬化剤（鎖延長剤）混合工程
上記の気泡分散液に鎖延長剤を添加し、混合撹拌する。
３） 硬化工程
鎖延長剤を混合したイソシアネート末端プレポリマーを注型し、加熱硬化させる。

本発明においては、少なくとも上記工程まで（ポリウレタン樹脂を製造するまで）、原料等と直接接触する表面が金属でない器具又はクロムメッキした器具を用いて製造する。

微細気泡を形成するために使用される非反応性気体としては、可燃性でないものが好ましく、具体的には窒素、酸素、炭酸ガス、ヘリウムやアルゴン等の希ガスやこれらの混合気体が例示され、乾燥して水分を除去した空気の使用がコスト的にも最も好ましい。

非反応性気体を微細気泡状にしてシリコン系界面活性剤を含むイソシアネート末端プレポリマーに分散させる撹拌装置としては、公知の撹拌装置を特に限定なく使用可能であり、具体的にはホモジナイザー、ディゾルバー、２軸遊星型ミキサー（プラネタリーミキサー）等が例示される。撹拌装置の撹拌翼の形状も特に限定されないが、ホイッパー型の撹拌翼を使用すると微細気泡が得られるため好ましい。

なお、撹拌工程において気泡分散液を作成する撹拌と、混合工程における鎖延長剤を添加して混合する撹拌は、異なる撹拌装置を使用することも好ましい態様である。特に混合工程における撹拌は気泡を形成する撹拌でなくてもよく、大きな気泡を巻き込まない撹拌装置の使用が好ましい。このような撹拌装置としては、遊星型ミキサーが好適である。撹拌工程と混合工程の撹拌装置を同一の撹拌装置を使用しても支障はなく、必要に応じて撹拌翼の回転速度を調整する等の撹拌条件の調整を行って使用することも好適である。

前記ポリウレタン発泡体の製造方法においては、気泡分散液を型に流し込んで流動しなくなるまで反応した発泡体を、加熱、ポストキュアすることは、発泡体の物理的特性を向上させる効果があり、極めて好適である。金型に気泡分散液を流し込んで直ちに加熱オーブン中に入れてポストキュアを行う条件としてもよく、そのような条件下でもすぐに反応成分に熱が伝達されないので、気泡径が大きくなることはない。硬化反応は、常圧で行うと気泡形状が安定するため好ましい。

前記ポリウレタン樹脂の製造において、第３級アミン系、有機スズ系等の公知のポリウレタン反応を促進する触媒を使用してもかまわない。触媒の種類、添加量は、混合工程後、所定形状の型に流し込む流動時間を考慮して選択する。

前記ポリウレタン発泡体の製造は、容器に各成分を計量して投入し、撹拌するバッチ方式であっても、また撹拌装置に各成分と非反応性気体を連続して供給して撹拌し、気泡分散液を送り出して成形品を製造する連続生産方式であってもよい。

研磨領域は、以上のようにして作製されたポリウレタン発泡体を所定のサイズに裁断して製造される。

研磨領域の厚みは特に限定されるものではないが、一般的には０．８〜２．０ｍｍである。当該厚みの研磨領域を作製する方法としては、前記高分子材料のブロックをバンドソー方式やカンナ方式のスライサーを用いて所定厚みにする方法や所定厚みのキャビティーを持った金型に樹脂を流し込み硬化させる方法や、コーティング技術やシート成形技術を用いた方法などが用いられる。前記スライサーの場合、刃の切れを維持するために、刃先を磨く工程（グライディング）が必要であるが、その場合、グライディング後に、超純水や金属含有量が極めて少ない溶剤を用いて刃先を清掃することが好ましい。金型等の冶具は、樹脂によるコーティングやダイヤモンド蒸着などにより金属の露出をなくすことが好ましい。また、表面をクロムメッキすることも好ましい。

また、ポリウレタン発泡体の平均気泡径は、７０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以下である。平均気泡径が７０μｍ以下であれば、プラナリティ（平坦性）が良好となる。

また、ポリウレタン発泡体の比重は、０．５〜１．０であることが好ましく、さらに好ましくは０．７〜０．９である。比重が０．５未満の場合、研磨領域の表面の強度が低下し、被研磨対象物のプラナリティが低下し、また、１．０より大きい場合は、研磨領域表面の微細気泡の数が少なくなり、プラナリティは良好であるが、研磨速度が小さくなる傾向にある。

また、ポリウレタン発泡体の硬度は、アスカーＤ硬度で３５〜６５度であることが好ましく、さらに好ましくは３５〜６０度である。アスカーＤ硬度が３５度未満の場合には、被研磨対象物のプラナリティが低下し、６５度より大きい場合には、プラナリティは良好であるが、被研磨対象物のユニフォーミティ（均一性）が低下する傾向にある。

被研磨材と接触する研磨領域表面には、スラリーを保持・更新する表面形状を有することが好ましい。発泡体からなる研磨領域は、研磨表面に多くの開口を有し、スラリーを保持・更新する働きを持っているが、更なるスラリーの保持性とスラリーの更新を効率よく行うため、また被研磨材との吸着による被研磨材の破壊を防ぐためにも、研磨表面に凹凸構造を有することが好ましい。凹凸構造は、スラリーを保持・更新する形状であれば特に限定されるものではなく、例えば、ＸＹ格子溝、同心円状溝、貫通孔、貫通していない穴、螺旋状溝、偏心円状溝、放射状溝、及びこれらの溝を組み合わせたものが挙げられる。また、これらの凹凸構造は規則性のあるものが一般的であるが、スラリーの保持・更新性を望ましいものにするため、ある範囲ごとに溝ピッチ、溝幅、溝深さ等を変化させることも可能である。

前記凹凸構造の作製方法は特に限定されるものではないが、例えば、所定サイズのバイトのような冶具を用い機械切削する方法、所定の表面形状を有した金型に樹脂原料を流しこみ、硬化させることにより作製する方法、所定の表面形状を有したプレス板で樹脂をプレスし作製する方法、フォトリソグラフィーを用いて作製する方法、印刷手法を用いて作製する方法、炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光による作製方法などが挙げられる。前記バイト、金型等の冶具は、ダイヤモンド蒸着などをして金属の露出をなくすことが好ましい。また、クロムメッキすることも好ましい。

また、前記研磨領域の厚みバラツキは１００μｍ以下であることが好ましい。厚みバラツキが１００μｍを越えるものは、研磨領域が大きなうねりを持ったものとなり、被研磨材に対する接触状態が異なる部分ができ、研磨特性に悪影響を与える。また、研磨領域の厚みバラツキを解消するため、一般的には、研磨初期にダイヤモンド砥粒を電着、融着させたドレッサーを用いて研磨領域表面をドレッシングするが、上記範囲を超えたものは、ドレッシング時間が長くなり、生産効率を低下させるものとなる。

研磨領域の厚みのバラツキを抑える方法としては、所定厚みにスライスした研磨領域表面をバフィングする方法が挙げられる。バフィングする場合、砥粒がまぶされた研磨ベルト等を用いて行うが、前記研磨ベルトの金属含有量が少ないものが好ましい。

研磨領域及び光透過領域を有する研磨パッドの作製方法は特に制限されず、種々の方法が考えられるが、具体的な例を以下に説明する。なお、下記具体例ではクッション層を設けた研磨パッドについて記載しているが、クッション層を設けない研磨パッドであってもよい。

まず１つめの例は、図９に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下に研磨領域９の開口部に合わせるように、所定の大きさに開口したクッション層１１を貼り合わせる。次に、クッション層１１に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。

２つめの具体例としては、図１０に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下にクッション層１１を貼り合わせる。その後、研磨領域９の開口部に合わせるように、両面テープ１０、及びクッション層１１を所定の大きさに開口する。次に、クッション層１１に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。

３つめの具体例としては、図１１に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下にクッション層１１を貼り合わせる。次に、クッション層１１の反対面に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、その後、研磨領域９の開口部に合わせるように、両面テープ１０から離型紙１３まで所定の大きさに開口する。研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。なおこの場合、光透過領域８の反対側が開放された状態になり、埃等がたまる可能性があるため、それを塞ぐ部材１４を取り付けることが好ましい。

４つめの具体例としては、図１２に示すように、離型紙１３のついた両面テープ１２を貼り合わせたクッション層１１を所定の大きさに開口する。次に所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、これらを開口部が合うように貼りあわせる。そして研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。なおこの場合、研磨領域の反対側が開放された状態になり、埃等がたまる可能性があるため、それを塞ぐ部材１４を取り付けることが好ましい。

前記研磨パッドの作成方法において、研磨領域やクッション層などを開口する手段は特に制限されるものではないが、例えば、切削能力をもつ治具をプレスして開口する方法、炭酸レーザーなどによるレーザーを利用する方法、及びバイトのような治具にて研削する方法などが挙げられる。なお、研磨領域の開口部の大きさは特に制限されない。また、研磨領域の開口部の形状も特に制限されない。

前記クッション層は、研磨領域（研磨層）の特性を補うものである。クッション層は、ＣＭＰにおいて、トレードオフの関係にあるプラナリティとユニフォーミティの両者を両立させるために必要なものである。プラナリティとは、パターン形成時に発生する微小凹凸のある被研磨体を研磨した時のパターン部の平坦性をいい、ユニフォーミティとは、被研磨体全体の均一性をいう。研磨層の特性によって、プラナリティを改善し、クッション層の特性によってユニフォーミティを改善することを行う。本発明の研磨パッドにおいては、クッション層は研磨層より柔らかいものを用いることが好ましい。

前記クッション層の形成材料は特に制限されないが、例えば、ポリエステル不織布、ナイロン不織布、アクリル不織布などの繊維不織布、ポリウレタンを含浸したポリエステル不織布のような樹脂含浸不織布、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォームなどの高分子樹脂発泡体、ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどのゴム性樹脂、及び感光性樹脂などが挙げられる。

研磨領域９に用いられる研磨層とクッション層１１とを貼り合わせる手段としては、例えば、研磨領域とクッション層を両面テープで挟み、プレスする方法が挙げられる。

両面テープは、不織布やフィルム等の基材の両面に接着層を設けた一般的な構成を有するものである。クッション層へのスラリーの浸透等を防ぐことを考慮すると、基材にフィルムを用いることが好ましい。また、接着層の組成としては、例えば、ゴム系接着剤やアクリル系接着剤等が挙げられる。金属イオンの含有量を考慮すると、アクリル系接着剤は金属イオン含有量が少ないため好ましい。また、研磨領域とクッション層は組成が異なることもあるため、両面テープの各接着層の組成を異なるものとし、各層の接着力を適正化することも可能である。

クッション層１１と両面テープ１２とを貼り合わせる手段としては、クッション層に両面テープをプレスして接着する方法が挙げられる。

該両面テープは、上述と同様に不織布やフィルム等の基材の両面に接着層を設けた一般的な構成を有するものである。研磨パッドの使用後に、プラテンから剥がすことを考慮すると、基材にフィルムを用いるとテープ残り等を解消することができるため好ましい。また、接着層の組成は、上述と同様である。

部材１４は、開口部を塞ぐものであれば特に制限されるものではない。但し、研磨を行う際には、剥離可能なものでなければならない。

半導体デバイスは、前記研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を経て製造される。半導体ウエハとは、一般にシリコンウエハ上に配線金属及び酸化膜を積層したものである。半導体ウエハの研磨方法、研磨装置は特に制限されず、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、半導体ウエハ４を支持する支持台（ポリシングヘッド）５とウエハへの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨剤３の供給機構を備えた研磨装置などを用いて行われる。研磨パッド１は、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と支持台５とは、それぞれに支持された研磨パッド１と半導体ウエハ４が対向するように配置され、それぞれに回転軸６、７を備えている。また、支持台５側には、半導体ウエハ４を研磨パッド１に押し付けるための加圧機構が設けてある。研磨に際しては、研磨定盤２と支持台５とを回転させつつ半導体ウエハ４を研磨パッド１に押し付け、スラリーを供給しながら研磨を行う。スラリーの流量、研磨荷重、研磨定盤回転数、及びウエハ回転数は特に制限されず、適宜調整して行う。

これにより半導体ウエハ４の表面の突出した部分が除去されて平坦状に研磨される。その後、ダイシング、ボンディング、パッケージング等することにより半導体デバイスが製造される。半導体デバイスは、演算処理装置やメモリー等に用いられる。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定した。

（平均気泡径測定）
作製したポリウレタン発泡体を厚み１ｍｍ以下になるべく薄くミクロトームカッターで平行に切り出したものを平均気泡径測定用試料とした。試料をスライドガラス上に固定し、画像処理装置（東洋紡社製、Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｖ１０）を用いて、任意の０．２ｍｍ×０．２ｍｍ範囲の全気泡径を測定し、平均気泡径を算出した。

（比重測定）
ＪＩＳ Ｚ８８０７−１９７６に準拠して行った。作製したポリウレタン発泡体を４ｃｍ×８．５ｃｍの短冊状（厚み：任意）に切り出したものを比重測定用試料とし、温度２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で１６時間静置した。測定には比重計（ザルトリウス社製）を用い、比重を測定した。

（硬度測定）
ＪＩＳ Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製したポリウレタン発泡体を２ｃｍ×２ｃｍ（厚み：任意）の大きさに切り出したものを硬度測定用試料とし、温度２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で１６時間静置した。測定時には、試料を重ね合わせ、厚み６ｍｍ以上とした。硬度計（高分子計器社製、アスカーＤ型硬度計）を用い、硬度を測定した。

（含有金属濃度測定）
作製した研磨領域用のポリウレタン発泡体及び光透過領域用のポリウレタンを炭化、灰化（５５０℃）後、残渣を１．２Ｎ塩酸溶液に溶解させたものを試験液とした。試験液中の元素は、ＩＣＰ発光分析法（リガク社製、ＣＩＲＯＳ−１２０）により求めた。測定結果を表１に示す。
ＩＣＰ発光分析の測定発光線
Ｆｅ：２５９．９４０ｎｍ、Ｎｉ：２３１．６０４ｎｍ、Ｃｕ：３２４．７５４ｎｍ、Ｚｎ：２１３．８５６ｎｍ、Ａｌ：３９６．１５２ｎｍ
（酸化膜耐圧の評価）
面方位（１００）、抵抗率１０Ωｃｍのｎ型Ｃｚ−Ｓｉウエハを作製した研磨パッドを用いて研磨した。研磨装置としてはＳＰＰ６００Ｓ（岡本工作機械社製）を用いた。研磨条件としては、スラリーとしてシリカスラリー（ＳＳ１２、キャボット社製）を研磨中に流量１５０ｍｌ／ｍｉｎで添加した。研磨荷重としては３５０ｇ／ｃｍ^２、研磨定盤回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回転数３０ｒｐｍとした。研磨時間は２分とした。

研磨後のウエハをＲＣＡ洗浄、５％希釈ＨＦを用いて洗浄中に形成された化学酸化膜を除去した。その後、９００℃２時間でドライ酸化を行った。この時の酸化膜厚は約３００Åであった。このウエハにＡｌ電極ＭＯＳキャパシタを作成し、その上に５ｍｍφの電極を作製した。さらにウエハの裏面をサンドブラストし、金を蒸着し裏面電極とした。５ｍｍφの電極に対してＡｌ電極を（＋）とし、裏面電極を（−）とする極性でランプ電圧を印加した。

酸化膜のリーク電流密度が１μＡ／ｃｍ^２になるときに、酸化膜印加電圧が７．５ＭＶ／ｃｍ以上を示すキャパシタを良品とした。ウエハ１００枚の研磨を行い、全キャパシタに対する良品キャパシタの割合から良品率を求めた。それぞれの良品率を表１に示す。

実施例１
〔光透過領域の作製〕
アジピン酸とヘキサンジオールとエチレングリコールからなるポリエステルポリオール（数平均分子量２４００）１２８重量部、及び１，４−ブタンジオール３０重量部をフッ素コーティングした計量容器を用いて計量し、それらをフッ素コーティングした重合容器内に加えて混合し、７０℃に温調した。この混合液に、予め７０℃に温調した４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート１００重量部を加え、フッ素コーティングした撹拌翼を用いて約１分間撹拌した。そして、１００℃に保温され、クロムメッキされた金型中に該混合液を流し込み、１００℃で８時間ポストキュアを行ってポリウレタンを作製した。作製したポリウレタンを用い、クロムメッキされた金型を用いてインジェクション成型にて光透過領域（縦５６．５ｍｍ、横１９．５ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。ここまでの全ての工程において、原料等と直接接触する表面がフッ素コーティング又はクロムメッキされた器具を用いて製造した。

〔研磨領域の作製〕
ポリエーテル系プレポリマー（ユニロイヤル社製、アジプレンＬ−３２５；イソシアネート基濃度：２．２２ｍｅｑ／ｇ）３０００重量部、及びシリコン系ノニオン界面活性剤（東レ・ダウシリコン社製、ＳＨ１９２）９０重量部をフッ素コーティングした計量容器を用いて計量し、それらをフッ素コーティングした重合容器内に加えて混合し、反応温度を８０℃に調整した。フッ素コーティングした撹拌翼を用いて、回転数９００ｒｐｍで反応系内に気泡を取り込むように激しく約４分間撹拌を行った。そこへ予め１２０℃の温度で溶融させた４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（イハラケミカル社製、イハラキュアミンＭＴ）７８０重量部をフッ素コーティングした計量容器を用いて計量し、それを重合容器内に添加した。約４分間撹拌を続けた後、フッ素コーティングした金型へ反応溶液を流し込んだ。この反応溶液の流動性がなくなった時点で、ニクロム熱線部を別チャンバにしたオーブン内に入れ、１１０℃で６時間ポストキュアを行い、ポリウレタン発泡体ブロックを得た。ここまでの全ての工程において、原料等と直接接触する表面が金属でない器具を用いて製造した。

スライサーの回転刃をグライディングした後に超純水（比抵抗：１２ＭΩ・ｃｍ以上）を用いて洗浄したバンドソータイプのスライサーを使用して前記作製したポリウレタン発泡体ブロックをスライスし、ポリウレタン発泡体シートを得た。次に、砥粒として炭化珪素が用いられた研磨ベルト（理研コランダム社製）をセットしたバフ機を使用して、該シートを所定の厚さに表面バフをし、厚み精度を整えたシートとした。このバフ処理をしたポリウレタン発泡体シート（厚さ：１．２７ｍｍ）を所定の直径に打ち抜き、溝加工機を用いて該シート表面に溝幅０．２５ｍｍ、溝ピッチ１．５０ｍｍ、溝深さ０．４０ｍｍの同心円状の溝加工を施した。

このシートの溝加工面と反対側の面にラミ機を使用して、両面テープ（積水化学工業社製、ダブルタックテープ）を貼り、その後、この溝加工したシートの所定位置に光透過領域をはめ込むための開口部（５７ｍｍ×２０ｍｍ）を打ち抜いて両面テープ付き研磨領域を作製した。作製した研磨領域の各物性は、平均気泡径４５μｍ、比重０．８６、アスカーＤ硬度５３度であった。

〔研磨パッドの作製〕
表面をバフがけし、コロナ処理したポリエチレンフォーム（東レ社製、トーレペフ、厚さ：０．８ｍｍ）からなるクッション層を、作製した両面テープ付き研磨領域の粘着面にラミ機を用いて貼り合わせた。次に、クッション層表面に両面テープを貼り合わせた。そして、光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、５１ｍｍ×１４ｍｍの大きさでクッション層を打ち抜いた。そして、前記作製した光透過領域を開口部内にはめ込んで研磨パッドを作製した。

比較例１
実施例１において、光透過領域の作製時にクロムメッキされていない金型を用いた以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。

以上に示す結果から明らかなように、特定金属の含有濃度が閾値以下であるである高分子材料からなる研磨パッドを用いて研磨することにより、研磨後のウエハの金属汚染を低減させ、半導体デバイスの歩留まりを格段に向上させることが可能となる。

ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略構成図 Ｆｅ濃度とデバイスの歩留まりの関係を示すグラフ Ｎｉ濃度とデバイスの歩留まりの関係を示すグラフ Ｃｕ濃度とデバイスの歩留まりの関係を示すグラフ Ｚｎ濃度とデバイスの歩留まりの関係を示すグラフ Ａｌ濃度とデバイスの歩留まりの関係を示すグラフ Ｍｇ濃度とデバイスの歩留まりの関係を示すグラフ Ｃｒ濃度とデバイスの歩留まりの関係を示すグラフ 本発明の研磨パッドの一例を示す概略断面図 本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図 本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図 本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図 本発明の終点検出装置を有するＣＭＰ研磨装置の一例を示す概略構成図

符号の説明

１：研磨パッド（研磨シート）
２：研磨定盤
３：研磨剤（スラリー）
４：被研磨材（半導体ウエハ）
５：支持台（ポリシングヘッド）
６、７：回転軸
８：光透過領域
９：研磨領域
１０、１２：両面テープ
１１：クッション層
１３：離型紙（フィルム）
１４：開口部を塞ぐ部材
１５：レーザー干渉計
１６：レーザービーム

Claims (3)

1. 研磨領域及び光透過領域を有する研磨パッドにおいて、前記研磨領域及び光透過領域は、それぞれＦｅの含有濃度が０．３ｐｐｍ以下、Ｎｉの含有濃度が１．０ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有濃度が０．５ｐｐｍ以下、Ｚｎの含有濃度が０．１ｐｐｍ以下、及びＡｌの含有濃度が１．２ｐｐｍ以下であることを特徴とする研磨パッド。
2. 研磨領域及び光透過領域の形成材料が、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、（メタ）アクリル樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び感光性樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の高分子材料である請求項１記載の研磨パッド。
3. 請求項１又は２記載の研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む半導体デバイスの製造方法。
   
   
   

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