(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面グラインダは、１組の研削ホイールと、１組の水圧パッドと、プロセッサとを備え、
上記研削ホイールと上記１組の水圧パッドとは、上記研削ホイール間に配置される加工対象物の第１部分及び水圧パッド間に配置された加工対象物の第２部分を用いて、概ね平らな加工対象物を所定平面に保持するように動作可能であり、
上記グラインダは、上記加工対象物とセンサそれぞれとの距離を測定するように動作可能な複数のセンサを有し、
上記複数のセンサの少なくともいくつかは、加工対象物がｘｙ平面に保持されるように定めたｘ，ｙ，ｚ座標系においてｘ軸方向及びｙ軸方向の少なくとも一方向に離れ、
上記プロセッサは、上記加工対象物と上記複数センサとの間の測定された距離に関する１つ以上の測定結果を含むセンサデータを上記各センサから取得するように動作可能であり、かつ、上記センサデータから上記加工対象物の１つ以上の境界条件を決定して、上記センサデータを用いて上記加工対象物の有限要素構造解析を実行するように動作可能である
ことを特徴とする両面グラインダ。
【請求項２】
上記プロセッサは、
上記センサデータに応じて、研削ホイール及び水圧パッドの少なくとも１つの位置を調整するように動作するプロセッサであり、
且つ／または、
上記センサデータに応じて、水圧パッドによって加工対象物の少なくとも一部に掛けられる水圧の大きさを調整するように動作するプロセッサである
ことを特徴とする請求項１に記載の両面グラインダ。
【請求項３】
上記センサは、複数のセンサペアを有し、
上記センサペアは、上記直交座標系のｚ方向に概ね整列され、上記加工対象物の反対側に配置された２つの対向するセンサを有し、
上記センサペアは、ｘ軸及びｙ軸方向の少なくとも一方向に離れており、
且つ／または、
上記複数のセンサは、上記加工対象物の中心から第１半径ライン上に概ね配置される第１センサと、上記加工対象物の中心から第２半径ライン上に概ね配置される第２センサとを含み、上記第１半径ラインと上記第２半径ラインとは異なる方向に伸びており、
且つ／または、
上記複数のセンサは、上記加工対象物の中心から第１の距離だけ離れた第１センサと、上記加工対象物の中心から第２の距離だけ離れた第２センサとを含み、上記第１の距離は上記第２の距離とは異なる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の両面グラインダ。
【請求項４】
上記水圧パッドの各々は、
上記加工対象物を保持するための作業面領域を有する本体と、
上記加工対象物と係合する研削ホイールの１つをそれぞれ収容するための本体の開口とを備え、
さらに、
上記複数のセンサは、上記ｙ軸方向及びｘ軸方向の少なくとも一方向に離れており、上記開口の少なくとも１つの周囲に配置された少なくとも２つのセンサを含む
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の両面グラインダ。
【請求項５】
上記加工対象物が保持される上記平面は、実質的に垂直な平面であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の両面グラインダ。
【請求項６】
両面グラインダを用いて半導体ウェハを処理する半導体ウェハ処理方法であって、
上記グラインダは、１組の研削ホイールと、１組の水圧パッドと、プロセッサとを備え、
上記研削ホイールと上記１組の水圧パッドとは、上記研削ホイール間に配置される加工対象物の第１部分及び水圧パッド間に配置された加工対象物の第２部分を用いて、概ね平らな加工対象物を所定平面に保持するように動作可能であり、
上記グラインダは、上記加工対象物とセンサそれぞれとの距離を測定するように動作可能な複数のセンサを有し、
上記複数のセンサの少なくとも１つは、加工対象物がｘｙ平面に保持されるように定めたｘ，ｙ，ｚ座標系においてｘ軸方向及びｙ軸方向の少なくとも一方向に離れ、
上記半導体ウェハ処理方法は、
上記ウェハと少なくとも１つのセンサとの距離を測定することと、
上記測定された距離を用いてウェハ・ナノトポロジーを決定することとを含み、
上記決定は、上記プロセッサが上記距離を用いて、上記加工対象物の１つ以上の境界条件を決定して、上記加工対象物の有限要素構造解析を実行することを含む
ことを特徴とする半導体ウェハ処理方法。
【請求項７】
上記決定は、ウェハがグラインダの中にある間に行われ、
且つ／または、
上記ウェハが保持される上記平面は、実質的に垂直方向の平面であることを含む
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項８】
上記測定は、上記ウェハと複数のセンサとの間の複数の距離を測定することを含み、
上記決定は、上記ウェハのナノトポロジを決定するために、上記複数の距離を用いることを含み、
上記ウェハの上記決定されたナノトポロジは、下流側処理ステップの後の上記ウェハの表示を含む
ことを特徴とする請求項６または７に記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項９】
さらに、上記決定に応じて上記両面グラインダの配置を調整することを含み、
上記決定は、上記ウェハのナノトポロジを評価して、上記両面グラインダの配置を調整するために、プロセッサを用いることを含む
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項１０】
さらに、上記決定に応じて上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも部分に掛ける水圧の大きさを調整すること、
及び／または、
上記ウェハのナノトポロジを決定して、上記加工対象物の上記部分に掛ける上記水圧の大きさを調整するために、プロセッサを用いることを含む
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項１１】
１組の研削ホイール及び１組の水圧パッドを用いて所定平面に加工対象物を保持する両面グラインダにおいて上記加工対象物の有限要素解析を実行することによって、ナノトポロジを評価するためのナノトポロジ評価システムであって、
上記加工対象物が上記両面グラインダに保持されている間に、上記加工対象物までの距離を測定するように動作可能な少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサから、測定された距離を含むデータを取得するように動作可能なプロセッサとを備え、
上記プロセッサは、上記測定された距離を用いて上記加工対象物の１つ以上の境界条件を決定するように動作可能であり、
上記プロセッサは、上記決定された境界条件を用いて、上記加工対象物の有限要素解析を実行して、上記加工対象物のナノトポロジを決定するように動作可能である
ことを特徴とするナノトポロジ評価システム。
【請求項１２】
上記プロセッサは、（i）両面グラインダの配置と、（ii）上記加工対象物の少なくとも部分に上記水圧パッドによって掛けられる水圧との少なくとも１つを調整するように動作することを特徴とする請求項１１に記載のナノトポロジ評価システム。
【請求項１３】
上記少なくとも１つのセンサは、加工対象物がｘｙ平面に保持されるように定めたｘ，ｙ，ｚ座標系においてｘ軸方向及びｙ軸方向の少なくとも一方向に離れた複数のセンサを含み、
且つ／または、
上記少なくとも１つのセンサは、上記加工対象物の中心から第１半径ライン上に概ね配置される第１センサと、上記加工対象物の中心から第２半径ライン上に概ね配置される第２センサとを含み、上記第１半径ラインと上記第２半径ラインとは異なる方向に伸びており、
且つ／または、
上記少なくとも１つのセンサは、上記加工対象物の中心から第１の距離だけ離れて配置された第１センサと、上記加工対象物の中心から第２の距離だけ離れて配置された第２センサとを含み、上記第１の距離は上記第２の距離とは異なる
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載のナノトポロジ評価システム。
【請求項１４】
研削ホイールによって加工対象物を研削する間、上記加工対象物を保持することに使用する水圧パッドであって、
上記水圧パッドは、上記加工対象物を研削する間、上記加工対象物を保持するための本体を備え、
上記本体は、作業面領域と中心とを有し、
上記本体は、さらに、上記中心を通過する水平軸を有しており、
上記水圧パッドは、さらに、
上記加工対象物と係合する第１研削ホイールを収容するための上記本体に形成された開口を備え、
上記開口は、上記本体によって形成される周縁端部と、中心とを有し、
上記水圧パッドは、さらに、
上記本体と上記加工対象物との間に流体の障害を備え、また研削中に上記加工対象物に圧力を加えるために、上記本体に形成され、上記本体を通って流体を収容するために設けられた少なくとも１つのポケットを備え、
上記１つのポケットは、上記開口の上記周縁端部の部分に対して、上記開口の上記中心から半径長さだけ半径方向の反対側に配置され、
上記水圧パッドは、さらに、
上記開口の上記周縁端部と上記半径方向の反対側の１つのポケットとの間の上記本体にフリー領域を備え、
上記フリー領域は、上記水圧パッドが、使用時に当該フリー領域で上記加工対象物に挟持圧を実質的に掛けないように設けられ、
上記水圧パッドは、さらに、
上記フリー領域に少なくとも１つのセンサを備え、
上記センサは、上記加工対象物の有限要素構造解析に使用される上記加工対象物の１つ以上の境界条件を決定するために、上記センサと上記加工対象物との間の距離を測定するように動作可能である
ことを特徴とする水圧パッド。
【請求項１５】
１組の研削ホイールと、
１組の水圧パッドとを備え、
上記研削ホイールと上記水圧パッドとは、研削ホイール間に配置される加工対象物の第１部分及び水圧パッド間に配置された加工対象物の第２部分を用いて、概ね平らな加工対象物を所定平面に保持するように動作可能であり、
さらに、
上記加工対象物との距離を測定するための複数のセンサと、
上記センサからのデータを取得して、上記センサデータに基づいて加工対象物ナノトポロジを評価するように動作可能なプロセッサを備え、
上記プロセッサは、上記測定された距離を用いて、上記加工対象物の１つ以上の境界条件を決定し、上記決定された境界条件を用いて、上記加工対象物の有限要素解析を実行するように構成されている
ことを特徴とする両面グラインダ。
【請求項１６】
上記プロセッサは、研削処理後のステップの完了後に、上記加工対象物の上記ナノトポロジがどのようなものであるかを予測するために、情報を送信するように動作可能である
ことを特徴とする請求項１５に記載の両面グラインダ。
【請求項１７】
上記プロセッサは、上記センサデータに応じて、研削ホイールと水圧パッドとの少なくとも１つの位置調整を示すための情報を送信するように動作可能であり、
且つ／または、
上記プロッサは、
（１）上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも部分に掛けられる水圧の大きさと、
（２）上記研削ホイールが上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも部分に適用される場合、上記加工対象物に対する上記研削ホイールの角度と、
（３）上記研削ホイールの水平チルトと、
（４）上記研削ホイールの垂直チルトと、
（５）上記加工対象物が保持される平面に対して垂直な方向への上記研削ホイールのシフトと、
（６）上記グラインダの初期設定との少なくとも１つに関して、上記センサデータに応じて位置調整を示すための情報を送信するように動作可能である
ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の両面グラインダ。
【請求項１８】
上記プロッサは、上記センサデータに応じて上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも部分に掛けられる水圧の大きさの調整を示すための情報を送信するように動作可能である
ことを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の両面グラインダ。
【請求項１９】
上記グラインダは、第１の加工対象物を研削し、上記第１の加工対象物を研削した後に第２の加工対象物を研削するように動作可能であり、
上記プロセッサは、上記センサからのデータを取得して、上記センサデータに基づいて上記第１の加工対象物のナノトポロジを評価するように動作可能であり、
上記プロセッサは、上記第２の加工対象物を研削する場合に、上記センサデータに応じて、上記研削ホイールと上記水圧パッドとの少なくとも１つの位置調整を示すための情報を送信するように動作可能である
ことを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の両面グラインダ。
【請求項２０】
上記有限要素解析は、上記ウェハに関する生のナノトポロジー・プロファイルを生成し、
上記半導体ウェハ処理方法は、さらに、
下流側処理ステップの後の上記ウェハの上記ナノトポロジー・プロファイルがどのようであるかを予測するために、上記生のナノトポロジー・プロファイルを用いることを含む
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項２１】
上記評価に基づいて上記両面グラインダの配置を調整すること、
及び／または、
上記ウェハのナノトポロジを評価して、上記両面グラインダの位置調整を示すための情報を提供するために、プロセッサを用いることを含む
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項２２】
上記決定に応じて、
（１）上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも部分に掛けられる水圧の大きさと、
（２）上記研削ホイールが上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも部分に適用される場合、上記加工対象物に対する上記研削ホイールの角度と、
（３）上記研削ホイールの水平チルトと、
（４）上記研削ホイールの垂直チルトと、
（５）上記加工対象物が保持される平面に対して垂直な方向への上記研削ホイールのシフトと、
（６）上記グラインダの初期設定とを含むものの中から少なくとも１つを上記決定に応じて調整することを含み、
上記測定は、上記ウェハと、ｘ軸方向またはｙ軸方向に離れた複数のセンサとの間の複数の距離を測定することを含み、
上記測定は、上記ウェハが上記両面グラインダにおいて研削される間に実行される
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項２３】
１組の研削ホイール及び１組の水圧パッドを用いて所定平面に加工対象物を保持する両面グラインダにおいて上記加工対象物の有限要素解析を実行することによってナノトポロジを評価するためのナノトポロジ評価システムであって、
上記加工対象物が上記両面グラインダに保持されている間に、上記加工対象物までの距離を測定するために動作可能な少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサから、上記加工対象物までの測定された距離を含むデータを取得するために動作可能なプロセッサとを備え、
上記プロセッサは、上記測定された距離を用いて上記加工対象物のナノトポロジを評価するように動作可能であり、
上記プロセッサは、上記測定された距離を用いて、上記加工対象物の１つ以上の境界条件を決定し、上記決定された境界条件を用いて、上記加工対象物の有限要素解析を実行するために、上記測定された距離を使用するように設けられる
ことを特徴とするナノトポロジ評価システム。
【請求項２４】
上記プロセッサは、研削処理後のステップが完了後に、上記加工対象物の上記ナノトポロジがどのようであるかを予測するために動作可能であり、
且つ／または、
上記プロセッサは、（i）上記両面グラインダの配置と、（ii）上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも部分に掛けられる水圧との少なくとも１つを上記センサデータに応じて調整するように動作可能である
ことを特徴とする請求項２３に記載のナノトポロジ評価システム。
【請求項２５】
１組の研削ホイールと、１組の水圧パッドと、プロセッサとを備えた両面グラインダであって、
上記研削ホイールと上記１組の水圧パッドとは、上記研削ホイール間に配置される加工対象物の第１部分及び水圧パッド間に配置された加工対象物の第２部分を用いて、概ね平らな加工対象物を所定平面に保持するように動作可能であり、
上記グラインダは、上記加工対象物と各センサとの間の距離を測定するように動作可能な複数のセンサを有し、
少なくともいくつかのセンサは、加工対象物がｘｙ平面に保持されるように定めたｘ，ｙ，ｚ座標系においてｘ軸方向及びｙ軸方向の少なくとも一方向に離れ、
上記プロセッサは、
i）上記各センサから上記距離に関するセンサデータを取得し、
ii）上記センサデータを用いて有限要素構造解析のための複数の境界条件を決定するとともに有限要素構造解析を実行して上記加工対象物のナノトポロジを決定し、
iii）決定された上記ナノトポロジに応じて、上記研削ホイールまたは上記水圧パッドの位置、または上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも一部に掛けられる水圧の大きさを調整するように動作可能である
ことを特徴とする両面グラインダ。
【請求項２６】
１組の研削ホイール及び１組の水圧パッドを用いて所定平面にウェハを保持する両面グラインダを用いて半導体ウェハを処理する半導体ウェハ処理方法であって、
上記研削ホイールと上記１組の水圧パッドとは、上記研削ホイール間に配置される加工対象物の第１部分及び水圧パッド間に配置された加工対象物の第２部分を用いて、概ね平らな加工対象物を所定平面に保持するように動作可能であり、
上記グラインダは、上記加工対象物と各センサとの間の距離を測定するように動作可能な複数のセンサを有し、
少なくともいくつかのセンサは、加工対象物がｘｙ平面に保持されるように定めたｘ，ｙ，ｚ座標系においてｘ軸方向及びｙ軸方向の少なくとも一方向に離れ、
半導体ウェハ処理方法は、
i）上記各センサから上記距離に関するセンサデータを取得するステップと、
ii）上記センサデータを用いて有限要素構造解析のための複数の境界条件を決定するとともに有限要素構造解析を実行して上記加工対象物のナノトポロジを決定するステップと、
iii）決定された上記ナノトポロジに応じて、上記研削ホイールまたは上記水圧パッドの位置、または上記水圧パッドによって上記加工対象物の少なくとも一部に掛けられる水圧の大きさを調整するステップとを有する
ことを特徴とする半導体ウェハ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね半導体ウェハの両面を同時に研削することに関し、特に、改善されたウェハ・ナノトポロジーのための両面研削装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハは、一般に、電気回路網が印刷されるＩＣ（integrated circuit）チップの生産に使用される。電気回路網は、最初に、ウェハ表面に縮小形式で印刷され、次に、ウェハは回路チップに分けられる。しかし、電気回路網がウェハ表面の全体にわたって適切に印刷されるためには、ウェハ表面は電気回路網が小さい程非常に平坦で且つ平行であることが必要になる。これを実現するため、研削プロセスは、一般に、インゴットから切り取った後、ウェハの特性（例えば、平坦性と平行性）を改善するために使用される。
【０００３】
両面同時研削は、ウェハの両面に同時に作用し、高精度で平坦にされた表面を有するウェハを生産する。従って、それは望ましい研削プロセスである。これを達成するために使用できる両面グラインダには、光洋機械工業株式会社によって製造されるものを含む。これらのグラインダは、研削中に半導体ウェハを保持するためにウェハ挟持装置を使用する。挟持装置は、典型的には、１組の水圧パッド及び１組の研削ホイールを備える。パッド及びホイールは、それらの間で垂直方向にウェハを保持するために、対向した関係に向き合わせにされる。研削中にウェハに物理的に接触している硬いパッドを用いずにウェハを保持するため、水圧パッドは、それぞれのパッド及びウェハの間に流体のバリアを形成する。これによって、物理的な挟持によって生じるウェハへのダメージは低減し、ウェハを低摩擦でパッド表面の接線方向に移動（回転）させることができる。研削プロセスによって研削されたウェハ表面の平坦性と平行性が改善する一方で、ウェハ表面のトポロジの劣化を生じさせることがある。
【０００４】
トポロジの劣化に関して特定して説明するために、装置及び半導体材料の製造者は、ウェハ表面のナノトポロジ（NT）を考慮する。ナノトポロジは、約０．２ｍｍから約２０ｍｍまでの空間的な波長の範囲内でのウェハ表面の偏差と定義される。この空間的な波長は、処理された半導体ウェハのためのナノメートル・スケールでの表面の特性に極めて密接に対応する。前述の定義は、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）の半導体産業のための世界取引協会（a global trade association,SEMI document 3089）によって提案されている。ナノトポロジは、ウェハの一面の高さ方向の変位（偏差）を測定するが、種々のウェハの厚さを考慮しないものであり、従来の平坦性測定も同様である。これらの種類の表面変化を検知して記録するために、種々の計測方法が開発されてきた。例えば、入射光から反射光の偏りを測定することによって、非常に小さい表面変化（表面の偏差）の検知が可能になる。これらの方法は、波長の範囲内の山谷（PV：peak to valley）の変化を測定するために使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
両面研削は、完成ウェハのナノトポロジを決定する１つのプロセスである。ＣマークやＢリングのようなＮＴ欠陥は、研削プロセスで生じ、実質的に歩留まり損失をもたらす。両面研削の後、ＮＴがナノマッパー（nanomapper）で検査される前に、ウェハには、端部研磨、両面研磨及び最終研磨のような種々の下流プロセスが施される。現行方式では、ウェハ表面は両面研磨の直後に測定される。このように、ＮＴの決定には遅れが生じる。さらに、ウェハのカセットが機械加工されるまで、ウェハは測定されない。グラインダの準最適な設定がＮＴ欠陥を生じさせる場合、そのとき、カセットの全てのウェハがこの欠陥を有することになり、より大きい歩留まり損失を生じさせる。これに加えて、操作者は、カセットごとに、測定からのフィードバックを取得するまで待たなければならず、多くのダウンタイムをもたらす。次のカセットがフィードバックを用いずに研削された場合、グラインダの不適切な設定のために、次のカセットでより多くの歩留まり損失を生じさせる危険がある。また、現行システムでは、各ロットからのウェハの１つだけが測定される。従って、研磨後のＮＴ欠陥について、信頼可能な予測を研削中に行う必要がある。
【０００６】
従来技術の典型的な両面グラインダのウェハ挟持装置１’が、図１及び２に概略的に示される。研削ホイール９’及び水圧パッド１１’は、ウェハＷを互いに独立的に保持する。それらは、それぞれ挟持平面７１’及び７３’を有する。ウェハＷ上の研削ホイール９’の挟持圧は、ホイールの回転軸６７’を中心とするが、ウェハ上の水圧パッド１１’の挟持圧は、ウェハの中心ＷＣ近傍を中心とする。研削中（図１）、挟持平面７１’及び７３’が同時に保持される限り、ウェハは、平らなままであり（即ち、曲がることがなく）、ホイール９’によって均一に研削される。挟持平面の配置に関する一般的な内容は、米国特許掲載公報番号６，６５２，３５８に記載されている。しかしながら、２つの平面７１’及び７３’がずれて配置されると、研削ホイール９’及び水圧パッド１１’の挟持圧は、ウェハＷの中の研削ホイール開口３９’（図２）の周端部４１’近傍で概ねウェハを鋭く湾曲させる湾曲モーメント、すなわち水圧挟持モーメントを生み出す。これによって、ウェハＷに高い局所的な応力領域が生じる。
【０００７】
挟持平面７１’及び７３’のずれは、一般に、両面研削動作の間の水圧パッド１１’（図２）に対する研削ホイール９’の移動によって概ね引き起こされる。起こり得るズレのモードは、典型的には図２及び３に示される。これらは、３つの異なるモードの組合せを含む。第１モードは、研削ホイールの回転軸６７’に沿った移動において、水圧パッド１１’に対する研削ホイール９’の横シフトＳである（図２参照）。第２モードは、それぞれの研削ホイールの中心を通る水平軸Ｘに関するホイール９’の垂直傾斜ＶＴ（vertical tilt）によって特徴付けられる（図２及び３参照）。図２は、第１モード及び第２モードの組み合わせを例示する。第３モードは、それぞれの研削ホイールの中心を通る垂直軸Ｙに関するホイール９’の水平傾斜ＨＴ（horizontal tilt）である（図３）。図面において、これらのモードは図示するために誇張して描かれており、実際のずれは、比較的小さい。さらに、各ホイール９’は、他とは独立して移動することができ、そのため、左ホイールの水平傾斜ＨＴは右ホイールのそれとは異なってもよく、同様のことは、２つのホイールの垂直傾斜ＶＴにもあてはまる。
【０００８】
挟持平面７１’及び７３’のずれによって生じる水圧挟持モーメントの大きさは、水圧パッド１１’の設計に関連する。例えば、より大きいモーメントは、概ね、ウェハＷのより大きい領域を挟持するパッド１１’（例えば、広い作用表面領域を有するパッド）によって、パッド挟持の中心が研削ホイールの中心軸６７から相対的に遠く離れて位置付けられたパッドによって、高水圧パッド挟持力をウェハに掛ける（すなわち、ウェハを極めてしっかりと保持する）パッドによって、これらの特徴と組み合わせたまたはパッドによって生じる。
【０００９】
従来技術（例えば図４に示す一従来技術）のパッド１１’を用いた挟持装置１において、挟持平面７１’及び７３’がずれた場合、研削ホイール開口部３９’の末端４１’を含むパッド１１’によってウェハは非常にきつく且つしっかりと挟持されるため、ウェハＷの曲げモーメントは相対的に大きい。ウェハは、研削ホイール９’の移動を調整することができず、またウェハは開口端部４１’の近くで鋭角に湾曲する（図２）。ウェハＷは、均一に研削するわけではなく、後続する処理（例えば研磨）によって取り除くことができない、望ましくないナノトポロジの特性を生じさせる。挟持平面７１’及び７３’のずれによって、研削ホイール９’は不均一に磨り減り、そのことは、研削ウェハＷの望ましくないナノトポロジ特性をさらに進展させるように働く。
【００１０】
図５Ａ及び５Ｂは、挟持平面７１’及び７３’がずれて研削動作中にウェハが湾曲している場合に研削ウェハＷの表面上に形成することができる望ましくないナノトポロジ特性を示す。当該特性は、センターマーク（Ｃマーク）７７’及びＢリング７９’（図５Ａ）を含む。センターマーク（Ｃマーク）７７’は概ね研削ホイール９’の横シフトＳ及び垂直傾斜ＶＴの組み合わせによって生じる一方で、Ｂリング７９’は概ねホイールの横シフトＳ及び水平傾斜ＶＴ組み合わせによって生じる。図５Ｂに示すように、両特性７７’及び７９’は、それらに関連する谷の変化に対して相対的に大きい山を有する。従って、それらは、粗悪なウェハのナノトポロジを示すものであり、ウェハ表面上の縮小した電気回路網を印刷する性能に著しい影響を与え得る。
【００１１】
ナノトポロジの劣化を生じさせるナノトポロジ挟持平面７１’及び７３’を挟持する水圧パッド及び研削ホイールのずれは、挟持平面を一定の間隔で配置することによって修正される。しかし、研削ホイール９’の偏った摩耗の影響だけでなく研削動作のダイナミクスによって、平面は、比較的少数の動作をした後の配置とは異なる。配置ステップは、非常に時間を要するものであって、商業的に非現実的なグラインダの動作制御方法となる程頻繁に必要とされる。
【００１２】
さらに、通常、両面グラインダによる望ましくないナノトポロジ特性がウェハに生じた時と見付ける時との間には時間差がある。これは、グラインダからのウェハの移動にはウェハのナノトポロジ測定が通常組み込まれていないためである。代わりに、ウェハのナノトポロジは通常、研削されたウェハが研磨装置で研磨された後に測定される。両面グラインダによってウェハに生じる望ましくないナノトポロジ特性は、研磨後のナノトポロジ測定において特定される。しかしながら、両面グラインダの問題が生じてからしばらくの間は、その問題からのネガティブ・フィードバック（例えば、研削ホイール及び水圧パッドの僅かなずれ）を利用することができない。グラインダが多数の追加的なウェハを処理するため、上述のことは歩留まり損失を増加させ、そのため、問題が認識されて修正されるまでに各々にナノトポロジの欠陥を生じさせる。同様に、両面グラインダの望ましい動作を確実にするポジティブ・フィードバック（例えば、研削ホイール及び水圧パッドの成功した再配置）も直ちに利用することはできない。
【００１３】
従って、処理のために効果的に半導体ウェハを保持可能であるが、研削ホイールを移動させなくてもよい両面グラインダのウェハ挟持装置において使用可能な水圧パッドが必要であり、それによって、繰り返されるグラインダ動作でのウェハ表面のナノトポロジの劣化は最小になる。また、短時間でナノトポロジー・フィードバックを提供可能な両面研削システムも必要であり、それによって、ナノトポロジ改善のためになされる調整を、品質管理やウェハ歩留まり率の向上のために短時間で認識して実行することが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施の形態の装置は、１組の研削ホイール及び１組の水圧パッドを有する両面グラインダである。研削ホイール及び水圧パッドは、概ね平坦な加工対象物を所定平面に保持するように動作可能であり、それによって、加工対象物の第１部分は研削ホイールの間に位置付けられ、加工対象物の第２部分は水圧パッドの間に位置付けられる。グラインダは、加工対象物とそれぞれのセンサとの距離を測定するために動作可能な複数のセンサを備える。
【００１５】
本発明に係る半導体ウェハを処理する方法の一実施の形態において、１組の研削ホイール及び１組の水圧パッドを用いてウェハを所定平面に保持する種類の両面グラインダが、ウェハを研削するために使用される。ウェハと少なくとも１つのセンサとの間の距離が測定され、ウェハのナノトポロジを評価するために用いられる。
【００１６】
本発明のさらに他の形態は、１組の研削ホイール及び１組の水圧パッドを用いて所定平面に加工対象物を保持する両面グラインダの加工対象物のナノトポロジを評価するためのシステムである。システムは、センサから加工対象物までの距離を測定するために動作可能な少なくとも１つのセンサを備える一方で、加工対象物は両面グラインダに保持される。システムは、すくなくとも１つのセンサからのデータを受け付けることができるプロセッサを備える。プロセッサは、測定された距離を用いて加工対象物のナノトポロジを評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
対応する参照符号は、図面を通して対応する部分を示す。
【００１８】
再び図を参照すると、図６及び７は、本発明に係る、参照符号１で示されるウェハ挟持装置を概略的に示す。挟持装置は、両面グラインダに用いることができ、それは図６の参照符号３で示される。ウェハ挟持装置１が用いられる両面グラインダの例は、光洋機械工業株式会社によって製造されるモデルDXSG320及びモデルDXSG300Aを含む。ウェハ挟持装置１は、グラインダ３の中の垂直位置に、概ね図のＷで示されるただ１つの半導体ウェハ（概略、「一加工対象物」という。）を保持し、それによって、ウェハの両面を均一に同時に研削できる。これによって、研磨して電気回路網のプリントするステップの前のウェハ表面の平坦性及び平衡性は向上する。グラインダは、本発明の範囲から逸脱することなく、半導体ウェハ以外の加工対象物を保持する挟持装置を有してもよい。
【００１９】
図６及び７に示すように、ウェハ挟持装置１は、左右の研削ホイールを含み、参照符号９ａ及び９ｂにより示される。左右の水圧パッドは、それぞれ、参照符号１１ａ及び１１ｂによって示される。左右の指示は記載を容易にするためだけになされるものであって、ホイール９ａ及び９ｂとパッド１１ａ及び１１ｂとの特別の位置関係を要求するものではない。「ａ」「ｂ」という文字は、左ホイール９ａ及び左パッド１１ａの部分を右ホイール９ｂ及び右パッド・リブと区別するために使用される。研削ホイール９ａ及び９ｂと水圧パッド１１ａ及び１１ｂは、当業者に知られた手段によってグラインダに設けられる。
【００２０】
当業者に知られるように、２つの研削ホイール９ａ及び９ｂは、実質的に同一であり、各ホイールは概ね平坦である。図６及び７に示すように、研削ホイール９ａ及び９ｂはウェハＷとの研削可能な結合のために、ウェハの中心下方へ概ね位置付けられる。各ホイール９ａ及び９ｂの外周は、ウェハの底においてウェハＷの外周の下に伸び、ウェハの中心においてウェハの中心軸ＷＣの上に伸びる。これによって、各ウェハＷの全表面領域を動作中に確実に研削できる。さらに、少なくとも１つの研削ホイール９ａまたは９ｂは、その組み合わされた研削ホイールに相対的に移動できる。これによって、グラインダ３の挟持装置１の研削ホイール９ａ及び９ｂの間において半導体ウェハＷに負荷を掛けることができる。設けられた挟持装置１において、左水圧パッド１１ａは、対応する左研削ホイール９ａに相対的に移動することができ、また、固定して維持される右水圧パッド１１ｂに相対的に移動することもでき、それによって、さらに半導体ウェハＷを装置１に容易に装着できるようになる。両パッドが対応する研削ホイールに相対的に移動可能であり、またはウェハを装着している間両パッドが固定されているウェハ挟持装置、すなわち、ウェハを装着している間水圧パッド及び対応する研削ホイールがともに移動するウェハ挟持装置は、本発明の範囲から逸脱するものではない。
【００２１】
さらに、図６及び７に示すウェハ挟持装置１を参照すると、研削動作の間、挟持装置の２つの研削ホイール９ａ及び９ｂと２つの水圧パッド１１ａ及び１１ｂとは、半導体ウェハＷをそれらの間に保持するために、対向した関係に配置される。研削ホイール９ａ及び９ｂと水圧パッド１１ａ及び１１ｂとは、垂直方向の挟持平面７１及び７３を有し、垂直方向におけるウェハの保持を支援するウェハＷへの挟持圧を生じさせる。これについては、本明細書において後に詳しく説明する。
【００２２】
特に図６を参照すると、水圧パッド１１ａ及び１１ｂは、動作中、静止状態を維持する一方、参照符号１４で示されるドライブ・リングは、パッドと研削ホイール９ａ及び９ｂとに相対的にウェハＷを回転移動させる。当該技術分野に知られるように、ドライバー・リング１４の戻り止め、すなわちクーポン１５は、ウェハの外周に形成される（図６の破線で示される）ノッチＮでウェハＷと概ね係合し、そのため、ウェハをその中心軸ＷＣに関して回転移動できる（中心軸ＷＣは概ねパッド１１ａ及び１１ｂの水平軸４４ａ及び４４ｂに対応する（図８及び１２参照）。）。同時に、研削ホイール９ａ及び９ｂはウェハＷと係合し、互いに反対方向に回転する。ホイール９ａ及び９ｂの一方は、ウェハＷと同じ方向に回転し、他方はウェハと反対方向に回転する。
【００２３】
図８−１３Ｂを参照すると、本発明の水圧パッド１１ａ及び１１ｂは、より詳細に示される。図８−１１は左水圧パッド１１ａを示し、図１２−１３Ｂは反対側の右水圧パッド１１ｂを示す。図示するように、２つのパッド１１ａ及び１１ｂは、実質的に同一であり、互いに概ね鏡像となる。従って、左パッド１１ａについてのみ説明するが、右パッド１１ｂの説明も同様に理解される。
【００２４】
図８−９Ｂに示すように、左水圧パッド１１ａは、概ね薄くて環状の形状をしており、処理されるウェハＷと同程度の大きさを有する。この関係を図示するため、図９Ａ及び９ＢにウェハＷの想定図を示す。図示される水圧パッド１１ａは、約３６．５ｃｍ（１４．４ｉｎ）の直径を有し、動作中にウェハＷに対向する約９００ｃｍ２（１３９．５ｉｎ２）の作業表面領域を有する。従って、例えば約３００ｍｍの直径を有する標準的なウェハを研削するために使用できる。もっとも、本発明の範囲から逸脱することなく、水圧パッドが異なる直径と表面領域とを有してもよいことは理解されるであろう。
【００２５】
図８及び９Ａに最もよく示されるように、水圧パッド１１ａの本体１７ａは、研削動作中にウェハＷに接して対向するウェハ側側面１９ａを含む。ウェハ側側面１９ａに形成された６つの水圧ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａの各々は、パッド１１の（参照符号３９ａにより示される）研削ホイール開口について概ね半径方向に位置付けられる。パッド本体１７ａの背部３５ａは、ウェハ側側面１９ａに対向し、概ね平坦であり、水圧ポケットを有しないが、本発明の範囲から逸脱することなく、ポケットを含んでもよい。さらに、例えば６つの水圧ポケットより多くのまたは少ない（例えば４つの）ポケットを有する水圧パッドは、本発明の範囲から逸脱するものではない。
【００２６】
６つの水圧ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａの各々は、弓形の形状であり、パッド１１ａの概ね周方向に細長い。各ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａは、ウェハ側側面１９ａの一段高い表面３２ａの中に凹ませて設けられ、各々は比較的平坦な垂直側壁３７ａと丸められた周辺コーナを含む。ポケットは、パッド１１ａの面１９ａの中へ浅い穴を切断しまたは鋳造することによって形成される。異なる処理によって形成される水圧ポケットは、本発明の範囲から逸脱するものではない。
【００２７】
図８及び９Ａをさらに参照すると、ポケットの組２１ａと２３ａ，２５ａと２７ａ，及び２９ａと３１ａの各々は実質的に同じ大きさと形状である。さらに、図示するパッド１１ａにおいて、ポケット２１ａと２３ａの各々は約１４．３８ｃｍ２（２．２３ｉｎ２）の表面領域を有し、ポケット２５ａと２７ａの各々は約２７．２２ｃｍ２（４．２２ｉｎ２）の表面領域を有し、また、ポケット２９ａと３１ａの各々は約３６．１８ｃｍ２（５．６１ｉｎ２）の表面領域を有する。パッド１１ａの全ポケットの表面領域は、約１５５．５６ｃｍ２（２４．１１ｉｎ２）であり、パッドの作業表面領域に対する全ポケットの表面領域の割合は約０．１７である。この割合は、０．１７以外であってもよく、本発明の範囲に含まれる。例えば、割合は約０．２６またはそれより小さくてもよい。従来技術のパッド１１’（図４参照）と比較すると、ポケット２１’と２３’の各々の表面領域は、約３１．８２ｃｍ２（４．９３ｉｎ２）であり、ポケット２５’と２７’の各々の表面領域は、約３６．４７．８２ｃｍ２（５．６５ｉｎ２）であり、また、ポケット２９’と３１’の各々の表面領域は、約４７．８９ｃｍ２（７．４２ｉｎ２）である。従来技術のパッド１１’の全ポケット表面領域は、約２３２．３６ｃｍ２（３６．０２ｉｎ２）であり、パッド作業表面領域に対する全ポケット表面領域の割合は、約０．２６である（パッド１１’の作業表面領域は、約９００ｃｍ２（１３９．５ｉｎ２）である。）。
【００２８】
ポケット２１ａと２３ａ、２５ａと２７ａ、及び２９ａと３１ａは、それぞれウェハ側側面１９ａの反対の半分に対称に配置される。ポケット２１ａと２３ａは、概ねパッド１１ａの水平軸４４ａより下方にある一方、ポケット２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａは概ね水平軸４４ａより上方にある。ポケット２９ａ及び３１ａは概ね、ポケット２５ａ及び２７ａの上方にあり、研削ホイール開口３９ａの近傍には配置されず、ポケット２５ａ及び２７ａを有して、それらの間に配置される開口から離して配置される。このポケットの配向において、全ポケット表面領域の約１５％が水平軸４４ａの下方に配置される。この割合は、２３％であってもよく、また本発明の範囲から逸脱することなく、それより小さくてもよい。従来技術のパッド１１’と比較すると、全ポケット表面領域の少なくとも約２４％がパッドの水平軸４４’より下方に配置される。軸４４’より下方のポケット領域が増加することによって、研削ホイール開口３９’の側部方向を向き、Ｂリングの形成に寄与し、パッド１１’によってウェハに掛けられる挟持力が増加する。
【００２９】
図８及び９Ａは、円形の研削ホイール開口３９ａを示しており、それは、水圧パッド１１ａの本体１７ａの下位部分に形成され、パッドを通ってウェハＷの下位中心部と係合するように研削ホイール９ａを収容できる大きさ及び形状である（研削ホイール及びウェハは図９Ａの想定図に示される。）。開口３９ａの中心は、概ね、開口に収容された場合の研削ホイール９ａ（及び９ｂ）の回転軸６７に対応する。図示するパッド１１ａにおいて、研削ホイール開口３９ａ半径Ｒ１は、約８７ｍｍ（３．４３ｉｎ）であり、研削ホイール９ａの外周端と半径方向に対向する研削ホイール開口の端部４１ａは、比較的均一であり、概ね約５ｍｍ（０．２０ｉｎ）のオーダーである。これらの距離は、本発明の範囲から逸脱することなく、異なっていてもよい。
【００３０】
図示するように、パッド１１ａの一段高い表面３２ａは、各ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａの各々の外周に沿って伸びる同様に広がる台部３４ａを備える。ドレイン・チャネルは、各々が参照符号３６ａで示され、ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａの各台部３４ａの各々の間の一段高い表面３２ａに形成される。概ね三日月状のフリー領域６０ａは、研削ホイール開口の外周端部４１ａとポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ及び２７ａの台部３４ａのインナー部分端部３８ａとの間に、一段高い表面の中に凹ませて設けられる。ウェハＷの挟持力は、フリー領域６０ａで事実上ゼロである。これらの特徴は、さらに本明細書において後述する。
【００３１】
図１０を参照すると、水圧ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａの各々は、流体をポケットの中へ導くための流体注入ポート６１ａを含む。パッド本体１７ａの中の（隠れ線によって示される）チャネル６３ａは、流体注入ポート６１ａと接続し、外部流体源（図示せず）からポケットへ流体を供給する。流体は、動作中に比較的一定の圧力下でポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａの中に負荷を掛け、それによって、パッド・フェースではなく、流体が研削中にウェハと接触する。このように、ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａで流体は、パッド挟持平面７３の中でウェハＷを垂直方向に保持するが（図６及び７参照）、潤滑ベアリング領域、またはスライド防止機構をも備え、それによって、非常に低い摩擦抵抗を伴った研削中にウェハＷはパッド１１ａ（及び１１ｂ）に対して相対的に回転できる。パッド１１ａの挟持力は、主にポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａで与えられる。
【００３２】
図１１は、パッド１１ａのウェハ側側面１９ａの左半分を参照して、ポケット２１ａ，２５ａ及び２９ａの配置を詳細に示す。半径距離ＲＤ１，ＲＤ２及びＲＤ３は、それぞれ、ポケット２１ａ，２５ａ及び２９ａについて、研削ホイール開口の中心からの最短垂直側壁３７ａの外周端部の場所を示し（最短垂直側壁３７ａとは、研削ホイール開口３９ａの端部４１ａに最も近い垂直側壁をいう。）、それらは理想的には研削ホイールの回転軸６７に対応する。図示するように、距離ＲＤ１は、ポケット２１ａの最短垂直側壁３７ａの周囲で一定ではなく、ポケット２１ａのボトム側端部は、トップ側端部よりも開口３９ａからさらに離れる。特に、距離ＲＤ１は、ポケットのボトム側端部方向への約１０４ｍｍ（４．１ｉｎ）から、トップ側端部方向への約１１２ｍｍ（４．４ｉｎ）までの範囲にある（これらの値は、ポケット２３ａについても同じ。）。半径距離ＲＤ２及びＲＤ３は、それぞれ、ポケット２５ａ及び２９ａの最短垂直壁３７ａに対して比較的一定であり、ＲＤ２は約１１３ｍｍ（４．４ｉｎ）の値を有し、ＲＤ３は約１６５ｍｍ（６．５ｉｎ）の値を有する（これらの値は、それぞれ、ポケット２７ａ及び３１ａと同じ。）。本発明の範囲から逸脱することなく、半径距離ＲＤ１が一定であり、半径距離ＲＤ２及びＲＤ３が一定でなくてもよい。
【００３３】
図１１は、半径距離ＲＤ１１を示しており、それは、研削ホイールの回転軸６７から、ポケット２１ａ及び２５ａの台部３４ａの半径方向に最も内側の端部３８ａまで、半径方向に測定される。端部３８ａは、ゼロ圧力（フリー）領域６０ａの端、すなわち境界を形成する。図示するように、半径距離ＲＤ１１は、端部３８ａまで一定ではなく、図示するパッド１１ａは、垂直軸４３ａに近い約１０８ｍｍ（４．２５ｉｎ）から、ポケット２１ａのボトム側端部に近く、そこでは端部３８ａが研削ホイール開口端部４１ａと統合する約８７ｍｍ（３．４３ｉｎ）までの範囲である。これらの同じ測定は、（開口３９ａに収容される場合）研削ホイール９ａの外周端部から、半径方向に反対側の最も内側部分の端部３８ａまででなされる場合、垂直軸４３ａ近傍の約２６ｍｍ（１．０２ｉｎ）からポケット２１ａのボトム側端部近傍の約５ｍｍ（０．２０ｉｎ）までであり、また、研削ホイール開口３９ａの半径Ｒ１に対する約０．３０から約０．０５７までの範囲の比を形成する。これに対して、一段高い表面３２’の最も内側の外周端部３８''は研削ホイール開口端部４１’と一致するため（すなわち、従来技術のパッド１１’にはゼロ圧力（フリー）領域がある）、従来技術の水圧パッド１１’（図４）の対応する距離は一定である。このパッド１１’において、半径距離ＲＤ１１’は、約８７ｍｍ（３．４３ｉｎ）であり、研削ホイール９’の外周端部から端部３８’までの同様の測定は、約５ｍｍ（０．２０ｉｎ）である。
【００３４】
本発明の水圧パッド１１ａ及び１１ｂは、従来技術の水圧パッド１１’に比べて、少なくとも以下の有利な特徴を有する。全水圧ポケット表面領域が減少している。これによって、動作中に、水圧ポケット２１ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ，３１ｂ，２１ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂ及び３１ｂの中に収容される流体の体積が低減するため、パッドによってウェハＷに掛けられる全体的な挟持力を効果的に低減させることができる。さらに、水平軸４４ａの下方のポケット表面領域が減少する。これによって、特に、研削ホイール開口３９ａ及び３９ｂの左右両側での挟持力を低下させる。さらに、インナー・ポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ及び２７ｂは、ゼロ圧力が形成されるフリー領域６０ａ及び６０ｂを有する研削ホイール開口端部４１ａ及び４１ｂから離れている。これによって、特に、研削ホイール開口３９ａ及び３９ｂの端部４１ａ及び４１ｂの周囲の挟持力を低下させる。
【００３５】
ウェハＷは、研削動作中、水圧パッド１１ａ及び１１ｂによって、より弱く保持され、それによって、それらは、研削ホイール９ａ及び９ｂのシフト及び／またはチルト移動に容易に一致させられる。これによって、研削ホイール９ａ及び９ｂが移動する時に生じる水圧挟持モーメントの大きさは減少する（すなわち、ウェハの湾曲領域において、より小さい応力が生じる）。さらに、ウェハＷは、研削ホイール開口端部４１ａの近傍に、きつく保持されるわけではない。ウェハＷは、ホイールが移動する時に研削ホイール開口端部４１ａの近傍で湾曲するが、従来技術の研削装置程には鋭利ではない。従って、水圧パッド１１ａ及び１１ｂは、ウェハＷの表面にわたって、より均一に研削することを促進し、Ｂリング及びセンターマーク（Ｃマーク）の形成のような研削ウェハのナノトポロジの劣化が低減しまたはなくなる。これは図５Ａ及び１４の比較によって分かる。図５Ａは、従来技術の水圧パッド１１’を用いたウェハＷの研削を示す一方で、図１４は、本発明のパッド１１ａ及び１１ｂを用いたウェハＷの研削を示す。図１４に示すウェハは、実質的に、Ｂリング及びセンターマーク（Ｃマーク）がない。
【００３６】
図１５Ａ−１９は、本発明のパッド１１ａ及び１１ｂによって、また、従来技術のパッド１１’によって、保持されるウェハＷの応力を示す。図１５Ａ及び１５Ｂは、研削補リールと水圧パッド挟持平面が整列した場合のこれらの応力を視覚的に示す。両ウェハＷにおいて、応力は、研削ホイール開口３９及び３９’の範囲内では無視してもよい（パッドは、これらの領域でウェハを挟持しない）。図１５Ａは、パッド１１ａ及び１１ｂによって保持される場合にウェハＷで形成される下位部分の応力を示す。それは、特に、研削ホイール開口端部４１ａ及び４１ｂの近傍のウェハＷの全面にわたる下位部分の応力（９８及び９９で示される明るい色の領域）を示す。それはまた、ウェハ全体に、より均一に分布する応力をも示す。これに対して、図１５Ｂに示すように、パッド１１’によって保持されるウェハＷの最大応力９７は、開口３９’の外周端部に極めて近接した部分にある（すなわち、ゼロ圧力（フリー）領域はない。）。
【００３７】
図１５Ａと１５Ｂを対比して分かるように、パッド１１ａ及び１１ｂを用いる研削中の最大応力９７が集中する領域は、パッド１１''（図１５Ｂ）を用いる場合程には、広がっていない。湾曲領域においてウェハＷの局所的な変形を低減し、研削ホイール９ａ及び９ｂのより均一に摩耗させるという２つの利点がある。均一なホイールの摩耗により、研削中にホイールが形状を変えない（ホイールの摩耗の差異がない）ことが確実になる。これによって、グラインダが、長期間にわたって、下位部分のナノトポロジの設定を維持することも確実になる。ホイールがシフト移動またはチルト移動した場合であっても、移動によって生じる応力は、センターマーク（Ｃマーク）及びＢリングの目立った形成を抑えて、ウェハＷの全体に効果的に分散される。望ましくは、これによって、研削ナノトポロジは、研削ホイールのシフト移動及びチルト移動に対する感度が低下する。
【００３８】
図１６−１９は、水圧パッド１１ａ及び１１ｂを用いた研削動作中、及び、研削ホイール９ａ及び９ｂがシフト移動及び／またはチルト移動する時の、ウェハＷの下位部分の応力を図示する。図示する応力は、研削ホイール開口端部４１ａ及び４１ｂの近傍のウェハＷで生じるものであり、ほぼ７時の位置（弧の長さ０ｍｍ）で始まり、周囲端部の回りを時計回りに（弧の長さ４００ｍｍまで）移動した端部４１ａ及び４１ｂの周辺で測定される。従来技術の水圧パッド１１’によって保持されるウェハＷの応力は、参照符号９１で示され、また、パッド１１ａによって保持されるウェハの応力は、参照符号９３で示される。
【００３９】
図１６は、研削ホイールがシフト移動する場合の応力９１及び９３を示す。図示するように、応力９３は、応力９１よりも極めて小さく、また、（弧の長さ約２００ｍｍに対応する）ウェハＷの中心ＷＣをも含め、研削ホイール開口３９ａ及び３９ｂの全外周において、応力９１よりも一定に近い。従って、本発明において、研削ホイール９ａ及び９ｂがシフト移動する場合、従来技術の装置で研削されたウェハに比べて、ウェハＷが中心近傍で鋭く湾曲することはない。
【００４０】
図１７は、研削ホイールがシフト移動し、垂直方向にチルト移動する場合のウェハＷの応力９１及び９３を示す。再び、パッド１１ａ及び１１ｂに関連する応力９３は、研削ホイール開口端部３９ａ及び３９ｂの全外周に沿って、概ね一定である。さらに、ウェハ中心ＷＣに対応する場所でのパッド１１ａ及び１１ｂによって保持されるウェハＷの応力の増加は、著しく低減している。従って、研削ホイール９ａ及び９ｂがシフト移動し、垂直方向にチルト移動する場合、研削ホイール開口３９ａ及び３９ｂの外周の近傍で、ウェハＷが鋭く湾曲することはなく、センターマーク（Ｃマーク）の形成は低減する。
【００４１】
図１８は、ホイールがシフト移動し、水平方向にチルト移動する場合のウェハＷの応力９１及び９３を示す。図示するように、ウェハＷの左側の応力９３は、応力９１ほど急激に増加するものではない。従ってホイール９ａ及び９ｂがシフト移動し、水平方向にチルト移動する場合に、パッド１１ａ及び１１ｂに保持されるウェハＷが、外周で鋭く湾曲することはなく、Ｂリング及び／またはＣマークの形成は低減する。研削ホイールのシフト移動、垂直方向のチルト移動、及び、水平方向のチルト移動を組み合わせた影響によって、ウェハＷの応力９１及び９３が生じた場合の同様の結果を図１９に示す。
【００４２】
図２０は、従来技術及び本発明の水圧パッド１１’及び１１ｂを用いて研削したウェハに関する上位０．０５パーセンタイルのナノトポロジ値を示す。パッド１１’を用いて研削されたナノトポロジ値は、参照符号７２によって示され、パッド１１ａ及び１１ｂを用いて研削されたウェハの値は、参照符号７４によって示される。本発明のパッド１１ａ及び１１ｂを用いて研削されたウェハは、従来技術の値７２よりも一貫して低いナノトポロジ値を有する。
【００４３】
本発明の水圧パッド１１ａ及び１１ｂは、一つの動作のセットアップでの一連のウェハにおける複数のウェハＷを研削するために用いられてもよい。一連のウェハは、例えば、少なくとも４００のウェハからなる。本発明の範囲から逸脱することなく、４００より多くのウェハからなってもよい。１つの動作のセットアップは、研削ホイール９ａ及び９ｂの手動調整の間の概ね連続的な動作であるとみなされる。一連の各研削ウェハＷによって、ナノトポロジは改善されてきた（例えば、センターマーク（Ｃマーク）及びＢリングの形成は低減または消滅した）。特に、それらの各々は、約１２ｎｍより小さい平均的な山谷の起伏を有する。例えば、ウェハの平均的な山谷の起伏は、約８ｎｍである。平均的な山谷の起伏は、各ウェハＷの平均的な半径方向のスキャンを通じての変化を示す。
【００４４】
図２１は、本発明の第２の実施の形態に係る左水圧パッドを概略的に図示する。パッドは、参照番号１１１ａによって示され、第１の実施の形態のパッド１１ａの部分に応じた本実施の形態のパッドの部分は、同じ参照符号に１００加えたものによって示される。水圧パッド１１ａは、実質的に、上述の水圧パッド１１ａと同様であるが、対応するポケット２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び３１ａとは異なる種々の形状をして方向を向いた水圧パッド・ポケット１２１ａ、１２３ａ，１２５ａ、２７ａ、２９ａ及び３１ａを有する。パッド１１ａと同様に、ポケット１２１ａ、１２３ａ、１２５ａ，１２７ａ，１２９ａ及１３１ａは、パッド１１１ａの研削ホイール開口１３９ａの周囲に、ポケット１２１ａ及び１２３ａと、ポケット１２５ａ及び１２７ａとともに位置付けられ、ポケット１２９ａ及び１３１ａは、同様に対称に、ウェハ側側面１１９ａの反対側半分に配置される。さらに、ポケット１２１ａ及び１２３ａは、パッド１１１ａの周囲の周方向に伸びる。しかし、このパッド１１１ａにおいて、ポケット１２５ａ、１２７ａ、１２９ａ及び１３１ａは、半径方向に、研削ホイール開口１３９ａから離れて伸びる。これらのパッド１１１ａ及び１１１ｂは、全ての他の実施の形態のパッド１１ａ及び１１ｂにおいて、同じである。
【００４５】
さらに、水圧パッドの挟持の中心は、水圧パッドのポケットに掛けられる水圧を制御することによって影響を受けることが意図されている。これによって、挟持の中心が低くなり、ウェハ挟持装置の研削ホイールの回転軸に近づく。特に、各ポケット（またはポケットの一部）における流体の圧力は、研削のコース中に変化し、且つ／または、他のポケットとは独立して制御される。複数のポケットの中で圧力を変化させる方法の１つは、ポケットに通じるオリフィスの開口の大きさを変えることである。さらに、各ポケットに関連した領域の剛性は、ポケットの深さを変えることによって、ポケットの中で変化しうる。ポケットが深い程、より浅いポケットよりも、より深いポケットの領域においてウェハＷをより弾力的に保持でき、そのため、より浅いポケットの領域において、ウェハはしっかりと保持される。
【００４６】
本明細書において図を参照して説明した水圧パッド１１ａ，１１ｂ，１１１ａ及び１１１ｂは、約３００ｍｍの直径を有するウェハとともに使用するために説明されてきた。前述のように、水圧パッドは、本発明の範囲から逸脱することなく、２００ｍｍウェハを研削するために使用できるように、低減したスケールである。これは、本明細書に記載した水圧パッドの大きさの各々に適用できる。
【００４７】
本発明の水圧パッド１１ａ及び１１ｂは、研削動作中にウェハＷを支持可能で、繰り返される研削の使用に耐え得る、例えば金属のような適切な堅い材料を用いて作られる。同様に堅い他の材料を用いて作られた水圧パッドも、本発明の範囲から逸脱しない。
【００４８】
本発明の他の形態によると、ナノトポロジを評価するためのシステムは、ウェハが両面グラインダに配置されている間、ウェハ・ナノトポロジーに関するフィードバックを提供し始める。ナノトポロジ評価システムは、加工対象物が両面グラインダに配置されている間、加工対象物の位置や変形に関する情報を集めるように設けられた少なくとも１つのセンサからなる。センサは、ウェハの有限要素構造解析に使用するための１つ以上の境界条件を決定するために使用される１つ以上の測定結果を得るように、操作可能である。（センサを使用せずに決定されまたは見積もられる境界条件を含めて、有限要素構造解析を行うために十分な境界条件がある限り、）システムは、本発明の範囲から逸脱することなく、１つの境界条件を決定するために使用される１つの測定結果のみを得るただ１つのセンサのみを有してもよい。しかしながら、ある実施の形態では、１つ以上のセンサが、複数の境界条件を決定するために使用される複数の測定結果を取得し、その結果、それはしばしば望ましい（または必要な）ことであるが、ウェハの有限要素構造解析のための追加的な境界条件を決定できる。
【００４９】
例えば、本発明のナノとポトジー評価システムの一実施の形態は、３０１で示され、図２２及び２３に概略が示される。本実施の形態は、（後述する図２５Ａ及び２５Ｂに示されるように、）特定の水圧パッドの形状を有する両面グラインダと組み合わせて説明されるが、ナノトポロジ評価システムは、本発明の範囲から逸脱することなく、（異なる加工対象物挟持システムを有する）他の両面グラインダとの使用に適する。さらに、本発明は、ナノトポロジー・システムそのものに限定されず、本発明のナノトポロジ評価システムに備えられる両面研削装置をも含む。
【００５０】
１つ以上のセンサ３０３（例えば、複数のセンサ）が、水圧パッド３０５の内表面に配置される。図示する実施の形態では、例えば、複数の（例えば、４つの）センサ３０３が、水圧パッド３０５の各々の内部の作業表面に沿って配置される（図２３参照）。ウェハの有限要素構造解析のための境界条件を決定するために使用可能な情報を取得できるセンサであれば、どのような種類であっても使用してよい。例えば、一実施の形態において、センサ３０３は、ウェハに作用するノズルからの圧縮空気の流れが面した抵抗を測定することによって、水圧パッドとウェハＷとの間の距離を測定する動的空気圧センサからなる（例えば、MAPROSS Model EN4によって作られる）。圧縮空気は、大気中に排出される。そのようなノズルは、水圧パッド３０５に堅く取り付けられるか、または、水圧パッドに相対的に固定される。当業者に認識されるように、そのような動的圧力センサ３０３からの測定結果は、水圧パッド３０５とウェハＷの表面との間の空間を示す。従って、動的空気圧センサによる圧力の測定は、センサ３０３とウェハＷとの間の距離に応じる。
【００５１】
水圧パッド３０５の各々に関連したナノトポロジ評価システムのセンサ３０３は、ウェハＷがｘ，ｙ平面に保持されるように規定されたｘ，ｙ，ｚ座標系システム（図２２及び２３参照）のｘ軸方向及びｙ軸方向のうちの少なくとも一方向に水圧パッドが関連する他のセンサから離れている。このように、センサ３０３が離れていることによって、ウェハＷの表面の１つの場所を測定するために１つのセンサを、また、ウェハの表面の他の場所を測定するために他のセンサを使用することが容易になる。
【００５２】
さらに、図示する本実施の形態の水圧パッド３０５の各々は、一方のパッドのセンサの配置は、実質的に、他方のパッドのセンサの配置の鏡像である。結果的に、両水圧パッド３０５は、ｘ，ｙ，ｚ座標系システムのｘ軸方向及びｙ軸方向のうちの少なくとも一方向に離れたセンサ３０３を有する。さらに、図２３に示すように、水圧パッド３０５が互いに対向して位置付けられる場合（例えば、グラインダが使用中である場合）、一方の水圧パッドの各センサが他の水圧パッドのセンサとペアになるように、センサ３０３はペアで配置される。センサペアのセンサ３０３は、概ね、互いにｘ及びｙ軸方向に配置され、実質的にｘ，ｙ，ｚ座標系のｚ方向にのみ互いに離れている。センサペアのセンサ３０３は、水圧パッド３０５によって保持されるウェハＷの反対側に配置され、それによって、ウェハの反対側の同じ場所で同時に測定することが可能になる。これによって、その場所でのウェハの両側の表面の位置が、同時に決定することができる。
【００５３】
センサ３０３の数と配置は変わってもよい。一般に、より多くの測定結果を取得して、より多くの境界条件を決定するために使用でき、その結果、境界条件の間の領域でのウェハの変形に対する有限要素解析による結果の不確かさが低減するため、より多数のセンサ３０３を有する利点があると、当業者は認識するであろう。しかしながら、センサ３０３の数には現実的な限界もある。例えば、センサ３０３による水圧パッド３０５の挟持機能への影響が最小であり、また逆もそうであることが望ましい。図示するナノトポロジ評価システムにおいて、センサ３０３は、例えば、水圧ポケット３１３よりもむしろ水圧パッド３０５の台部３１１に配置される。（台部３１１及び水圧ポケット３１３の位置は、図２５Ａに示されており、同図は、ウェハ挟持条件から導かれる境界条件のマップである。）これにより、センサ３０３と、水圧ポケット３１３によって挟持されるウェハＷとの間の領域を形成し、挟持条件に関する知見から境界条件を導くことが可能になる。センサ３０３とポケット３１３とを分離することによって、センサの測定結果に対する水圧ポケットの局所的な作用の影響を低減させることもできる。
【００５４】
上述のように、センサ３０３は、ウェハＷの異なる部分での測定結果を取得するために配置される。例えば、一部のセンサ３０３は、ウェハＷの中心部分に関連する測定結果を取得するために配置され、他のセンサは、ＢリングやＣマークの不良になりやすいウェハの部分の測定結果を取得するために配置される。図２２及び２３に示す特定のセンサの形状を参照すると、センサ３０３は、ウェハＷの中心から複数の異なる距離での測定結果を取得するために、配置される。少なくとも１つのセンサ（例えば、Ｃによって示されるセンサペアにおける複数のセンサ）が、研削中のウェハＷの中心近傍に配置され、ウェハの中心部分の変形に関する測定結果を取得する。少なくとも１つの他のセンサ（例えば、ＲとＬとで示されるセンサペアにおける複数のセンサ）は、研削中に、ウェハＷの外周近傍に（すなわち、ウェハの中心から相対的に離れて）配置される。さらに、他のセンサ（例えば、Ｕで示されるセンサペアにおける複数のセンサ）は、ウェハの外周近傍に位置付けられる少なくとも１つのセンサとウェハの中心近傍に位置付けられる少なくとも１つのセンサと（例えば、ＢリングやＣマークの不良になりやすいウェハの部分の近傍）に比べて、ウェハＷの中心から中間的な距離に配置される。
【００５５】
ウェハＷは、グラインダで回転するときの曲げモーメントに応じて曲がる。結果的に、ウェハの所定の場所でのウェハＷの変形は、ウェハがグラインダにおいて回転するにつれて変化する。センサ３０３は、ウェハＷの中心から異なる距離での測定結果を取得するために配置されるだけでなく、それらは、ウェハの中心から伸びる異なる半径ライン３２３，３２５，３２７にも配置される。例えば、センサペアＲ及びＬは、ウェハの中心からほぼ同じ距離で配置されるが、それらは、異なる半径ラインである。センサペアＲにおけるセンサは、概ね１つの半径ライン３２３の上にあり、センサペアＬにおけるセンサは、概ね、ウェハＷの中心から異なる方向に伸びる他の半径ライン３２５の上にある。さらに、センサペアＣ及びＵにおけるセンサは、概ね、ウェハＷの中心からさらに他の方向に伸びる第３の半径ライン３２７に配置される。図示する実施の形態において、半径ライン３２３，３２５，３２７は、実質的に互いに等距離にある。従って、半径ライン３２３，３２５，３２７は、互いに約１２０度の角度をなす。しかしながら、半径ラインの互いの空間は、また、センサが沿って配置される異なる半径ラインの数は、本発明の範囲から逸脱することなく、変更してもよい。
【００５６】
さらに、センサ３０３は、研削装置のコンポーネントに関して異なる場所に配置される。例えば、センサペアＬにおけるセンサとセンサペアＲにおけるセンサとは、研削ホイール９の反対側にある。このことは、センサペアＲにおけるセンサの１つとセンサペアＬにおけるセンサの１つとを含み、研削ホイール９と交わる（上述の）座標系のｘｙ平面に垂直な（図２２に示す）想定平面３３１において明らかである。センサペアＲ及びＬにおけるセンサが配置され、それによって、それらはウェハＷの中心からほぼ同じ距離となり、センサペアの１つによって測定されたウェハの部分は、ウェハが回転することによってウェハのその部分が他のセンサペアに移動した後に、他のセンサペアによって測定される。しかしながら、ウェハＷはグラインダでの回転に伴って曲がるため、センサペアＲにおけるセンサによる測定は、センサペアＬにおけるセンサによる対応する測定とは異なる。
【００５７】
さらに、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサペアＲ及びＬにおける複数のセンサ）は、実質的に、ウェハの水平中心線３４１（図２２参照）より下に配置され、また少なくとも１つの他のセンサ（例えば、センサペアＵにおける複数のセンサ）は、実質的に、ウェハの水平中心線の上に配置される。他のセンサ（例えば、センサペアＣにおける複数のセンサ）は、ウェハＷの水平中心線３４１に相対的に近くに配置される。図示する実施の形態において、例えば、センサペアＣにおいてセンサは、ウェハＷの水平中心線３４１より僅かに上である。
【００５８】
さらに、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサペアＲ，Ｃ及びＬにおける複数のセンサ）は、研削ホイール９を収容するための水圧パッドの開口３４５の１つの近傍に配置され、そのため、動作中に研削ホイールの近くに配置される。同様に、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサペアＲ，Ｃｒ及びＬにおける複数のセンサは）は、水圧ポケット３１３のどれよりも研削ホイール９の近くに配置される。上述のように、一部のグラインダでグラインダのずれがあると、研削ホイール９による挟持と水圧パッド３０５による挟持との間での転位時に、ウェハＷに比較的高い応力が掛かり、その場合、水圧パッド３１３のいずれよりも研削ホイールの近くに配置され、且つ／または、動作中に研削ホイールの近くに配置されるセンサ３０３はいずれも、グラインダのずれによって比較的高い応力を受けるウェハの部分から測定結果を取得するように配置されると考えられる。この場合、水圧ポケットのこの形状によって、ナノトポロジ評価システム３０１のセンサ３０３のより多くの空間を水圧ポケットと研削ホイールとの間（例えば、実質的に挟持力がゼロであるフリー領域）に配置できるため、水圧ポケット３１３が研削ホイール９から離れることによって、挟持力の中心が（上述のような）研削ホイールから離れた水圧パッド３０５を使用する追加の利点がある。
【００５９】
少なくとも１つの他のセンサ（例えば、センサペアＵにおける複数のセンサ）は、水圧パッド３０５の開口３４５からさらに離れて配置され、従って、動作中に研削ホイール９からさらに離れて配置される。少なくとも１つのセンサ（例えば、センサペアＵにおける複数のセンサ）は、水圧パッド３１３の少なくとも一部よりも、研削ホイール９からさらに離れている。さらに、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサペアＵにおける複数のセンサ）は、ずれがある場合、研削ホイールによる挟持と水圧パッドによる挟持との間で遷移するときにウェハに比較的高い応力が掛かるグラインダで、グラインダのずれにより比較的小さい応力が掛かるウェハＷの部分から測定結果を取得するために配置される。
【００６０】
既に注記したように、センサ３０３は、センサからウェハＷの表面までの距離に関する情報を検知するために動作する。センサ３０３は、信号伝達可能にプロセッサ３５１に接続しており（図２２参照）、プロセッサ３５１は、センサから出力されるセンサデータを受信するように動作する。プロセッサ３５１は研削装置から離れていてもよいが、これは必須ではない。図２２はプロセッサ３５１をセンサに接続する配線３５３を示すが、プロセッサとセンサとは、本発明の範囲から逸脱することなく、ワイヤレス接続であってもよい。
【００６１】
コンピュータ・ワークステーションのＣＰＵをプロセッサ３５１として使用できる。さらに、センサ３０３からのデータ及び／またはそこから導かれる情報３５５の処理は、複数の処理装置に割り当てられてもよい。ここで、「プロセッサ」とは、全てのそのような処理装置を含む。本発明の一実施の形態において、プロセッサ３５１は、研削動作の間、センサ３０３から出力するセンサデータを監視する。センサ３０３からの出力は、情報を収集するために、及び／または、研削装置の動作を研究するために、記録が取られる。必要に応じて、センサ３０３からの出力は、研削動作中やその後に、図２４に示すようなグラフを用いて表示されてもよい。
【００６２】
本発明の一実施の形態において、プロセッサ３５１は、ウェハＷの有限要素構造解析を実行するために、センサ３０３からの監視されたセンサのデータを使用するように動作する。プロセッサ３５１は、図２４に示すように、研削動作中の、好ましくは主要な研削ステージが終了する近く（例えば、研削の最終ステージが開始する前）の時間３５７にセンサデータを収集する。主要な研削サイクルは、図２４に示す第２ステップに対応する。図２４に示す全研削サイクルは、５つのステップからなり、ステップ３６１（高速の送り込み）と、ステップ３６３（主要研削サイクル）と、ステップ３６５（スロースピードでの研削サイクル）と、ステップ３６７（スパークアウト・サイクル）と、ステップ３６９（ホイール待避サイクル）との５つのステップからなる。プロセッサ３５１は、センサデータから１つ以上の境界条件を決定し、センサデータから導かれる１つ以上の境界条件を用いてウェハＷの有限要素構造解析を行うように動作する。センサデータから導かれる境界条件は、水圧パッドによって生じる挟持条件に関する知見から導かれる追加的な境界条件を用いて補われる。研削サイクル及び有限要素構造解析のためにプロセッサ３５１がデータを収集する時間は、本発明の範囲から逸脱することなく、変更されてもよい。
【００６３】
図２５Ａは、挟持条件に関する知見から導かれる境界条件に用いる一連の場所の一例を示す。図２５Ａにおいて、境界条件は、水圧パッド３０５の周囲に沿って設けられ、また、水圧パッド３１３の周囲にも沿って設けられる。図２５Ｂは、ウェハＷの有限要素構造解析の実行に適したメッシュを示す。図２５Ａ及び２５Ｂに例示する水圧パッド３０５は、上述の水圧パッド１１ａ，１１ｂとは僅かに異なる水圧ポケットの形状を有する。しかしながら、当業者は、研削装置に使用される特定の水圧パッドに適する境界条件の設定方法及びメッシュの改善方法を知っているであろう。
【００６４】
挟持条件から導かれる境界条件及びウェハＷの特性（例えば、シリコンの材料の特性）と組み合わせて、センサデータから導かれた境界条件を用いることにより、プロセッサ３５１は、ウェハのナノトポロジの予測を含むウェハの形状を予測するために、ウェハＷの有限要素構造解析を実行する。有限要素解析のプロセッサ３５１によって予測されるウェハＷの形状は、生のウェハ・プロファイルである。研削プロセスは、典型的には、放射相称のナノトポロジの特徴をとなるため、変形という点において生のウェハ・プロファイルは、ウェハの中心からの距離の関数として表される。センサデータを用いた有限要素解析によって予測される生のウェハ・プロファイルの一例を図２６Ａに示す。
【００６５】
一実施の形態において、有限要素解析を用いた変形ウェハの形状は、以下のように計算される。シェル要素を用いたメッシュが、解析のために特定される。あるメッシュの詳細を図２５Ａに示す。ウェハの変形は、ウェハの挟持アングル、ホイールのチルト及びシフトに応じてＲまたはＬのＢリングセンサのいずれかであることがより好ましい。変形が大きくなる傾向は、ＮＴの劣化と強い相関を有する。従って、この影響を捉えるために、２つの読み出しＲ及びＬの高い方が両方の場所で設けられる。水圧パッドにより挟持しているウェハは、基礎の硬さの境界条件を用いてシミュレートされる。研磨後のＮＴは、通常１０秒以下で計算される。研削ホイールの外周（図２５Ｂの弧ＡＢＣ）に沿ったウェハの変位が考えられる。ウェハの中心から伸びる各半径ｒには、弧に沿って２つの点がある。有限要素解析の結果に基づいて、これら２点の変位を決定することができ、その半径での平均的な変位を生じるように平均化される。平均的な変位は、生のプロファイル・カーブとしてプロットされてもよい（図２６Ａ）。生のプロファイル・カーブから読みだしたものは、空間フィルタを介して、フィルタ処理したプロファイル・カーブを生成する（図２６Ｂ参照）。
【００６６】
研削の後に、通常さらにウェハの処理ステップがあることは、当業者に十分に理解されるであろう。例えば、ウェハは、研削の後に研磨される。さらに、ナノトポロジの歩留まりは、研削後ではなく、（典型的には、ウェハのナノトポロジを変化させる）下流側処理ステップが完了した後のナノトポロジによって決定される。このように、本発明の一実施の形態において、プロセッサ３５１は、有限要素解析で導かれる生のウェハ・プロファイルを用いて、１つ以上の下流側処理ステップの後のウェハのナノトポロジがどのようなものであるかを予測するように動作する。
【００６７】
例えば、空間フィルタは、１つ以上の下流側処理ステップ（例えば、研磨）の後にウェハ・プロファイルを予測するように、生のウェハ・プロファイルに設けられてもよい。当業者は、この種の空間的なフィルタリングをするために利用可能な、種々のウェハの欠陥／歩留まり管理ソフトウェアをよく知っている。例えば、Santa Clara（CA）のSiGlaz社製のソフトウェアIntelligent Defect Analysis、Palo Alto（CA）のZenpire社製のソフトウェアiFAB、Waltham（MA）のGalaxy Semiconductor社製のソフトウェアExaminator、Sunnyvale（CA）のKnights Technology社製のソフトウェアYieldmanagerを含む。フィルタ処理されたウェハ・プロファイルは、さらに処理をした後のナノトポロジがどのようなものかを示している。フィルタ処理されたウェハ・プロファイルの一例は、図２６ｂに示される。有限要素解析から導かれる生のウェハ・プロファイルと、多数のウェハに下流側処理をした後（例えば、研磨後）の実際のナノトポロジ（例えば、Nanomapper（登録商標）から）の測定結果とを比べることによって、有限要素解析において用いられるパラメータ（例えば、水圧挟持に関連する境界条件）は、優れた相関のために、修正されてもよい。
【００６８】
さらに、プロセッサ３５１は、センサからセンサデータを取得し、そのセンサデータから加工対象物のナノトポロジを評価するように、動作する。一実施の形態において、プロセッサは、消極的なナノトポロジの評価に応じて改善措置を実行する（例えば、１つ以上のウェハ・プロファイルが特定のまたは他の予測される基準を満たさないようになった場合にプロセッサによって決定する）ために、情報３５５（例えば、加工対象物に関して予測されるＮＴ）を適宜提供する。その簡単な方法の場合、改善処置に導く情報３５５は、調整がなされるべきであり、且つ／または、研削処理に注意が必要であることを１人以上の操作者（例えば、プロセッサ・エンジニア）に示す信号を出力することを含む。プロセッサ３５１からの信号に応じて、操作者は、グラインダの処理を改善するために、グラインダの配置（例えば、研削ホイールの水平方向のチルトに応じたアングル、研削ホイールの垂直方向のチルトに応じたアングル、及び研削ホイールの間のシフトの少なくとも１つ）や水圧パッドのポケットに供給される流体の圧力を調整する。代わりにまたはさらに、操作者は、グラインダの初期設定（例えば、設定のための第１規則）を調整することによって配置を調整してもよい。プロセッサ３５１は、研削処理変数の調整を含む改善措置を実行するために、他の情報３５５も提供する。例えば、プロセッサ３５１は、センサデータに応じた研削ホイールや水圧パッドの少なくとも１つに関する位置または適用を、且つ／または、ポケット３１３に供給される流体の圧力を調整することによって、ウェハへの挟持力の中心を調整するために情報３５５を提供する。さらに、プロセッサ３５１は、研削ホイール９及び水圧パッド３０５の少なくとも１つの位置を調整して、グラインダを再配置するために使用される一連のアクチュエータ（図示せず）を制御するための操作者の入力に応答できる。
【００６９】
本発明に係る半導体ウェハの処理方法に関する一実施の形態において、半導体ウェハＷは、上述のようなナノトポロジ評価システム３０１を有する両面グラインダに設けられる。ウェハＷの実際の研削は、本明細書で記載している場合を除き、従来の方法で行われる。研削プロセス中に、１つ以上のセンサ３０３は、ウェハＷの変形を示しており、ウェハの有限要素構造解析のための１つ以上の境界条件を導くために使用できるデータを収集する。例えば、上述のナノトポロジ評価システム３０１のセンサ３０３は、ウェハＷの表面とセンサとの間の複数の距離測定結果を収集する。さらに、評価システム３０１のセンサ３０３は、上述のように、ウェハの異なる部分からの、グラインダ・コンポーネントに関する種々の場所でのデータを同時に収集する。
【００７０】
一実施の形態において、センサは、Ｂリングの不良に関連する加工対象物の部分での距離に関して、加工対象物の２つの表面の偏差を測定し、プロセッサ３５１は、そのような距離データをセンサから取得して、取得されたセンサデータに基づいて加工対象物のナノトポロジにおけるＢリングの不良を評価する。他の実施の形態において、センサは、Ｃマークの不良に関連する加工対象物の部分での距離に関して、加工対象物の２つの表面の偏差を測定し、プロセッサ３５１は、そのような距離データをセンサから取得して、取得されたセンサデータに基づいて加工対象物のナノトポロジにおけるＣマークの不良を評価する。
【００７１】
センサ３０３は、センサデータをプロセッサ３５１に送信し、プロセッサ３５１は、そのセンサデータを受信して処理する。センサ３０３からの出力は、適宜記録され、且つ／または、（研削中やその後に）図２４に示すようなグラフで示される。センサデータは、ウェハＷのナノトポロジを評価するために使用される。方法に関する一実施の形態において、プロセッサ３５１は、ウェハＷのナノトポロジを評価するために、研削処理のある時からのセンサデータを記録する。例えば、図２４は、両面研削処理サイクルのステップ３６１，３６３，３６５，３６７，３６９と並行してプロットされる各センサの時系列で変化する出力を示す。プロセッサ３５１は、処理サイクルのある時点（例えば、図２４の矢印３５７で示される時）にセンサ３０３からの出力を記録し、センサ各々から一連の現在データを取得する。プロセッサ３５１は、ウェハＷの有限要素構造解析を行うための境界条件を導くために、一連のデータを用いる。
【００７２】
プロセッサ３５１は、センサから導かれた境界条件及び（例えば、挟持条件に関する知見から得られる境界条件（図２５Ａ参照））他の境界条件を用いて、ウェハの有限要素解析を行う。有限要素解析は、生のナノトポロジー・ウェハ・プロファイルを生成するために使用される（図２６Ｂ参照）。上述の空間フィルタは、下流側処理ステップ後の（例えば、研磨後の）ウェハＷに関して起こり得るナノトポロジを予測するために、生のウェハ・プロファイルに適宜適用される。
【００７３】
プロセッサ３５１は、生のウェハ・プロファイル及び／またはフィルタ処理されたウェハ・プロファイルを再検討し、それによって、ナノトポロジの要求に関するグラインダの性能を評価する。この評価は、グラインダのナノトポロジの性能が所定の基準を満たすか否かを決定するためにバッチ処理される他のウェハのための、生のウェハ・プロファイル及び／またはフィルタ処理されたウェハ・プロファイルとしてみなしてもよい。グラインダがナノトポロジ基準を満たさないとプロセッサ３５１が決定した場合、プロセッサは、改善措置を初期化する。一実施の形態の形態に置いて、改善措置は、研削装置が注意を要求する１人以上の操作者に信号を発することを含む。操作者は、上述のように、研削装置の配置を調整し、且つ／または、挟持の中心を調整する。他の実施の形態において、プロセッサ３５１は、消極的なナノトポロジの評価及び操作者の入力に応じた改善措置を示す。例えば、プロセッサ３５１は、挟持の中心を調整するために、ウェハＷの１つ以上の部分に掛けられる水圧の大きさを調整でき、且つ／または、操作者の入力に応答するプロセッサの制御下にある１つ以上のアクチュエータを用いてグラインダの配置を調整できる。
【００７４】
他の実施の形態において、改善措置は、後続する加工対象物の研削を調整することを含む。例えば、グラインダは、第１の加工対象物を研削し、その第１の加工対象物を研削した後に第２の加工対象物を研削してもよい。プロセッサ３５１は、センサからデータを取得して、そのセンサデータに基づいて第１の加工対象物のナノトポロジを評価する。その後、プロセッサ３５１は、第２の加工対象物のような後続する加工対象物を研削する時に使用するために、センサデータに応じて、研削ホイール及び／または水圧パッドの少なくとも１つの位置の調整を示す情報３５５を提供する。加工対象物が複数のウェハのカセットである場合、有限要素解析は、カセットの各ウェハについて実行され、全てのカセットのウェハが研削されるまで待つ必要がない。設定が適切でない場合、また、ＮＴの不良が１つ以上のウェハで検知された場合、カセットの他のウェハは、本発明の形態を備えないならば、大量の歩留まり損失をもたらす類似のまたは同じ不良を有すると思われる。本発明の一実施の形態によると、操作者は、カセットの全てのウェハからのフィードバックを取得するために待つ必要がなく、相当量の歩留まり損失を防ぐことができる。従って、研削中に、研磨後のＮＴ不良に関する信頼できる予測が提供される。そのような予測は、操作者が、グラインダの設定を後続するウェハ及びカセットのために適切にすることを支援し、それによって、後続するウェハを研磨した後のナノトポロジに関する不良は最小になる。
【００７５】
図２７は、特定のウェハに関して、本発明の一実施の形態に係る予測されるプロファイルを示し、また、同じウェハに関して、ナノマッパーによって決定されるような、研磨後の平均的な半径方向の変位プロファイルを示すグラフである。実線は、本発明の一実施の形態に係る、有限要素解析に基づいてウェハに関して予測されるプロファイルの一例を示す。点線は、ウェハを解析したナノマッパーからのデータに基づくプロファイルを示す。図２８は、水平軸にプロットされる予測されたＢリング値と、垂直軸にプロットされる実際のＢリング値との相関を示すグラフであり、相関係数は、Ｒ＝０．９である。
【００７６】
本発明の方法は、グラインダのナノトポロジ性能について高速フィードバックを送る。例えば、ウェハ・ナノトポロジーの評価は、ウェハ研削サイクルが完了する前に開始できる。さらに、ナノトポロジー・フィードバックは、研磨の前に取得され得る。これに対して、多くの従来のナノトポロジー・フィードバック・システムは、ウェハ・ナノトポロジーを測定するために、レーザー検査を用いる。これらのシステムは、典型的には、反射面を有さない研磨前のウェハを用いて使用するために互換性がない。本発明の方法を通じて実現できる多くの他の利点が、開示を考慮して当業者によって認識されるであろう。
【００７７】
上述の方法において、センサ３０３は、研削動作中に、実質的に継続的なデータを収集する。しかしながら、データは、ウェハがまだグラインダ内にある間であって、研削が完了した後に、センサから収集されると理解される。さらに、センサ３０３は、本発明の範囲から逸脱しない限り、時間内において断続的にまたは一時点に、測定してもよい。さらに、センサデータの処理は、本発明の範囲から逸脱しない限り、研削動作が完了した後に、且つ／または、ウェハがグラインダから取り除かれた後に、開始し、または、継続できる。
【００７８】
また、上述のナノトポロジー・システムに関する実施の形態は、ウェハが両面グラインダにおいて垂直に保持されている間にウェハのナノトポロジを評価することを示しているが、ナノトポロジ評価システムは、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる向き（例えば、水平方向）に保持されたウェハのナノトポロジを評価するために使用され得る。
【００７９】
本明細書で説明したナノトポロジ評価システムは、ナノトポロジを評価するために各ウェハに有限要素解析を実行するが、多数のそのような有限要素解析からの実験的なデータは、有限要素構造解析を実際に実行することなくプロセッサがナノトポロジを評価することができる基準を改善するために使用されてもよい。例えば、グラインダ内のウェハのセンサデータが、有限要素解析が行われる他のウェハのセンサデータに十分に似ている場合、以前の有限要素解析の結果は、グラインダ内にあるウェハに関して実際に有限要素解析を実行せずにグラインダ内のナノトポロジを評価するために使用されてもよい。データベース及び学習ルーチンは、この処理を増やすために使用され、その結果、プロセッサが有限要素解析を実行する場合を減少させまたはなくすことができる。本発明の範囲から逸脱しない限り、ナノトポロジ評価システムの経験豊かな操作者が、センサの出力に関するグラフその他の表示を観察することによって、ナノトポロジの不良を示すサインを認識し、改善措置を実施する能力を向上させることをも意図する。
【００８０】
さらに、各ウェハにナノトポロジ評価が行われることは、必須ではない。必要に応じて、ナノトポロジは、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で説明されるように、グラインダで研削されたウェハの部分（例えば、品質管理のためのサンプル）のために、評価される。
【００８１】
本発明またはその好ましい実施の形態が備える要素を説明するとき、先頭の「ある，１つの（ａ）」，「その（the）」及び「上記（said）」は、１つ以上の要素であることを意味する。「なる」、「含む」及び「有する」は、包含することを意図しており、列挙した要素に追加する要素もあることを意味する。
【００８２】
本発明から逸脱しない範囲で、上述の種々の変形がなされてもよく、これまでの説明に含まれ、また添付の図面に示される全ての事項が、限定する趣旨ではなく、例示するように正しく理解されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】従来技術のウェハ挟持装置の概略を示す側面図であり、間に位置付けられた半導体ウェハを有する水圧パッド及び研削ホイールを含み、水圧パッドは断面で示される。
【図２】図１と同様の概略を示す側面図であるが、横方向にシフト移動し、垂直方向にチルト移動した研削ホイールを含む。
【図３】水平方向にチルト移動し、かつ、垂直方向にチルト移動した研削ホイールを示す、概略を示す正面図である。
【図４】図４は、図１の従来技術の水圧パッドの１つのウェハの側部の概略である。
【図５Ａ】図１のウェハ挟持装置を用いて研削され、実質的に研磨された半導体ウェハのナノトポロジ表面の特性を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａにおけるウェハの表面の半径方向のプロファイルを示す図である。
【図６】断面で示す水圧パッドを有する本発明のウェハ挟持装置を組み入れたグラインダの概略を示す側面図である。
【図７】本発明のウェハ挟持装置の概略を示す側面拡大図であり、間に位置付けられた半導体ウェハを有する水圧パッド及び研削ホイールを含む。
【図８】本発明の左水圧パッドの斜視図であり、研削動作中に、ウェハに対向するパッド面の水圧ポケットの形状を示す。
【図９Ａ】図８の左水圧パッドのウェハ側の立面図であり、研削ホイール及び想定されるウェハを、それらとパッドとの位置関係を図示するために示す。
【図９Ｂ】想定して再び示されるウェハを有する図９Ａの水圧パッドの底面図である。
【図１０】図９Ａと同様のウェハ側の立面図であり、パッドの水圧ポケットの中で流体注入ポートに接続するチャネルを示す。
【図１１】図９Ａの水圧パッドの拡大した部分の立面図であり、パッドの研削ホイール開口に相対する水圧ポケットの場所を示す。
【図１２】右水圧パッドの図８と同様の斜視図であり、研削動作の間、左水圧パッドに対向し、ウェハは２つのパッドの間に保持される。
【図１３Ａ】右水圧パッドの図９Ａと同様の立面図である。
【図１３Ｂ】本発明に係る底面図である。
【図１４】図５Ａと同様に図示するものであるが、図６のウェハ挟持装置を用いて研削され、実質的に研磨された半導体ウェハを示す。
【図１５Ａ】本発明に係るウェハが水圧パッドによって保持される場合に研削中の半導体ウェハの表面に掛かる挟持応力を示す図である。
【図１５Ｂ】従来技術の水圧パッドによって保持されるウェハの挟持応力に関し、図１５Ａと同様に示す図である。
【図１６】研削ホイールが横方向にシフト移動する時に、研削中の研削ホイールの外周近傍の半導体ウェハの応力を示すグラフであり、本発明に係る水圧パッドによって保持されるウェハと従来技術の水圧パッドによって保持されるウェハとを対比する。
【図１７】研削ホイールが横方向にシフト移動し、かつ、垂直方向にチルト移動した結果であるウェハの応力を比べた図１６と同様のグラフである。
【図１８】研削ホイールの水平方向のチルト移動とともに、横方向にシフト移動した結果であるウェハの応力を比べた図１６と同様のグラフである。
【図１９】研削ホイールの横方向のシフト移動と、垂直方向のチルト移動と、水平方向のチルト移動との影響を組み合わせた結果であるウェハの応力を比べた図１６と同様のグラフである。
【図２０】従来技術のウェハ挟持装置において研削された上位０．０５パーセンタイルのナノトポロジ値を本発明のウェハ挟持装置で研削されたウェハと比較したグラフである。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る水圧パッドの概略図であり、研削中に半導体ウェハに対向するパッド面の水圧ポケットの形状を示す。
【図２２】本発明のナノトポロジー・システムに関し、一部ブロック図で概略を示す正面図である。
【図２３】ナノトポロジ評価システムの概略を示す側面図である。
【図２４】ナノトポロジ評価システムの複数のセンサからの出力を示すグラフである。
【図２５Ａ】有限要素分析のための境界条件がウェハ挟持条件に関する知見から導かれる場所の一例の概略を示すダイアグラムである。
【図２５Ｂ】ウェハの有限要素構造解析に適するメッシュである。
【図２６Ａ】ナノトポロジ評価システムを用いて得られるウェハのナノトポロジー・プロファイルである。
【図２６Ｂ】ナノトポロジ評価システムを用いて得られるウェハのナノトポロジー・プロファイルである。
【図２７】ウェハに関する本発明の一実施の形態に係る予測されるプロファイルを示し、また、研磨後のウェハに関する平均半径プロファイルを示すグラフであり、平均半径プロファイルは、ナノマッパーから得られるものである。
【図２８】図２７のウェハに関する予測されるＢリング値と、図２７のウェハの実際のＢリング値との相関を示すグラフであり、相関係数はＲ＝０．９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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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