(57)【要約】一対の研削砥石を有する両面ウエハ研削盤における静水圧を調整するためのシステムおよび方法が開示される。該システムおよび方法は、研削砥石により引き込まれる電流量を測定するようにプロセッサを使用する。パターン検出ソフトウェアは、測定される電流量に基づいて研削工程を予測するのに使用される。ウエハに適用されるクランプ圧力を変え、および従って処理されるウエハにおけるナノトポロジーを改善するように、各々の工程において静水圧が流れ制御弁により変えられる。
2013524484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の研削砥石と、そこに静水圧を有する一対の静水圧パッドとの間にウエハを保持する種類の両面研削盤を用いて半導体ウエハを処理する方法であって、研削盤が、研削盤によって引き込まれた電流を検出するパターン検出ソフトウェアを含むプロセッサを含んでおり、該方法が：
ウエハをクランプする工程と、
ウエハを研削しおよび
ウエハを研削砥石との接触から引き離す工程と、
各々の工程を検出するソフトウェアを使用しおよび各々の工程における静水圧を変えて、ウエハに適用されるクランプ圧力を変え、従って、処理したウエハにおけるナノトポロジーを改善する工程と、
という複数の工程を含む、方法。
【請求項２】
流れ制御弁を通過する流速を変えることによって、静水圧を変える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パターン検出ソフトウェアが、各々の工程を検出するように、研削盤によって引き込まれた電流を測定する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
研削工程の間において、静水圧を低下することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
研削工程の間において、静水圧を上昇することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
研削操作の間に、一対の研削砥石と一対の静水圧パッドとの間にウエハを保持する種類の両面研削盤を用いて半導体ウエハを処理する方法であって、該方法が：
研削操作の第１工程の間において、静水圧パッド内の第１静水圧を実現してウエハを初めにクランプし、
研削操作の第２工程でウエハを研削する間において、第１圧力よりも低い第２静水圧まで静水圧を低下し、および
研削操作の第３工程の間において、第３静水圧まで静水圧を上昇してウエハをクランプし、および従って、処理したウエハにおけるナノトポロジーを改善すること
を含む、方法。
【請求項７】
第３静水圧が、第１静水圧と実質的に等しい、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ウエハを研削する間において、研削砥石によってウエハを実質的にクランプする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
静水圧を、流れ制御弁の使用によって変える、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
ウエハを、実質的に垂直な平面で保持する、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
両面研削盤の研削砥石によって使用される電流量を測定することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
両面研削盤の研削砥石によって使用される、測定された電流量に基づいて、研削操作の工程を決めることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
測定された電流が残留状態から初期状態まで増加する場合に、研削操作の工程が第１工程であると決めることを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
測定された電流がそのピークレベルである場合に、研削操作の工程が第２工程であると決めることを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
測定された電流がそのピークレベルから減少する場合に、研削操作の工程が第３工程であると決めることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
一対の研削砥石と、プロセッサと、一対の静水圧パッドとを含む両面研削盤であって、
研削砥石と静水圧パッドとが、研削砥石同士の間に配置されているウエハ第１部分および静水圧パッド同士の間に配置されているウエハ第２部分と、ほぼ平坦なウエハとを同一平面で保持するように作動でき、
静水圧パッドが、静水圧を維持するようにそこを通過して流れる水を含み、
研削盤が、パッドを通過する水の流速を制御しおよび従って静水圧を制御するための流れ制御弁を更に含み、
流れ制御弁が、プロセッサによって制御される、両面研削盤。
【請求項１７】
プロセッサが、研削プロセスの様々な工程を検出するためのパターン検出ソフトウェアを含んでおり、該プロセッサが、パターン検出ソフトウェアによって検出される工程に応じて、流れ制御弁を通過する水の流速を制御するように作動できる、請求項１６に記載の研削盤。
【請求項１８】
プロセッサが、研削砥石によって使用される電流量を測定するように作動する、請求項１７に記載の研削盤。
【請求項１９】
研削砥石によって使用される、測定された電気量に基づいて、パターン検出ソフトウェアが、工程を検出する、請求項１８に記載の研削盤。
【請求項２０】
パターン検出ソフトウェアが研削プロセスの研削工程を検出した場合に、プロセッサが、弁を通過する水の流速を増加するように流れ制御弁を制御する、請求項１９に記載の研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、一般に、半導体ウエハを同時に両面研削することに関し、および更にとりわけ、改善されたウエハナノトポロジーのために両面研削する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体ウエハは、回路がプリントされる集積回路（ＩＣ）チップの製造に用いられる。まず、回路を、小型形態でウエハ表面上にプリントし、次いで、ウエハを分割して回路チップにする。しかし、このより小さな回路は、ウエハ表面に亘って回路を適切にプリントできることを保障するようにウエハ表面が極めて平坦および平行であることを必要とする。これを達成するように、研削プロセスが、一般的に、ウエハをインゴットから切断した後にウエハのある特徴（例えば、平坦性および平行性）を改善するように用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
同時両面研削は、同時にウエハの両面上で作動し、および高度に平坦化された表面を有するウエハをもたらす。従って、望ましい研削プロセスである。これを達成するように使用できる両面研削盤は、Ｋｏｙｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｃｏ．，Ｌｔｄによって製造されている研削盤を含む。これらの研削盤は、研削中に半導体ウエハを保持するようにウエハ−クランプデバイスを用いる。クランプデバイスは、典型的には、一対の静水圧パッドと一対の研削砥石とを含む。パッドおよび砥石は、その間に垂直方向にウエハを保持するように、向かい合った関係で方向付けられている。研削中において、静水圧パッドは、強固なパッドがウエハと物理的に接触しない状態でウエハを保持するために、個々のパッドとウエハ表面の間に流体バリアを好都合的に形成する。これは、物理的にクランプすることにより生じ得るウエハに対する損傷を軽減し、およびより少ない摩擦を伴って、パッド表面に対して接線方向にウエハを移動（回転）することを可能にする。この研削プロセスは、研削したウエハ表面の平坦性および平行性を顕著に改善するが、それは、また、ウエハ表面のトポロジーおよびナノトポロジー（ＮＴ）を悪化（または劣化、degradation）させる可能性がある。
【０００４】
悪いナノトポロジーは、後の研磨（ＣＭＰ）処理において、不均一な酸化層除去をもたらす。これは、ＩＣ製造者のようなウエハ使用者に対して実質的な収率の損失をもたらし得る。ＩＣ製造者は、ナノメートルのプロセス技術へと向かっていくので、ナノトポロジーに関する許容誤差は、更に厳しくなると予測されている。
【０００５】
デバイスおよび半導体材料の製造者は、トポロジー悪化の課題を特定および対処するようにウエハ表面のナノトポロジーを考慮する。ナノトポロジーは、約０．２ｍｍ〜約２０ｍｍの空間波長内におけるウエハ表面のずれ（または誤差、deviation）として規定されている。この空間波長は、処理された半導体ウエハのためのナノメートルスケールにおける表面特性に非常に密接に対応する。前記の規定は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（ＳＥＭＩ）、半導体産業のための世界取引協会（ＳＥＭＩ  ｄｏｃｕｍｅｎｔ  ３０８９）によって提案されている。ナノトポロジーは、ウエハの１つの表面の高さのずれを測定し、および従来の平坦性の測定と同様に、ウエハの厚さ変化を考慮しない。複数の計測学の方法は、これらの種類の表面変化を検出および記録するように開発されている。例えば、入射光から反射した光の測定誤差は、非常に小さな表面変化を検出できる。これらの方法は、波長におけるピークバレー（ＰＶ）変化を測定するのに用いられる。
【０００６】
両面研削は、仕上げたウエハについてのナノトポロジー（ＮＴ）を支配する１つのプロセスである。Ｃ−マーク（一般に、中心から０ｍｍ〜５０ｍｍの半径以内におけるＰＶ値）とＢ−リング（一般に、中心の１００ｍｍ〜１５０ｍｍの半径以内におけるＰＶ値）のようなＮＴ欠陥は、研削プロセスの間において形を成し、および実質的な収率の損失をもたらし得る。これらは、ＮＴに起因して実質的な収率の損失が生じる２つの欠陥である。ＮＴに起因して損失が生じる第３の欠陥は、線鋸スライスの間においてウエハ上に形成される入口マークである。両面研削は、研削砥石がウエハに対して好都合的に方向付けられる場合に、入口マークを潜在的に減少できる。現在実行する上では、Ｋｏｂｅｌｃｏ  ＳＢＷ  ３３０のようなキャパシタンスツールを用いて、研削後に即座にウエハのゆがみおよびＴＴＶを測定し、次いで、Ｗａｆｅｒｃｏｍのようなレーザーベースツールを用いて、ウエハをエッチングおよび測定する。この後に、ウエハは、縁の研磨、両面研磨および仕上研磨のような様々な仕上段階（または最終段階、downstream）のプロセスを経て、およびナノマッパーによってＮＴを検査する前に、平坦性および縁の欠陥のための測定を行う。
【０００７】
ＮＴを制御する現在の方法は、研削盤を調整することによって課題を解決しようと試みるが、これらの解決策は、ＮＴ悪化の原因を満足のいくように対処しない。ＮＴ悪化の少なくとも１つの原因は、パッドの静水圧プロファイルと、入れたウエハとの間の相互作用により影響されるクランプ状態であると考えられる。
【０００８】
ウエハを研削盤に入れた後に、ウエハの向かい合う面上のパッドにより生じる静水圧によってウエハをクランプする。ウエハは、入るウエハの形状と静水圧パッドの静水圧プロファイルとの間の相互作用に基づいて初めのクランプ状態で弾性的に変形し得る。砥石がウエハと接触し始めた後に、顕著な量の材料を取り除かずに砥石がウエハを掴もうと試みる時間帯がある。この時間帯において、ウエハは、砥石の傾きおよびシャフトと、初めのクランプ状態との間の相互作用に依存して更なる弾性変形を受ける。安定状態を達成すると、砥石はウエハを研削し始め、ウエハから材料を取り除く。安定状態で材料が取り除かれるので、ウエハのＮＴは、砥石と安定状態のウエハとの間の幾何学的な相互作用の関数であると考えられる。
【０００９】
所定量の材料を取り除いた後に、砥石は格納し（または引っ込み、retract）、およびウエハの弾性変形は反転する(または逆になる、reverse)。砥石が格納した後の弾性変形の反転は、さらにＮＴを悪化させる。ＮＴ悪化に対する２つの原因−砥石と安定状態のウエハとの間の幾何学的な相互作用と、弾性変形の反転−の組み合わせ影響を制御することは困難である。従来の取組みは、ウエハの弾性変形から生じるＮＴ悪化を制御する際に不満足な結果をもたらす。
【００１０】
従来技術の両面研削盤の典型的なウエハ−クランプデバイス１’は、図１および２に概略的に示される。研削砥石９’および静水圧パッド１１’は、互いに独立してウエハＷを保持する。それらは、クランプ平面７１’および７３’を別個に規定する。ウエハＷに対する研削砥石９’のクランプ圧力は、砥石の回転軸６７’に集中する（または中心になる、centered）が、ウエハに対する静水圧パッド１１’のクランプ圧力は、ウエハの中心ＷＣの近くに集中する。研削中にクランプ平面７１’および７３’が同時に保持される限り（図１）、ウエハは、平面で維持され（すなわち、曲がらない）、および砥石９’によって均一に研削される。クランプ平面の調整を考慮する一般的な記述は、米国特許第６，６５２，３５８号に見出すことができる。しかしながら、２つの平面７１’および７３’が整列されていない場合に、研削砥石９’および静水圧パッド１１’のクランプ圧力は、ウエハＷ内において曲げモーメント、または静水圧クランプモーメントをもたらし、曲げモーメント、または静水圧クランプモーメントは、ウエハを、研削砥石開口３９’の周囲縁４１’にほぼ隣接して鋭く曲げ得る（図２）。これは、ウエハＷ内において、高度に局所的な応力領域を形成する。
【００１１】
両面研削操作の間において、クランプ平面７１’および７３’の不整列は一般的であり、および静水圧パッド１１’に対する研削砥石９’の動作によって大抵もたらされる（図２）。不整列の起こり得るモードは、図２および３に概略的に示される。これらは、３つの別のモードの組み合わせを含む。第１モードでは、研削砥石の回転軸６７’に沿った移動に際して、静水圧パッド１１’に対する研削砥石９’の横方向の移動Ｓがある（図２）。第２モードは、別個の研削砥石の中心を通過する水平軸Ｘのまわりの砥石９’の垂直方向の傾きＶＴによって特徴付けられる（図２および３）。図２は、第１モードと第２モードの組み合わせを示す。第３モードでは、別個の研削砥石の中心を通過する垂直軸Ｙのまわりの砥石９’の水平方向の傾きＨＴがある。これらのモードは、概念を説明するように図面でかなり誇張されている；実際の不整列は、相対的に小さくてよい。加えて、左の砥石の水平方向の傾きＨＴが右の砥石のそれと異なってよいように、各々の砥石９’は、その他とは独立して移動することができ、および均等物は、２つの砥石の垂直方向の傾きＶＴに当てはまる。
【００１２】
クランプ平面７１’および７３’の不整列によって生じる静水圧クランプモーメントの大きさは、静水圧パッド１１’の設計に関係する。例えば、ウエハＷの更に広い領域をクランプするパッド１１’ （例えば、広い加工表面積を有するパッド）によって、パッドによるクランプの中心が研削砥石の回転軸６７’から離れるように相対的に大きい距離をあけて配置されているパッドによって、ウエハに対して高い静水圧パッドクランプ力を及ぼす（すなわち、ウエハを非常に強固に保持する）パッドによって、またはこれらの特徴の組み合わせを示すパッドによって、一般的に、更に高いモーメントが生じる。
【００１３】
従来パッド１１’を用いるクランプデバイス１’ （従来のパッドの１つの例は、図４に示される）において、ウエハＷ内の曲げモーメントは、クランプ平面７１’および７３’が不整列になる場合に相対的に大きい。なぜなら、ウエハは、研削砥石開口３９’の近くの周囲縁４１’を含むパッド１１’によって、非常にきつくおよび強固にクランプされるからである。ウエハは、研削砥石９’の動作を調整できず、およびウエハは、開口縁４１’ の近くで鋭く曲がる（図２）。ウエハＷは、均一に研削されず、およびそれらは、次のプロセス（例えば、研磨）によって除去できない望ましくないナノトポロジー特徴を開発する。クランプ平面７１’および７３’の不整列は、また、研削砥石９’を不均一に磨耗する可能性があり、および更に、研削したウエハＷにおける望ましくないナノトポロジー特徴の開発の一因となる可能性がある。
【００１４】
図５Ａおよび５Ｂは、クランプ平面７１’および７３’が不整列であり、およびウエハが研削操作の間に曲がる場合に、研削したウエハＷの表面上に形成できる望ましくないナノトポロジー特徴を示す。特徴は、中心マーク（Ｃ−マーク）７７’およびＢ−リング７９’を含む（図５Ａ）。中心マーク（Ｃ−マーク）７７’は、一般に、横方向の移動Ｓと、研削砥石９’の垂直方向の傾きＶＴとの組み合わせによって、もたらされるが、Ｂ−リング７９’は、一般に、横方向の移動Ｓと、砥石の水平方向の傾きＨＴとの組み合わせによってもたらされる。図５Ｂに示されるように、両方の特徴７７’および７９’は、それらに付随した相対的に大きいピークバレー変化を有する。従って、それらは、悪いウエハナノトポロジーを示すためであり、および小型回路をウエハ表面上にプリントする能力に顕著に影響を及ぼし得る。
【００１５】
この部分は、本発明の様々な態様に関し得る技術の様々な態様を読み手に紹介することが意図されており、以下に記載および／または主張される。この記載は、本発明の様々な態様のより良い理解を促進するのに、背景情報を読み手に提供する際に有益であると考えられる。従って、これらの記述は、この認識で読まれるべきであり、および従来技術の承認（admission）としてではないと理解すべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
１つの態様は、一対の研削砥石と、そこに静水圧を有する一対の静水圧パッドとの間にウエハを保持する種類の両面研削盤を用いて半導体ウエハを処理する方法であって、研削盤が、研削盤によって引き込まれた電流を検出するパターン検出ソフトウェアを含むプロセッサを含む。当該方法は、ウエハをクランプする工程と、ウエハを研削しおよびウエハを研削砥石との接触から引き離す工程と、各々の工程を検出するソフトウェアを使用しおよび各々の工程における静水圧を変えて、ウエハに適用されるクランプ圧力を変え、従って、処理したウエハにおけるナノトポロジーを改善する工程と、という複数の工程を含む。
【００１７】
別の態様は、一対の研削砥石と一対の静水圧パッドとの間にウエハを保持する種類の両面研削盤を用いて半導体ウエハを処理する方法である。当該方法は、研削操作の第１工程の間に、静水圧パッド内の第１静水圧を実現してウエハを初めにクランプすることを含む。研削操作の第２工程において、ウエハ研削の間に第１圧力よりも低い第２静水圧まで静水圧を減少させる。研削操作の第３工程間において第３静水圧まで静水圧を増加させて、ウエハをクランプし、および従って処理されたウエハにおいてナノトポロジーを改善する。 
【００１８】
まだ別の態様は、一対の研削砥石と、プロセッサと、一対の静水圧パッドとを含む両面研削盤である。研削砥石と静水圧パッドは、研削砥石同士の間に配置されているウエハ第１部分および静水圧パッド同士の間に配置されているウエハ第２部分と、ほぼ平坦なウエハとを同一平面で保持するように作動できる。静水圧パッドは、静水圧を維持するようにそこを通過して流れる水を含む。研削盤は、パッドを通過する水の流速（または流量、flow rate）を制御しおよび従って静水圧を制御するための流れ制御弁を更に含む。流れ制御弁は、プロセッサによって制御される。 
【００１９】
様々な強化は、上述した態様に対して記載される特徴が存在する。更なる特徴は、同様に、上述した態様に組み込まれ得る。これらの強化および付加的な特徴は、個々にまたは任意の組み合わせが存在し得る。例えば、任意の示される実施形態に対して以下に示される様々な特徴は、任意の上述した態様に、単独でまたは任意の組み合わせで組み込まれ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、その間に配置されている半導体ウエハを有する静水圧パッドおよび研削砥石を含む従来のウエハ−クランプデバイスの概略的な側面図であり、静水圧パッドが断面で示される。
【図２】図２は、図１に類似であるが研削砥石が横方向に移動しおよび垂直に傾いた概略的な側面図である。
【図３】図３は、研削砥石の水平方向の傾きおよび垂直方向の傾きを示すその概略的な正面図である。
【図４】図４は、図１の従来の静水圧パッドの１つのウエハ側面の概略である。
【図５Ａ】図５Ａは、図１のウエハ−クランプデバイスを用いて研削されおよび次に研磨された半導体ウエハのナノトポロジー表面特徴の画像表示である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａのウエハの表面の半径方向プロファイルの画像表示である。
【図６】図６は、断面で示される静水圧パッドを有する本発明のウエハ−クランプデバイスを組み込む研削盤の概略的な側面図である。
【図７】図７は、静水圧パッドと研削砥石を、その間に配置された半導体ウエハとともに含むそのウエハ−クランプデバイスの拡大された概略的な側面図である。
【図８】図８は、研削操作中にウエハに向かい合うパッドの面の静水圧ポケット配置を示す、本発明の左の静水圧パッドの斜視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、研削砥石とウエハを、パッドとともにそれらの位置関係を示すように実線ではない線で示す、図８の左の静水圧パッドのウエハ側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実線ではない線で再び示されるウエハを有する図９Ａの静水圧パッドの底面図である。
【図１０】図１０は、パッドの静水圧ポケット内の流体注入ポートに接続するチャンネルを示す図９Ａに類似したウエハ側面図である。
【図１１】図１１は、パッドの研削砥石開口に対して静水圧ポケットの位置を示す図９Ａの静水圧パッドの拡大された部分的な上面図である。
【図１２】図１２は、右の静水圧パッドの図８に類似した斜視図であり、右の静水圧パッドは、ウエハを２つのパッドの間に保持できるように、研削操作の間において左の静水圧パッドに向かい合う。
【図１３Ａ】図１３Ａは、右の静水圧パッドの図９Ａに類似した上面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、その底面図である。
【図１４】図１４は、図５Ａに類似するが図６のウエハ−クランプデバイスを用いて研削されおよび次いで研磨された半導体ウエハを示す画像表示である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明に従ってウエハを静水圧パッドにより保持する場合に、研削の間に半導体ウエハの表面に適用するクランプ応力の画像表示である；
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、従来の静水圧パッドによって保持されるウエハにおけるクランプ応力の図１５Ａの類似した画像表示である。
【図１６】図１６は、研削砥石が横方向に移動する場合に、研削の間に、研削砥石の周囲に隣接した半導体ウエハ内の応力を示し、および本発明に係って静水圧パッドにより保持されるウエハを、従来の静水圧パッドによって保持されるウエハと比較するグラフである。
【図１７】図１７は、研削砥石の横方向の移動および垂直方向の傾きから得られるウエハ内の応力を比較した、図１６に類似したグラフである。
【図１８】図１８は、研削砥石の水平方向の傾きと組み合わせて横方向の移動から得られるウエハ内の応力を比較した、図１６に類似したグラフである。
【図１９】図１９は、研削砥石の横方向の移動、垂直方向の傾き、および水平方向の傾きの組み合わせた効果から得られるウエハ内の応力を比較した、図１６に類似したグラフである。
【図２０】図２０は、従来のウエハ−クランプデバイスで研削したウエハのための、上限が０．０５パーセンタイルのナノトポロジー値を、本発明のウエハ−クランプデバイスで研削したウエハと比較するグラフである。
【図２１】図２１は、研削中に半導体ウエハに向かい合うパッドの面の静水圧ポケット配置を示す、本発明の第２の実施形態に係る静水圧パッドの概略図である。
【図２２】図２２は、本発明のナノトポロジーシステムのブロック表の形態における部分的な概略正面図である。
【図２３】図２３は、ナノトポロジー評価システムの概略的な側面図である。
【図２４】図２４は、ナノトポロジー評価システムの複数のセンサから出力を示すグラフである。
【図２５Ａ】図２５Ａは、有限要素分析のための境界条件がウエハのクランプ条件の情報から得られる位置の１つの例の略図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、ウエハの有限要素構造分析に適したメッシュである。
【図２６Ａ】図２６Ａは、ナノトポロジー評価システムにより得られるウエハのナノトポロジープロファイルである。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、ナノトポロジー評価システムにより得られるウエハのナノトポロジープロファイルである。
【図２７】図２７は、本発明の１つの実施形態に従って予測されるウエハのプロファイルを示し、およびナノマッパーから得られる、研磨後のウエハの平均的な半径プロファイルを示すグラフである。
【図２８】図２８は、図２７のウエハの予測されるＢ−リング値と、図２７のウエハの実際のＢ−リング値との間の相互関係を示すグラフであり、相関係数は、Ｒ＝０．９である。
【図２９】図２９は、ウエハ研削盤の別の実施形態の略図である。
【図３０】図３０は、図２９の研削盤の研削砥石によって引き込まれる電流のグラフである。
【図３１】図３１は、従来の研削プロセスおよび図２９に記載されるプロセスのために、ウエハの表面上におけるしきい値の高さの領域（threshold height area）の測定の規格化された分布を示すグラフである。
【図３２】図３２は、従来の研削プロセスおよび図２９に記載されるプロセスのために、ウエハの表面上における規格化されたしきい値の高さの領域（threshold height area）の測定を示すボックスプロットグラフである。
【００２１】
対応する参照符号は、添付図面の複数の図全体を通して対応する部分を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図を再び参照すると、図６および７は、一般に参照符号１で表される本発明に係るウエハ−クランプデバイスを概略的に示す。
【００２３】
クランプデバイスは、一般に図６の参照符号３で表される両面研削盤内で用いることがでる。
【００２４】
ウエハ−クランプデバイス１を用いることができる両面研削盤の例は、Ｋｏｙｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄによって製造されるモデルＤＸＳＧ３２０およびモデルＤＸＳＧ３００Ａを含む。
【００２５】
ウエハ−クランプデバイス１は、ウエハの両表面を同時に均一に研削できるように、研削盤３内における垂直位置において、単一の半導体ウエハ（一般に「加工片」）を保持しており、該半導体ウエハは、一般に図面のＷで表される。
【００２６】
これは、研磨および回路プリント工程の前に、ウエハの表面の平坦性および平行性を改善する。
【００２７】
研削盤は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、半導体ウエハ以外の加工片を保持するクランプデバイスを有してよいことを理解されたい。
【００２８】
図６および７にも示されるように、ウエハ−クランプデバイス１は、一般に参照符号９ａ、９ｂによって別個に表される左右の研削砥石、および一般に参照符号１１ａ、１１ｂによって別個に表される左右の静水圧パッドを含む。
【００２９】
左右の指定は、ただ記載を簡易にするためになされており、および砥石９ａ、９ｂとパッド１１ａ、１１ｂのいかなる特定の方向をも要求しない。
【００３０】
文字「ａ」および「ｂ」は、左の砥石９ａと左のパッド１１ａとの部分を、右の砥石９ｂと右のパッド１１ｂとのそれらと区別するのに用いる。研削砥石９ａ、９ｂと静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、当業者に既知である手段によって研削盤３に取り付けられる。
【００３１】
従来から知られているように、２つの研削砥石９ａ、９ｂは、実質的に同じであり、および各々の砥石は、ほぼ平坦である。
【００３２】
図６および７に示すように、研削砥石９ａ、９ｂは、一般に、ウエハの下側中心に向かって、ウエハＷとの係合部を研削するために置かれている。
【００３３】
各々の砥石９ａ、９ｂの周囲は、ウエハの底において、ウエハＷの周囲より下に延在しており、およびウエハの中心において、ウエハの中心軸ＷＣより上に延在している。
【００３４】
これは、各々のウエハＷの表面積全体を操作中に研削することを確実にする。
【００３５】
加えて、研削砥石９ａ、９ｂの少なくとも１つは、その対にされた研削砥石に対して移動できる。
【００３６】
これは、研削盤３のクランプデバイス１内の研削砥石９ａ、９ｂの間の位置に半導体ウエハＷを入れることを容易にする。
【００３７】
説明されるクランプデバイス１においても、左の静水圧パッド１１ａは、半導体ウエハＷをデバイス１内に入れることを更に容易にするように、対応する左の研削砥石９ａに対して移動でき、および固定されて維持される右の静水圧パッド１１ｂに対しても移動できる。
【００３８】
両方のパッドが、対応する研削砥石に対して移動できるウエハ−クランプデバイス、またはウエハを入れる間に両方のパッドを固定するウエハ−クランプデバイス、またはウエハを入れる間に静水圧パッドおよび対応する研削砥石が一体に移動するウエハ−クランプデバイスは、本発明の技術的範囲から逸脱しない。
【００３９】
図６および７に示されるウエハ−クランプデバイス１をまた参照すると、研削操作の間において、ウエハ−クランプデバイスの２つの研削砥石９ａ、９ｂおよび静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、その間に半導体ウエハＷを保持するために向かい合った関係で配置されている。
【００４０】
研削砥石９ａ、９ｂおよび静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、垂直なクランプ平面７１、７３を別個に規定し、およびその垂直な位置においてウエハを保持するのを支援する、ウエハＷに対するクランプ圧力を生み出す。
【００４１】
これは、以下に更に詳細に記載される。
【００４２】
図６をとりわけ参照すると、静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、操作の間に固定して維持されるが、一般に参照符号１４によって表されるドライブリングは、パッドおよび研削砥石９ａ、９ｂに対して回転するようにウエハＷを動かす。
【００４３】
従来から知られているように、ドライブリング１４の戻り止め（detent）またはクーポン１５は、一般に、その中心軸ＷＣのまわりに回転するようにウエハを移動するように、ウエハの周囲に形成されている切欠きＮ（図６において破線によって示される）においてウエハＷと係合する（中心軸ＷＣは、パッド１１ａ、１１ｂの水平軸４４ａ、４４ｂにほぼ対応する（図８および１２を参照されたい））。
【００４４】
同時に、研削砥石９ａ、９ｂは、ウエハＷと係合し、および互いに反対の方向に回転する。
【００４５】
砥石９ａ、９ｂの１つは、ウエハＷと同じ方向に回転し、およびその他は、ウエハとは反対の方向に回転する。
【００４６】
以後、図８〜１３Ｂを参照すると、本発明の静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、更に詳細に示される。
【００４７】
図８〜１１は、左の静水圧パッド１１ａを示し、および図１２〜１３Ｂは、向かい合った右の静水圧パッド１１ｂを示す。
【００４８】
図示されるように、２つのパッド１１ａ、１１ｂは、実質的に同じであり、および互いにほぼ鏡像である。
【００４９】
従って、左のパッド１１ａは、右のパッド１１ｂについての記述と同じであると理解されるそれにより示されるだけである。
【００５０】
図８〜９Ｂに示すように、左の静水圧パッド１１ａは、形状が大抵薄くおよび円形であり、ならびに処理されるウエハＷに類似した寸法を有する。
【００５１】
ウエハＷは、この関係を示すように、図９Ａおよび９Ｂに実線ではない線で示される。
【００５２】
説明される静水圧パッド１１ａは、操作の間に、約３６．５ｃｍ（１４．４ｉｎ）の直径と、約９００ｃｍ２（１３９．５ｉｎ２）のウエハＷに面した加工表面積を有する。
【００５３】
従って、それは、例えば、約３００ｍｍの直径を有する標準的なウエハを研削するのに用いることができる。
【００５４】
とはいえ、静水圧パッドは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、異なる直径と表面積を有することを理解すべきである。
【００５５】
例えば、パッドは、２００ｍｍのウエハを研削して用いるために縮小したスケールの寸法にできる。
【００５６】
図８および９Ａから最もよくわかるように、静水圧パッド１１ａの体１７ａは、研削操作の間においてウエハＷに接触して向かい合ったウエハ側面１９ａを含む。
【００５７】
ウエハ側面１９ａに形成されている６つの静水圧ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａは、それぞれ、パッド１１ａの研削砥石開口（一般に参照符号３９によって示される）のまわりにほぼ半径方向に配置されている。
【００５８】
ウエハ側面１９ａに向かい合うパッド体１７ａの後面３５ａは、ほぼ平坦であり、および静水圧ポケットが無いが、本発明の技術的範囲から逸脱せずにポケットを含んでよい。
【００５９】
加えて、６つより多いまたは少ない静水圧ポケット、例えば、４つのポケットを有する静水圧パッドは、本発明の技術的範囲から逸脱しない。
【００６０】
６つの静水圧ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａは、それぞれ、アーチ形状であり、およびパッド１１ａのまわりにほぼ環状方向に延在している。
【００６１】
それぞれのポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａは、ウエハ側面１９ａの高くなった表面３２ａにおいて凹んでおり、およびそれぞれは、相対的に平坦な垂直側壁３７ａと、まわりの周囲の角を含む。
【００６２】
ポケットは、パッド１１ａの面１９ａ内に対して、浅いキャビティを切断または成型（cssting）することによって形成されている。
【００６３】
異なるプロセスによって形成されている静水圧ポケットは、本発明の技術的範囲から逸脱しない。
【００６４】
図８および９Ａをまた参照すると、各々の対のポケット２１ａと２３ａ、２５ａと２７ａ、および２９ａと３１ａは、実質的に同じ寸法および形状にされることがわかる。
【００６５】
更に、説明されるパッド１１ａでは、ポケット２１ａおよび２３ａは、それぞれ、約１４．３８ｃｍ２（２．２３ｉｎ２）の表面積を有し；ポケット２５ａおよび２７ａは、それぞれ、約２７．２２ｃｍ２（４．２２ｉｎ２）の表面積を有する；およびポケット２９ａおよび３１ａは、それぞれ、約３６．１８ｃｍ２（５．６１ｉｎ２）の表面積を有する。
【００６６】
パッドの全ポケット表面積１１ａは、約１５５．５６ｃｍ２（２４．１１ｉｎ２）であり、全ポケット表面積のパッド加工表面積に対する割合は、約０．１７である。
【００６７】
この割合は、０．１７以外であってもよく、それでも、本発明の技術的範囲内にある。例えば、割合は、約０．２６以下であってよい。従来のパッド１１’（図４）と比較すると、ポケット２１’ 、２３’の各々の表面積は、約３１．８２ｃｍ２（４．９３ｉｎ２）であり；ポケット２５’ 、２７’の各々の表面積は、約３６．４７ｃｍ２（５．６５ｉｎ２）であり；およびポケット２９’、３１’の各々の表面積は、約４７．８９ｃｍ２（７．４２ｉｎ２）である。従来のパッド１１’の全ポケット表面積は、約２３２．３６ｃｍ２（３６．０２ｉｎ２）であり、および全ポケット表面積に対するパッド加工表面積の割合は、約０．２６である（パッド１１’の加工表面積は、約９００ｃｍ２（１３９．５ｉｎ２）である）。
【００６８】
ポケット２１ａと２３ａ、２５ａと２７ａ、および２９ａと３１ａは、別個に、ウエハ側面１９ａの向かい合った半分で対称的に配置されている（パッド１１ａの垂直軸４３ａによって分離するように）。ポケット２１ａ、２３ａは、パッド１１ａの水平軸４４ａよりもほぼ下にあるが、ポケット２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａは、軸４４ａよりもほぼ上にある。ポケット２９ａ、３１ａは、ポケット２５ａ、２７ａよりほぼ上にあり、および研削砥石開口３９ａに隣接して配置されていないが、その間に配置されているポケット２５ａ、２７ａを有する開口から分離されている。このポケットの方向において、全ポケット表面積の約１５％は、水平軸４４ａより下に位置する。このパーセントは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに２３％以下であり得る。従来のパッド１１’と比較して、全ポケット表面積の少なくとも約２４％は、パッドの水平軸４４’より下に位置する。軸４４’より下における増加したポケット面積は、研削砥石開口３９’の面に向かって、パッド１１’によってウエハ上に適用されるクランプ力を増加させ、およびＢ−リング形成の一因となることを理解すべきである。 
【００６９】
図８および９Ａは、円形の研削砥石開口３９ａを示し、該開口３９ａは、静水圧パッド１１ａの体１７ａの下側部分に形成されており、ならびにパッドを通過しおよびウエハＷの下側中心と係合する研削砥石９ａを収容する寸法および形状にされている（研削砥石およびウエハは、図９Ａにおいて実線ではない線で示される）。開口３９ａの中心は、開口に収容される場合に、研削砥石９ａ（および９ｂ）の回転軸６７にほぼ対応する。説明されるパッド１１ａでは、研削砥石開口３９ａの半径Ｒ１は、約８７ｍｍ(３．４３ｉｎ)であり、および研削砥石９ａの周囲縁と、研削砥石開口の半径方向に向かい合う端４１ａとの間の距離は、相対的に均一であり、およびおおむね約５ｍｍ（０．２０ｉｎ）である。これらの距離は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに異なってよい。
【００７０】
図示するように、パッド１１ａの高くなった表面３２ａは、各々のポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａの周辺を囲むように延在しており同一の広がりを有する（coextensive）水平域３４ａを含む。参照符号３６ａによってそれぞれ表される排水チャンネルは、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａの各々の水平域３４ａの間の高くなった表面３２ａに形成されている。おおよそ三日月形の自由領域６０ａは、研削砥石開口の周囲縁４１ａと、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａの水平域３４ａの内側部分の縁３８ａとの間における高くなった表面上で凹んでいる。ウエハＷに対するクランプ力は、自由領域６０ａにおいて効果的にゼロである。これらの特徴を以下に更に説明する。
【００７１】
図１０を参照すると、静水圧ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａは、それぞれ、流体をポケットに導入するための流体注入ポート６１ａを含む。パッド体１７ａ内のチャンネル６３ａ（隠れた線によって示される）は、流体注入ポート６１ａと相互作用し、および流体を、外部流体源（図示せず）からポケットに供給する。研削中に流体（パッド面１９ａではなく）がウエハＷと接触するように、操作中に、比較的一定の圧力下で、流体をポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａに送り込む。この様式で、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａの流体は、パッドクランプ平面７３内で垂直方向にウエハＷを保持し（図６および７を参照されたい）、更に、潤滑化したベアリング領域、または滑るバリアを提供して、研削中に、非常に低い摩擦抵抗を伴って、パッド１１ａ（および１１ｂ）に対してウエハＷを回転できる。パッド１１ａのクランプ力は、主に、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａに加えられる。
【００７２】
図１１は、パッド１１ａのウエハ側面１９ａの左半分を更に詳細に参照し、ポケット２１ａ、２５ａ、２９ａの方向を示す。半径距離ＲＤ１、ＲＤ２およびＲＤ３は、別個に、研削砥石の開口の中心からポケット２１ａ、２５ａおよび２９ａの最も近い垂直側壁３７ａの周囲縁の場所を示し（最も近い垂直側壁３７ａは、研削砥石開口３９ａの縁４１ａに最も近い垂直側壁のことを言う）、研削砥石開口の中心は、研削砥石の回転軸６７に理想的に対応する。図示するように、距離ＲＤ１は、ポケット２１ａの最も近い垂直側壁３７ａのまわりにおいて一定ではなく、ポケット２１ａの底末端は、頂末端よりも開口３９ａからもっと遠い。詳細には、距離ＲＤ１は、ポケットの底末端に向かって約１０４ｍｍ（４．１ｉｎ）〜頂末端に向かって約１１２ｍｍ（４．４ｉｎ）の範囲である（これらの値は、ポケット２３ａと同じである）。半径距離ＲＤ２およびＲＤ３は、別個に、ポケット２５ａおよび２９ａの最も近い垂直壁３７ａに対して相対的に一定であり、ＲＤ２が約１１３ｍｍ（４．４ｉｎ）の値を有し、およびＲＤ３が約１６５ｍｍ（６．５ｉｎ）の値を有する（これらの値は、別個に、ポケット２７ａ、３１ａと同じである）。本発明の技術的範囲から逸脱せずに、半径距離ＲＤ１は一定であってよく、および半径距離ＲＤ２およびＲＤ３は一定でなくてよい。
【００７３】
図１１は、また、研削砥石の回転軸６７から、ポケット２１ａ、２５ａの水平域３４ａの半径方向に最も内側の縁３８ａまで半径方向に測定した半径距離ＲＤ１１を示す。縁３８ａは、ゼロ圧力（無）の領域６０ａの末端または境界を規定する。図示するように、半径距離ＲＤ１１は、縁３８ａに対して一定ではなく、および説明されるパッド１１ａでは、垂直軸４３の近くにおいて約１０８ｍｍ（４．２５ｉｎ）〜ポケット２１ａの底末端の近くにおいて約８７ｍｍ（３．４３ｉｎ）の範囲である（縁３８ａは、研削砥石の開口縁４１ａと一体化している）。研削砥石９ａの周囲縁（開口３９ａに収容される場合に）から、縁３８ａの半径方向に向かい合った最も内側部分まで行われる場合のこれらの同じの測定は、垂直軸４３ａの近くにおいて約２６ｍｍ（１．０２ｉｎ）〜ポケット２１ａの底末端の近くにおいて約５ｍｍ（０．２０ｉｎ）の範囲であり、および約０．３０〜約０．０５７の範囲である、研削砥石開口３９ａの半径Ｒ１に対する割合を形成する。比較すると、従来の静水圧パッド１１’（図４）において対応する距離は一定である。なぜなら、高くなった表面３２’の最も内側の周囲縁３８’は、研削砥石の開口縁４１’と一致するからである（すなわち、従来のパッド１１’内にゼロ圧力（無）の領域がない）。このパッド１１’では、半径距離ＲＤ１１’は、約８７ｍｍ（３．４３ｉｎ）であり、および研削砥石９’の周囲縁から縁３８’までの同じ測定は、約５ｍｍ（０．２０ｉｎ）である。
【００７４】
本発明の静水圧パッド１１ａおよび１１ｂは、従来の静水圧パッド１１’と比較して少なくとも以下の好都合な特徴を有する。全静水圧ポケット表面積を減少する。これは、ウエハＷにおけるパッドにより適用される全体のクランプ力を効果的に減少する。なぜなら、操作中に静水圧ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａ、２１ｂ、２３ｂ、２５ｂ、２７ｂ、２９ｂ、３１ｂに収容される流体量が減少するからである。加えて、水平軸４４ａより低いポケット表面積は減少する。これは、研削砥石の開口の左および右の面３９ａ、３９ｂにおいてクランプ力をとりわけ低くする。更に、内側ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２１ｂ、２３ｂ、２５ｂ、２７ｂは、その間に形成されているゼロ圧力の自由領域６０ａ、６０ｂを有する研削砥石開口縁４１ａ、４１ｂから離れる。これは、研削砥石開口３９ａ、３９ｂの縁４１ａ、４１ｂのまわりのクランプ力をとりわけ低くする。
【００７５】
それらが、研削砥石９ａ、９ｂの動作を移動および／または傾かせるように、更に容易に一致できるように、ウエハＷを、研削操作の間において静水圧パッド１１ａ、１１ｂによってより少なく強固に保持する。これは、研削砥石９ａ、９ｂが移動する場合に形成される静水圧クランプモーメントの大きさを減少する（すなわち、ウエハの曲げ領域においてより小さい応力を形成する）。加えて、ウエハＷを、研削砥石開口縁４１ａに隣接してきつく保持しない。砥石は、移動するが従来の研削デバイスのように鋭くない場合に、ウエハＷは、研削砥石開口縁４１ａに隣接して曲がる可能性がある。従って、静水圧パッド１１ａおよび１１ｂは、ウエハＷの表面に亘る更に均一な研削を促進し、および研削したウエハの、Ｂ−リングおよび中心−マーク（Ｃ−マーク）の形成のようなナノトポロジー悪化を減少または除去する。これは、図５Ａと１４を比較することによってわかる。図５Ａは、従来の静水圧パッド１１’を用いて研削されたウエハＷを示すが、図１４は、本発明のパッド１１ａおよび１１ｂを用いて研削されたウエハＷを示す。図１４に示されるウエハは、Ｂ−リングおよび中心−マーク（Ｃ−マーク）が実質的にない。
【００７６】
図１５Ａ〜１９は、本発明のパッド１１ａおよび１１ｂによって、および従来のパッド１１’によって保持されているウエハＷ内の応力を示す。図１５Ａおよび１５Ｂは、研削砥石および静水圧パッドのクランプ平面を調整する場合に、これらの応力を図示する。両方のウエハＷにおいて、応力は、研削砥石開口３９および３９’内において無視してよい（パッドは、これらの領域においてウエハをクランプしない）。図１５Ａは、パッド１１ａおよび１１ｂによって保持される場合にウエハＷに形成される更に低い応力を示す。それは、研削砥石開口縁４１ａ、４１ｂに隣接したウエハＷの全体表面に亘って更に低い応力（９８および９９において示される光−色領域）をとりわけ示す。それは、また、ウエハに亘る更に均一に分布される応力を示す。一方で、および図１５に示されるように、パッド１１’によって保持されているウエハＷ内の最大の応力９７は、開口３９’の周囲縁に近接している（すなわち、ゼロ圧力（自由）領域がない）。
【００７７】
図１５Ａおよび１５Ｂを比較することによってわかるように、大きな応力の集中領域９７は、パッド１１’（図１５Ｂ）を用いる場合のそれらほど、パッド１１ａおよび１１ｂを用いて研削する間に広がらない。利点は、（例えば、研削砥石開口縁４１ａに隣接した）曲げ領域におけるウエハＷのより小さい局所的な変形と、研削砥石９ａ、９ｂのより均一な磨耗の両方である。均一な砥石磨耗は、砥石が、研削中に形状を変化させないことを確実にする（すなわち、違いのない研削磨耗）。これは、研削盤が、更に長い時間に亘って更に低いナノトポロジー設定値を維持できることを保証する。また、砥石が移動または傾く場合に、中心−マーク（Ｃ−マーク）およびＢ−リングをあまり目立って形成せずに、動作によって生じる応力を、ウエハＷに亘って効果的に広げる。これは、望ましくは、研削されたナノトポロジーを、研削砥石の移動および傾きに対してより影響を受けにくくする。
【００７８】
図１６〜１９は、静水圧パッド１１ａ、１１ｂを用いた研削操作の間において、研削砥石９ａ、９ｂが移動するおよび／または傾く場合のウエハＷ内の更に低い応力を図示する。説明される応力は、研削砥石開口縁４１ａ、４１ｂに隣接したウエハＷ内に生じるそれらであり、および約７時の位置で始まり（０ｍｍのアーク長さ）および周囲縁を時計回りに移動する縁４１ａ、４１ｂのまわりの位置で（約４００ｍｍのアーク長さまで）測定される。従来の静水圧パッド１１’によって保持されるウエハＷ内の応力は、一般に参照符号９１によって表され、およびパッド１１ａ、１１ｂによって保持されるウエハ内の応力は、一般に参照符号９３によって表される。
【００７９】
図１６は、研削砥石が移動する場合の応力９１、９３を示す。図示するように、応力９３は、応力９１より顕著に小さく、および応力９１よりも研削砥石開口３９ａ、３９ｂの周囲全体のまわりに更にほとんど一定であり、ウエハＷの中心ＷＣにおいて含む（約２００ｍｍのアーク長さに対応する）。従って、本発明において、研削砥石９ａ、９ｂが移動する場合に、ウエハＷは、従来のデバイスで研削されるウエハと比較してそれらの中心の近くではほとんど曲がらない。
【００８０】
図１７は、研削砥石が移動しおよび水平に傾く場合にウエハＷにおける応力９１、９３を示す。再び、パッド１１ａ、１１ｂに付随した応力９３は、研削砥石開口縁３９ａ、３９ｂの周囲全体に沿ってほぼ一定である。加えて、ウエハ中心ＷＣに対応する位置におけるパッド１１ａ、１１ｂによって保持されるウエハＷにおける応力９３の増加はほとんどない。従って、研削砥石９ａ、９ｂが移動するおよび垂直に傾く場合に、ウエハＷは、研削砥石の開口３９ａ、３９ｂの周囲に隣接して鋭く曲がらず、および中心−マーク（Ｃ−マーク）の形成は減少する。
【００８１】
図１８は、砥石が移動するおよび垂直に傾く場合にウエハＷにおける応力９１、９３を示す。図示するように、ウエハＷの左側における応力９３は、応力９１がかかるように鋭くは増加しない。従って、パッド１１ａ、１１ｂによって保持されているウエハＷは、砥石９ａ、９ｂが移動するおよび垂直に傾く場合にそれらの周囲において鋭く曲がらず、およびＢ−リングおよび／またはＣ−マークの形成は減少する。研削砥石の移動、垂直方向の傾き、および水平方向の傾きの組み合わせ効果によってウエハＷ内の応力９１、９３が生じる場合において類似した結果を図１９に示す。
【００８２】
図２０は、従来の静水圧パッド１１’および本発明の静水圧パッド１１ａ、１１ｂを用いて研削されたウエハのために、上限が０．０５パーセンテイルのナノトポロジー値を図表にする。パッド１１’を用いて研削されたウエハのためのナノトポロジー値は、一般に参照符号７２によって表され、およびパッド１１ａ、１１ｂを用いて研削されたウエハのための値は、一般に参照符号７４によって表される。本発明のパッド１１ａ、１１ｂを用いて研削されたウエハは、従来の値７２よりも一貫して低いナノトポロジー値７４を有する。
【００８３】
本発明の静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、単一の操作手順において、一連のウエハにおける多数のウエハを研削するのに用いることができる。一連のウエハは、例えば、少なくとも４００のウエハを含んでよい。それは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、４００よりも多いウエハを含んでよい。単一の操作手順は、研削砥石９ａ、９ｂの相互調整の間において、一般に考慮される連続的な操作である。一連の研削されたウエハＷの各々は、一般に、改善されたナノトポロジーを有する（例えば、減少または除去された中心−マーク（Ｃ−マーク）およびＢ−リングの形成）。とりわけ、それらは、それぞれ、約１２ｍｍ未満の平均ピークバレー変化を有する。例えば、ウエハの平均ピークバレー変化は、約８ｎｍであってよい。平均ピークバレー変化は、各々のウエハＷの平均半径スキャン全体における変化を表す。平均ピークバレー変化は、多数のウエハ半径におけるウエハＷの周囲において求められ、およびそれらの値の平均は、平均的な変化を求めるように計られる。
【００８４】
図２１は、本発明の第２の実施形態に従って左の静水圧パッドを概略的に示す。パッドは、一般に参照符号１１１ａによって表され、および第１の実施形態のパッド１１ａの部分に対応するこのパッドの部分は、同じ参照符号に「１００」足すことによって表される。この静水圧パッド１１１ａは、これまで記載した静水圧パッド１１ａと実質的に同じであるが、パッド１１ａにおける、対応するポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａとは異なる形状および方向にされている静水圧ポケット１２１ａ、１２３ａ、１２５ａ、１２７ａ、１２９ａ、１３１ａを有する。パッド１１ａに類似して、ポケット１２１ａ、１２３ａ、１２５ａ、１２７ａ、１２９ａ、１３１ａは、パッド１１１ａの研削砥石開口１３９ａのまわりに半径方向に配置されており、ポケット１２１ａおよび１２３ａ、ポケット１２５ａおよび１２７ａ、ポケット１２９ａおよび１３１ａは類似しており、およびウエハ側面１１９ａの向かい合う半分において対称的に配置されている。加えて、ポケット１２１ａ、１２３ａは、パッド１１１ａのまわりに環状方向に延在している。しかしながら、このパッド１１１ａでは、ポケット１２５ａ、１２７ａ、１２９ａ、１３１ａは、研削砥石開口１３９ａからに離れて半径方向に延在している。これらのパッド１１１ａ、１１１ｂは、全ての他の態様におけるパッド１１ａ、１１ｂと同じである。
【００８５】
静水圧パッドのクランプの中心が、静水圧パッドのポケットに適用される水の圧力を制御することにより影響を受け得ることを追加的に考慮されたい。これは、クランプの中心を下げ、ウエハ−クランプデバイスの研削砥石回転軸の更に近くにクランプの中心を動かす。更にとりわけ、各々のポケットにおける流体圧力（またはポケットのいくつかのサブセット）は、他のポケットに独立して研削および／または制御される過程の間に、変化できる。複数のポケットの間の圧力を変化させる１つの方法は、オリフィス開口の寸法をポケットの差にすることに基づく。更に、各々のポケットに付随した領域の剛性（stiffness）は、ポケット深さの差をつくることによって、ポケットの間で変化できる。更に深いポケットは、更に深いポケットの領域において、更に浅いポケットよりもウエハＷをより適合して保持し、更に浅いポケットの領域におけるウエハを強固に保持する。
【００８６】
本明細書に示されるおよび記載される静水圧パッド１１ａ、１１ｂ、１１１ａ、１１１ｂは、約３００ｍｍの直径を有するウエハＷとともに用いるために記載される。これまでに示されるように、静水圧パッドは、本発明の技術範囲から逸脱せずに、２００ｍｍのウエハを研削するのに用いるための縮小したスケールの寸法にできる。これは、本明細書に記載される各々の静水圧パッド寸法に適用する。
【００８７】
本発明の静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、研削操作の間においてウエハＷを支持でき、および繰り返しの研削の使用に耐えることができる、金属のような適切な強固な材料から作られている。他の類似の強固材料から作られている静水圧パッドは、本発明の技術的範囲から逸脱しない。
【００８８】
本発明の別の態様によれば、ナノトポロジーを評価するためのシステムは、ウエハナノトポロジーにおけるフィードバックを提供し始めるが、ウエハは、両面研削盤内にある。ナノトポロジー評価システムは、加工片の位置および／または変形についての情報を収集するのに配置されている少なくとも１つのセンサを含むが、加工片は、両面研削盤内に保持される。センサは、ウエハの有限要素構造分析に用いるための１以上の境界条件を規定するのに用いる１以上の測定を行うのに作動できる。システムは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、単一の境界条件を規定するのに用いる単一の測定を行う単一のセンサのみを有してよいことを理解されたい（センサを用いずに規定または仮定できるいかなる境界条件を含む、有限要素分析を行うのに充分な境界条件である限り）。しかしながら、いくつかの実施形態において、ウエハの有限要素構造分析のための付加的な境界条件を規定するように、１以上のセンサは、多数の境界条件を規定するのに用いる複数の測定を行い、それはしばしば望ましい（または必要である）と認識される。
【００８９】
例えば、一般に３０１で表される本発明のナノトポロジー評価システムの１つの実施形態は、図２２、２３に概略的に示される。この実施形態は、特定の静水圧パッド配置を有する両面研削盤と組み合わせて記載されるけれども（以下に記載される図２５Ａ、２５Ｂにおいて明らかであるように）、ナノトポロジー評価システムは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに（異なる加工片クランプシステム）他の両面研削盤とともに用いるのに適していることを理解されたい。更に、本発明は、ナノトポロジーシステム自体に限定されず、本発明のナノトポロジー評価システムを備えた両面研削装置も含む。
【００９０】
１以上のセンサ３０３（例えば、複数のセンサ）は、静水圧パッド３０５の内側表面に配置されている。図に示される特定の実施形態において、例えば、複数のセンサ３０３（例えば、４つ）は、静水圧パッド３０５の各々の内側加工表面に沿って配置されている（図２３）。ウエハの有限要素構造分析のための境界条件を規定するのに使用できる情報を収集できる任意の種類のセンサを使用できる。例えば、１つの実施形態において、センサ３０３は、ウエハに対して制限するノズルから出る加圧された空気の流れによって受けた抵抗を測定することによって、静水圧パッドとウエハＷとの間の距離を測定する動的な空気圧力センサを含む（例えば、ＭＡＲＰＯＳＳ  Ｍｏｄｅｌ  Ｅ４Ｎによって製造される）。加圧された空気を大気に排出する。このようなノズルは、静水圧パッド３０５に強固に取り付けることができ、または別の方法では、静水圧パッドに対して固定することができる。当業者が認識するように、このような動的な圧力センサ３０３からの測定は、静水圧パッド３０５と、ウエハＷの表面との間の空間を示す。従って、動的な空気圧力センサによる圧力の測定は、センサ３０３と、ウエハＷの表面との間の距離に対応する。
【００９１】
各々の静水圧パッド３０５に付随したナノトポロジー評価システムのセンサ３０３は、ウエハＷをｘ、ｙ平面において保持するように規定されたｘ、ｙ、ｚの直交座標系（図２２および２３）のｘ方向とｙ方向の少なくとも１つにおいて、その静水圧パッドに付随した他のセンサから空間をあけて離される。この様式でセンサ３０３を離して空間をあけることは、ウエハＷの表面上の１つの位置に対応する測定を行うように１つのセンサの使用を容易にするが、別のセンサはウエハの表面上の異なる位置に対応する測定を行う。
【００９２】
更に、図面に示される実施形態の各々の静水圧パッド３０５は、同じ数のセンサ３０３を有し、およびパッドの１つにおけるセンサの分配は、実質的に、他のパッドにおけるセンサの分配の鏡像である。結果として、両方の静水圧パッド３０５は、ｘ、ｙ、ｚ座標系のｘ方向とｙ方向の少なくとも１つにおいて分離されるセンサ３０３を有する。更に、図２３に示すように、静水圧パッド３０５を互いに向かい合って配置する場合に（例えば、研削盤が使用中である場合に）、１つの静水圧パッドにおける各々のセンサを、他の静水圧パッドにおけるセンサと対にすることにより、センサ３０３を、対として配置する。所定のセンサ対におけるセンサ３０３は、ｘおよびｙ方向において互いにほぼ整列されており、実質的にｘ、ｙ、ｚ座標系のｚ方向のみにおいて互いから分離されている。所定のセンサ対におけるセンサ３０３は、静水圧パッド３０５によって保持されるウエハＷの向かい合う面に配置されており、同じ場所においてウエハの向かい合う面における同時の測定を行うことを容易にする。これは、ウエハＷの両面上における表面の位置を、その場所において同時に求めることを可能にする。
【００９３】
センサ３０３の数と配置は変わってよい。一般に、当業者は、さらに多い数のセンサ３０３を有することに対する利点があり得ると認識する。なぜなら、それらは、更なる測定を得るおよびさらに多い数の境界条件を規定するのに用いることができ、従って、境界条件の間の領域において、ウエハの変形に対する有限要素分析の結果における不確実性を低減することができるからである。しかしながら、センサ３０３の数に対して実施上の制限もある。例えば、センサ３０３は、静水圧パッド３０５のクランプ機能に対して最小の影響を有すること（および逆の場合も同じ）は望ましい。図に示されるナノトポロジー評価システム３０１において、例えば、センサ３０３は、静水圧ポケット３１３ではなく静水圧パッド３０５の水平域３１１に配置されている（水平域３１１および静水圧ポケット３１３に対応する位置は、図２５Ａに示されており、図２５Ａは、ウエハのクランプ条件から得られる境界条件のマップである）。これは、センサ３０３と、静水圧ポケット３１３によってクランプされるウエハＷの領域との間のいくつかの分離を提供し、このために、クランプ条件の情報から境界条件を得ることが可能である。センサ３０３とポケット３１３との間の分離は、センサ測定に対する静水圧ポケットの局所的な影響の衝撃を低減できる。
【００９４】
上述したように、センサ３０３は、ウエハＷの異なる部分における測定を行うように配置されている。例えば、いくつかのセンサ３０３は、ウエハＷの中心部分と相関し得る測定を行うように配置されているが、他のセンサは、Ｂ−リングおよび／またはＣ−マークの欠陥に弱いウエハの部分における測定を行うように配置されている。図２２および２３に示される特定のセンサ配置を参照すると、センサ３０３は、ウエハＷの中心から複数の異なる距離における測定を行うように配置されている。少なくとも１つのセンサ（例えば、Ｃで表されたセンサ対における複数のセンサ）は、研削中に、ウエハＷの中心近くに配置されており、それは、ウエハの中心部分の変形に関した測定を行うことができる。少なくとも１つの他のセンサ（例えば、ＲとＬで表されたセンサ対における複数のセンサ）は、研削中に、ウエハＷの周囲部分の近くに配置されている（すなわち、ウエハの中心から相対的に離れて）。更なる別のセンサ（例えば、Ｕで表されたセンサ対における複数のセンサ）は、ウエハの周囲の近くに配置されている少なくとも１つのセンサと、ウエハの中心近くに配置されている少なくとも１つのセンサとに対して、ウエハＷの中心から中間距離をおいて（例えば、Ｂ−リングおよび／またはＣ−マークの欠陥に弱いウエハの部分の近くに）配置されている。
【００９５】
ウエハＷは、それが研削盤内で回転する際に曲げモーメントに応じて曲がってよい。結果として、ウエハ上の所定位置におけるウエハＷの変形は、ウエハが研削盤内で回転する際に変わり得る。センサ３０３は、ウエハＷの中心から異なる距離において測定を行うように配置されているだけでなく、それらは、ウエハの中心から延在している異なる半径線３２３、３２５、３２７上に配置されている。例えば、センサ対ＲおよびＬは、ウエハの中心から概ね同じ距離に配置されているが、それらは異なる半径線上にある。センサ対Ｒにおけるセンサは、概して、１つの半径線３２３上にあり、およびセンサ対Ｌにおけるセンサは、概して、異なる方向においてウエハＷの中心から延在している別の半径線３２５上にある。さらに、センサ対ＣおよびＵにおけるセンサは、概して、更なる別の方向におけるウエハＷの中心から延在している第３の半径線３２７上に配置されている。図に示される実施形態において、半径線３２３、３２５、３２７は、互いから実質的に等距離である。従って、半径線３２３、３２５、３２７は、互いに約１２０度の角度を形成する。しかしながら、互いに関して半径線の空間と、センサがそれに沿って配置されている異なる半径線の数とは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに変わってよい。
【００９６】
さらに、センサ３０３は、研削装置の要素に関して異なる位置に配置されている。例えば、センサ対Ｌにおけるセンサは、研削砥石９について、センサ対Ｒにおけるセンサとは向かい合う面上にある。これは、センサ対Ｒにおける１つのセンサとセンサ対Ｌにおける１つのセンサとを含みおよび座標系（上記に規定された）システムのｘ、ｙ平面と垂直な仮想平面３３１（図２２を参照されたい）が、研削砥石９と交差する点で明らかである。センサ対ＲおよびＬにおけるセンサは、それらがウエハＷの中心から概ね同じ距離であるように配置されているので、１つのセンサ対によって測定が行われるウエハの部分は、後に、他のセンサ対によって測定を行うことができる（ウエハの回転が、ウエハのその部分を他のセンサ対に移動させた後に）。しかしながら、ウエハＷは、それが研削盤内で回転する際に曲がり得るので、センサ対Ｒにおけるセンサによる測定は、センサ対Ｌにおけるセンサによる対応した測定とは異なってよい。
【００９７】
さらに、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサ対ＲおよびＬにおける複数のセンサ）は、ウエハの水平な中央線３４１より実質的に下に配置されている（図２２）が、少なくとも１つの他のセンサ（例えば、センサ対Ｕにおける複数のセンサ）をウエハの水平な中央線より実質的に上に配置されている。別のセンサ（例えば、センサ対Ｃにおける複数のセンサ）を、ウエハＷの水平な中央線３４１に対して相対的に近くに配置できる。例えば、図に示される実施形態において、センサ対Ｃにおけるセンサは、ウエハＷの水平な中央線３４１よりわずかに上にある。 
【００９８】
さらに、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサ対Ｒ、ＣおよびＬにおける複数のセンサ）は、研削砥石９を収容するために、静水圧パッド３０５内の開口３４５の１つの近くに配置されており、および従って、操作中に、研削砥石に隣接して配置されている。同様に、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサ対Ｒ、ＣおよびＬにおける複数のセンサ）は、いずれの静水圧ポケット３１３よりも研削砥石９の近くに配置されている。上述したように、いくつかの研削盤における研削盤の不整列は、研削砥石９によるクランプと、静水圧パッド３０５によるクランプとの間の移行時に、相対的にさらに高い応力をウエハＷに加える可能性があり、この場合において、操作中に、いずれの静水圧ポケットよりも研削砥石の近くに配置されているおよび／または研削砥石に隣接して配置されている任意のセンサは、研削盤の不整列に際して、相対的にさらに高い応力が加えられたウエハの一部からの測定を行うように配置するように考慮され得る。この意味で、静水圧パッド３０５を用いることに対するいくつかの付加的な利点があってよく、静水圧パッド３０５における静水圧ポケット３１３は、研削砥石から離れるようにクランプ力の中心を移動する（上述したように）ように、研削砥石９から離れて移動する。なぜなら、静水圧ポケットのこの配置は、ナノトポロジー評価システム３０１のセンサ３０３のための更なる室を静水圧ポケットと研削砥石の間に配置できるからである（例えば、実質的にゼロのクランプ圧力の自由領域において）。
【００９９】
少なくとも１つの他のセンサ（例えば、センサ対Ｕにおける複数のセンサ）は、静水圧パッド３０５における開口３４５からさらに遠くに配置されており、および従って、操作する際に研削砥石９からさらに遠くなるように配置されている。その少なくとも１つのセンサ（例えば、センサ対Ｕにおける複数のセンサ）は、また、少なくともいくつかの静水圧ポケット３１３よりも研削砥石９からさらに遠い。さらに、その少なくとも１つのセンサ（例えば、センサ対Ｕにおける複数のセンサ）は、研削盤の不整列に際して、それらの研削盤において相対的にさらに低い応力が加えられたウエハＷの一部から測定を行うように配置されるように考慮でき、該研削盤は、不整列がある場合に、研削砥石によるクランプと、静水圧パッドによるクランプとの間の移行時に、相対的にさらに高い応力をウエハに加える。
【０１００】
既に記載したように、センサ３０３は、センサからウエハＷ表面までの距離についての情報を検出するように作動できる。センサ３０３は、プロセッサ３５１と信号連結しており（図２２）、センサからセンサデータ出力を収容するように作動できる。プロセッサ３５１は、研削装置から隔離できるが、これは必要ではない。図２２は、プロセッサ３５１をセンサに接続するハードワイヤリング３５３を示すけれども、プロセッサおよびセンサは、本発明の技術的範囲から逸脱せずにワイヤレス連結してよいことを理解されたい。
【０１０１】
コンピューターワークステーションのＣＰＵは、プロセッサ３５１として用いることができる。さらに、センサ３０３からのデータおよび／またはそこから得られる情報３５５の処理は、多重処理ユニット間で共有でき、その場合に、用語「プロセッサ（processor）」は、全てのこのような処理ユニットを含む。本発明の１つの実施形態において、プロセッサ３５１は、研削操作の間に、センサ３０３からのセンサデータ出力を監視する。センサ３０３からの出力は、情報収集目的のためにおよび／または研削装置の操作を検証するように記録される。必要に応じて、センサ３０３からの出力は、研削操作の間および／または後に、図２４に示すように図示される。
【０１０２】
本発明の１つの実施形態において、プロセッサ３５１は、ウエハＷの有限要素構造分析を行うのに、センサ３０３から監視したセンサデータを用いるように作動できる。プロセッサ３５１は、図２４に示すように、好ましくは、主要な研削工程の終了近くにおいて（例えば、研削の仕上工程が始まる前に）、研削操作中の時間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工程に対応する。図２４に示される完全な研削サイクルは、５工程：工程３６１＝速い切込；工程３６３＝主要な研削サイクル；工程３６５＝低速の研削サイクル；工程３６７＝スパークアウトサイクル；および工程３６９＝砥石格納サイクルから成る。プロセッサ３５１は、センサデータから１以上の境界条件を求めおよびセンサデータから得られる１以上の境界条件を用いて、ウエハＷの有限要素分析を行うように作動できる。センサデータから得られる境界条件は、静水圧パッドによってもたらされるクランプ条件の情報から得られる付加的な境界条件を追加する。研削サイクルおよび、プロセッサ３５１が有限要素構造分析のためのデータを収集する時間は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに変わってよい。
【０１０３】
図２５Ａは、境界条件がクランプ条件の情報から得られる一組の位置の一例を示す。図２５Ａにおいて、境界条件は、静水圧パッド３０５の周囲および静水圧ポケット３１３の周囲において規定されている。図２５Ｂは、ウエハＷの有限要素構造分析を行うために適したメッシュを示す。図２５Ａおよび２５Ｂに示される例に用いる静水圧パッド３０５は、上記に示される静水圧パッド１１ａ、１１ｂとはわずかに異なる静水圧ポケットの配置を有することに留意されたい。しかしながら、当業者は、境界条件を規定する方法および、どのような研削装置にも用いる特定の静水圧パッドに適したメッシュを開発する方法を知っている。
【０１０４】
センサデータから得られる境界条件を用いて、クランプ条件から得られる境界条件とウエハＷの特性（例えば、シリコンの材料特性）を組み合わせると、プロセッサ３５１は、ウエハのナノトポロジーの予測を含むウエハ形状を予測するように、ウエハの有限要素分析を行う。有限要素分析において、プロセッサ３５１によって予測されるウエハＷの形状は、未加工ウエハのプロファイルである。研削プロセスは、典型的には、半径方向の対称性を示すナノトポロジーの特徴をもたらすので、未加工ウエハのプロファイルは、ウエハの中心から距離の関数として変形に関して表され得る。センサデータを用いた有限要素分析によって予測される未加工ウエハのプロファイルの１つの例は図に示される。 
【０１０５】
１つの実施形態において、変形したウエハ形状は、有限要素分析を用いて以下のように計算される。所定のメッシュは、シェル要素を用いて、この分析のために特定される。１つのメッシュの詳細は、図２５Ａに示される。ウエハの変形は、ウエハのクランプ角度、砥石の傾きおよび移動に依存して、ＲまたはＬのＢ−リングセンサにおいて、より可能性があるということを念頭に置くべきである。さらに大きい変形は、ＮＴ悪化とのさらに強い相互関係を有する傾向がある。従って、この効果を得るように、２つの測定値（reading）ＲおよびＬのより高い方を両方の場所に適用する。静水圧パッドによるウエハクランプは、基本的な剛性（fundamental stiffness）の境界条件を用いて、もたらされる。研磨後のＮＴは、通常、１０秒未満で計算される。研削砥石の周囲に沿ったウエハの変位（displacement）が考慮される（図２５ＢにおけるアークＡＢＣ）。ウエハの中心から延在している全ての半径ｒについて、円弧に沿った２つの位置がある。これらの２つの位置における変位は、有限要素分析の結果に基づいて求めることができるおよびその半径における平均の変位を得るように平均化できる。平均の変位は、未加工プロファイル曲線としてプロットできる（図２６Ａ）。従って、未加工プロファイル曲線からの測定値は、フィルタ処理されたプロファイル曲線をもたらすように、空間フィルタを通過する（図２６）。
【０１０６】
当業者に当然のことながら、研削後に、通常、付加的なウエハ処理工程がある。例えば、ウエハを、一般的に、研削後に研磨する。さらに、ナノトポロジー生成量は、研削した後ではないが仕上段階の処理工程（典型的には、ウエハのナノトポロジーを変化させる）が完了した後のナノトポロジーによって求められる。従って、本発明の１つの実施形態において、プロセッサ３５１は、有限要素分析から得られる未加工ウエハのプロファイルを用いて、１以上の仕上段階の処理工程後にウエハナノトポロジーがどうなり得るか予測するのに作動できる。
【０１０７】
１以上の仕上段階の処理工程（例えば、研磨）後のウエハプロファイルを予測するように、例えば、空間フィルタは、未加工ウエハのプロファイルに適用できる。当業者は、この種の空間フィルタ処理を行うのに適用できる様々なウエハの欠陥／収率の管理ソフトウェアツールを知っている。いくつかの例は、ＳｉＧｌａｚ  ｏｆ  Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａからＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ；Ｚｅｎｐｉｒｅ  ｏｆ  Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ、ＣＡからｉＦＡＢ  ｓｏｆｔｗａｒｅ;Ｇａｌａｘｙ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｃ．  −  ＵＳＡ  ｏｆ  Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡからＥｘａｍｉｎａｔｏｒ  ｓｏｆｔｗａｒｅ;およびＫｎｉｇｈｔｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣＡ．から Ｙｉｅｌｄｍａｎａｇｅｒ  ｓｏｆｔｗａｒｅを含む。フィルタ処理されたウエハプロファイルは、ナノトポロジーが更に処理された後にどうなり得るかの代表例である。フィルタ処理されたウエハプロファイルの１つの例は、図２６ｂに示される。有限要素分析から得られる未加工ウエハのプロファイルを、多くのウエハのための仕上段階の処理後（例えば、研磨後）の実際のナノトポロジー測定（例えば、ナノマッパー（登録商標））と比較することにより、有限要素分析に用いるパラメータ（例えば、静水圧クランプに関した境界条件）は、より良い相互関係のために微調整できる。
【０１０８】
さらに、プロセッサ３５１は、センサからセンサデータを受信しおよびセンサデータから加工片のナノトポロジーを評価するように作動できる。１つの実施形態において、プロセッサは、悪いナノトポロジー評価に応じて改善作業を実施するように、必要に応じて、情報３５５（例えば、予測された加工片のＮＴ）を提供するように作動できる（例えば、１以上のウエハプロファイルが、仕様または他の所定基準に適合しない場合にプロセッサによって求められるように）。その最も簡単な形態において、改善作業を対象とした情報３５５は、調整がなされるべきであるおよび／または研削プロセスが注意を必要とする１以上の人間操作者（例えば、プロセスエンジニア）を対象とした信号を出力することを含んでよい。プロセッサ３５１からの信号に応じて、人間操作者は、研削盤の性能を改善するように、研削盤の位置合わせ（例えば、研削砥石の水平方向の傾きに対応する少なくとも１つの角度、研削砥石の垂直方向の傾きに対応する角度、研削砥石同士の間のシャフト）および／または静水圧パッドのポケットに供給される流体の圧力を調整できる。代替的にまたは追加的に、操作者は、研削盤の初期設定（例えば、設定のための親指の法則）を調整することによって、位置合わせを調整できる。プロセッサ３５１は、可変の研削プロセスを調整することを含むいくつかの改善作業を実施するように、他の情報３５５も提供できる。例えば、プロセッサ３５１は、センサデータに応じて研削砥石および／または静水圧パッドのうちの少なくとも１つの位置または適用についての調整、および／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るウエハに対するクランプ力の中心についての調整を示す情報３５５を提供するように作動できる。同様に、プロセッサ３５１は、研削盤を再整列するように、研削砥石９および静水圧パッド３０５の少なくとも１つの位置を調整するのに用いる一組のアクチュエータ（図示せず）を制御するように操作者の入力に応答できる。
【０１０９】
本発明に従って半導体ウエハを処理する方法の１つの実施形態において、上述したナノトポロジー評価システム３０１を有する両面研削盤内に半導体ウエハＷを入れる。ウエハＷの実際の研削は、本明細書での記載を除き、従来の様式で進行する。１以上のセンサ３０３は、研削プロセスの間において、ウエハＷの変形を示しおよびウエハの有限要素構造分析のための１以上の境界条件を得るのに使用可能なデータを収集する。例えば、上述したナノトポロジー評価システム３０１のセンサ３０３は、ウエハＷの表面とセンサとの間の複数の距離測定を収集する。さらに、評価システム３０１のセンサ３０３は、上述したように、ウエハの異なる部分から、および研削盤要素に関する様々な位置において、同時にデータを収集する。
【０１１０】
１つの実施形態において、センサは、Ｂ−リング欠陥に付随した加工片の一部における距離に関して、加工片の２つの表面のずれを測定し、およびプロセッサ３５１は、センサからこのような距離データを受信し、および受信したセンサデータから、加工片ナノトポロジーにおけるＢ−リング欠陥を評価するように作動できる。別の実施形態において、センサは、Ｃ−マーク欠陥に付随した加工片の一部分における距離に関して、加工片の２つの表面のずれを測定し、およびプロセッサ３５１は、センサから、このような距離データを受信し、および受信したセンサデータから加工片ナノトポロジーにおけるＣ−マーク欠陥を評価するように作動できる。
【０１１１】
センサ３０３は、センサデータをプロセッサ３５１に伝送し、該プロセッサ３５１は、センサデータを受信および処理する。センサ３０３からの出力は、図２４に示すように、必要に応じて記録および／または図示される（研削の間および／または後）。センサデータを、ウエハＷのナノトポロジーを評価するのに用いる。方法の１つの実施形態において、プロセッサ３５１は、ウエハＷのナノトポロジーを評価するように、研削プロセスにおける時間からセンサデータを記録する。例えば、図２４は、両面研削プロセスサイクルの工程３６１、３６３、３６５、３６７、３６９と同時にプロットされる各々のセンサの時間変化出力を示す。プロセッサ３５１は、各々のセンサから一組の同時データを得るように、プロセスサイクルにおける所定時間（例えば、図２４における矢印３５７により示される時間）において、センサ３０３からの出力を記録する。プロセッサ３５１は、ウエハＷの有限要素構造分析を行うための境界条件を得るように、その組のデータを用いる。
【０１１２】
プロセッサ３５１は、センサから得られる境界条件、および任意の他の境界条件（例えば、クランプ条件の情報から得られる境界条件）を用いて、ウエハの有限要素分析を行う（図２５Ａ）。有限要素分析を、未加工ナノトポロジーウエハプロファイルを生じるように用いる（図２６Ｂ）。上述した空間フィルタを、必要に応じて、仕上段階の処理工程後（例えば、研磨後）にウエハＷの生じ得るナノトポロジーを予測するように、未加工ウエハのプロファイルに適用する。
【０１１３】
プロセッサ３５１は、ナノトポロジー要求について、研削盤の性能を評価するように、未加工ウエハのプロファイルおよび／またはフィルタ処理されたウエハプロファイルを再検討する。この評価は、研削盤ナノトポロジー性能が所定の基準を満たすかどうかを求めるように、バッチにおける他のウエハのために未加工ウエハのプロファイルおよび／またはフィルタ処理されたウエハププロファイルを考慮できる。プロセッサ３５１が、研削盤がナノトポロジー基準を満たさないということを求めた場合に、プロセッサは、改善作業を始める。１つの実施形態において、改善作業は、研削装置が注意を必要とする１以上の人間操作者に信号を送ることを含む。従って、人間の操作者は、上述したように、研削盤装置の位置合わせを調整するおよび／またはクランプの中心を調整する。別の実施形態において、プロセッサ３５１は、悪いナノトポロジー評価および操作者入力に応じて、改善作業を実施する。例えば、プロセッサ３５１は、プロセッサの制御下において操作者入力に応じて１以上のアクチュエータを用いて、クランプの中心を調整するおよび／または研削盤の位置合わせを調整するように、ウエハＷの１以上の部分に適用される静水圧量を調整できる。
【０１１４】
別の実施形態において、改善作業は、次の加工片の研削を調整することを含む。例えば、研削盤は、第１加工片を研削しおよび次いで第１加工片を研削した後に第２加工片を研削するように作動できる。プロセッサ３５１は、センサからデータを受信しおよびセンサデータから第１加工片のナノトポロジーを評価するのに作動できる。従って、プロセッサ３５１は、第２加工片のような次の加工片を研削する場合に用いるためのセンサデータに応じて、研削砥石および／または静水圧パッドの少なくとも１つの位置に対する調整を示す情報３５５を提供するように作動できる。加工片が複数のウエハのカセットである状況において、有限要素分析を、カセットにおける各々のウエハに対して行うことができ、およびウエハのカセット全体を研削するまで待つ必要がない。従って、設定値が適切でない場合およびＮＴ欠陥を１以上のウエハ内において検出する場合に、カセットにおける他のウエハが、いくらかの形態の介入なしに、さらに大きな収率損失をもたらす類似または同じ欠陥を有することはあり得る。本発明の１つの実施形態に従って、操作者は、カセットにおける全てのウエハからフィードバックを得るように待つ必要がなく、顕著な量の収率損失を避ける。従って、研磨中における研磨後のＮＴ欠陥の信頼性のある予測が提供される。このような予測は、次のウエハおよびカセットのための研削盤設定値を最適化して、次のウエハの研磨後のナノトポロジー欠陥を最小化するように操作者を支援する。
【０１１５】
図２７は、ナノマッパーによって求められるように、特定のウエハのための本発明の１つの実施形態に従って予測されるプロファイルを示し、および研磨後に、その同じウエハのための平均的な半径の変位を示すグラフである。実線は、本発明の１つの実施形態に従って、有限要素分析に基づいてウエハの予測されるプロファイルの１つの例を示す。破線は、ウエハを分析したナノマッパーからのデータに基づいてプロファイルを示す。図２８は、多くのウエハの水平軸にプロットされている予測Ｂ−リング値と、垂直軸にプロットされている実際のＢ−リング値との間の相互関係を示すグラフであり、相関係数は、Ｒ＝０．９である。
【０１１６】
本発明の方法は、研削盤のナノトポロジー性能に対する素早いフィードバックを提供する。例えば、ウエハナノトポロジーの評価は、ウエハの研削サイクルが完了する前に始めることができる。さらに、ナノトポロジーフィードバックは、研磨前に得られる。対照的に、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、ウエハナノトポロジーを測定するように、レーザー検査を用いる。これらのシステムは、典型的には、反射的な表面を欠く非研磨ウエハを有する使用に適合しない。本発明の方法を通じて得られる多くの他の利点は、この開示の観点から当業者によって認識される。
【０１１７】
上述した方法において、センサ３０３は、研削盤操作の間において実質的に連続してデータを収集する。しかしながら、研削が完了した後、ウエハがまだ研削盤内にある間に、データをセンサから収集できることを理解されたい。さらに、センサ３０３は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、時間内において断続的または一点において測定を行ってよい。同様に、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、研削操作が完了した後および／またはウエハが研削盤から取り出された後に、センサデータの処理が始まるまたは続くことができる。
【０１１８】
また、上述したナノトポロジーシステムの実施形態は、ウエハを両面研削盤に垂直に保持する間に、ウエハのナノトポロジーを評価するように示されるが、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、異なる方向（例えば、水平方向）で保持されるウエハのナノトポロジーを評価するように、ナノトポロジー評価システムを用いることができることを理解されたい。
【０１１９】
本明細書に記載されるナノトポロジー評価システムの実施形態は、そのナノトポロジーを評価するように、各々のウエハのための有限要素分析を行うけれども、当業者は、実際に有限要素構造分析を行わずに、プロセッサがナノトポロジーを評価できる基準を開発するように、多くのこのような有限要素分析からの全体データを用いることができることを認識する。例えば、研削盤内のウエハのためのセンサデータは、有限要素分析を行った別のウエハのためのセンサデータに充分に類似する場合に、研削盤内にあるウエハの有限要素分析を実際に行わずに、研削盤内のウエハのナノトポロジーを評価するのに、これまでの有限要素分析結果を用いることができる。データベースおよび学習ルーティーンは、このプロセスを増加するのに用いることができ、従って、プロセッサが有限要素分析を行う例を減少または除去できる。ナノトポロジー評価システムの経験した人間操作者は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、センサ出力の図または他のディスプレイを見ることによってナノトポロジー欠陥を示す記号を認識するおよび改善作業を手動で実施する能力を開発できるということも検討される。
【０１２０】
さらに、各々のウエハに対してナノトポロジー評価を行うことは本質的ではない。必要に応じて、ナノトポロジーは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、研削盤内で研削されたウエハのサブセット（例えば、質の制御のためのサンプル）のために、本明細書に記載されるように評価できる。
【０１２１】
略図２９を参照すると、ウエハ研削盤の別の実施形態が示され、および一般に５００で表される。ウエハ研削盤は、一般に、第１静水圧パッド５０６と、第１静水圧パッドとは反対に位置する第２静水圧パッド５０８を含む。ウエハ５０１（一般に、加工片）は、静水圧パッド５０６、５０８の間に配置されている。一対の研削砥石（図示せず）は、ウエハ研削盤内に含まれる。ウエハ研削盤は、上述したこれらの実施形態に類似してよい。しかしながら、図２９のウエハ研削盤は、ウエハ研削盤によって処理されるウエハのＮＴ悪化の軽減を支援するように、付加的な要素を含む。
【０１２２】
第１流れ制御弁５０４は、第１静水圧パッド５０６に対して水の流れを制御し、および第２流れ制御弁５０２は、第２静水圧パッド５０８に対して水の流れを制御する。この実施形態において、パッドにおける静水圧は、他のモードが検討されるけれども、水の流れによって制御される。
【０１２３】
流れ制御弁５０２、５０４は、水の流れまたは圧力を制御できる任意の適切な弁である。例えば、流れ制御弁５０２、５０４は、グローブバルブ、ボールバルブ、ゲートバルブ、ダイアフラムバルブ、ニードルバルブまたはそれらの任意の組み合わせであってよい。流れ制御弁５０２、５０４を、任意の適切なアクチュエータ（図示せず）によって制御でき、およびそれらを別々に制御できる。
【０１２４】
制御システム６００は、ウエハ研削盤および流れ制御弁５０２、５０４の操作を制御する。制御システム６００は、プロセッサと、１以上の形態のコンピューター読み込みメディアと、入力／出力デバイスとを有するコンピューターデバイス６０２を含む。いくらかの実施形態において、コンピューターデバイス６０２のプロセッサは、流れ制御弁５０２、５０４を制御するように作動できる。制御システム６００は、研削砥石によって用いる電流量を測定するように作動できる。制御システム６００は、研削砥石によって用いる電流を直接測定でき、またはそれは、研削砥石によって用いる電流を測定する分離監視デバイス（図示せず）から、信号または他の通信を受信できる。
【０１２５】
研削砥石によって用いる電流量は、研削操作の本工程を示す。例えば、図３０に示すように、研削砥石が、まず、ウエハ５０１に接触する場合に、研削砥石によって引き込まれた電流は、５４０で表される残留状態と比較して、５５０で表される初期状態においてわずかに増加する。図３０は、研削操作の間において各々の研削砥石によって引き込まれる電流を示す。電流引き込みは、５６０で表される部分に沿って示されるように、研削砥石がウエハ５０１を掴もうと試みる際に増加し続ける。この工程の間に、ウエハ５０１から相対的に少し除去される材料がある。電流引き込みが、５７０で表される部分においてそのピークに達する際に、ウエハ５０１から除去される材料量は増加する。ほとんどの材料が研削砥石によってウエハ５０１から除去される間に、電流引き込みは、このピークレベルにとどまる。５８０で表されるスパークアウト工程の間に（研削砥石が格納し始めるときに）、電流引き込みは、迅速に悪化する。研削砥石が充分に格納した後に、電流引き込みは、５９０で表される残留レベルまで戻るように悪化する。
【０１２６】
コンピューターデバイス６０２は、研削操作の本工程を予測（すなわち、検出または決定）するように、研削砥石の監視されたまたは感知された電流引き込みを用いる。コンピューターデバイス６０２は、パターン検出ソフトウェアプログラムの支援を伴って、この予測をなす。パターン検出ソフトウェアプログラムは、コンピューターデバイス６０２に対して、１以上の形態のコンピューター読み込みメディアに蓄積されたコンピューター実行指示を含む。コンピューター実行指示は、コンピューターデバイス６０２のプロセッサによって実行される。
【０１２７】
制御システム６００は、パターン検出ソフトウェアによって決められる研削工程に基づいて、流れ制御弁５０２、５０４を用いて、静水圧パッド５０６、５０８内の圧力を制御するように作動できる。ＮＴ悪化を最小限にするように、制御システム６００は、研削プロセスの始まりおよび終わりにおいて、研削工程の間に、静水圧パッド内の圧力を増加する。これらの研削工程において、研削砥石の電流引き込みは、その最低時である。従って、弁が、静水圧パッド５０６、５０８に対する水入力の流速を増加させおよび従って静水圧パッド内の圧力を増加させるように、制御システム６００は、流れ制御弁５０２、５０４を制御する。
【０１２８】
ウエハ５０１からほとんどの材料を除去する１または複数の研削工程の間に、制御システム６００は、静水圧パッド５０６、５０８に対する水流入の流速を減少し、および従って静水圧パッド内の圧力を減少するように、流れ制御弁５０２、５０４を制御する。この研削工程中において、研削砥石は、ウエハ５０１を支持し、および研削砥石同士の間にウエハを掴む。この研削工程の間において、静水圧パッド５０６、５０８内の圧力を減少することによって、ウエハに加える弾性変形量を劇的に減少または除去する。ウエハ５０１における弾性変形のこの減少または除去は、ウエハの表面における悪化したＮＴをもたらす。
【０１２９】
従って、操作中、制御システム６００は、ブロック６１０において、パターン検出ソフトウェアを用いて、研削工程を検出する（例えば、決める）方法を行う。ブロック６２０において、パターン検出ソフトウェアによってブロック６１０において検出される研削工程に従って、流速に対する変化を計算する。従って、制御システム６００は、ブロック６３０における流れ制御弁５０２、５０４を制御することによってこれらの変化を適用する。従って、制御システム６００は、静水圧を調節するように作動できる。
【０１３０】
ウエハ５０１をパッド間に初めにクランプするのに、制御システム６００は、静水圧パッド５０６、５０８において第１静水圧を実現する別の方法を行うように作動できる。この方法において、ウエハ５０１を、実質的に垂直な平面で保持する。次いで、ウエハ５０１の研削の間に、流れ制御弁５０２、５０４により、静水圧パッド５０６、５０８における静水圧を第１圧力よりも低い第２静水圧まで減少する。ウエハ５０１の研削の間に、ウエハ５０１を、研削砥石によって実質的にクランプできる。次いで、ウエハをクランプしおよび従ってウエハ５０１におけるナノトポロジーを改善するように、静水圧を、第３静水圧まで増加する。第３静水圧は、第１静水圧と実質的に同じであってよい。
【０１３１】
別の方法に従って、制御システム６００は、ウエハをクランプする工程と、ウエハを研削する工程と、ウエハが研削砥石と接触することから引き離す工程とを含む方法を行う。ウエハを、実質的に垂直な平面で保持する。研削操作の各々の工程を検出して各々の工程における静水圧を変化して、ウエハに適用するクランプ圧力を変化し、および従って、処理されるウエハにおけるナノトポロジーを改善するように、パターン検出ソフトウェアを用いる。この実施形態の静水圧は、圧力を変化する他の方法が検討されるけれども、流れ制御弁５０２、５０４を通過する流速を変化することによって変化する。例示的な実施形態において、圧力を研削工程の際に減少する。他の実施形態において、圧力を研削工程の間に増加する。
【実施例】
【０１３２】
第１組のウエハと第２組のウエハの表面を測定することによって、２つのデータセットを得た。試験されるウエハは、入口および出口のマークまたは他の類似した欠陥がなかった。第１組のウエハを従来の方法（すなわち、記録またはＰＯＲのプロセス）に従って研削し、静水圧を研削工程の間に変えなかった。第２組のウエハを、図２９の実施形態に従って研削し、静水圧を研削工程の間に増加した。試験したウエハの表面を、表面の部分（例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの部分）のためにしきい値の高さ平均（すなわち、ＴＨＡ１０１０測定標準）に従って測定した。ＴＨＡＩＯＩＯ測定標準に従って行われた測定は、ウエハの表面の部分内において、最大ピークバレー垂直距離を表す。多数のこのような測定を、異なる部分におけるウエハの表面を横切って行う（部分は重なり得るけれども）。ＴＨＡ１０１０測定標準は、ウエハ表面のナノトポロジーを評価するのに用いる既知の測定標準である。標準を用いると、数が少ないほど、ウエハ表面のナノトポロジーは良好であった。
【０１３３】
図３１は、両方のデータセットのためのＴＨＡ１０１０測定の規格化された分布を示すグラフである。第１データセットは、Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  ＴＨＡ１０１０  ＰＯＲのことを言い、および第２データセットは、Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  ＴＨＡ１０１０  Ｌｏｗ  Ｐｒのことを言う。各々のデータセットに対する測定を規格化した（すなわち、公約数で割った）。グラフにおけるデータポイントの各々の１つのｙ軸は、別個のデータポイントのｘ軸と等しいまたはそれより少ない測定値のパーセントを表す。さらに、実線は、第１データセットのために９５％の信頼区間の境界を表す。破線は、第２データセットのために９５％の信頼区間の境界を表す。
【０１３４】
図３２は、試験したウエハの表面における規格化されたしきい値の高さ領域の測定を示すボックスプロット表である。表は、図３１の２つのデータセットのボックスプロットを示し、および各々のデータセットのために、表は、別個に、最小、第１四分位数、中間、第３四分位数および最大を示す。
【０１３５】
図３１および３２は、図２９の実施形態に従って研削されたウエハの表面が、ＰＯＲに従って研削されたそれらよりも顕著に低いピークバレー値を有することを示す。従って、図２９の実施形態に従って研削したウエハの表面は、ＰＯＲに従って研削したウエハの表面と比較して、改善したナノトポロジーを有する。例えば、図２９のプロセスに従って研削したウエハは、０．６３４６の規格化した平均ＴＨＡ１０１０を有するが、ＰＯＲに従って研削したそれらは、０．６７３８の規格化した平均ＴＨＡ１０１０を有する。同様に、標準誤差は、ＰＯＲ（標準誤差＝０．０９９５６）に従って研削したそれらと比較して、図２９に従って（標準誤差＝０．０９８２６）研削したウエハについて減少する
【０１３６】
さらに、図３２のボックスプロット表は、図２９に従って研削したウエハの規格化されたピークバレー測定値が、ＰＯＲのそれらと比較してより狭い範囲において分布することを示す。明確に示されるように、第２データセットの第１および第３の四分位数（すなわち、Ｌｏｗ  Ｐｒ）は、第１データセットのそれら（すなわち、ＰＯＲ  Ｐｒ）よりも更に狭い間隔である。さらに、第２データセットの最大および最小は、第１データセットの最大および最小よりも更に低い値を有する。
【０１３７】
本発明またはその好ましい実施形態の要素を導入する際に、冠詞「a」、「an」、「the」および「said」は、１以上の要素であることを意味することが意図される。用語「comprising」、「including」および「having」は、包含的であり、および示された要素以外の追加的な要素であってよいことを意味することが意図される。
【０１３８】
様々な変化は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、上記においてなされる際に、上述した記載に含まれおよび添付図面に示される全ての事象は、説明するものとして、および制限する意味ではないものと解釈されることが意図される。
【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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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