(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの研磨を高精度に行うことができる半導体ウェーハの研磨方法および研磨装置を提供すること。【解決手段】研磨手段１により半導体ウェーハＷを研磨する研磨工程と、研磨後の前記半導体ウェーハＷの研磨面が親水面となる前に、測定手段３により前記半導体ウェーハＷの形状を測定する測定工程と、研磨条件設定手段５１により前記半導体ウェーハＷの形状の測定結果に基づいて、前記研磨工程での研磨条件を設定する研磨条件設定工程とを備える。【選択図】図１
2015046488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを研磨する研磨工程と、
研磨後の前記半導体ウェーハの研磨面が親水面となる前に、前記半導体ウェーハの形状を測定する測定工程と、
前記半導体ウェーハの形状の測定結果に基づいて、前記研磨工程での研磨条件を設定する研磨条件設定工程とを備えることを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法において、
前記測定工程を行う前に、前記研磨後の半導体ウェーハを有機酸水溶液に浸漬する浸漬工程と、
前記浸漬工程での浸漬時間が６０分を経過する前に、前記有機酸水溶液から前記半導体ウェーハを引き上げる引き上げ工程とを備えることを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体ウェーハの研磨方法において、
前記引き上げ工程は、前記半導体ウェーハを１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で引き上げることを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の半導体ウェーハの研磨方法において、
前記引き上げ工程は、前記半導体ウェーハの研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら引き上げることを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体ウェーハの研磨方法において、
前記測定工程は、光学センサまたは静電容量センサを用いて、前記半導体ウェーハの形状を測定することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれかに記載の半導体ウェーハの研磨方法において、
前記有機酸水溶液に使用される有機酸が、クエン酸、ギ酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、およびコハク酸のうち、少なくともいずれかであることを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項７】
半導体ウェーハを研磨する研磨手段と、
前記半導体ウェーハを収容可能かつ有機酸水溶液を保管可能な保管槽と、
前記半導体ウェーハの形状を測定する測定手段と、
前記研磨手段と保管槽と前記測定手段との間で前記半導体ウェーハを移動させる移動手段と、
前記測定手段での測定結果に基づいて、前記研磨手段での研磨条件を設定する研磨条件設定手段とを備えることを特徴とする半導体ウェーハの研磨装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体ウェーハの研磨装置において、
前記有機酸水溶液に使用される有機酸が、クエン酸、ギ酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、およびコハク酸のうち、少なくともいずれかであることを特徴とする半導体ウェーハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの研磨方法および研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体ウェーハの研磨は、複数段に分けて実施される。具体的には、半導体ウェーハの高平坦度化を目的とした粗研磨と、表面粗さ低減を目的とした仕上げ研磨とに大別される。そして、このような半導体ウェーハの研磨を高精度に行うため検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の方法で用いる両面研磨装置には、平行光線を発光する発光部と、平行光線を受光する受光部とが、インターナルギアに対向して配置されている。
このような両面研磨装置において、発光部と受光部との光線透過領域に、キャリア、および、当該キャリアのキャリアホールに挿入された半導体ウェーハが進入すると、平行光線が上下定盤から露出したキャリアおよび半導体ウェーハに照射される。この平行光線の照射により、半導体ウェーハの影が受光部で検出され、受光部で検出された影の厚さがそのまま半導体ウェーハの厚さとして測定される。そして、影の厚さが目標値に達したことが受光部で検出されると、上下定盤の回転が停止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８５９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のような方法では、研磨中に測定を行うため、研磨装置の振動、環境温度による発光部や受光部の固定部の膨張、半導体ウェーハへのスラリーの水滴の付着などの外乱により測定精度が低くなるという不具合が生じる。
このような不具合を解消するために、研磨終了後に半導体ウェーハを研磨装置から取り出して、形状測定装置によって半導体ウェーハを測定し、この測定結果を次回以降の研磨にフィードバックすることが考えられる。
上記形状測定装置を用いた方法では、形状測定前に半導体ウェーハを洗浄して測定面を清浄にし、且つ乾燥させる必要がある。そして、清浄且つ乾燥した面に対して、形状測定装置による測定が行われる。
しかしながら、半導体ウェーハに水滴が残っていると、測定時に外乱などが生じ、測定精度が低くなる不具合が生じる。そのため、別途、水滴が残っているかどうかを検査する必要があり、また、水滴が残っている場合には水滴を除去する作業が加わるため、研磨終了からフィードバックまでの時間が長くなってしまうという別の不具合が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、半導体ウェーハの研磨を高精度に行うことができる半導体ウェーハの研磨方法および研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、半導体ウェーハを研磨する研磨工程と、研磨後の前記半導体ウェーハの研磨面が親水面となる前に、前記半導体ウェーハの形状を測定する測定工程と、前記半導体ウェーハの形状の測定結果に基づいて、前記研磨工程での研磨条件を設定する研磨条件設定工程とを備えることを特徴とする。
研磨後の半導体ウェーハは、その研磨面が疎水面の状態であり、一定時間、空気中または水中に保持しておくと、親水面となる。
半導体ウェーハの研磨面が親水面になると水滴が残り、測定工程において、研磨後の半導体ウェーハの形状が測定できない。
そのため、本発明では、研磨後の半導体ウェーハが親水面となる前に、即ち、疎水面の状態で半導体ウェーハの形状測定を行う。これにより、測定誤差を生じることなく、研磨後の半導体ウェーハの形状を高い精度で測定できる。そして、この測定結果に基づいて、次回の研磨工程の研磨条件が設定される。このように、研磨後の測定結果を、次回の研磨工程の研磨条件に、迅速にフィードバックできるため、結果として、高精度なフラットネスの半導体ウェーハを製造することができる。
【０００８】
また、本発明の半導体ウェーハの研磨方法では、前記測定工程を行う前に、前記研磨後の半導体ウェーハを有機酸水溶液に浸漬する浸漬工程と、前記浸漬工程での浸漬時間が６０分を超える前に、前記有機酸水溶液から前記半導体ウェーハを引き上げる引き上げ工程とを備えることが好ましい。
本発明によれば、測定工程を行う前に、研磨後の半導体ウェーハを有機酸水溶液に浸漬する。半導体ウェーハの有機酸水溶液への浸漬によって、研磨後の半導体ウェーハ表面の疎水面を保持することができる。また、研磨工程後の純水リンスした半導体ウェーハ表面に残留している研磨スラリーなどを中和することができる。
浸漬工程で使用する有機酸水溶液の濃度は、０．００１質量％以上１０質量％以下が好ましく、０．０１質量％以上１．０質量％以下がより好ましく、０．１質量％が特に好ましい。有機酸水溶液の濃度が０．００１質量％未満では、半導体ウェーハの表面が清浄な疎水面にはならないため、引き上げ工程で引き上げた半導体ウェーハの表面に水滴が残ってしまうおそれがある。他方、有機酸水溶液の濃度が１０質量％を超えると、水溶液中に混じった異物の微粒子が半導体ウェーハ表面に付着する不具合を生じるおそれがある。
そして、浸漬工程での浸漬時間が６０分を超える前に、有機酸水溶液から半導体ウェーハを引き上げる。浸漬時間が６０分を超えると研磨面が親水面となる。その場合有機酸水溶液から半導体ウェーハを引き上げたときに、研磨面に水滴が残ってしまう。水滴が残留すると測定できなくなるため、水滴除去するための工程が必要になる。
一方、浸漬時間が６０分を超える前に、有機酸水溶液から半導体ウェーハを引き上げると、研磨面が疎水面を保持するため研磨面に水滴が残らない。
【０００９】
また、本発明の半導体ウェーハの研磨方法では、前記引き上げ工程は、前記半導体ウェーハを１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で引き上げることが好ましい。
本発明によれば、半導体ウェーハを１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で引き上げることにより、液面から水溶液を引き上げないので、引き上げ後の半導体ウェーハの研磨面に水滴が残留することがない。有機酸水溶液からの半導体ウェーハの引き上げ速度が１００ｍｍ／ｓｅｃを超える場合には、有機酸水溶液の液面から水滴を引き上げてしまうおそれがある。このうち、半導体ウェーハの引き上げ速度は、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下がより好ましく、３０ｍｍ／ｓｅｃ以上６０ｍｍ／ｓｅｃ以下が特に好ましい。
【００１０】
また、本発明の半導体ウェーハの研磨方法では、前記引き上げ工程は、前記半導体ウェーハの研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら引き上げることが好ましい。
本発明によれば、引き上げ時に、半導体ウェーハの研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持することで、重力によって水滴が落ちやすいため、研磨面から早く水滴がなくなる。そのため、測定工程への移行を早くできる。
ここで、研磨面が水平面と略直交とは、研磨面が水平面と厳密に直交する姿勢だけでなく、引き上げた後の半導体ウェーハ表面に水滴が残留しない程度であれば、研磨面は、水平面と直交の姿勢から、多少の傾斜を生じていてもよい。例えば、引き上げ時の半導体ウェーハは、その研磨面が水平面と直交の姿勢からプラスマイナス５°程度の傾斜が生じていてもよい。
【００１１】
また、本発明の半導体ウェーハの研磨方法では、前記測定工程は、光学センサまたは静電容量センサを用いて、前記半導体ウェーハの形状を測定することが好ましい。
本発明によれば、測定工程に光学センサまたは静電容量センサを用いることで、測定の時間短縮化や測定装置の小型化を図ることができる。そのため、次回の研磨工程の研磨条件へのフィードバックをより一層迅速に行うことができる。
【００１２】
また、本発明の半導体ウェーハの研磨方法では、前記有機酸水溶液に使用される有機酸が、クエン酸、ギ酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、およびコハク酸のうち、少なくともいずれかであることが好ましい。
本発明によれば、上記列挙した各種有機酸を使用した水溶液へ浸漬することで、研磨後の半導体ウェーハ表面の疎水面を保持することができる。
【００１３】
半導体ウェーハの研磨装置は、半導体ウェーハを研磨する研磨手段と、前記半導体ウェーハを収容可能かつ有機酸水溶液を保管可能な保管槽と、前記半導体ウェーハの形状を測定する測定手段と、前記研磨手段と保管槽と前記測定手段との間で前記半導体ウェーハを移動させる移動手段と、前記測定手段での測定結果に基づいて、前記研磨手段での研磨条件を設定する研磨条件設定手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記構成を備えることにより、移動手段によって、研磨手段と保管槽と測定手段との間で、研磨後の半導体ウェーハを移動可能にしたので、各手段間の半導体ウェーハの移動時間を従来と比較して大幅に短縮することができる。
そして、測定手段で得られた測定結果、即ち、研磨後の半導体ウェーハの形状の測定結果は、研磨条件設定手段に送られる。この研磨条件設定手段では、上記測定結果に基づいて研磨条件が解析され、次回の研磨工程の研磨条件にフィードバックされる。このように、研磨後の測定結果を、次回の研磨工程の研磨条件に、迅速にフィードバックできるため、結果として、高精度なフラットネスの半導体ウェーハを製造することができる。
【００１４】
また、本発明の半導体ウェーハの研磨装置では、前記有機酸水溶液に使用される有機酸が、クエン酸、ギ酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、およびコハク酸のうち、少なくともいずれかであることが好ましい。
本発明によれば、上記列挙した各種有機酸を使用した水溶液へ浸漬することで、研磨後の半導体ウェーハ表面の疎水面を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の半導体ウェーハの研磨装置を示す概略図。
【図２】本実施形態における両面研磨装置の構成を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の半導体ウェーハの研磨装置を示す概略図である。
図１に示すように、本発明の半導体ウェーハの研磨装置は、研磨手段１と、保管槽２と、測定手段３と、移動手段４と、研磨条件設定手段５１とを備えている。また、本発明の半導体ウェーハの研磨装置は、研磨前の複数枚の半導体ウェーハＷとキャリア１５とを収容可能な保管ユニット６を備えている。なお、図１では、図示を簡略化するため、キャリア１５内に収納した半導体ウェーハＷの枚数を１枚で示したが、本発明では、１枚の収納に限らず、複数枚の半導体ウェーハを収納可能であることはいうまでもない。
本実施形態の研磨手段１は、図２に示すように、両面研磨装置１０である。
【００１７】
＜両面研磨装置の構成＞
本実施形態の研磨工程に用いられる両面研磨装置１０について説明する。
図２は、本実施形態における両面研磨装置の構成を表す概略図である。
図２に示すように、両面研磨装置１０は、上定盤１１、下定盤１２、インナーギア１３、アウターギア１４、および、複数のキャリア１５を備えて構成される。キャリア１５内には、複数の半導体ウェーハＷが収納される。なお、図２では、１枚のキャリア１５内に３枚の半導体ウェーハＷが収納されるように構成されている。
上定盤１１は、定盤本体１１１と、この定盤本体１１１を下定盤１２に対して接近離間させる昇降機構１１２とを備えて構成される。
【００１８】
定盤本体１１１は、略円板状に形成され、図２では図示を略したが、その下面には半導体ウェーハＷを研磨する際に半導体ウェーハＷと当接する研磨パッド１１３が設けられる。また、定盤本体１１１の上面には、研磨時に研磨スラリーの供給や純水でリンスするための複数の供給孔が穿設され、研磨スラリーや純水を上定盤１１および下定盤１２の間に供給できるようになっている。
昇降機構１１２は、定盤本体１１１の略中央に設けられる軸部を有し、図示を略したが、上部に配置される門型フレームに設けられるモータによって、定盤本体１１１を上下に昇降させる。
【００１９】
下定盤１２は、両面研磨装置１０の台座上に回転自在に設けられる円板状体であり、この下定盤１２の上定盤１１と対向する面には研磨パッド１２１が設けられる。そして、研磨する際にはこの研磨パッド１２１が半導体ウェーハＷの面と当接する。
インナーギア１３は、下定盤１２の円板の略中心に、下定盤１２と独立して回転するように設けられ、その外周側面には、キャリア１５と噛合する歯１３１が形成されている。
アウターギア１４は、下定盤１２を囲むリング状体から構成され、リングの内側面には、キャリア１５と噛合する歯１４１が形成されている。
【００２０】
上定盤１１、下定盤１２、インナーギア１３、および、アウターギア１４の回転中心には、それぞれ駆動モータの回転軸が結合され、各駆動モータによってそれぞれが独立して回転するようになっている。
キャリア１５は、円板状体から構成され、その外周側面には前記のインナーギア１３およびアウターギア１４と噛合する歯１５１が形成される。また円板状体内部には、複数のウェーハ保持孔１５２が形成され、このウェーハ保持孔１５２内部に半導体ウェーハＷが収納される。
【００２１】
＜保管槽の構成＞
図１に戻って、保管槽２は、複数枚の半導体ウェーハＷを収容可能かつ有機酸水溶液を保管可能な水槽であり、既存のウェットボックスを使用することができる。半導体ウェーハＷは、半導体ウェーハＷの研磨面が有機酸水溶液の水平面と略直交するような姿勢で、かつ、各半導体ウェーハＷが接触しないように、各半導体ウェーハＷの間に所定の間隔をあけた状態になるように保管槽２に収容されることが好ましい。保管槽２中の有機酸水溶液は、保管槽２に半導体ウェーハＷを収容したときに、半導体ウェーハＷの全面が有機酸酸水溶液に浸かる程度の量が貯留されていればよい。有機酸水溶液の液温は、０℃以上６０℃以下の範囲に保たれていればよく、１０℃以上４０℃以下の範囲がより好ましく、２０℃以上３０℃以下の範囲が特に好ましい。
【００２２】
＜測定手段の構成＞
測定手段３は、半導体ウェーハＷの形状を測定するために設けられている。具体的には、研磨前後の半導体ウェーハＷの形状、あるいは、研磨前後の半導体ウェーハＷの研磨取代形状を測定する。本実施形態では、研磨後の半導体ウェーハＷの形状測定について説明する。
本実施形態の測定手段３は、分光干渉変位装置３０である。分光干渉変位装置３０は、半導体ウェーハＷの形状をそれぞれ測定するセンサ部３１と、コントローラユニット３２と、を備えている。センサ部３１とコントローラユニット３２とは、光学的に接続されている。
センサ部３１は、測定対象である半導体ウェーハＷの表面および裏面が測定可能な位置で、かつ、表面を測定するセンサ部３１と裏面を測定するセンサ部３１とが対向するように設けられている。また、センサ部３１は、半導体ウェーハＷの研磨面（表面、裏面）と直交する姿勢で、研磨面と間隔をあけて配置されている。
センサ部３１は、半導体ウェーハＷの研磨面の測定箇所に、広域波長帯域の光を投光するとともに、測定箇所で反射した反射光を受けるように構成されている。コントローラユニット３２は、センサ部３１で受けた反射光を解析し、センサ部３１と測定箇所までの距離を算出する。
【００２３】
＜移動手段の構成＞
移動手段４は、研磨手段１と保管槽２と測定手段３との間で半導体ウェーハＷを移動させるために設けられている。本実施形態の移動手段４は、既存のウェーハ搬送装置で使用されている搬送ユニット４０である。
搬送ユニット４０は、６軸ロボットであり、その先端部には半導体ウェーハＷを把持可能なウェーハ把持部４１を備えている。  本実施形態では、図１に示すように、搬送ユニット４０の周りに、両面研磨装置１０と保管槽２と分光干渉変位装置３０とがそれぞれ配置され、半導体ウェーハＷを把持したウェーハ把持部４１を水平に回転移動させることで、両面研磨装置１０、保管槽２および分光干渉変位装置３０にそれぞれ半導体ウェーハＷを搬送可能に構成されている。
【００２４】
＜研磨条件設定手段の構成＞
制御装置５は、例えばＣＰＵやメモリー等が組み合わされることで構成されている。そして、制御装置５は、研磨条件設定手段５１、研磨制御手段５２を備えている。
研磨条件設定手段５１は、次回の研磨工程の研磨条件を設定する。研磨制御手段５２は、所定の研磨条件に基づき、両面研磨装置１０の動作を制御する。制御装置５は、両面研磨装置１０と、測定手段３のコントローラユニット３２とにそれぞれ電気的に接続されている。制御装置５では、両面研磨装置１０から出力された研磨条件を取得したり、研磨条件設定手段５１で設定した研磨条件を出力したりする。また、制御装置５は、コントローラユニット３２から出力された、半導体ウェーハＷの測定結果を取得する。そして、この半導体ウェーハＷの測定結果に基づいて、研磨条件設定手段５１により研磨工程の研磨条件を解析する。
【００２５】
次に、本発明の半導体ウェーハの研磨方法を説明する。
＜研磨工程＞
先ず、移動手段４により、保管ユニット６に収容された、研磨前の半導体ウェーハＷが両面研磨装置１０に搬送される。図１では、保管ユニット６の研磨前の半導体ウェーハＷを、キャリア１５とともに、研磨手段１である両面研磨装置１０の下定盤１２上に搬送している。そして、研磨制御手段５２から動作命令を送ることで、上定盤１１および下定盤１２の間に研磨スラリーが供給され、搬送された半導体ウェーハＷが、所定の研磨条件で研磨される。研磨後は、上定盤１１および下定盤１２の間に純水が供給され、研磨後の半導体ウェーハＷがリンスされる。
【００２６】
＜浸漬工程＞
所定の研磨条件での研磨を終えた半導体ウェーハＷは、移動手段４により、両面研磨装置１０から取り出され、保管槽２に搬送される。搬送された半導体ウェーハＷは、有機酸水溶液の水平面と略直交する姿勢で、かつ、各半導体ウェーハＷが接触しないように、各半導体ウェーハＷの間に所定の間隔をあけた状態で、半導体ウェーハＷの全面が有機酸水溶液に浸かるように有機酸水溶液に浸漬される。
【００２７】
＜引き上げ工程＞
浸漬工程での浸漬時間が６０分を超える前に、移動手段４により、有機酸水溶液から半導体ウェーハＷが引き上げられる。半導体ウェーハＷは、移動手段４により、研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら、１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で引き上げられる。
【００２８】
＜測定工程＞
この測定工程では、研磨後の半導体ウェーハＷの研磨面が親水面となる前に、即ち、疎水面の状態で半導体ウェーハＷの形状が測定される。
上記引き上げ工程で、浸漬工程での浸漬時間が６０分を超える前に、保管槽２の有機酸水溶液から引き上げられた半導体ウェーハＷは、移動手段４により、測定手段３に搬送される。本発明では、半導体ウェーハＷの全面を測定する必要はなく、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの所望の箇所のみが測定される。例えば、半導体ウェーハＷの中心から外周に向けて、半径方向に１０μｍピッチで測定される。なお、上記のような複数箇所の測定は、移動手段４により、センサ部３１，３１間で半導体ウェーハＷを移動させながら、センサ部３１により測定することにより行われる。
【００２９】
そして、センサ部３１で採取された測定データをコントローラユニット３２により演算して、ウェーハ中心部の厚みから、ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍのポイントの厚み差を算出する。この算出結果を、ウェーハ全面の形状として用いる。
【００３０】
また、センサ部３１で採取された測定データをコントローラユニット３２により演算して、ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍのポイントの厚みと、更に内側３０ｍｍまでの範囲内で測定した全ての厚みの近似線との差を算出する。この算出結果を、ウェーハ外周部の形状として用いる。
コントローラユニット３２で算出された結果は、制御装置５へと出力される。
測定手段３で形状測定を終えた後の半導体ウェーハＷは、移動手段４により、保管槽２に戻される。
【００３１】
＜研磨条件設定工程＞
制御装置５では、両面研磨装置１０から出力された研磨条件を取得するとともに、コントローラユニット３２から出力された研磨後の半導体ウェーハＷの形状結果を取得する。
そして、研磨条件設定手段５１において、ウェーハ全面の形状について、以下のような条件に基づいて、研磨条件を解析することで、次回の研磨工程の研磨条件が設定される。
【００３２】
取得した研磨後の半導体ウェーハＷの形状結果に基づき、ウェーハ中心部の厚みから、ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍの厚みを差し引くことで指数値が求められる。そして求められた指数値に基づいて、以下の（Ａ１）〜（Ａ３）に示す条件に従い、次回の研磨工程の研磨条件が自動設定される。なお、以下の調整パラメータｎ１は研磨速度により求められ、この調整パラメータにより研磨条件における研磨時間を調整する。
（Ａ１）：上記指数値が−１００ｎｍ以上＋１００ｎｍ以下の場合は、前回の研磨工程の研磨条件を保持する。
（Ａ２）：上記指数値が１００ｎｍを超える場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｎ１を加える。
（Ａ３）：上記指数値が−１００ｎｍ未満の場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｎ１を減じる。
【００３３】
また、ウェーハ外周部の形状については、以下のような条件に基づいて、次回の研磨工程の研磨条件が設定される。
ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍのポイントの厚みｔ１と、更に内側３０ｍｍまでの範囲内で測定した全ての厚みの近似線のｔ１の位置での厚みｔ２の差（ｔ１−ｔ２）（以下、「近似線との差」という。）に基づいて、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ３）に示す条件に従い、次回の研磨工程の研磨条件が自動設定される。なお、以下の調整パラメータｍ１は研磨速度により求められ、この調整パラメータにより研磨条件における研磨時間を調整する。
（Ｂ１）：近似線との差が−５ｎｍ以上＋５ｎｍ以下の場合は、前回の研磨工程の研磨条件を保持する。
（Ｂ２）：近似線との差が５ｎｍを超える場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｍ１を加える。
（Ｂ３）：近似線との差が−５ｎｍ未満の場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｍ１を減じる。
【００３４】
また、研磨条件は、以下のように自動制御することができる。
移動手段４により、研磨前の半導体ウェーハＷを測定手段３に搬送し、研磨前の半導体ウェーハＷの厚みを事前に測定しておく。ここでの事前測定は、研磨工程後に実施される測定工程と同様に、半導体ウェーハＷの全面を測定する必要はなく、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの所望の箇所のみが測定される。
研磨前の半導体ウェーハＷを測定した後は、研磨前の半導体ウェーハＷを両面研磨装置１０に搬送し、研磨工程、浸漬工程、引き上げ工程、および、測定工程をそれぞれ実施する。
そして、次の式（１）から、研磨工程において行われた研磨の推定研磨速度を求める。
【００３５】
【数１】
2015046488.tif 000003
【００３６】
続いて、次回の研磨工程における、研磨前の半導体ウェーハＷを測定手段３に搬送し、研磨前の半導体ウェーハＷの厚みを事前に測定する。そして、次の式（２）から、次回の研磨工程の研磨時間（終点）を求める。なお、式（２）中の推定研磨速度は、上記式（１）で求められた、研磨工程において行われた研磨の推定研磨速度である。
【００３７】
【数２】
2015046488.tif 000004
【００３８】
そして、上記式（２）で求められた研磨時間に基づいて、次回の研磨工程の研磨条件を設定する。設定された研磨条件は、研磨条件設定手段５１から研磨制御手段５２へと伝えられる。
このように、研磨後の半導体ウェーハＷの形状の測定結果が、次回の研磨工程の研磨条件にフィードバックされる。
【００３９】
［第１実施形態の作用効果］
上述したように、上記第１実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
【００４０】
（１）研磨後の半導体ウェーハＷの研磨面が親水面となる前に、即ち、疎水面の状態で半導体ウェーハＷの形状測定が行われる。
このため、水滴による測定誤差を生じることなく、研磨後の半導体ウェーハＷの形状を高い精度で測定できる。
【００４１】
（２）測定工程を行う前に、研磨後の半導体ウェーハＷを有機酸水溶液に浸漬する。
半導体ウェーハＷの有機酸水溶液への浸漬によって、研磨後の半導体ウェーハＷ表面が疎水面に保持されるため、有機酸水溶液に浸漬した後の半導体ウェーハＷ表面の乾燥時間の短縮化を図れる。また、研磨工程後の純水リンスした半導体ウェーハＷ表面に残留している研磨スラリーなどを中和することができる。
【００４２】
（３）引き上げ工程では、浸漬工程での浸漬時間が６０分を超える前に、有機酸水溶液から半導体ウェーハＷを引き上げる。
浸漬時間が６０分を超える前に、有機酸水溶液から半導体ウェーハＷを引き上げると、研磨面が疎水面に保持されるため、有機酸水溶液から半導体ウェーハＷを引き上げたときに、研磨面に水滴が残らない。
【００４３】
（４）引き上げ工程では、半導体ウェーハＷを１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で引き上げる。
このような条件で半導体ウェーハＷを引き上げることにより、液面から水溶液を引き上げないので、引き上げ後の半導体ウェーハＷの研磨面に水滴が残留することがない。したがって、引き上げ工程後に、乾燥工程を別途設ける必要がないため、工程の削減、並びに、測定を行うまでの時間短縮に繋がる。
【００４４】
（５）引き上げ工程では、半導体ウェーハＷの研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら引き上げる。
引き上げ時に、半導体ウェーハＷの研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持することで、重力によって水滴が落ちやすいため、研磨面から早く水滴がなくなる。そのため、測定工程への移行を早くできる。
【００４５】
（６）測定工程では、光学センサを用いて、半導体ウェーハの形状を測定する。
光学センサを用いることで、測定の時間短縮化や測定装置の小型化を図ることができる。そのため、次回の研磨工程の研磨条件へのフィードバックをより一層迅速に行うことができる。
【００４６】
（７）研磨条件設定工程では、測定工程での測定結果に基づいて、次回の研磨工程の研磨条件が設定される。
このように、研磨後の測定結果を、次回の研磨工程の研磨条件に、迅速にフィードバックできるため、結果として、高精度なフラットネスの半導体ウェーハＷを製造することができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態における半導体研磨装置の構成は、上記第１実施形態と同様であるので省略し、半導体ウェーハの研磨方法を説明する。
【００４８】
＜事前測定工程＞
先ず、移動手段４により、保管ユニット６に収容された、研磨前の半導体ウェーハＷを測定手段３に搬送し、研磨前の半導体ウェーハＷの厚みを事前に測定しておく。ここでの事前測定は、研磨工程後に実施される測定工程と同様に、半導体ウェーハＷの全面を測定する必要はなく、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの所望の箇所のみが測定される。
研磨前の半導体ウェーハＷを測定した後は、研磨前の半導体ウェーハＷを両面研磨装置１０に搬送し、上記第１実施形態と同様に、研磨工程、浸漬工程、および、引き上げ工程をそれぞれ実施する。
【００４９】
＜測定工程＞
この測定工程では、研磨後の半導体ウェーハＷの研磨面が親水面となる前に、即ち、疎水面の状態で半導体ウェーハＷの研磨取代形状が測定される。
上記引き上げ工程で、浸漬工程での浸漬時間が６０分を超える前に、保管槽２の有機酸水溶液から引き上げられた半導体ウェーハＷは、移動手段４により、測定手段３に搬送される。本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、半導体ウェーハＷの全面を測定する必要はなく、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの所望の箇所のみが測定される。
【００５０】
そして、センサ部３１で採取された測定データをコントローラユニット３２により演算して、ウェーハ中心部の研磨前後の厚み差から、ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍのポイントの研磨前後の厚み差を差し引いて求められる数値を算出する。この算出結果を、ウェーハ全面の研磨取代形状として用いる。
【００５１】
また、センサ部３１で採取された測定データをコントローラユニット３２により演算して、ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍのポイントの研磨前後の厚み差と、更に内側３０ｍｍまでの範囲内で測定した全ての研磨前後の厚み差の近似線との差を算出する。この算出結果を、ウェーハ外周部の研磨取代形状として用いる。
コントローラユニット３２で算出された結果は、制御装置５へと出力される。
測定手段３で形状測定を終えた後の半導体ウェーハＷは、移動手段４により、保管槽２に戻される。
【００５２】
＜研磨条件設定工程＞
制御装置５では、両面研磨装置１０から出力された研磨条件を取得するとともに、コントローラユニット３２から出力された研磨後の半導体ウェーハＷの形状結果を取得する。
そして、研磨条件設定手段５１において、ウェーハ全面の研磨取代形状について、以下のような条件に基づいて、研磨条件を解析することで、次回の研磨工程の研磨条件が設定される。
【００５３】
取得した研磨後の半導体ウェーハＷの形状結果に基づき、ウェーハ中心部の研磨前後の厚み差から、ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍのポイントの研磨前後の厚み差を差し引くことで指数値が求められる。そして求められた指数値に基づいて、以下の（Ｃ１）〜（Ｃ３）の条件に従い、次回の研磨工程の研磨条件が自動設定される。なお、以下の調整パラメータｎ２は研磨速度により求められ、この調整パラメータにより研磨条件における研磨時間を調整する。
（Ｃ１）：上記指数値が−５０ｎｍ以上＋５０ｎｍ以下の場合は、前回の研磨工程の研磨条件を保持する。
（Ｃ２）：上記指数値が＋５０ｎｍを超える場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｎ２を加える。
（Ｃ３）：上記指数値が−５０ｎｍ未満の場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｎ２を減じる。
【００５４】
また、ウェーハ外周部の研磨取代形状については、以下のような条件に基づいて、次回の研磨工程の研磨条件が設定される。
ウェーハ外周端より内側１ｍｍ又は内側２ｍｍのポイントの研磨前後の厚み差と、更に内側３０ｍｍまでの範囲内で測定した全ての研磨前後の厚み差の近似線との差に基づいて、以下の（Ｄ１）〜（Ｄ３）の条件に従い、次回の研磨サイクルの研磨条件が自動設定される。なお、以下の調整パラメータｍ２は研磨速度により求められ、この調整パラメータにより研磨条件における研磨時間を調整する。
（Ｄ１）：近似線との差が−５ｎｍ以上＋５ｎｍ以下の場合は、前回の研磨工程の研磨条件を保持する。
（Ｄ２）：近似線との差が５ｎｍを超える場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｍ２を加える。
（Ｄ３）：近似線との差が−５ｎｍ未満の場合は、前回の研磨工程の研磨条件に調整パラメータｍ２を減じる。
【００５５】
また、研磨条件は、以下のように自動制御することができる。
移動手段４により、研磨前の半導体ウェーハＷを測定手段３に搬送し、研磨前の半導体ウェーハＷの厚みを事前に測定しておく。ここでの事前測定は、研磨工程後に実施される測定工程と同様に、半導体ウェーハＷの全面を測定する必要はなく、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの所望の箇所のみが測定される。
研磨前の半導体ウェーハＷを測定した後は、研磨前の半導体ウェーハＷを両面研磨装置１０に搬送し、研磨工程、浸漬工程、引き上げ工程、および、測定工程をそれぞれ実施する。
そして、次の式（３）から、研磨工程において行われた研磨の推定研磨速度を求める。
【００５６】
【数３】
2015046488.tif 000005
【００５７】
続いて、次回の研磨工程における、研磨前の半導体ウェーハＷを測定手段３に搬送し、研磨前の半導体ウェーハＷの厚みを事前に測定する。そして、次の式（４）から、次回の研磨工程の研磨時間（終点）を求める。なお、式（４）中の推定研磨速度は、上記式（３）で求められた、研磨工程において行われた研磨の推定研磨速度である。
【００５８】
【数４】
2015046488.tif 000006
【００５９】
そして、上記式（４）で求められた研磨時間に基づいて、次回の研磨工程の研磨条件を設定する。設定された研磨条件は、研磨条件設定手段５１から研磨制御手段５２へと伝えられる。
このように、研磨後の半導体ウェーハＷの形状の測定結果が、次回の研磨工程の研磨条件にフィードバックされる。
【００６０】
＜変形例＞
第１及び第２実施形態では、１台の両面研磨装置１０に対して、１台の測定手段３を備えた構成としたが、２台の両面研磨装置１０の間に１台の測定手段３を配置した構成としてもよい。上記構成により、２台の両面研磨装置１０でそれぞれ研磨された半導体ウェーハＷの形状を、１台の測定手段３で測定することができる。その結果、半導体ウェーハの研磨装置を１セット設置する際の測定手段３の新規投資費用を半減することができる。
また、上記第２実施形態では、研磨手段１として、両面研磨装置１０を使用したが、中間仕上げ研磨に使用される、片面研磨装置を使用してもよい。両面研磨装置１０は、取代が５μｍ以上３０μｍ以下と大きく、粗研磨に適した装置であるのに対して、片面研磨装置は、取代が０．２μｍ以上１．０μｍ以下と小さく、半導体ウェーハの表面の状態を良好にするための装置である。両面研磨装置は、第１実施形態に適しており、片面研磨装置は、研磨前後の半導体ウェーハの形状をプロファイルしてフィードバックする第２実施形態に適している。
また、第１及び第２実施形態では、センサ部３１を２台設置して、半導体ウェーハＷの表面側および裏面側の形状をそれぞれ測定する構成としたが、設置するセンサ部３１を１台にし、半導体ウェーハＷのいずれか一方の面側のみの測定にしてもよい。このような設置するセンサ部３１を１台にする構成は、測定する半導体ウェーハＷの厚みが、例えば、３１０μｍ以下と薄い場合に好適である。
また、第１及び第２実施形態では、保管槽２に有機酸水溶液を貯留する構成としたが、有機酸水溶液に代えて、フッ化水素酸水溶液を使用してもよい。フッ化水素酸水溶液を使用することで、半導体ウェーハＷの研磨面を疎水面の状態とすることができる。
【実施例】
【００６１】
＜実施例１＞
図１に示す、半導体ウェーハの研磨装置により、直径が３００ｍｍの半導体ウェーハＷの両面研磨を行った。なお、保管槽２に貯留された水溶液は、２５℃に保たれた０．１質量％濃度のクエン酸水溶液である。
先ず、搬送ユニット４０により、保管ユニット６から研磨前の半導体ウェーハＷとキャリア１５とを両面研磨装置１０に搬送した。そして、研磨スラリーを供給し、所定の研磨条件で、半導体ウェーハＷの両面研磨を実施した。両面研磨後は、純水を供給し、研磨後の半導体ウェーハＷをリンスした。
リンス後は、搬送ユニット４０により、両面研磨装置１０から保管槽２へと、研磨後の半導体ウェーハＷを搬送した。搬送された半導体ウェーハＷは、保管槽２のクエン酸水溶液に浸漬し、半導体ウェーハＷをクエン酸水溶液中に１分間保持した。
クエン酸水溶液への一定時間保持後、搬送ユニット４０により、研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら、１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で、半導体ウェーハＷを引き上げた。
引き上げた半導体ウェーハＷの表面（研磨面）の水滴の有無を目視により確認したところ、疎水面の状態であり水滴は残留していなかった。
続いて、搬送ユニット４０により、半導体ウェーハＷを分光干渉変位装置３０に搬送した。分光干渉変位装置３０では、搬送ユニット４０により、半導体ウェーハＷを３ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させ、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの中心から外周に向けて、外周端より内側２ｍｍの位置まで半径方向に１０μｍピッチで測定した。そして、測定データをコントローラユニット３２により演算し、ウェーハ全面の形状を算出した。
この算出結果を研磨条件設定手段５１に出力し、研磨条件設定手段５１により、取得した研磨後の半導体ウェーハＷの形状結果に基づき、ウェーハ中心部の厚みから、ウェーハ外周端より内側２ｍｍの厚みを差し引くことで指数値を求めた。そして、この指数値から、（Ａ１）、（Ａ２）、および（Ａ３）の条件に従って次回の研磨工程の研磨条件を調整して研磨を行い、半導体ウェーハＷの形状を測定した結果、ＧＢＩＲ品質の工程能力が向上した。
なお、ＧＢＩＲ（Global flatness Back reference Ideal Range）は、平坦度を表すために標準化されたパラメータである。
【００６２】
＜比較例１＞
図１に示す、半導体ウェーハの研磨装置により、上記実施例１と同様に、直径が３００ｍｍの半導体ウェーハＷの両面研磨を行った。なお、保管槽２には、２５℃に保たれた純水を貯留した。
両面研磨後は、搬送ユニット４０により、両面研磨装置１０から保管槽２へと、研磨後の半導体ウェーハＷを搬送した。搬送された半導体ウェーハＷは、保管槽２の純水に浸漬し、半導体ウェーハＷを純水中に６０分間保持した。
純水への一定時間保持後、搬送ユニット４０により、研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら、１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で、半導体ウェーハＷを引き上げた。
引き上げた半導体ウェーハＷの表面（研磨面）の水滴の有無を目視により確認したところ、親水面となっており水滴が残留していた。そのため、分光干渉変位装置３０によるウェーハ全面の形状測定ができなかった。
【００６３】
＜実施例２＞
上記実施例１のセンサ部３１による測定にて得られた測定データを、コントローラユニット３２により演算し、ウェーハ外周部の形状を算出した。
この算出結果を研磨条件設定手段５１に出力し、研磨条件設定手段５１により、取得した研磨後の半導体ウェーハＷの形状結果に基づき、近似線との差を求めた。そして、この近似線との差が、（Ｂ１）、（Ｂ２）、および（Ｂ３）の条件に従って次回以降の研磨条件を調整して研磨を行い、半導体ウェーハＷの形状を測定した結果、ＥＳＦＱＲ品質の工程能力が向上した。
なお、ＥＳＦＱＲ（Edge flatness metric, Sector based, Front surface referenced, least sQuares fit reference plane, Range of the data within sector）は、ウェーハ全周の外周部域に形成した扇型の領域（セクター）内のＳＦＱＲを測定した値である。ＳＦＱＲは、半導体ウェーハＷを多数のサイトに分割し、各サイト内での基準面を設け、その基準面から各サイトでのプラス側とマイナス側の最大変化量を測定し、このプラス側の最大変化量の絶対値とマイナス側の最大変化量の絶対値とを加算したものである。
【００６４】
＜比較例２＞
上記比較例１において、ウェーハ全面の形状を測定できなかったため、ウェーハ外周部の形状についても算出できなかった。
【００６５】
＜実施例３＞
図１に示す、両面研磨装置１０に代えて、片面研磨装置（仕上げ研磨装置）を備えた半導体ウェーハの研磨装置により、直径が３００ｍｍの半導体ウェーハＷの仕上げ研磨を行った。なお、保管槽２に貯留された水溶液は、２５℃に保たれた０．１質量％濃度のクエン酸水溶液である。
先ず、続いて、搬送ユニット４０により、半導体ウェーハＷを分光干渉変位装置３０に搬送した。分光干渉変位装置３０では、搬送ユニット４０により、半導体ウェーハＷを３ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させ、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの中心から外周に向けて、半径方向に１０μｍピッチで測定した。そして、測定データをコントローラユニット３２により演算し、ウェーハ全面の研磨取代形状を算出した。
次に、搬送ユニット４０により、保管ユニット６から研磨前の半導体ウェーハＷとキャリア１５とを仕上げ研磨装置に搬送した。そして、研磨スラリーを供給し、所定の研磨条件で、半導体ウェーハＷの仕上げ研磨を実施した。仕上げ研磨後は、純水を供給し、研磨後の半導体ウェーハＷをリンスした。
仕上げ研磨後は、搬送ユニット４０により、仕上げ研磨装置から保管槽２へと、研磨後の半導体ウェーハＷを搬送した。搬送された半導体ウェーハＷは、保管槽２のクエン酸水溶液に浸漬し、半導体ウェーハＷをクエン酸水溶液中に１分間保持した。
クエン酸水溶液への一定時間保持後、搬送ユニット４０により、研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら、１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で、半導体ウェーハＷを引き上げた。
引き上げた半導体ウェーハＷの表面（研磨面）の水滴の有無を目視により確認したところ、疎水面の状態であり水滴は残留していなかった。
続いて、搬送ユニット４０により、半導体ウェーハＷを分光干渉変位装置３０に搬送した。分光干渉変位装置３０では、搬送ユニット４０により、半導体ウェーハＷを３ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させ、センサ部３１により、半導体ウェーハＷの中心から外周に向けて、半径方向に１０μｍピッチで測定した。そして、測定データをコントローラユニット３２により演算し、ウェーハ全面の研磨取代形状を算出した。
この算出結果を研磨条件設定手段５１に出力し、研磨条件設定手段５１により、取得した研磨後の半導体ウェーハＷの形状結果に基づき、ウェーハ中心部の研磨前後の厚み差から、ウェーハ外周縁より内側２ｍｍのポイントの研磨前後の厚み差を差し引くことで指数値を求めた。そして、この指数値から、（Ｃ１）、（Ｃ２）、および（Ｃ３）の条件に従って次回の研磨工程の研磨条件を調整して研磨を行い、半導体ウェーハＷの研磨取代形状を測定した結果、ＧＢＩＲ品質の工程能力が向上した。
【００６６】
＜比較例３＞
図１に示す、両面研磨装置１０に代えて、片面研磨装置（仕上げ研磨装置）を備えた半導体ウェーハの研磨装置により、上記実施例３と同様に、直径が３００ｍｍの半導体ウェーハＷの仕上げ研磨を行った。なお、保管槽２には、２５℃に保たれた純水を貯留した。
仕上げ研磨後は、搬送ユニット４０により、仕上げ研磨装置から保管槽２へと、研磨後の半導体ウェーハＷを搬送した。搬送された半導体ウェーハＷは、保管槽２の純水に浸漬し、半導体ウェーハＷを純水中に６０分間保持した。
純水への一定時間保持後、搬送ユニット４０により、研磨面が水平面と略直交する姿勢を維持しながら、１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で、半導体ウェーハＷを引き上げた。
引き上げた半導体ウェーハＷの表面（研磨面）の水滴の有無を目視により確認したところ、親水面の状態であり水滴が残留していた。そのため、分光干渉変位装置３０によるウェーハの研磨取代の形状測定ができなかった。
【００６７】
＜実施例４＞
上記実施例３のセンサ部３１による測定にて得られた測定データを、コントローラユニット３２により演算し、ウェーハ外周部の研磨取代形状を算出した。
この算出結果を研磨条件設定手段５１に出力し、研磨条件設定手段５１により、取得した研磨前後の半導体ウェーハＷの形状結果に基づき、研磨前後の厚みの差の近似線との差を求めた。そして、この近似線との差から（Ｄ１）、（Ｄ２）、および（Ｄ３）の条件に従って次回の研磨工程の研磨条件を調整して研磨を行い、半導体ウェーハＷの研磨取代形状を測定した結果、ＥＳＦＱＲ品質の工程能力が向上した。
【００６８】
＜比較例４＞
上記比較例３において、ウェーハの研磨取代の形状を測定できなかったため、ウェーハ外周部の研磨取代形状についても算出できなかった。
【符号の説明】
【００６９】
１…研磨手段、２…保管槽、３…測定手段、４…移動手段、５１…研磨条件設定手段。
【図１】
2015046488.tif 000007
【図２】
2015046488.tif 000008