(57)【要約】 【課題】ウェハを両面同時研磨する際の各面ごとの研磨量を、試験用特殊ウェハを用いることなく容易に管理することが出来る測定手段を提供することを目的としている。【解決手段】平板状の基板を両面同時研磨する際の研磨量の測定方法であって、予め該基板の端面に施された面取り形状の研磨前後の変化量から各面ごとの研磨量を算出する研磨量の測定方法であるり、未研磨のウェハ面３と端面の面取り加工された面取り面１２との交点を観察により求め、当該交点と外周端面との距離ｈ１及びｈ６を測定する。【選択図】    図１
2005297129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基板を両面同時研磨する際の研磨量の測定方法であって、予め該基板の端面に施された面取り形状の研磨前後の変化量から各面ごとの研磨量を算出することを特徴とする研磨量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
特に光学や電子用途に用いられるウェハ状の基板を研磨する際の測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体材料を薄板状の一定した形状に加工したウェハ（以下「ウェハ」と称す）は電子デバイスや光学デバイス用基板として近年多く使用されている。
始めに、デバイス製造者に供給されるウェハが鏡面ウェハに仕上げるまでの加工工程をニオブ酸リチウム単結晶を例に取り以下に説明する。
まず回転引き上げ法により引き上げられた円柱状のニオブ酸リチウムの単結晶インゴットを外周研削して所定の径に仕上げ、続いてマルチワイヤーソーによって所定の厚さ近傍のウェハに切断する。次に後加工工程及びデバイス製造工程における事故を防ぐためウェハ外周の面取り加工を行なう。更に切断時のソーマークの除去及びウェハの厚さを揃えるためにラッピング研磨が行われ、その後表面の加工変質層を除去しかつ所定の平面度と平滑度とするために仕上げ研磨加工を行なう。この研磨工程では、デバイス及びデバイス工程の要件により両面ミラーウェハを必要とするときは、工業的に有益な両面同時研磨方法で研磨されることが多い。
【０００３】
次に、両面同時研磨方法で通常使用されている研磨機の例を以下に説明する。
該研磨機は、回転中心軸を中心として回転可能な円盤状の上定盤と、同じく円盤状の下定盤とが対面して設置される。上定盤と下定盤には研磨布がそれぞれ貼付され、両研磨布の間に定盤よりも小さな直径で外周にギアを加工された円盤状のキャリアが複数枚数挟み設置される。更にキャリアには複数の孔が穿孔され、ウェハが該孔に挿入される。また回転中心軸にはサンギヤが設置され、キャリアの外側にはインターナルギヤが設けられ、それぞれのギアはキャリア外周のギアと噛合される。サンギヤ、およびインターナルギアが駆動装置により回転中心軸を中心として回転すると、噛合するギヤの作用によりキャリアが自転しながら回転中心軸を中心として公転する。また上定盤と下定盤は、それぞれ駆動装置により回転し、研磨布がキャリアに挿入されているウェハと摺動するに伴い、研磨布間に供給された研磨液の作用によってウェハの両面が同時に研磨される。
以上説明した両面同時研磨工程において、ウェハの研磨量は研磨前の厚さを測定し、予め測定しておいた時間当たりの研磨量の平均値をもとに、研磨量を時間に換算して、研磨時間で管理しているのが通例である。
【０００４】
上記の両面同時研磨装置を用いた研磨工程において、ウェハの材質によっては研磨条件を同一としても各面の研磨量が異なる場合があり、例えば前にあげたニオブ酸リチウム単結晶ウェハでは各面の極性により研磨量は必ずしも一定ではない。また高価な材料からなるウェハでは、必要且つ最小限の研磨量とすることが望ましいが、研磨面に要求される特性によっては必要な研磨量が各面ごとに異なる場合がある。この場合、近年の高精度研磨機では上定盤と下定盤を独立に回転制御可能であることから、各面ごとの研磨条件を独立に設定することが可能であるが、重要な研磨結果である研磨量を各面ごとに測定する必要があることは言うまでも無い。しかしながら、表裏を合計した時間あたりの研磨量の平均値を予め測定することは容易であり、さらには研磨中に研磨量を実測しながら研磨する方法さえも多く考案されているが（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、研磨各面ごとの研磨量を測定することは容易ではない。すなわち既知の手段としては、対象となるウェハの約半分の厚さのウェハ２枚を貼り合わせた後に研磨し、研磨が終了した後に貼り合わせた２枚を剥離してそれぞれの厚さを測定し、事前に測定した研磨前の厚さとの差として上下面に対応するそれぞれの研磨量を求める方法、あるいは予めウェハ表裏の一部分を化学的に食刻し、食刻深さを測定した後に研磨して、しかる後に食刻深さの減少量から研磨量を計算する方法があるが、何れの方法も研磨量測定用のダミーウェハを多大な労力を費やして作製しなければならず、またダミーウェハの研磨処理により製品ウェハの生産数量が減少する等の不都合があり、さらにはダミーウェハの厚さが極めて薄くなる場合や食刻深さが均一とならない場合等の測定が困難となるケースが多く存在する。
【特許文献１】特開２００３−０８９０５６号公報
【特許文献２】特開平０６−２７００５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
すなわち以上の課題を解決する工業的に有効な方法はこれまでなかったため、両面同時研磨工程における各面ごとの研磨量を測定することは極めて困難であった。
更に、デバイスが高集積度になるに従い厚さの精度向上が求められており、従来の研磨時間による間接的で間欠的な精度管理では品質管理上不十分となってきた。
本発明は上記の課題に鑑み、ウェハの研磨量を各面ごとに容易に測定する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は前記課題を解決するために鋭意研究の結果、研磨工程とデバイスプロセスにおける不具合を避けるためにウェハの端部に加工される面取り部の形状変化に着目した研磨量の測定方法を考案するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、平板状の基板を両面同時研磨する際の研磨量の測定方法であって、予め該基板の端面に施された面取り形状の研磨前後の変化量から各面ごとの研磨量を算出する研磨量の測定方法である。本発明により容易に上下面の研磨量を測定することが可能となり、これにより、研磨条件を探索する際のデータを容易に取得し、または量産時工程検査で研磨工程の管理ツールとしてデータを取得することができる。
【０００８】
つまり本発明者は、ウェハの端部に加工される面取り部の形状は研削砥石により機械加工され、その断面形状は砥石の加工部分の形状から一意に決定され、通常使用される面取り加工装置の加工精度から判断すると、該面取り部の断面形状が極めて精度の良好な状態であり、該断面形状の変化量を用いて研磨量を算出することが可能であることを発見した。また、本発明者は面取り部の断面形状が幾何学的に単純な計算式で表現することが可能である場合が殆どであり、この場合、面取り部の形状変化量から研磨量を算出することが断面形状を表現する計算式を用いると精度良く計算可能であることを発見した。より具体的には、面取り部の断面形状は、単純円の一部である円弧や一定角度の直線からなる台形近似形または台形の上辺が円弧である場合が殆どであり、例えば社団法人日本電子工業振興協会のウェハに関する標準仕様規格書中に記載されている断面形状についての記載事項からも面取り部の断面形状が幾何学的に規定されていることが明らかである。
従って、例えば図１のようにウエハ端部で斜めに面取りされた面取り面の断面が直線の場合では、ウエハ研磨面と面取り面の交線とウエハ端部との水平距離ｈ（ウエハ研磨面を水平方向とする）に注目する。研磨前のこの距離ｈ1と研磨後の距離ｈ2をそれぞれの時点で測定し、面取り面とウェハの研磨面が成す角度すなわち面取り面の傾き角度をαとすると、研磨量ｄｈは、ｄｈ＝tanα×（ｈ1−ｈ2）なる計算式より容易に算出可能である。また図２のように断面が円弧状の場合であっても同じく容易に算出可能である。すなわち、研磨前の円弧の高さｈ１を測定し、研磨後の円弧の高さｈ２を測定し、円弧の半径をＲとすると、研磨量ｄｈは、
【０００９】
【数１】
2005297129.tif 000003
【００１０】
なる計算式より容易に算出可能である。従ってこれらｈ１、ｈ２を研磨する各面ごとに測定し、予め設計または製作された端面形状から導かれるαまたはＲとともに上記の計算式に値を代入すると各面ごとの研磨量が直ちに算出される。
以上述べた通り、本発明はウェハの両面同時研磨工程において各面ごとの研磨量を算出するために、ウェハの端面に加工された面取り部の形状変化量を測定して幾何学的に研磨量を求めることを特徴とする研磨量測定方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によりウェハの両面同時研磨工程における各面ごとの研磨量が容易に測定可能となり、工業的な価値は甚大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明では前述の背景技術によって構築された加工プロセスや設計製造された加工装置およびウェハ形状を変更することなく、また従来技術による煩雑な試験用特殊ウェハ処理を行なうことなく、ウェハの両面同時研磨工程における各面ごとの研磨量を容易に測定可能である。
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な測定例について図面を参照しながら説明する。
図１はウェハ１の端部の面取り部の断面形状を示しており、面取り部の断面形状が台形のウェハである。まずワイヤーソーや内周刃切断装置により切断された未研磨のウェハ面３と端面の面取り加工された面取り面２との交点を観察により求め、当該交点と外周端面との距離ｈ１及びｈ６を測定する。ここで測定手段としては、顕微鏡と水平方向の移動距離が測定可能な移動ステージとが組み合わされた所謂測定顕微鏡が簡便であり好都合であるが、適切な倍率で観察可能な投影機や、視野内に測定用スケールを装備した顕微鏡を使用しても本発明の効果を得ることが出来る場合があるのは言うまでもない。
【００１４】
また上記の測定顕微鏡において、移動距離データが外部に出力される機能を持つ場合、該データを演算、記録、統計処理が可能なコンピュータと接続することによりウェハの品質管理を工業的に洗練された形態で実現することも容易である。更に、近年の画像処理技術を用いると、該端部を電子撮像素子で撮像し、画像処理によって面境界を同定し上記ｈ１、ｈ６を測定することは容易であり、得られたｈ１、ｈ６のデータを基に後述する手法で研磨量を連続的にコンピュータ上で算出することも可能であり、大量のウェハを処理する場合には強力な工程品質管理の手段となることも明らかである。さてｈ１、ｈ６測定後に両面同時ラップ研磨を行い、終了後にラップ研磨後のウェハ面４と面取り面２の交線からｈ２及びｈ５を測定する。予め分かっている面取り面の角度αを用いて、図の上側の面のラップ研磨量ｄｈ１は、ｄｈ1＝ｔａｎα×（ｈ1−ｈ2）であり、下側の面のラップ研磨量ｄｈ2は、ｄｈ2＝ｔａｎα×（ｈ6−ｈ5）である。ラップ研磨終了後に仕上げ研磨が行なわれ、終了後に仕上げ研磨後のウェハ面5と面取り面２の交線からｈ3、ｈ4を測定し、同様の手法にて上面の仕上げ研磨量ｄｈ11は、ｄｈ11＝ｔａｎα×（ｈ2−ｈ3）であり、下面の仕上げ研磨量ｄｈ22は、ｄｈ22＝ｔａｎα×（ｈ5−ｈ4）より算出される。
【００１５】
また図２は端面の面取り形状が円弧の場合を示している。この場合も上記と同様の測定を行なってｈ１〜ｈ６を求めた後、予め分かっているＲとともに前項に示した
【００１６】
【数２】
2005297129.tif 000004
【００１７】
なる式のｈ１、ｈ２に適宜代入して各面の研磨量を極めて容易に求めることが出来る。
【００１８】
（実施例１）
面取り部の断面形状が図１に示す台形状のウェハを研磨処理した実施例を以下に述べる。
ウェハはニオブ酸リチウム製の単結晶ウェハであり、直径は5インチである。測定は３枚のウェハを対象として実施した。
まずマイクロメータで該ウェハの研磨前の厚さを測定した。ウェハごとに任意の４点、すなわち合計１２点を測定した結果、平均厚さは１１４２μｍであった。また端面の面取り面の角度αは３２度であった。
続いてｈ1およびｈ6を測定した後に該ウェハを両面同時研磨機によりラップ研磨し更に仕上げ研磨した後にｈ3およびｈ4を測定した。
３枚のそれぞれ任意の４点を測定した平均値は、ｈ1＝３８４μｍ、ｈ3＝２７５μｍ、ｈ4＝３４８μｍ、ｈ6＝４４２μｍであった。
続いてマイクロメータで研磨後の厚さを測定した。研磨前と同様にウェハごとに任意の４点を測定した結果、平均厚さは１０１２μｍであった。
ｈ1とｈ3のデータよりｈ1側の研磨量は６８μｍ、ｈ4とｈ6のデータよりｈ6側の研磨量は５９μｍと計算され、両面の研磨量の合計は１２７μｍと算出される。この値はマイクロメータ測定値から算出される研磨量である１３０μｍと良く一致する。
【００１９】
（実施例２）
実施例１と異なり、面取り部の断面形状が図２に示す円弧状のウェハを仕上げ研磨処理した実施例について更に述べる。
ウェハは同じくニオブ酸リチウム製の単結晶ウェハであり、直径は5インチである。１枚のウェハを対象として実施した測定結果は次の通りである。
マイクロメータで該ウェハのラップ研磨後、すなわち仕上げ研磨前の厚さを任意の４点について測定した結果、平均厚さは７３６μｍであった。また端面の面取り加工半径Ｒは４２０μｍであった。
該ウェハを両面同時研磨機により仕上げ研磨する前にｈ2およびｈ5を測定し、仕上げ研磨後にｈ3およびｈ4を測定した。それぞれ任意の４点を測定した平均値は、ｈ2＝２３４μｍ、ｈ3＝２１１μｍ、ｈ4＝１８８μｍ、ｈ6＝２１３μｍであった。
続いてマイクロメータで研磨後の厚さを測定した。研磨前と同様に任意の４点を測定した結果、平均厚さは７０５μｍであった。ｈ2とｈ3のデータよりｈ2側の仕上げ研磨量は１２μｍ、ｈ4とｈ5のデータよりｈ5側の仕上げ研磨量は１６μｍと計算され、両面の仕上げ研磨量の合計は２８μｍと算出される。この値はマイクロメータ測定値から算出される仕上げ研磨量である３１μｍと良く一致する。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明による測定方法及び本発明を応用した測定装置により、ウェハを両面研磨する際に研磨量を容易に測定することが可能となり試験ウェハを使用することなく研磨条件の調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に関するウェハ端面の台形状面取り部の断面形状変化を示す図である。
【図２】本発明に関するウェハ端面の円弧状面取り部の断面形状変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：  ウエハ
２：  面取り面      
３：  未研磨のウェハ面
４：  ラップ研磨後のウェハ面
５：  仕上げ研磨後のウェハ面
【図１】
2005297129.tif 000005
【図２】
2005297129.tif 000006