(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着される硬質基板と、前記硬質基板に設けられて前記硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーと、前記センサーからの情報を記録する記録手段と、を有し、
前記硬質基板を被加工物と同様に加工することにより、研削加工中または研磨加工中における前記硬質基板の加工面の状態を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着されて、被加工物と同様に加工されることにより、研削加工中または研磨加工中における加工面の状態を測定する測定用硬質基板であって、
硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーと、該センサーからの情報を記録する記録手段とが前記硬質基板の一部分に設けられていることを特徴とする測定用硬質基板。
【請求項３】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着されて、被加工物と同様に加工されることにより、研削加工中または研磨加工中における加工面の状態を測定する測定用硬質基板であって、
硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーが、該硬質基板の一部分内に設けられ、
該硬質基板の非加工面に該センサーに接続した回路が設けられ、
前記硬質基板の外に配置され、前記回路に電気的に接続されて前記センサーからの情報を記録する記録装置が備えられている、
ことを特徴とする測定用硬質基板。
【請求項４】
前記センサーに接続した前記回路が前記硬質基板の非加工面に印刷されていることを特徴とする請求項３記載の測定用硬質基板。
【請求項５】
硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーが、熱起電力センサーであることを特徴とする請求項２〜４の何れか１つに記載の測定用硬質基板。
【請求項６】
硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーが、圧電型半導体であることを特徴とする請求項２〜４の何れか１つに記載の測定用硬質基板。
【請求項７】
硬質基板を研削加工または研磨加工する際の加工面について、温度や圧力といった加工面の状態を測定するにあたり、
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着される硬質基板と、前記硬質基板に設けられて前記硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーと、該センサーからの情報を記録する記録手段とを予め備えた測定装置を使用し、
実際に前記硬質基板を研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着し、被加工物と同様に加工することにより、研削加工中または研磨加工中における加工面の状態を測定することを特徴とする硬質基板の加工面温度等の測定方法。
【請求項８】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着される硬質基板と、
前記硬質基板に設けられて前記硬質基板の加工面の状態を感知する複数のセンサーと、
前記硬質基板の前記加工面とは反対側の面の上に形成され、前記各センサーに電気的に接続されており、前記硬質基板の一端部において集合している複数の配線と、
前記配線に電気的に接続され、前記各センサーからの情報を記録する記録手段と、を有し、
前記硬質基板を被加工物と同様に加工することにより、研削加工中または研磨加工中における前記硬質基板の加工面の状態を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項９】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着される硬質基板と、前記硬質基板に埋設されて前記硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーと、前記センサーからの情報を記録する記録手段と、を有し、
前記硬質基板を被加工物と同様に加工することにより、研削加工中または研磨加工中における前記硬質基板の加工面の状態を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着される硬質基板と、
前記硬質基板の加工面の状態を感知するために、前記硬質基板の非加工面側から取代の厚さより僅かに厚い部分を残して掘り込まれた複数の穴に埋め込まれた複数のセンサーと、
前記硬質基板の前記非加工面上に形成され、前記各センサーに電気的に接続されており、前記硬質基板の一端部において集合している複数の配線と、
前記配線に電気的に接続され、前記各センサーからの情報を記録する記録手段と、を有し、
前記硬質基板を被加工物と同様に加工することにより、研削加工中または研磨加工中における前記硬質基板の加工面の状態を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着される硬質基板と、該硬質基板の加工面に近接するように該硬質基板にその先端が埋設された熱電対と、該熱電対に接続された配線と、該配線により前記熱電対に接続された記録装置とからなり、該記録装置を研削装置または研磨装置の前記保持機構に固定し、かつ前記記録装置を固定することによる加工面への影響を防止するために前記記録装置の重量に対応したバランサーを前記保持機構に設けたことを特徴とする硬質基板の加工面温度の測定装置。
【請求項１２】
研削装置または研磨装置における被加工物の保持機構に被加工物の代わりに装着される硬質基板と、前記硬質基板に設けられて前記硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーと、前記センサーからの情報を記録する記録手段と、を有し、
前記記録手段を研削装置または研磨装置の前記保持機構に固定し、かつ前記記録手段の重量に対応したバランサーを前記保持機構に設け、
前記硬質基板を被加工物と同様に加工することにより、研削加工中または研磨加工中における前記硬質基板の加工面の状態を測定することを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、半導体ウェハや磁気ディスク基板といった硬質基板を、研削や研磨といった表面加工する際の、加工中における加工面の温度や圧力、ｐＨといった物理的または化学的な状態を測定し、この測定結果を処理する硬質基板の加工面温度等の測定方法、およびそれに使用される測定装置並びにその測定用硬質基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
硬質基板の表面を加工するにあたっては、その加工面における温度や圧力といった要件が、その加工結果に影響を与えるため、これらの要件を測定して分析することにより、より高品質な硬質基板の製造方法を開発することができる。
そこで、例えば半導体ウェハの研磨工程を例にとって、その研磨面の温度測定方法をあげると次のようなものがある。
（１）研磨クロスを放射温度計でスポット測定する。
（２）研磨定盤の冷却水の排出側で、その排水温度の変化を測定して解析することにより、半導体ウェハの温度を類推する。
（３）研磨定盤の表面に熱電対を埋め込み、これにより研磨クロスを介して半導体ウェハの温度を間接的に測定する。
【０００３】
また、研磨面にかかる荷重の測定方法については、例えば研磨開始前において、半導体ウェハと保持装置の間に圧力センサーを介在させ、保持装置および研磨定盤を停止させた状態で保持装置を降下させることにより、荷重を測定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した温度測定方法は、加工中における硬質基板の加工面を直接測定している訳ではなく、間接的測定または類推した値に過ぎない。
また、半導体ウェハの研磨においては、その加工面の外周部と中心部ではその温度が異なることが予測され、この温度差が研磨における化学的作用に大きく影響を与えることにより、部位による研磨レートの違いが生じることが指摘されているが、上記した温度測定方法はこれを確証するものはなかった。
【０００５】
さらに、研磨荷重については、上記した測定はあくまでも静止状態における測定であり、一旦研磨が開始されると、研磨装置の揺動や、研磨布のうねりやリバウンドといった静止状態では予測できない状態が加わる。この不測の状態は加工面に大きな影響を与えるものと推測されているが、研磨中における研磨荷重分布を実際に測定して、その影響を分析することはできない。
【０００６】
すなわち、研磨や研削といった加工においては、研磨クロスといった加工資材が硬質基板の加工面に接触しており、一方反対側の面はトップリングといった保持装置により保持されているため、直接その面を測定することは困難であり、非接触の測定をするにしても硬質基板自体が回転運動をしているため、部位ごとの状態を正確に測定することはできなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、加工中の硬質基板の加工面の状態を直接測定することを目的とするものであり、しかも硬質基板の各部位ごとにその測定をすることができる硬質基板の加工面温度等の測定方法およびその測定装置並びにその測定用硬質基板を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１の発明では、硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーと、該センサーからの情報を記録する記録手段が該硬質基板の一部分に形成されているようにしたものである。
【０００９】
請求項２の発明では硬質基板の加工面の状態を感知するセンサーが、該硬質基板の一部分内に設けられ、該硬質基板の非加工面に該センサーに接続した回路が設けられ、硬質基板の外に配置され、前記センサーからの情報を記録する記録装置に該回路を接続できるようにしたものである。前記センサーとしては、温度測定用として熱起電力センサー、荷重測定用として圧電型半導体が使用されるものがある。また、前記センサーに接続した回路は非加工面である裏面に印刷したものを適用することにより、その凹凸による加工面への影響を防止できる。
【００１０】
請求項４の発明では、硬質基板の非加工面に、温度変化により変色する変色部材を設けるようにしたものである。この変色部材としては変色媒体である変色塗料や変色ラベルといったものが適用される。
【００１１】
請求項７の発明では、硬質基板を研磨等の加工する際の加工面について、温度や圧力といった加工面の状態を測定するにあたり、前記加工面の状態を感知するセンサーと、該センサーから情報を取り出す伝達手段とを予め備えた測定用硬質基板を使用し、実際にこの測定用硬質基板を所望の加工方法により加工することにより、前記加工面の状態を測定するようにしたものである。
【００１２】
請求項８の発明では、硬質基板の非加工面に、圧力または温度変化により変色する変色部材を配置して、該硬質基板の加工面温度を測定する方法であって、該変色部材の変色温度が多段階であるように設け、前記硬質基板を所望の加工方法により加工するようにしたものである。
【００１３】
請求項９の発明では、硬質基板を保持装置により保持して加工するにあたり、該硬質基板と該保持装置との間に圧力センサーシートを介在させて、前記硬質基板を加工するようにしたものである。
【００１４】
請求項１０の発明では、加工面の状態を測定する測定手段を有する硬質基板と、該硬質基板の測定情報を処理する情報処理手段と、前記測定手段および／または情報処理手段を加工装置に装着できる装着手段とからなるようにしたものである。
【００１５】
請求項１１の発明では、硬質基板の加工面に近接するように該硬質基板にその先端が埋設された熱電対と、該熱電対に接続された配線と、該配線により前記熱電対に接続された記録装置とからなり、該記録装置を加工装置の硬質基板保持機構に固定し、かつ前記硬質基板および前記記録装置を固定することによる加工面への影響を防止する手段を前記硬質基板保持機構に設けるようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、硬質基板の加工中における加工面の状態を測定するにあたり、所望する加工装置に装着して実際にその加工をする硬質基板であって、予めその硬質基板内に測定する対象を感知できるセンサーを取り付け、このセンサーによって得られた測定結果を取り出せる手段を、硬質基板自体、加工装置、またはそれ以外の外部に装着した上で、通常の硬質基板の加工と同じ条件で加工を行うものである。
【００１７】
まず、このセンサーを備えた硬質基板としては、硬質基板のいずれかの部分にセンサーを埋め込み、このセンサーから測定値を取り出す情報採取手段を設けたものである。情報採取手段としては、例えばセンサーに直接接続され、加工面の反対側になる裏面を通って、外部に設けられた情報処理装置に情報をおくる配線が設けられたものや、記憶素子や変色媒体といった記憶手段を硬質基板の加工面と反対側の面、すなわち非加工面に形成したものを使用する。
【００１８】
次に、この硬質基板を加工装置に装着すると共に、情報処理装置に配線を接続する。この情報処理装置としては情報を蓄積できる記録装置を使用し、これを直接加工装置に取り付け、加工中においてこれらの配線や記録装置の重量などが加工に影響を与えないようにすることにより、正確な測定結果を得るように設ける。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。
実施例１
図１は実施例１の測定装置の主要構成を示す模式図、図２は実施例１において使用される測定用硬質基板の一部切り欠き斜視図である。
本実施例は、硬質基板である半導体ウェハを枚葉式の研磨装置により研磨する加工装置における測定方法を例にとって示すものである。
図１に示すように、本実施例の測定装置の主要構成としては、通常の研磨装置としてのトップリング６と、これにより保持して研磨される測定用ウェハ１と、測定用ウェハ１の裏面に当接するバッキングパッド３と、バッキングパッド３に装着され測定用ウェハ１を保持するテンプレート４と、トップリング６に固定される記録装置２と、この記録装置２の重量に対応したバランサー５とから構成されている。
【００２０】
図２に示すように、測定用ウェハ１は通常研磨されるウェハと同様の形状ではあるが、その各所に裏側から複数の熱センサー１１が埋め込まれ、この熱センサー１１に接続した回路を形成する配線１２が裏側にフォトリソグラフィー等により印刷されたものであり、この配線１２は測定用ウェハ１の端部で集合し、上記した記録装置２にリード線１３により接続されている。さらに、この配線１２の印刷面は樹脂（図示せず）により保護され、荷重の集中による断線の防止、および防水できるように設けられている。
【００２１】
本測定装置により測定するにあたっては、通常研磨と同じ条件で研磨を行う。この研磨加工中において、熱センサー１１から配線１２、リード線１３を介して測定結果が随時記録装置２に送られて蓄積される。研磨が終了したならこの記録装置２を取り外して専用の解析装置（図示せず）にその情報を移して解析を行う。
【００２２】
尚、熱センサー１１は例えば熱電対タイプのものを、測定用ウェハ１の裏側から研磨取代の厚さより僅かに厚い部分を残して彫り込まれた穴に埋め込んだものや、測定用ウェハ１に穿設された穴に取り付けられるものなど、測定の目的や、取代、砥粒の種類などによりその選択は任意である。
【００２３】
また、配線については上記した裏面への印刷により、研磨荷重の押圧による凹凸の影響は出ないものの、これに限定されるものではなく、例えば配線としてウェハの外側にむき出しのものを使用し、この配線の凹凸による影響をなくすために、柔らかいバッキングパッドを使用することも可能である。このバッキングパッドとしては、例えば圧縮率が３０％以上で十分な厚さを有するシリコーンラバーなどが好適である。
【００２４】
実施例２
図３は実施例２の測定用硬質基板の構造を示す拡大部分側面断面図である。
本実施例は、実施例１の配線１１やそれに接続され外部に固定する記録装置２を必要としない測定用ウェハに関するものである。
すなわち、本実施例の測定用ウェハ１ａにおいては、その内部にセンサー１１ａを埋め込み、このセンサー１１ａ個々に隣接するように測定用ウェハ１ａ内に形成された記憶回路２ａを有するものである。
【００２５】
したがって、この測定用ウェハ１ａは測定結果の情報蓄積手段をその内部に有しており、外見上において通常のウェハと略同じものであることから、測定に当たり特別な設定も必要としない。そのため、例えばバッチ式の加工装置により他のウェハと同時に加工することも可能である。
加工終了後においては、専用の解析装置（図示せず）を使用して、各記憶回路２ａから情報を取り出して解析する。
【００２６】
実施例３
本実施例３においては、平面研削や研磨において、その加工面にかかる荷重分布を測定するためのものである。
図４は実施例３の測定に使用される測定用硬質基板を示す斜視図である。
図４に示すように、本実施例３の測定用硬質基板１ｂの非加工面である裏面には、圧力センサーとして圧電型半導体である複数のピエゾ素子１１ｂが格子状に配列して形成されており、これらに接続した配線１２ｂが接続され、このピエゾ素子１１ｂからの荷重情報の取り出しと蓄積は上記実施例１と同様にして行われる。
【００２７】
実施例４
本実施例４は、上記実施例３と同様に加工面にかかる荷重分布を測定する測定方法である。
図５は実施例４の荷重測定方法を適用した加工装置等の分解斜視図である。
図５に示すように、本実施例においては、荷重を感知する手段として圧力センサーシート１ｃを使用する。この圧力センサーシート１ｃは縦配線１１ｃおよび横配線１２ｃからなる格子状に形成され、各配線の交差点における圧力の変化による電圧の変化を感知するように設けられたものである。
この圧力センサーシート１ｃを使用して荷重を測定するにあたっては、加工する硬質基板１０ｃの形状と略同形状に成形し、硬質基板１０ｃのを保持する保持装置３ｃとの間に介在させ、これからの荷重情報の取り出しと蓄積は上記実施例１と同様にして行われる。
【００２８】
実施例５
上記各実施例においては、温度または圧力を電気的な信号に変換して、これを記録装置で記憶させて情報解析していたが、本実施例５においては圧力または温度により変化を生じる媒体により、加工面の状態を測定するものである。
図６は実施例５の測定用硬質基板を示す一部切断斜視図である。
図６に示すように本実施例５の測定用硬質基板１ｄにおいては、その非加工面である裏面に温度の変化により変色する変色塗料層１０ｄが塗布されている。この変色塗料層１０ｄは、変色温度が異なる変色塗料１１〜１５ｄを帯状にある一定間隔をもって塗布し、さらにこれに交差させて変色塗料１１〜１５ｄを帯状に塗布することにより、格子状に各変色塗料１１〜１５ｄ塗布面が露出するようにしている。
したがって、この変色塗料層１０ｄにおける温度の上昇をその変色により５段階で得ることができると共に、変色塗料層１０ｄ全体における温度変化の分布も解析できる。
【００２９】
また、この変色媒体を使用したものは、裏面における変化であり、間接的であるため上記した各実施例ほどその測定精度は高くはないものの、配線や記録装置といったものは必要とせず構造を簡単にすることが可能である。この温度変色を利用した温度測定には、温度変色ラベルなどの他の媒体を利用することもできる。
【００３０】
さらに、上記実施例では測定する対象を研磨や研削における加工面の温度および荷重分布を測定するものであったが、これに限られるものではなく、砥粒のｐＨや流速、または取代といった要件についても測定することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では以上のように構成したので、次に示す優れた効果がある。
（１）測定が直接の測定であるため、正確な値を得られる。
（２）測定のための加工が、実際の加工と同じ条件で行われるため、解析資料を実際の加工に大きく反映させることができる。
（３）硬質基板の部位ごとにその測定値を得られるため、部位による変化を改善または利用することにより、より高度な加工方法を開発できる。
（４）測定用硬質基板を使用することにより、特別な加工装置を必要とせず、通常の加工条件下で測定を行うことができる。
（５）測定結果を硬質基板内に記録する手段を有する測定用硬質基板においては、どのような加工条件でも使用できるため、例えばバッチ式の加工において、通常の硬質基板と同時に加工しながらの測定も可能である。
（６）変色媒体を用いたものについては、測定用硬質基板を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の測定装置の主要構成を示す模式図である。
【図２】実施例１において使用される測定用硬質基板の一部切り欠き斜視図である。
【図３】実施例２の測定用硬質基板の構造を示す拡大部分側面断面図である。
【図４】実施例３の測定に使用される測定用硬質基板を示す斜視図である。
【図５】実施例４の荷重測定方法を適用した加工装置等の分解斜視図である。
【図６】実施例５の測定用硬質基板を示す一部切断斜視図である。
【符号の説明】
１‥‥‥測定用ウェハ
１１‥‥熱センサー
１２‥‥配線
１３‥‥リード線
２‥‥‥記録装置
３‥‥‥バッキングパッド
４‥‥‥テンプレート
５‥‥‥バランサー
６‥‥‥トップリング
１ａ‥‥測定用ウェハ
１１ａ‥センサー
２ａ‥‥記憶回路
１ｂ‥‥測定用硬質基板
１１ｂ‥ピエゾ素子
１２ｂ‥配線
１３ｂ‥リード線
１ｃ‥‥圧力センサーシート
１０ｃ‥硬質基板
１１ｃ‥縦配線
１２ｃ‥横配線
１ｄ‥‥測定用硬質基板
１０ｄ‥変色塗料層
１１ｄ〜１５ｄ
‥‥変色塗料
【図１】
0003939410.tif 000002
【図２】
0003939410.tif 000003
【図３】
0003939410.tif 000004
【図４】
0003939410.tif 000005
【図５】
0003939410.tif 000006
【図６】
0003939410.tif 000007