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▶ エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6013317
(24)【登録日】2016年9月30日
(45)【発行日】2016年10月25日
(54)【発明の名称】同時両面ウエハ研削盤における静水圧パッド圧力調節
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20161011BHJP
B24B 7/17 20060101ALI20161011BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 622G
H01L21/304 621A
H01L21/304 622R
B24B7/17 Z
【請求項の数】10
【全頁数】37
(21)【出願番号】特願2013-500633(P2013-500633)
(86)(22)【出願日】2011年3月18日
(65)【公表番号】特表2013-524484(P2013-524484A)
(43)【公表日】2013年6月17日
(86)【国際出願番号】IB2011051152
(87)【国際公開番号】WO2011117792
(87)【国際公開日】20110929
【審査請求日】2014年3月17日
(31)【優先権主張番号】61/317,919
(32)【優先日】2010年3月26日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】392026316
【氏名又は名称】エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＭＣ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100100158
【弁理士】
【氏名又は名称】鮫島 睦
(74)【代理人】
【識別番号】100138863
【弁理士】
【氏名又は名称】言上 惠一
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(72)【発明者】
【氏名】サミート・エス・バガヴァット
(72)【発明者】
【氏名】ローランド・アール・バンダム
(72)【発明者】
【氏名】小村 朋美
【審査官】
鈴木 和樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−０９６０１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−３４６９２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−１１７７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−０７７４９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−３０７３０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２０５５２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０６４２１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１９０１２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００７−５２９３３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−３０７２７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００９−５２５６２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２１７３２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−０９３１９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０４６７５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−０３９８２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００５／０２６０９２２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
Ｂ２４Ｂ ７／１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
両面研磨盤により行われる研削操作の間に、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段階において、静水圧パッド内に第１静水圧を確立してウエハを最初にクランプすること、
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、
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３つの段階の１つを決定すること、
研削操作の第２段階でウエハを研削する間に、第１静水圧よりも低い第２静水圧まで静水圧を低下させること、および
研削操作の第３段階の間において、第３静水圧まで静水圧を上昇させて、静水圧パッドによりウエハをクランプし、それにより、処理されたウエハにおけるナノトポロジーを改善すること、を含み、
第１段階は、ウエハが静水圧パッドによってクランプされる最初の期間に対応し、
第２段階は、研削操作が除去する間のうち、最も多くの材料が除去される第２の期間に対応する、
方法。
研削操作の第１段階において、静水圧パッド内に第１静水圧を確立してウエハを最初にクランプすること、
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、
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３つの段階の１つを決定すること、
研削操作の第２段階でウエハを研削する間に、第１静水圧よりも低い第２静水圧まで静水圧を低下させること、および
研削操作の第３段階の間において、第３静水圧まで静水圧を上昇させて、静水圧パッドによりウエハをクランプし、それにより、処理されたウエハにおけるナノトポロジーを改善すること、を含み、
第１段階は、ウエハが静水圧パッドによってクランプされる最初の期間に対応し、
第２段階は、研削操作が除去する間のうち、最も多くの材料が除去される第２の期間に対応する、
方法。
【請求項2】
第３静水圧が、第１静水圧と等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
第２段階において、ウエハを研削する間、研削砥石によってウエハをクランプする、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
流れ制御弁を使用することによって静水圧を変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
ウエハを、垂直な平面上に保持する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
測定された電流が残留状態から初期状態まで増加したときに、研削操作の段階が第１段階であると決定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
測定された電流がそのピークレベルである場合に、研削操作の段階が第２段階であると決めることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
測定された電流がそのピークレベルから減少したときに、研削操作の段階が第３段階であると決定することを更に含み、
測定された電流がそのピークレベルから減少したとの決定に応じて、静水圧を増加する、請求項７に記載の方法。
測定された電流がそのピークレベルから減少したとの決定に応じて、静水圧を増加する、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
一対の研削砥石と、プロセッサと、一対の静水圧パッドと、流れ制御弁と、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、一対の研削砥石の間に配置されたウエハの第１部分および一対の静水圧パッドの間に配置されたウエハの第２部分とを備えた平坦なウエハとを同一平面で保持するように作動でき、
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し、
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、
流れ制御弁が、パッドを通過する水の流速を制御しそれにより静水圧を制御するように作動し、
プロセッサは、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、切削プロセスの段階を検出するパターン検出ソフトウェアプログラムを実行し、
プロセッサは、パターン検出ソフトウェアプログラムによって検出された段階に応じて、流れ制御弁を通過する水の流速を制御するように作動する両面研削盤。
研削砥石と静水圧パッドとが、一対の研削砥石の間に配置されたウエハの第１部分および一対の静水圧パッドの間に配置されたウエハの第２部分とを備えた平坦なウエハとを同一平面で保持するように作動でき、
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し、
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、
流れ制御弁が、パッドを通過する水の流速を制御しそれにより静水圧を制御するように作動し、
プロセッサは、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、切削プロセスの段階を検出するパターン検出ソフトウェアプログラムを実行し、
プロセッサは、パターン検出ソフトウェアプログラムによって検出された段階に応じて、流れ制御弁を通過する水の流速を制御するように作動する両面研削盤。
【請求項10】
パターン検出ソフトウェアプログラムが研削プロセスの研削段階を検出した場合に、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９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、概して、半導体ウエハを同時に両面研削することに関し、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証するために、ウエハ表面が極めて平坦かつ平行であることを必要とする。これを達成するために、ウエハをインゴットから切り出した後、一般的には研削プロセスを用いて、にウエハのとある特徴（例えば、平坦度および平行度）を改善する。
【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行い、高度に平坦化された表面を有するウエハを製造する。従って、望ましい研削プロセスといえる。これを達成するのに使用できる両面研削盤は、光洋機械工業株式会社製の研削盤を含む。これらの研削盤は、研削中に半導体ウエハを保持するの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。一対のパッドおよび一対の砥石は、それらの間に垂直方向にウエハを保持できるように、向かい合った関係で方向付けられている。静水圧パッドは、研削中に硬質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、物理的なクランプにより生じ得るウエハに対する損傷を軽減し、そして、ウエハを、少ない摩擦で、パッド表面に対して接線方向に移動（回転）することを可能にする。この研削プロセスは、研削されたウエハ表面の平坦度および平行度を顕著に改善するが、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）させる可能性もある。
【0004】
ナノトポロジーが劣ると、後の研磨（ＣＭＰ）プロセスにおいて、不均一な酸化層除去をもたらす。これは、ＩＣ製造者などのウエハ使用者に、実質的な収率の損失をもたらし得る。ＩＣ製造者は、ナノメートルレベ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し対処するために、ウエハ表面のナノトポロジーを検討する。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偏差（ずれ、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（または加工された）半導体ウエハのナノメートルスケールの表面特性に非常によく一致する。前記の規定は、半導体産業のための世界的な取引協会であるSemiconductor Equipment and Materials International (SEMI)によって提案されている(SEMI document 3089)。ナノトポロジーは、ウエハの片方の表面の高さのずれを測定しており、従来の平坦度の測定と同様に、ウエハの厚さ変化を考慮しない。いくつかの計測方法は、このような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、入射光と反射光との測定誤差（または測定のずれ）により、非常に小さな表面変化を検出できる。これらの方法は、波長内のピークバレー（ＰＶ）の変化を測定するのに用いられる。
【0006】
両面研削は、完成したウエハのナノトポロジー（ＮＴ）に影響を与えるプロセスの１つである。Ｃ−マーク（一般に、中心から半径０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内におけるＰＶ値）とＢ−リング（一般に、中心から半径１００ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲内におけるＰＶ値）などのＮＴ欠陥は、研削プロセス中に形を成し、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を生じる２つの欠陥である。ＮＴに起因して損失を生じる第３の欠陥は、ワイヤソーでのスライスのときに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ましく方向付けられれば、入口マークを減少できる可能性がある。現在の実践では、研削直後にウエハのゆがみとＴＴＶを、神戸製鋼所製のSBW 330のようなキャパシタンス・ツールを用いて測定し、次いで、ウエハをエッチングし、Wafercomのようなレーザー系ツールを用いて測定する。この後、ウエハは、エッジ研磨、両面研磨および仕上研磨などの様々な仕上段階（または最終段階、downstream）のプロセスを経て、そしてナノマッパーでＮＴを検査する前に、平坦度およびエッジ欠陥の測定を行う。
【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ているが、これらの解決策では、ＮＴ悪化の原因に対して満足のいく対処ができない。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決定されるクランプ状態であると考えられる。
【0008】
ウエハを研削盤に装填した後（または入れた後）、ウエハは、その両側のパッドにより生じる静水圧によってクランプする。ウエハは、入れるウエハの形状と、静水圧パッドの静水圧プロファイルとの相互作用に基づいて、最初のクランプ状態において弾性的に変形し得る。砥石がウエハと接触し始めた後、多量の材料を除去することなしに、砥石がウエハを掴もうと試みる期間がある。この期間に、ウエハは、砥石の傾きおよびシフト(shift)と、最初のクランプ状態の傾きおよびシフトとの間の相互作用に依存して更なる弾性変形を受ける。安定状態に達すると、砥石はウエハを研削し始め、ウエハから材料が除去される。安定状態で材料が除去されているので、ウエハのＮＴは、砥石と、安定状態のウエハとの幾何学的な相互作用の関数になると考えられる。
【0009】
所定量の材料を除去した後、砥石は後退して（または格納し、引っ込み：retract）、ウエハの弾性変形が反転する(または逆になる：reverse)。砥石が後退した後の弾性変形の反転は、ＮＴをさらに悪化させる。ＮＴ悪化に対する２つの原因−−−砥石と安定状態にあるウエハとの幾何学的な相互作用と、弾性変形の反転−−−の複合的な影響は制御するのが困難である。従来のアプローチでは、ウエハの弾性変形によって生じるＮＴ悪化の制御について、満足な結果が得られていなかった。
【0010】
従来技術における両面研削盤の典型的なウエハクランプデバイス１’を図１および図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’を個々に規定する。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’に集中し（または中心があり：centered）、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（または中心がある）。研削中にクランプ平面７１’および７３’が同時に保持されている限り（図１）、ウエハは平らに維持され（すなわち、曲がらず）、砥石９’によって均一に研削される。クランプ平面のアラインメントに関する一般的な議論は、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’が正しく整列されなくなると、研削砥石９’のクランプ圧力と静水圧パッド１１’のクランプ圧力とにより、ウエハＷ内に曲げモーメント、または静水圧クランプモーメントが生じて、研削砥石用開口(grinding wheel opening)３９’の周縁部４１’にほぼ隣接してウエハを鋭く曲げる（図２）。これは、ウエハＷ内において、高度に局在した応力の領域を形成する。
【0011】
クランプ平面７１’および７３’の不整列（ミスアラインメント）は、両面研削の操作中によく起こることであり、静水圧パッド１１’に対する研削砥石９’の相対的な動きによって大抵は引き起こされる（図２）。不整列が起こり得るモードを図２および３に概略的に示す。これらは、３つの異なる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’に沿った移動において、静水圧パッド１１’に対する研削砥石９’の相対的な横方向シフトＳがある（図２）。第２モードは、個々の研削砥石の中心を通過する水平軸Ｘのまわりにおける砥石９’の垂直傾斜(vertical tilt)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、個々の研削砥石の中心を通過する垂直軸Ｙのまわりにおける砥石９’の水平傾斜(horizontal tilt)ＨＴがある。これらのモードは、概念を説明するために図中でかなり誇張されている。実際の不整列は、比較的小さいだろう。さらに、例えば左側の砥石の水平傾斜ＨＴが右側の砥石の水平傾斜と異なってもよいなど、各々の砥石９’は、他方とは独立して動くことができ、また２つの砥石の垂直傾斜ＶＴについても同様である。
【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’のデザインに関連する。例えば、ウエハＷのより大きい面積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）、パッドクランプの中心が研削砥石の回転軸６７’から比較的大きく離れて配置されているパッド、ウエハに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、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、より高いモーメントが生じる。
【0013】
従来技術のパッド１１’（従来技術のパッドの一例を図４に示す）を用いたクランプデバイス１’では、クランプ平面７１’および７３’が不整列になったときのウエハＷ内の曲げモーメントは比較的大きい。これは、ウエハが、研削砥石用開口３９’の周縁部(near peripheral edge)４１’の近傍を含め、パッド１１’によって非常にきつく、強固にクランプされるためである。ウエハで研削砥石９’の動作を調整することはできず、ウエハは、開口縁部４１’の近傍で鋭く曲がる（図２）。ウエハＷは均一に研削されず、そして次のプロセス（例えば、研磨）において除去不可能な、望ましくないナノトポロジー特徴を生じる。クランプ平面７１’および７３’の不整列は、研削砥石９’の不均一な磨耗を引き起こすおそれもあり、それはさらに、研削されたウエハＷに望ましくないナノトポロジー特徴を生じる一因となり得る。
【0014】
図５Ａおよび５Ｂは、クランプ平面７１’および７３’が整列しておらず、研削操作中にウエハが曲がっている場合に、研削されたウエハＷの表面上に形成され得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、研削砥石９’の横方向シフトＳと垂直傾斜ＶＴとの組み合わせによって生じ、Ｂ−リング７９’は、一般に、砥石の横方向シフトＳと水平傾斜ＨＴとの組み合わせによって生じる。図５Ｂに示されるように、両方の特徴７７’および７９’は、それらに付随する比較的大きいピークバレー変化を有する。従って、それらは、劣ったウエハナノトポロジーを示しており、ウエハ表面上に小型回路をプリントする能力に大きな影響を及ぼし得る。
【0015】
このセクションは、本発明の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読み手に紹介することを意図しており、それらは以下に記載されおよび／または特許請求される。この議論は、読み手に背景情報を提供するのに有益で、本発明の様々な態様のより良い理解を促進すると考えられる。従って、これらの記述は、この観点から読まれるべきであり、従来技術の承認（admission）として読まれるべき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、その中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タイプ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。研削盤は、研削盤によって引き込まれた電流を検出するためのパターン検出ソフトウェアを含むプロセッサを含む。この方法は、ウエハをクランプする段階と、ウエハを研削する段階と、ウエハを研削砥石との接触から離す段階とを含む。この方法は、さらに、各々の段階を検出するためのソフトウェアを使用すること、各々の段階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、それにより処理したウエハのナノトポロジーを改善することを含む。
【0017】
別の態様は、研削操作中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タイプ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。この方法は、研削操作の第１段階において、静水圧パッド内に第１静水圧を確立してウエハを最初にクランプすることを含む。研削操作の第２段階でウエハを研削する間に、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段階において第３静水圧まで静水圧を増加させてウエハをクランプし、これにより処理されたウエハのナノトポロジーを改善する。
【0018】
さらに別の態様は、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とは、ほぼ平坦なウエハを、一対の研削砥石の間に配置されているウエハの第１部分と一対の静水圧パッドの間に配置されているウエハの第２部分とが同一平面内で保持されるように操作可能である。静水圧パッドは、静水圧を維持するように静水圧パッド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）を制御するための、それにより静水圧を制御するための、流量制御弁を更に含む。流量制御弁は、プロセッサによって制御される。
【0019】
上述した態様に関して記載された特徴には、様々な改良が存在する。更なる特徴は、同様に、上述した態様に組み込まれ得る。これらの改良および付加的な特徴は、個々にまたは任意の組み合わせで存在し得る。例えば、図解した実施形態のいずれかに関連して以下に議論様々な特徴は、単独で、または任意の組み合わせで、上述した態様のいずれかに組み込まれ得る。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】図１は、従来のウエハクランプデバイスの概略側面図であり、（複数の）静水圧パッドと（複数の）研削砥石とを、それらの間に配置された半導体ウエハとともに含んでおり、静水圧パッドが断面で示されている。
【図16】図１６は、研削砥石が横方向シフトしたとき、研削中に、研削砥石の外縁と隣接する半導体ウエハ内にかかる応力を示すグラフであって、本発明に係る静水圧パッドで保持したウエハと、従来の静水圧パッドで保持したウエハと比較している。
【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についてのウエハの表面上におけるしきい値高さの面積の測定結果（threshold height area measurements）を規格化した分布を示すグラフである。
【0021】
対応する参照記号は、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、一般に符号１で示した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の符号３で示した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、光洋機械工業株式会社製のモデル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、図中で一般にＷで示される単一の半導体ウエハ（広義には「ワークピース(workpiece)」）を、研削盤３内に垂直姿勢で保持している。
【0026】
これは、研磨工程および回路プリント工程の前に、ウエハの表面の平坦度および平行度を改善する。
【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ワークピース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、一般に符号９ａ、９ｂでそれぞれ示した左右の研削砥石、および一般に符号１１ａ、１１ｂでそれぞれ示した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、左側の砥石９ａと左側のパッド１１ａとの部分を、右側の砥石９ｂと右側のパッド１１ｂのもの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、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、ウエハの中心から下側で（または下側中心に向かって：toward a lower center of the wafer）、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の外縁は、ウエハの下端におけるウエハＷの外縁より下まで延在し、ウエハの中心におけるウエハの中心軸ＷＣより上まで延在している。
【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の少なくとも一方は、その対にされた研削砥石に対して相対的に移動可能である。
【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を装填する(または入れる:load)のを容易にする。
【0037】
図示されたクランプデバイス１においても、半導体ウエハＷをデバイス１内に装填するのが更に容易になるように、左側の静水圧パッド１１ａは、対応する左側の研削砥石９ａに対して相対的に移動可能であり、また、固定されたままの右側の静水圧パッド１１ｂに対しても移動可能である。
【0038】
両方のパッドが対応する研削砥石に対して相対的に移動可能なウエハクランプデバイス、ウエハを装填中に両方のパッドを固定するウエハクランプデバイス、またはウエハを装填中に静水圧パッドと対応する研削砥石とが共に動く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に示したウエハクランプデバイス１をまた参照すると、研削操作中に、ウエハクランプデバイスの２つの研削砥石９ａ、９ｂと、２つの静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、それら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をそれぞれ規定し、ウエハを垂直姿勢で保持するのを支援するクランプ圧力を、ウエハＷ上に生み出す。
【0041】
このことは、以下に更に詳細に説明する。
【0042】
図６をとりわけ参照すると、静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、操作中に静止しているが、一般に符号１４で示されるドライブリングはウエハを動かして、パッドおよび研削砥石９ａ、９ｂに対して相対的に回転させる。
【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(coupon)１５は、一般に、ウエハの外縁に形成された切欠きＮ（図６では破線で示される）においてウエハＷと係合して、ウエハを動かし、その中心軸ＷＣ（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および図１２を参照））のまわりに回転させる。
【0044】
同時に、研削砥石９ａ、９ｂは、ウエハＷと係合し、互いに反対の方向に回転する。
【0045】
砥石９ａ、９ｂの一方は、ウエハＷと同じ方向に回転し、他方は、ウエハとは反対の方向に回転する。
【0046】
次に図８〜１３Ｂを参照すると、本発明の静水圧パッド１１ａ、１１ｂは、更に詳細に示されている。
【0047】
図８〜１１は、左側の静水圧パッド１１ａを示し、図１２〜１３Ｂは、向かい合った右側の静水圧パッド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、互いにほぼ鏡像である。
【0049】
従って、左側のパッド１１ａだけが説明され、右側のパッド１１ｂの説明は同じであると理解されるだろう。
【0050】
図８〜９Ｂに示すように、左側の静水圧パッド１１ａは、概して薄く、円形形状であり、処理されるウエハＷと同様の寸法を有する。
【0051】
この関係を示すために、図９Ａおよび９Ｂに、ウエハＷを鎖線で図示した。
【0052】
図示された静水圧パッド１１ａは、直径が約３６．５ｃｍ（１４．４ｉｎ）で、操作中にウエハＷと向かい合う加工表面積が約９００ｃｍ２（１３９．５ｉｎ２）である。の
【0053】
従って、例えば、直径が約３００ｍｍの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、異なる直径および表面積にしてもよいことを理解すべきである。
【0055】
例えば、パッドは、２００ｍｍのウエハの研削に用いるための小さいスケールの寸法にしてもよい。
【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の本体１７ａは、研削操作中にウエハＷに直接向かい合った(immediately opposite)ウエハ側の面１９ａを含む。
【0057】
ウエハ側の面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の研削砥石用開口（一般に符号３９で示される）のまわりにほぼ半径方向に配置されている。
【0058】
パッド本体１７ａの後面３５ａは、ウエハ側の面１９ａの反対側にあり、ほぼ平坦で静水圧ポケットは無いが、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、パッド１１ａのまわりにほぼ周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、ウエハ側の面１９ａにおける盛り上がった表面(raised surface)３２ａ内で凹んでおり、それぞれが、比較的平坦な垂直側壁(flat vertical sidewalls)３７ａと、丸みを帯びた外周角部(rounded perimeter corners)とを含む。
【0062】
ポケットは、パッド１１ａの面１９ａに、浅いキャビティを切削または成型（casting）することによって形成されている。
【0063】
異なるプロセスで形成した静水圧ポケットは、本発明の技術的範囲から逸脱しない。
【0064】
図８および９Ａを再度参照すると、ポケット２１ａと２３ａ、２５ａと２７ａ、および２９ａと３１ａの対の各々は、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、図示されたパッド１１ａでは、ポケット２１ａおよび２３ａの各々は、表面積が約１４．３８ｃｍ２（２．２３ｉｎ２）で、ポケット２５ａおよび２７ａの各々は、表面積が約２７．２２ｃｍ２（４．２２ｉｎ２）である。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、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、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（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、それぞれ、（パッド１１ａの垂直軸４３ａで分割された）ウエハ側の面１９ａの左右半分づつ（または、反対側の半分：opposite halves)に、対称的に配置されている。ポケット２１ａ、２３ａは、一般に、パッド１１ａの水平軸４４ａよりも下側にあるが、ポケット２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａは、一般に、軸４４ａよりも上側にある。ポケット２９ａ、３１ａは、一般に、ポケット２５ａ、２７ａより上側にあり、研削砥石用開口３９ａに隣接して配置されておらず、それの間に配置されたポケット２５ａ、２７ａにより開口から分離されている。このポケットの配向において、全ポケット表面積の約１５％が、水平軸４４ａより下側に位置する。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’と比較すると、全ポケット表面積の少なくとも約２４％が、パッドの水平軸４４’より下側に位置する。軸４４’より下側のポケット面積が増加することによって、パッド１１’によりウエハにかけられるクランプ力は、研削砥石用開口３９’側に向かって増加し、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、静水圧パッド１１ａの本体１７ａの下側部分に形成された円形の研削砥石用開口３９ａを示しており、パッドを貫通しウエハＷの中心から下側と係合する研削砥石９ａを、収容でき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において鎖線で示される）。開口に収容したときに、開口３９ａの中心は研削砥石９ａ（および９ｂ）の回転軸６７にほぼ対応する。図示されたパッド１１ａでは、研削砥石用開口３９ａの半径Ｒ１は約８７ｍｍ(３．４３ｉｎ)であり、研削砥石９ａの周縁部と、半径方向に向かい合う研削砥石用開口縁部４１ａとの間の距離は、比較的均一であり、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の盛り上がった表面３２ａは、各々のポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａの外周を囲むように延在している同一の広がりを有する平坦域（(または、同一の広がりを有する高台部分：coextensive plateaus)３４ａを含む。符号３６ａでそれぞれ示した排水チャンネルは、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａの各々の平坦域３４ａの間において、盛り上がった表面３２ａに形成されている。おおよそ三日月形の自由領域６０ａは、研削砥石用開口の周縁部４１ａと、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａの平坦域３４ａの内側部分の縁部３８ａとの間において、盛り上が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では実際上ゼロである。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。パッド本体１７ａ内のチャンネル６３ａ（隠れ線によって示される）は、流体注入ポート６１ａと相互接続されており、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、パッド面１９ａではなく流体がウエハ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。このように、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａでの流体は、ウエハＷをパッドクランプ平面７３内で垂直に保持する一方で（図６および７を参照されたい）、ウエハＷが研削中に非常に低い摩擦抵抗でパッド１１ａ（および１１ｂ）に対して相対的に回転可能になる、潤滑されたベアリング領域またはスライドバリア(sliding barrier)を提供する。パッド１１ａのクランプ力は、主に、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａに提供される。
【0072】
図１１は、パッド１１ａのウエハ側の面１９ａの左半分を更に詳細に参照し、ポケット２１ａ、２５ａ、２９ａの配向を示す。半径距離（または半径方向の距離）ＲＤ１、ＲＤ２およびＲＤ３は、理想的には研削砥石の回転軸６７に対応する研削砥石用開口の中心からの、ポケット２１ａ、２５ａおよび２９ａのそれぞれについて最も近い垂直側壁３７ａ（最も近い垂直側壁３７ａは、研削砥石用開口３９ａの縁部４１ａに最も近い垂直側壁のことである）の周縁部の位置を示す。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の下端(bottom end)からのほうが、上端からよりも開口３９ａまで遠い。具体的には、距離ＲＤ１は、ポケットの下端の方向で約１０４ｍｍ（４．１ｉｎ）から、上端の方向で約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、それぞれ、ポケット２５ａおよび２９ａの最も近い垂直壁３７ａまで比較的一定であり、ＲＤ２が約１１３ｍｍ（４．４ｉｎ）の値であり、ＲＤ３が約１６５ｍｍ（６．５ｉｎ）の値である（これらの値は、ポケット２７ａ、３１ａのそれぞれと同じである）。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、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の平坦域３４ａの半径方向に最も内側の縁部３８ａまで半径方向に測定した半径距離ＲＤ１１を示す。縁部３８ａは、ゼロ圧力の（自由な:free）領域６０ａの末端または境界を規定する。図から分かるように、半径距離ＲＤ１１は縁部３８ａに対して一定ではなく、図示されたパッド１１ａでは、垂直軸４３の近傍における約１０８ｍｍ（４．２５ｉｎ）から、縁部３８ａが研削砥石の開口縁部４１ａと合体する位置であるポケット２１ａの下端近傍における約８７ｍｍ（３．４３ｉｎ）までの範囲にある。研削砥石９ａの周縁部（開口３９ａに収容したとき）から、半径方向に向かい合った縁部３８ａの最深部分(a radially opposed innermost portion)までを、これらと同じように測定すると、垂直軸４３ａの近傍における約２６ｍｍ（１．０２ｉｎ）から、ポケット２１ａの下端近傍における約５ｍｍ（０．２０ｉｎ）までの範囲にあり、研削砥石用開口３９ａの半径Ｒ１に対する割合は、約０．３０〜約０．０５７の範囲となる。比較すると、従来の静水圧パッド１１’（図４）における対応する距離は一定であり、これは、盛り上がった表面３２’の最深部分の周縁部３８’は、研削砥石の開口縁部４１’と一致する（すなわち、従来のパッド１１’内にゼロ圧力の（自由な）領域がない）からである。このパッド１１’では、半径距離ＲＤ１１’は、約８７ｍｍ（３．４３ｉｎ）であり、研削砥石９’の周縁部から縁部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は減少する。これは、パッドによってウエハＷに適用される全体のクランプ力を効果的に減少し、これは、操作中に静水圧ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａ、２１ｂ、２３ｂ、２５ｂ、２７ｂ、２９ｂ、３１ｂに収容される流体の量が減少するからである。加えて、水平軸４４ａより下側にあるポケット表面積は減少する。これは、研削砥石用開口３９ａ、３９ｂの左側および右側における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、研削砥石用開口縁部４１ａ、４１ｂから離れ、それらの間にゼロ圧力の自由領域６０ａ、６０ｂが形成される。これは、研削砥石用開口３９ａ、３９ｂの縁部４１ａ、４１ｂのまわりのクランプ力をとりわけ低くする。
【0075】
研削砥石９ａ、９ｂのシフト動作および／または傾斜動作を更に容易に一致させることができるように、ウエハＷを研削操作に静水圧パッド１１ａ、１１ｂであまり強固ではなく保持する。これは、研削砥石９ａ、９ｂが移動するとき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形成される応力が小さくなる）。加えて、ウエハＷを、研削砥石用開口縁部４１ａに隣接して、きつく保持しない。砥石が移動するときに、ウエハＷは、研削砥石用開口縁部４１ａに隣接して曲がる可能性はやはりあるが、従来の研削デバイスよりは鋭くはない。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、研削したウエハのＢ−リングおよび中心−マーク（Ｃ−マーク）の形成などのナノトポロジー悪化を減少または排除する。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を示し、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）が実質的に存在しない。
【0076】
図１５Ａ〜１９は、本発明のパッド１１ａ、１１ｂおよび従来のパッド１１’で保持したウエハ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が整列(または調整：align)したときの、これらの応力を視覚的に図示する。両方のウエハＷにおいて、研削砥石用開口３９および３９’内の応力は無視してよい（パッドは、これらの領域ではウエハをクランプしない）。図１５Ａは、パッド１１ａおよび１１ｂによって保持されたときにウエハＷに形成される低い応力を示す。それは、特に、研削砥石用開口縁部４１ａ、４１ｂに隣接したウエハＷの全体表面に亘って低い応力（９８および９９で示した明るい色の領域）を示す。それはまた、ウエハに亘る均一に分布された応力も示す。一方で、図１５Ｂに示されるように、パッド１１’によって保持されたウエハＷ内の最大の応力９７は、開口３９’の周縁部に近接している（すなわち、ゼロ圧力（自由）領域がない）。
【0077】
図１５Ａおよび１５Ｂを比較してわかるように、大きな応力が集中する領域９７は、パッド１１ａおよび１１ｂを用いての研削中には、パッド１１’（図１５Ｂ）を用いたときほどには広がらない。利点は、（例えば、研削砥石用開口縁部４１ａに隣接した）曲げ領域におけるウエハＷの局所的な変形が少ないことと、研削砥石９ａ、９ｂのより均一な磨耗と、の両方である。砥石の均一な磨耗は、砥石の形状が、研削中に変化しない（すなわち、差別的な（または特異的な:differential）研削磨耗がない）ことを確実にする。これは、研削盤が、長期間に亘って、低いナノトポロジーの設定を維持できることも保証する。また、砥石がシフトまたは傾斜したときに、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て、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させない。これにより、望ましくは、研削のナノトポロジーが、研削砥石のシフトおよび傾斜による影響を受けにくくなる。
【0078】
図１６〜１９は、研削砥石９ａ、９ｂがシフトおよび／または傾斜したときに、静水圧パッド１１ａ、１１ｂを用いた研削操作中のウエハＷ内の応力が低いことを示している。図示された応力は、研削砥石用開口縁部４１ａ、４１ｂに隣接したウエハＷ内に生じるものであり、縁部４１ａ、４１ｂのまわりの位置において、約７時の位置（弧の長さ(arc length)０ｍｍ）から始めて、周縁部を時計回りに移動して（弧の長さ約４００ｍｍまで）測定される。従来の静水圧パッド１１’で保持されるウエハＷ内の応力は、一般に符号９１で示し、パッド１１ａ、１１ｂで保持されるウエハ内の応力は、一般に符号９３で示す。
【0079】
図１６は、研削砥石がシフトしたときの応力９１、９３を示す。図から分かるように、応力９３は、応力９１より顕著に小さく、ウエハＷの中心ＷＣ（約２００ｍｍの弧の長さに対応する）を含む研削砥石用開口３９ａ、３９ｂの外縁全体にわたって、応力９１に比べて更にほとんど一定である。従って、本発明において、研削砥石９ａ、９ｂがシフトしたときに、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、それらの中心の近傍で鋭く曲がらない。
【0080】
図１７は、研削砥石がシフトして垂直傾斜したときの、ウエハＷ内の応力９１、９３を示す。再び、パッド１１ａ、１１ｂに関連する応力９３は、研削砥石用開口縁部３９ａ、３９ｂの外縁全体に沿ってほぼ一定である。加えて、ウエハ中心ＷＣに対応する位置でパッド１１ａ、１１ｂによって保持されたウエハＷ内の応力９３の増加は著しく少ない。従って、研削砥石９ａ、９ｂがシフトして垂直傾斜したときに、ウエハＷは、研削砥石用開口３９ａ、３９ｂの外縁に隣接してそれほど鋭く曲がらず、中心−マーク（Ｃ−マーク）の形成は減少する。
【0081】
図１８は、砥石がシフトして水平傾斜したときのウエハＷ内の応力９１、９３を示す。図から分かるように、ウエハＷの左側における応力９３は、応力９１のようには鋭く増加しない。従って、パッド１１ａ、１１ｂで保持されたウエハＷは、砥石９ａ、９ｂがシフトして水平傾斜したときにそれらの外縁ではそれほど鋭く曲がらず、Ｂ−リングおよび／またはＣ−マークの形成は減少する。研削砥石のシフトと垂直傾斜と水平傾斜との組み合わせ効果によってウエハＷ内の応力９１、９３が生じる場合の同様の結果を図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について、上位０．０５パーセンタイルのナノトポロジー値を図に記したものである。パッド１１’を用いて研削されたウエハのナノトポロジー値は、一般に符号７２で示されており、パッド１１ａ、１１ｂを用いて研削されたウエハの値は、一般に符号７４で示される。本発明のパッド１１ａ、１１ｂを用いて研削されたウエハは、一貫して従来の値７２より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、単一の操作セットアップ(operational set-up)で、ウエハのセット（または一連のセット：a set of wafers）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。ウエハのセットは、例えば、少なくとも４００枚のウエハを含み得る。それは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、４００枚よりも多いウエハを含んでよい。単一の操作セットアップは、研削砥石９ａ、９ｂの手動調整の間に、一般に考慮される連続的な操作である。研削されたウエハＷのセットの各々は、一般に、改善されたナノトポロジーを有する（例えば、中心マーク（Ｃ−マーク）およびＢ−リングの形成が、減少または排除されている）。とりわけ、それらの各々は、平均ピークバレー変化が約１２ｍｍ未満である。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(an average radial scan)における変化を表す。ピークバレー変化は、ウエハＷの外縁の辺りで、多数のウエハ半径において求められ、それらの値の平均は、平均的な変化を定める。
【0084】
図２１は、本発明の第２の実施形態に従って左側の静水圧パッドを概略的に示す。パッドは、一般に符号１１１ａで示し、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、同じ符号に「１００」を足して示す。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の対応するポケット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と同様に、ポケット１２１ａ、１２３ａ、１２５ａ、１２７ａ、１２９ａ、１３１ａは、パッド１１１ａの研削砥石用開口１３９ａのまわりに半径方向に配置されており、ポケット１２１ａと１２３ａ、ポケット１２５ａと１２７ａ、ポケット１２９ａと１３１ａは類似しており、ウエハ側の面１１９ａの左右半分づつ（または、反対側の半分）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のまわりに周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、研削砥石用開口１３９ａからに離れて半径方向に延在している。その他の全ての態様については、これらのパッド１１１ａ、１１１ｂは、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かかる水圧を制御することにより影響を受け得ることが、追加的に考慮される。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の回転軸の近くに動かすだろう。更にとりわけ、各々のポケット（またはポケットのいくつかのサブセット）内での流体圧力は、一連の研削(the course of grinding)の間に変化させ得、および／または他のポケットから独立して制御され得る。いくつかのポケットの間で圧力を変える１つの方法は、ポケット内のオリフィス開口の寸法を異ならせることである。更に、各々のポケットに関連する領域の剛性（stiffness）は、ポケット深さを異ならせることによって、ポケットの間で変えることができる。深いポケットは、深いポケットの領域において、浅いポケットに比べてウエハＷの柔軟な(compliant)保持をもたらし、浅いポケットの領域においてウエハを強固に保持する。
【0086】
本明細書で図示され記載された静水圧パッド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た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、研削操作の間にウエハＷを支持でき、そして繰り返しの研削の使用に耐えることができる好適な硬質材料、例えば金属から作られている。他の同様な硬質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、ウエハが両面研削盤内にある間に、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フィードバックを提供し始め。ナノトポロジー評価システムは、ワークピースが両面研削盤内に保持されている間にワークピースの位置および／または変形についての情報を収集するために配置された少なくとも１つのセンサを含む。センサは、ウエハの有限要素構造分析に用いられる１以上の境界条件を規定するのに用いる１以上の測定を行うために使用可能である。システムは、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、（センサを用いずに規定または仮定できる境界条件を含め、有限要素分析を行うのに充分な境界条件が存在する限りは、）単一の境界条件の規定に用いられ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。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で示した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に概略的に示す。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、（別のワークピースクランプシステムを有する）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に関連する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平面で保持するように規定したｘ、ｙ、ｚ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関連する他のセンサから空間をあけられている。このように、（複数の）センサ３０３を離すことにより、１つのセンサを、ウエハＷの表面上の対応する１つの位置の測定を行うのに使用し、そして別のセンサを、ウエハの表面上の対応する異なる位置の測定を行うのに使用するのが容易になる。
【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、パッドの１つにおけるセンサの分配（または分布：distribution）は、実質的に、他のパッドにおけるセンサの分配（または分布）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たセンサ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の数と配置は変更することができる。一般に、当業者は、センサ３０３の数が多いほうが利点があるだろうと認識すると思われるが、それは、多数のセンサを用いることにより、より多くの測定値が得られ、多数の境界条件を規定でき、これにより境界条件の間の領域における、ウエハ変形に対する有限要素分析の結果の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の数に対して実際上の制限もある。例えば、センサ３０３は、静水圧パッド３０５のクランプ機能に与える影響が最小であること、およびその逆も同様であることが望ましい。図示された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の平坦域(plateaus)３１１に配置されている。（平坦域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。）これにより、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、の間に分離が提供され、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との分離によって、静水圧ポケットの局所的影響による、センサ測定に対する影響を低減できる。
【0094】
上述したように、（複数の）センサ３０３は、ウエハＷの異なる部分の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おり、他のセンサは、Ｂ−リング欠陥および／またはＣ−マーク欠陥になりやす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で示したセンサの対における複数のセンサ）は、研削中に、ウエハの中心部分の変形に関する測定を行うことができるウエハＷの中心近くに配置されている。少なくとも１つの他のセンサ（例えば、ＲとＬで示したセンサの対における複数のセンサ）は、研削中に、ウエハＷの外縁近傍に（すなわち、ウエハの中心から相対的に離れて）配置されている。更に別のセンサ（例えば、Ｕで示したセンサの対における複数のセンサ）は、ウエハの外縁近傍に配置された少なくとも１つのセンサおよびウエハの中心近傍に配置された少なくとも１つのセンサに対して、ウエハＷの中心から中間の距離に（例えば、Ｂ−リング欠陥および／またはＣ−マーク欠陥が起こりやすいウエハの部分の近傍に）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、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のセンサは、研削砥石９を間にして、センサ対Ｒのセンサと反対側にある。これは、センサ対Ｒのセンサのうちの１つとセンサ対Ｌのセンサのうちの１つとを含んでおり且つ（上記で規定した）座標系のｘ、ｙ、平面と垂直である仮想平面３３１（図２２を参照されたい）が、研削砥石９を横切っていることから明らかである。センサ対ＲおよびＬのセンサは、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、（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）他のセンサ対によって測定を行うことができる。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のセンサによる測定値は、センサ対Ｌのセンサによる対応の測定値とは異なってよい。
【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より実質的に下側に配置されている（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、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（例えば、実質的にゼロのクランプ圧力の自由領域内）に配置できるからである。
【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、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ために使用可能である。センサ３０３は、プロセッサ３５１と信号伝達的に連結しており（図２２）、センサからのセンサデータ出力を受信するように作動できる。プロセッサ３５１は、研削装置から離れていてもよいが、必須ではない。図２２は、プロセッサ３５１をセンサに接続するハード配線（またはハードワイヤリング: hard wiring）３５３を図示するが、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、ワイヤレス通信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ために、センサ３０３から監視したセンサデータを用いて作動できる。図２４に示すように、プロセッサ３５１は、研削操作中の時間３５７に、好ましくは主要な研削段階の終了近く（例えば、研削の仕上段階が始まる前）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に示される全ての研削サイクルは、５つの工程から成る。工程３６１＝速い切込(または速い送り込み:fast infeed)、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＝砥石格納サイクルである。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求めるように、そしてセンサデータから得られた１つ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させることができる。センサデータから得られた境界条件は、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た付加的な境界条件で補足される。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更可能である。
【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の外縁および静水圧ポケット３１３の外縁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、砥石の傾斜およびシフトに依存して、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関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。研削砥石の外縁に沿ったウエハの変位（displacement）が考慮される（図２５Ｂにおける弧ＡＢＣ(arc 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、より良い相関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ワークピース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、予測されたワークピースの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、研削砥石の水平傾斜に対応する少なくとも１つの角度、研削砥石の垂直傾斜に対応する角度、研削砥石同士の間のシフト）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を装填する。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、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−リング欠陥に関連するワークピースの一部における距離に関して、ワークピースの２つの表面のずれを測定し、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、受信したセンサデータから、ワークピース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−マーク欠陥に関連するワークピースの一部分における距離に関して、ワークピースの２つの表面のずれを測定し、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、受信したセンサデータからワークピース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（研削中および／または研削後）。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、次のワークピースの研削を調整することを含む。例えば、研削盤は、第１ワークピースを研削しおよび次いで第１ワークピースを研削した後に第２ワークピース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ワークピース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ワークピースのような次のワークピース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。ワークピース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、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、多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、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関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、研削盤操作中に、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内で垂直に保持しつつ、ウエハのナノトポロジーを評価することを示しているが、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）に保持された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使用できることを理解されたい。
【0119】
本明細書に記載されたナノトポロジー評価システムについての実施形態では、ナノトポロジーを評価するためにウエハごとに有限要素分析を行っているが、当業者であれば、プロセッサが、実際に有限要素構造分析を行わずにナノトポロジーを評価できる基準を開発するために、多くのこのような有限要素分析からの経験的データを利用できることを認識するだろう。例えば、研削盤内におけるウエハのセンサデータが、有限要素分析を行った別のウエハのセンサデータと十分に似ている場合には、研削盤内の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ために、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チンは、この処理を拡大するのに使用でき、これにより、プロセッサが有限要素分析を行う場合を減少または排除できる。ナノトポロジー評価システムに熟練した人間オペレータは、センサ出力のグラフまたは他の表示を見ることによってナノトポロジー欠陥を示すサインを見分ける能力、および、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、是正措置を手動で実施する能力が身につくことも検討される。
【0120】
さらに、ウエハごとにナノトポロジー評価を行うことは必須ではない。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、品質管理のためのサンプル）について、本明細書に記載されるように評価できる。
【0121】
概略図の図２９を参照すると、別の実施形態のウエハ研削盤を図示しており、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（広義には、ワークピース）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と類似していてもよい。しかしながら、図２９のウエハ研削盤は、ウエハ研削盤で処理したウエハのＮＴ悪化の軽減を支援するために、付加的な構成要素を含む。
【0122】
第１流量制御弁５０４は、第１静水圧パッド５０６に向かう水流を制御し、第２流量制御弁５０２は、第２静水圧パッド５０８に向かう水流を制御する。この実施形態において、パッド内の静水圧は、他のモードも検討されるが、水流よって制御される。
【0123】
流量制御弁５０２、５０４は、水流または水圧を制御できる適切な弁である。例えば、流量制御弁５０２、５０４は、グローブ弁、ボール弁、ゲート弁、ダイアフラム弁、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。流量制御弁５０２、５０４は、適切なアクチュエータ（図示せず）で制御することができ、また、それらは別々に制御できる。
【0124】
制御システム６００は、ウエハ研削盤および流量制御弁５０２、５０４の操作を制御する。制御システム６００は、プロセッサを有するコンピューターデバイス６０２と、１つ以上の形態のコンピューター可読媒体と、入力／出力デバイスとを含む。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、流量制御弁５０２、５０４を制御するように作動できる。制御システム６００は、研削砥石によって使用され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、研削砥石によって使用される電流を直接測定できるか、または、研削砥石によって使用される電流を測定する分離した監視デバイス（図示せず）からの信号または他の通信を受信できる。
【0125】
研削砥石によって使用される電流量は、研削操作の現在の段階を表している。例えば、図３０に示すように、研削砥石がウエハ５０１と最初に接触すると、研削砥石によって引き込まれる電流は、５４０で示した残留状態と比較して、５５０で示した初期状態においてわずかに増加する。図３０は、研削操作中の各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で示した部分に沿って示されるように、研削砥石がウエハ５０１を掴もうとすると増加し続ける。この段階の間に、ウエハ５０１から比較的少量の材料が除去される。電流引き込みが、５７０で示したセクションおいてそのピークに達したとき、ウエハ５０１から除去される材料の量は増加する。電流引き込みは、このピークレベルにとどまり、材料の大部分が研削砥石によってウエハ５０１から除去される。５８０で示したスパークアウト段階（その間に研削砥石を後退させ始める）では、電流引き込みは、急速に低下する。研削砥石が完全に格納された後、電流引き込みは低下して、５９０で示した残留レベルに戻る。
【0126】
コンピューターデバイス６０２は、研削操作の現在の段階を予測（すなわち、検出または決定）するために、監視された、または感知された研削砥石の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によってこの予測を行う。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上の１つ以上の形態のコンピューター可読媒体に蓄積されたコンピューター実行可能命令を含む。コンピューター実行可能命令は、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た研削段階に基づいて、流量制御弁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操作可能である。ＮＴ悪化を最小限にするように、制御システム６００は、研削段階中における研削プロセスの開始時および終了時に、静水圧パッド内の圧力を増加する。これらの研削段階では、研削砥石の電流引き込みは最も低くなる。従って、制御システム６００は、流量制御弁が静水圧パッド５０６、５０８への水の流入速度を増加させて、それにより静水圧パッド内の圧力を増加させるように、流量制御弁５０２、５０４を制御する。
【0128】
ウエハ５０１から材料の大部分を除去する（１つまたは複数の）研削段階中に、制御システム６００は、静水圧パッド５０６、５０８への水の流入速度を減少し、それにより静水圧パッド内の圧力を減少するように、流量制御弁５０２、５０４を制御する。この研削段階において、（２つの）研削砥石は、それらの間でウエハ５０１を支持し、そしてウエハを掴む。この研削段階中に静水圧パッド５０６、５０８内の圧力を減少することによって、ウエハが受ける弾性変形の量は、劇的に減少または排除される。ウエハ５０１内での弾性変形のこのような減少または排除は、ウエハ表面に低減したＮＴをもたらす。
【0129】
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段階を検出する方法（すなわち決定する方法）を実行する。ブロック６２０では、ブロック６１０においてパターン検出ソフトウェアで検出された研削段階に基づいて、流速の変化を計算する。制御システム６００は、ブロック６３０で、流量制御弁５０２、５０４を制御することによってこれらの変化を適用する。このように、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静水圧を確立する別の方法を行うように作動できる。この方法では、ウエハ５０１を、実質的に垂直な平面内で保持する。次いで、ウエハ５０１の研削中に、流量制御弁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静水圧まで減少させる。ウエハ５０１の研削中に、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、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】
別の方法においては、制御システム６００は、ウエハをクランプする段階と、ウエハを研削する段階と、ウエハを研削砥石との接触から離す段階と、を含む方法を行う。ウエハは、実質的に垂直な平面内で保持される。パターン検出ソフトウェアを使用して研削操作の各々の段階を検出し、各々の段階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化させ、それにより処理されたウエハのナノトポロジーを改善する。圧力を変化させる他の方法も検討できるが、本実施形態の静水圧は、流量制御弁５０２、５０４を通過する流速を変えることによって変化させる。例示的な実施形態では、圧力は、研削段階で減少させる。他の実施形態では、圧力は、研削段階中に増加させる。
【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、プロセスレコード(process of record)またはPOR）に従って研削し、静水圧は研削段階中に変えなかった。第２組のウエハを、図２９の実施形態に従って研削し、静水圧を研削段階中に増加させた。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。THA1010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、規格化されたTHA1010 PORのことを言い、第２データセットは、規格化された 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、各々のデータセットのために、表は、それぞれ、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したウエハの表面が、PORに従って研削したウエハ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に従って研削したウエハは、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）に従って研削したウエハと比較して、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ときに、冠詞「a」、「an」、「the」および「said」は、１つ以上の要素があることを意味するように意図している。用語「comprising」、「including」および「having」は、包含的でありかつ示された要素以外の追加的な要素があってよいことを意味することを意図している。
【0138】
本発明の技術的範囲から逸脱することなく、上記のものに様々な変化を行うことができるので、上述の記載に含まれおよび添付の図面に図示された全ての事項は、例示と解釈されるべきであり、制限する意味ではないことを意図している。
【0139】
本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。（態様１）
一対の研削砥石と、その中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タイプ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、研削盤は、研削盤によって引き込まれた電流を検出するための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、該方法は、
ウエハをクランプする段階と、
ウエハを研削する段階と、
ウエハを研削砥石との接触から離す段階と、
各々の段階を検出するためのソフトウェアを使用し、各々の段階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、それにより処理したウエハのナノトポロジーを改善する段階と、の複数の段階を含む方法。
（態様２）
流量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、態様１に記載の方法。
（態様３）
各々の段階を検出するために、研削盤によって引き込まれる電流をパターン検出ソフトウェアで測定する、態様１に記載の方法。
（態様４）
研削段階において、静水圧を低下させることを更に含む、態様１に記載の方法。
（態様５）
研削段階において、静水圧を上昇させることを更に含む、態様１に記載の方法。
（態様６）
研削操作中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タイプ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、該方法は、
研削操作の第１段階において、静水圧パッド内に第１静水圧を確立してウエハを最初にクランプすることと、
研削操作の第２段階でウエハを研削する間に、第１圧力よりも低い第２静水圧まで静水圧を低下させることと、
研削操作の第３段階において第３静水圧まで静水圧を上昇させてウエハをクランプし、これにより処理されたウエハのナノトポロジーを改善することと、を含む方法。
（態様７）
第３静水圧は第１静水圧と実質的に等しい、態様６に記載の方法。
（態様８）
ウエハの研削中に、研削砥石によってウエハを実質的にクランプする、態様６に記載の方法。
（態様９）
静水圧を、流量制御弁の使用によって変える、態様６に記載の方法。
（態様１０）
ウエハを、実質的に垂直な平面内で保持する、態様６に記載の方法。
（態様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、態様６に記載の方法。
（態様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、研削操作の段階を決めることを更に含む、態様１１に記載の方法。
（態様１３）
測定された電流が残留状態から初期状態まで増加したときに、研削操作の段階が第１段階であると決めることを更に含む、態様１２に記載の方法。
（態様１４）
測定された電流がそのピークレベルであるときに、研削操作の段階が第２段階であると決めることを更に含む、態様１２に記載の方法。
（態様１５）
測定された電流がそのピークレベルから減少したときに、研削操作の段階が第３段階であると決めることを更に含む、態様１４に記載の方法。
（態様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は、ほぼ平坦なウエハを、一対の研削砥石の間に配置されているウエハの第１部分と一対の静水圧パッドの間に配置されているウエハの第２部分とが同一平面内で保持されるように操作可能であり、
静水圧パッドは、静水圧を維持するように静水圧パッドを通過して流れる水を含み、
研削盤は、パッドを通過する水の流速を制御するための、それにより静水圧を制御するための、流量制御弁を更に含み、
流量制御弁は、プロセッサによって制御される、両面研削盤。
（態様１７）
プロセッサが、研削プロセスの様々な段階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、該プロセッサは、パターン検出ソフトウェアによって検出された段階に応じて、流量制御弁を通過する水の流速を制御するように動作可能である、態様１６に記載の研削盤。
（態様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動作可能である、態様１７に記載の研削盤。
（態様１９）
パターン検出ソフトウェアは、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段階を検出する、態様１８に記載の研削盤。
（態様２０）
プロセッサは、パターン検出ソフトウェアが研削プロセスの研削段階を検出したときに、弁を通過する水の流速を増加するように流量制御弁を制御する、態様１９に記載の研削盤。