特許 7466964 基板厚測定装置及び基板厚測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-05

(45)【発行日】2024-04-15

(54)【発明の名称】基板厚測定装置及び基板厚測定方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/013 20120101AFI20240408BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240408BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240408BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20240408BHJP

   B24B 37/08 20120101ALI20240408BHJP

   B24B 37/28 20120101ALI20240408BHJP

   B24B 49/04 20060101ALI20240408BHJP

【ＦＩ】

B24B37/013

H01L21/304 622S

H01L21/66 P

B24B49/12

B24B37/08

B24B37/28

B24B49/04 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023109487

(22)【出願日】2023-07-03

【審査請求日】2023-07-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】300072587

【氏名又は名称】株式会社多聞

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】小西 晃治

(72)【発明者】

【氏名】中西 暁宏

(72)【発明者】

【氏名】堀江 祥仙

(72)【発明者】

【氏名】関根 大輔

(72)【発明者】

【氏名】桑原 登

【審査官】杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０９７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第７２１８８３０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００５－３２８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００５６３３５（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４０６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２４１７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３００１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－４９２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／０１３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｂ２４Ｂ ４９／１２

Ｂ２４Ｂ ３７／０８

Ｂ２４Ｂ ３７／２８

Ｂ２４Ｂ ４９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定するための基板厚測定装置であって、
波長可変レーザー光源と、前記基板へ照射する前記波長可変レーザー光及び前記基板からの反射光が通過する観察窓と、光検出器と、分析部とを備え、
前記観察窓の表面は前記波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面であり、
前記観察窓が前記基板に面するように設置されるものであることを特徴とする基板厚測定装置。

【請求項2】

前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、前記観察窓の屈折率をｎ、前記波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たすものであることを特徴とする請求項１に記載の基板厚測定装置。

【請求項3】

前記波長可変レーザー光は、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものであることを特徴とする請求項１に記載の基板厚測定装置。

【請求項4】

前記観察窓はサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の基板厚測定装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の基板厚測定装置が設置されたものであることを特徴とする基板研磨装置。

【請求項6】

定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定する基板厚測定方法であって、
前記波長可変レーザー光の光路に、前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を前記基板に面するように設置して前記基板に前記波長可変レーザー光を照射することを特徴とする基板厚測定方法。

【請求項7】

前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、前記観察窓の屈折率をｎ、前記波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たす傾斜角度θとすることを特徴とする請求項６に記載の基板厚測定方法。

【請求項8】

前記波長可変レーザー光として、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものを用いることを特徴とする請求項６に記載の基板厚測定方法。

【請求項9】

前記観察窓としてサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものを用いることを特徴とする請求項６に記載の基板厚測定方法。

【請求項10】

前記基板として抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項６に記載の基板厚測定方法。

【請求項11】

前記基板をＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮのいずれかとすることを特徴とする請求項６に記載の基板厚測定方法。

【請求項12】

請求項６から１１のいずれか一項に記載の基板厚測定方法を用いて基板の厚さを測定しながら前記基板を研磨して研磨基板を製造することを特徴とする研磨基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板厚測定装置及び基板厚測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハの製造方法として、シリコンウェーハの製造方法を例に説明すると、例えば、先ず、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等によってシリコン単結晶インゴットを成長し、得られたシリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、エッチング等の各工程が順次なされ、次いで少なくともウェーハの一主面を鏡面化する研磨工程が施される。

【0003】

このウェーハの研磨工程において、例えばシリコンウェーハの両面を研磨する場合に、両面研磨装置が用いられることがある。このような両面研磨装置としては、通常、中心部のサンギヤと外周部のインターナルギヤの間にウェーハを保持するキャリアが配置された遊星歯車構造を有するいわゆる４ウェイ方式の両面研磨装置が用いられている。

【0004】

この４ウェイ方式の両面研磨装置は、ウェーハ保持孔が形成された複数のキャリアにシリコンウェーハを挿入・保持し、保持されたシリコンウェーハの上方から研磨スラリーを供給しながら、ウェーハの対向面に研磨布が貼付された上定盤及び下定盤を各ウェーハの表裏面に押し付けて相対方向に回転させ、それと同時にキャリアを中心部のサンギヤとインターナルギヤとによって自転及び公転させることで、シリコンウェーハの両面を同時に研磨することができるものである。

【0005】

しかし、上述のような両面研磨装置を用いて研磨を行っても、ウェーハの研磨速度は、研磨布、キャリア等の加工治具、材料の劣化により、研磨のたびに異なってしまう。このため、研磨時間を固定して研磨を行うと、研磨速度の違いに起因する研磨後のウェーハの厚さが異なってくるという問題があった。このような問題を解決するための装置として、レーザー光を用いて研磨中のウェーハの厚さを測定しながら研磨を行う両面研磨装置が知られている（例えば特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１０－０３４４６２号公報

【文献】特開２０１７－０１１０９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の基板厚測定装置を用いて基板厚を測定しながら基板の研磨を行うと、研磨対象とする基板によっては、測定すべき信号がノイズに隠れてしまい正確な測定ができなくなることがあった。このような現象は、例えば、シリコンウェーハの場合、不純物のドープ量が大きな（抵抗率の低い）もので顕著であり、ウェーハにおけるレーザー光の吸収率が高くなることで測定すべき信号がノイズに隠れてしまうことにより、測定の精度が低下したり測定そのものができなくなったりすると考えられる。

【0008】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、測定対象の基板の種類によらず、安定して正確に基板の厚さを測定することが可能な基板厚測定装置及び基板厚測定方法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】

【0009】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定するための基板厚測定装置であって、波長可変レーザー光源と、前記基板へ照射する前記波長可変レーザー光及び前記基板からの反射光が通過する観察窓と、光検出器と、分析部とを備え、前記観察窓の表面は前記波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面である基板厚測定装置を提供する。

【0010】

このような基板厚測定装置によれば、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなる。

【0011】

このとき、前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、前記観察窓の屈折率をｎ、前記波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たすものである基板厚測定装置とすることができる。

【0012】

これにより、観察窓の測定対象物側の面からの反射光によるノイズの原因になる干渉を抑制できるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなる。

【0013】

このとき、前記波長可変レーザー光は、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものである基板厚測定装置とすることができる。

【0014】

これにより、さらに安定して高精度で基板の厚さを測定することができるものとなる。

【0015】

このとき、前記観察窓はサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものである基板厚測定装置とすることができる。

【0016】

これらの材料は、基板研磨装置で使用するスラリーなどによるダメージが少ない安定した材料であるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなる。

【0017】

このとき、上記基板厚測定装置が設置されたものである基板研磨装置とすることができる。

【0018】

このような基板研磨装置は、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定しながら基板の研磨が可能なものであり、研磨する基板の厚さの基板間均一性を高くすることができる基板研磨装置となる。

【0019】

本発明は、また、定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定する基板厚測定方法であって、前記波長可変レーザー光の光路に、前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を設置して前記基板に前記波長可変レーザー光を照射する基板厚測定方法を提供する。

【0020】

このような基板厚測定方法によれば、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することができる。

【0021】

このとき、前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、前記観察窓の屈折率をｎ、前記波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たす傾斜角度θとする基板厚測定方法とすることができる。

【0022】

これにより、観察窓の測定対象物側の面からの反射光によるノイズの原因になる干渉を抑制できるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することができる。

【0023】

このとき、前記可変波長レーザー光として、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものを用いる基板厚測定方法とすることができる。

【0024】

これにより、さらに安定して高精度で基板の厚さを測定することができる。

【0025】

このとき、前記観察窓としてサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものを用いる基板厚測定方法とすることができる。

【0026】

これらの材料は、基板研磨装置で使用するスラリーなどによるダメージが少ない安定した材料であるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することができる。

【0027】

このとき、前記基板として抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ以下のものを用いる基板厚測定方法とすることができる。また、前記基板をＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮのいずれかとする基板厚測定方法とすることができる。

【0028】

本発明に係る基板厚測定方法は、特にこのような抵抗率が低い基板に対して有効である。

【0029】

このとき、上記基板厚測定方法を用いて基板の厚さを測定しながら前記基板を研磨して研磨基板を製造することを特徴とする研磨基板の製造方法とすることができる。

【0030】

このような研磨基板の製造方法によれば、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定しながら基板の研磨が可能となり、研磨する基板の厚さの基板間均一性を高くすることができる。

【発明の効果】

【0031】

以上のように、本発明の基板厚測定装置によれば、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなる。本発明の基板研磨装置によれば、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定しながら基板の研磨が可能なものであり、研磨する基板の厚さの基板間均一性を高くすることができるものとなる。本発明の基板厚測定方法によれば、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能となる。本発明の研磨基板の製造方法によれば、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定しながら基板の研磨が可能となり、研磨する基板の厚さの基板間均一性を高くすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明に係る基板厚測定装置を示す。

【図2】基板厚測定装置のより具体的な構成を示す。

【図3】本発明に係る基板厚測定装置における観察窓近傍を示す。

【図4】本発明に係る観察窓の傾斜とレーザー光の光路の関係を説明する図である。

【図5】本発明に係る基板厚測定装置（観察窓表面の傾き１．６°）を用いたときの測定信号を示す。

【図6】従来例に係る基板厚測定装置（観察窓表面の傾き０°）を用いたときの測定信号を示す。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0034】

上述のように、測定対象の基板の種類によらず、安定して正確に基板の厚さを測定することが可能な基板厚測定装置及び基板厚測定方法が求められていた。

【0035】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定するための基板厚測定装置であって、波長可変レーザー光源と、前記基板へ照射する前記波長可変レーザー光及び前記基板からの反射光が通過する観察窓と、光検出器と、分析部とを備え、前記観察窓の表面は前記波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面である基板厚測定装置により、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなることを見出し、本発明を完成した。

【0036】

本発明者らは、また、定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定する基板厚測定方法であって、前記波長可変レーザー光の光路に、前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を設置して前記基板に前記波長可変レーザー光を照射する基板厚測定方法により、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能となることを見出し、本発明を完成した。

【0037】

以下、図面を参照して説明する。

【0038】

［基板研磨装置］
まず、本発明に係る基板研磨装置について説明する。以下、両面研磨装置を例に基板研磨装置について説明するが、本発明に係る基板研磨装置は両面研磨装置に限定されない。定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで基板の表面を研磨する基板研磨装置であれば、他の形式の研磨装置であってもよい。

【0039】

図１に示すように、基板研磨装置（両面研磨装置）１００は研磨中の基板Ｗの厚さを測定するための本発明に係る基板厚測定装置１０（詳しくは後述）を備えたものである。そして基板研磨装置（両面研磨装置）１００は、基板Ｗを挟持するための、回転駆動する平坦な研磨上面を有する下定盤１２と、下定盤１２に対向して配置され回転駆動する平坦な研磨下面を有する上定盤１１と、基板Ｗを保持する基板保持孔を有するキャリア１３を備えたものとすることができる。また、上定盤１１側には、基板厚測定装置１０により研磨中の基板厚さを測定するための観察窓を設置する孔１４と、研磨スラリー供給口１５等が設けられている。

【0040】

基板の厚さを測定するための観察窓を設置する孔１４を上定盤１１又は下定盤１２に複数設けることによって、厚さの測定の頻度を多くすることができる。特に、バッチ式で複数の基板を同時に研磨する時に好適であり、これによって、測定精度を向上させることができる。また、孔１４は、上定盤１２の周辺に等間隔に設けられたものとすることができる。このように、上定盤に等間隔に複数の孔が設けられたものであれば、測定用の複数の孔の各々からの研磨スラリーの漏れが発生することを抑制することができる。このため、定盤のメンテナンスを容易に行うことができる。また、基板の厚さの測定に支障が生じる可能性を抑制することができる。また、例えば４ウェイ方式の両面研磨装置において、全ての基板の厚さを測定するのに都合がよい。

【0041】

また、研磨中に研磨荷重、上定盤１１の回転速度、下定盤１２の回転速度のうち少なくとも１つ以上を変更する場合、図示するような研磨機制御ユニット１７を両面研磨装置１０に備えつけることによって、上定盤１１や下定盤１２を制御することができる。これによって、研磨荷重、上定盤１１の回転速度、下定盤１２の回転速度のうち少なくとも１つ以上を変更することができる。

【0042】

これによれば、基板Ｗの研磨中に、測定された基板厚さから判明する研磨布、キャリア等の加工治具、材料の劣化などによる研磨条件の変化に適切に対応することができる。したがって、研磨終了後の表面の平坦度が非常に高い基板を、基板間のバラツキを低減させつつ安定して得ることができる。

【0043】

［基板厚測定装置］
基板厚測定装置１０は、波長可変レーザー光源１６ｃと、基板Ｗへ照射する波長可変レーザー光Ｌ及び基板Ｗからの反射光が通過する観察窓２０と、光検出器１６ｂと、検出したレーザー光からウェーハ厚さを計算する分析部１６ｄとを備えている。なお、観察窓は、孔１４（観測穴）からのスラリーや水、水蒸気の上昇を防ぐために必要なものであり、これにより孔１４の封をしている。また、図２のより具体的な構成に示すように、基板厚測定装置１０は、波長可変レーザー光源、観察窓、光検出器、分析部のほか、減衰器、光サーキュレータ、集光系など光学系を含む光学ユニット１６ａを備えることができる。基板厚測定装置１０として、基板に対して光学的に透過する波長の波長可変レーザー光源１６ｃを用い、基板Ｗに入射させたレーザー光の、基板表面で反射した表面からの反射光と、基板裏面で反射した裏面からの反射光が干渉する様子を解析することができる。例えば、数ｎｍから数十μｍオーダーの精度で研磨中の基板の厚さを評価することができる。

【0044】

図３に、本発明に係る基板厚測定装置１０における観察窓近傍を示す。本発明に係る基板厚測定装置１０における観察窓２０の表面は、図３に示すように波長可変レーザー光Ｌの光軸に対して垂直から傾斜した面となっている。このような観察窓２０とすることで、観察窓２０の２つの表面（波長可変レーザー光源１６ｃ側及び基板Ｗ側）からの反射光Ｌ１、Ｌ２によるノイズの原因になる干渉を減らして、ノイズを低減し、ＳＮＲ（ＳＮ比）を上げることが可能になる。

【0045】

観察窓２０を透過した波長可変レーザー光Ｌはスラリーやリンスなど（スラリー等３０）を透過し、基板Ｗの表面及び裏面で反射され、反射された光は波長可変レーザー光Ｌの経路を戻っていく。これらの反射光を光検出器１６ｂで検出し、分析部１６ｄでスペクトル分析する。その結果、本発明に係る基板厚測定装置１０は、弱い信号の中から目的の信号のみを強くできるため、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなる。

【0046】

観察窓の形状は、上面及び下面が傾斜加工された円柱、楕円柱、角柱など特に限定されないが、円柱が好ましい。また、上面及び下面を傾斜加工せずに、円柱等を傾斜させて設置してもよい。観察窓２０を孔１４に設置する手段、方法は特に限定されないが、図３に示すように円筒２１を用いてその内部で観察窓２０を保持して、円筒２１を孔１４に設置することができる。

【0047】

波長可変型のレーザー装置（光源）を用いることによって、研磨する基板の厚さが大きく変化したとしても入射させるレーザー光の波長を変更すれば対応することができ、光源自体を変更する必要がない。このため、設定作業の簡易化やコストの低減を図ることができる。

【0048】

また、波長可変レーザー光Ｌは特に限定されないが、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものとすることができる。このような中心波長が１１００－１４００ｎｍの波長可変レーザー光であれば、測定レーザー光が基板や研磨スラリーに一部吸収されることでの反射レーザー光強度の低下を抑制することができ、高精度に基板の厚さを測定することができる。

【0049】

観察窓２０の表面は波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面であればよく、観察窓２０の表面の波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜させる角度は特に限定されない。傾斜させる角度の下限値は、観察窓の波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、観察窓２０の表面の波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜させる角度をθ（°）、観察窓の屈折率をｎ、波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たすものであることが好ましい。

【0050】

図４を用いて本発明に係る観察窓の傾斜とレーザー光の光路の関係を説明する。なお、観察窓の表面の波長可変レーザー光Ｌの光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）とした場合、観察窓２０の表面の垂直方向に対する波長可変レーザー光の入射角度もθ（°）となる。図示の複雑化を避けるため、図４では観察窓２０の表面の垂直方向に対する波長可変レーザー光の入射角度にθ（°）を付してある。以下、これらを単に「傾斜角度θ」ということもある。

【0051】

図４に示すように、観察窓の波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、観察窓の表面の波長可変レーザー光Ｌの光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、観察窓の屈折率をｎ、波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）、観察窓中でのレーザー光の観察窓の表面に垂直な軸に対する角度（屈折角）をα（°）とすると、観察窓の表面のうち、観察窓の測定対象物側の面で反射した反射光Ｌ２は、Ｘ（ｍｍ）ずれた位置に反射して戻ってくることになる。この場合、
Ｘ＞Ｒ／２
すなわち、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
であれば、観察窓の測定対象物側の面で反射した反射光Ｌ２が光検出器に戻らないため、観察窓の測定対象物側の面からの反射光によるノイズの原因になる干渉を抑制でき、より安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなる。レーザー光のスポット直径としては、レーザー光エネルギーの９５％以上を含む直径とすることが好ましい。
なお、波長可変レーザー光Ｌ自体の観察窓２０透過後の光路のずれ量Ｙ（ｍｍ）は、
Ｙ＝ｄ×ｃｏｓθ×ｓｉｎ（θ－α）／ｃｏｓα
である。

【0052】

観察窓２０の表面の傾斜角度θ（°）の上限は特に限定されず、観察窓や観察窓を設置する孔のサイズ等に応じて設定できるが、傾斜角度θ（°）を大きくしていくと、観察窓の測定対象物側の面で反射した反射光Ｌ２が観察窓の保持手段（円筒２１）の壁面にあたるようになり、ノイズが発生する恐れがある。したがって、観察窓での反射光Ｌ２が観察窓の保持手段（円筒２１）の壁面にあたらない程度の傾斜角度を上限とすることが好ましく、観察窓の大きさ等を勘案して設定することができる。

【0053】

具体的には、図４を用いて説明すると、観察窓が円柱形の場合、直径をφとしたとき、
ｄ×ｃｏｓθ×ｓｉｎ（θ－α）／ｃｏｓα ＋ Ｒ／２ ＜ φ／２
を満たすものとすることができる。なお、観察窓が非円柱形の場合は、上記直径φに代えて、観察窓表面の大きさの最小値（表面が楕円形であれば短径、四角形であれば最少辺の長さ）を採用すればよい。このような関係を満たす範囲から選択することができ、観察窓がθ≦１０°程度で安定な測定が期待できる。

【0054】

観察窓２０の材料は特に限定されないが、サファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものとすることが好ましい。これらの材料は、基板研磨装置で使用するスラリーなどによるダメージが少ない安定した材料であるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能な基板厚測定装置となる

【0055】

以上説明した本発明に係る基板厚測定装置が設置された基板研磨装置は、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定しながら基板の研磨が可能なものであり、研磨する基板の厚さの基板間均一性を高くすることができる基板研磨装置である。

【0056】

次に、本発明に係る基板厚測定方法と研磨基板の製造方法について、以下説明する。

【0057】

［基板厚測定方法］
本発明に係る基板厚測定方法は、定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の基板に波長可変レーザー光を照射して基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて基板の厚さを測定する基板厚測定方法である。そして、波長可変レーザー光の光路に、波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を設置して基板に波長可変レーザー光を照射することで基板厚の測定を行う。具体的には、図１、３用いて説明したような本発明に係る基板厚測定装置１０を用いて、基板厚の測定を基板の種類によらず安定して精度高く行うことができる。

【0058】

波長可変レーザー光Ｌの光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓２０を設置して基板Ｗに波長可変レーザー光Ｌを照射すると、観察窓２０での波長可変レーザー光源１６ｃ側からの反射光Ｌ１や及び基板Ｗ側からの反射光Ｌ２が、波長可変レーザー光Ｌの経路に戻らなくなるため、ノイズの原因になる干渉を減らすことが可能となる。観察窓２０を透過した波長可変レーザー光Ｌはスラリー等３０を透過し、基板Ｗの表面及び裏面で反射され、波長可変レーザー光Ｌの経路を戻っていく。これらの光を分析することで、測定対象の基板Ｗの種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能となる。

【0059】

観察窓の波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、前記観察窓の屈折率をｎ、前記波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たす傾斜角度θとなるように観察窓を設置することがより好ましい。観察窓の測定対象物側の面からの反射光Ｌ２によるノイズの原因になる干渉を抑制できるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することができる。なお、レーザー光のスポット直径としては、レーザー光エネルギーの９５％以上を含む直径とすることが好ましい。

【0060】

可変波長レーザー光Ｌとしては、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものを用いると、さらに安定して高精度で基板の厚さを測定することができるため好ましい。

【0061】

観察窓としては、サファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものを用いることが好ましい。これらの材料は、基板研磨装置で使用するスラリーなどによるダメージが少ない安定した材料であるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することができる。

【0062】

測定対象（研磨対象）の基板として、抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ以下のものを用いることができる。本発明に係る基板厚測定方法は、特にレーザー光の吸収率が高い低抵抗率の基板の場合に、安定して精度高く厚さを測定することが可能である。但し、レーザー光の吸収率が高くない高抵抗率の基板に対しても、より精度高い測定ができることはいうまでもない。また、測定対象（研磨対象）の基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮのいずれかとすることができる。本発明に係る基板厚測定方法は、このような基板に対して特に有効である。

【0063】

［研磨基板の製造方法］
本発明に係る基板厚測定方法を用いて基板の厚さを測定しながら、基板を研磨して研磨基板を製造することができる。

【0064】

例えば、まず、キャリア１３の基板保持孔に研磨を行う基板Ｗをセットする。このとき基板Ｗは複数枚セットすることができる。そして上定盤１１の研磨下面と、下定盤１２の研磨上面と、キャリア１３によって基板Ｗを挟持して、研磨スラリー供給口１５から研磨スラリーを供給し、上定盤１１及び下定盤１２を水平面内で回転させながら、研磨を開始する。

【0065】

この際、基板厚測定装置１０によって、上定盤１１又は下定盤１２に設けられた孔１４に設置した観察窓２０を通して基板Ｗの厚さを測定しながら研磨を行う。

【0066】

このように基板の研磨を行うことで、研磨を中断せずに基板の研磨面の状態を知ることができ、例えば研磨中の基板厚さを随時知ることができるため、基板の目標厚さに達したかどうかを研磨しながら判断することができる。このため、目標厚さに到達したかどうかを、研磨を中断することなく判定することができ、研磨に掛かる時間を短くすることができる。また、研磨時間を固定せずとも、基板を目標厚さにすることができるため、研磨の過不足が発生することはなく、平坦度が悪化することを抑制することができる。

【0067】

そして本発明の研磨基板の製造方法では、特に、測定対象の基板の種類によらず、安定して高精度で基板の厚さを測定しながら基板の研磨が可能となり、研磨する基板の厚さの基板間均一性を高くすることが可能となる。

【実施例】

【0068】

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

【0069】

（実施例）
図１に示す研磨装置を用い、図３に示すように観察窓の表面を波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から１．６°傾斜させて（傾斜角度１．６°）上定盤の孔に設置した。シリコンウェーハ（直径３００ｍｍ、抵抗率８．４５ｍΩ・ｃｍ）を、厚さの測定を行いながら両面研磨し、厚さ測定時の信号を取得した。可変波長レーザーの中心波長は１３０５ｎｍ、可変波長範囲は６０ｎｍである。この実施例においては、レーザー光のスポット直径Ｒとして、条件、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たしているが、さらに抵抗率の低い、５ｍΩ・ｃｍ以下の基板に対しては、レーザー光のスポット直径Ｒとして、レーザーエネルギーが９７．５％以上を含む直径とすることが好ましい。

【0070】

（比較例）
観察窓の表面を波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜させず（傾斜角度０°）に上定盤の孔に設置したこと以外は、実施例と同様にして厚さ測定時の信号を取得した。

【0071】

図５に実施例、図６に比較例で取得した信号を示す。図５、６ともに、ウェーハ厚７００～８００μｍの領域が、研磨を行ったシリコンウェーハの厚さに対応する領域である。実施例ではノイズを抑制できたため、図５に示すようにシリコンウェーハの厚さに対応する部分にピークが現れた。一方、比較例では図６に示すように、ノイズに隠れシリコンウェーハの厚さに対応する部分のピークを観察できなかった。実施例によればノイズを低減（ＳＮＲを向上）させ、基板厚さを精度高く測定することができた。

【0072】

本明細書は、以下の態様を包含する。
［１］：定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定するための基板厚測定装置であって、
波長可変レーザー光源と、前記基板へ照射する前記波長可変レーザー光及び前記基板からの反射光が通過する観察窓と、光検出器と、分析部とを備え、
前記観察窓の表面は前記波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面であることを特徴とする基板厚測定装置。
［２］：前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、前記観察窓の屈折率をｎ、前記波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たすものである上記［１］の基板厚測定装置。
［３］：前記波長可変レーザー光は、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものである上記［１］又は上記［２］の基板厚測定装置。
［４］：前記観察窓はサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものである上記［１］、上記［２］又は上記［３］の基板厚測定装置。
［５］：上記［１］、上記［２］、上記［３］又は上記［４］の基板厚測定装置が設置されたものである基板研磨装置。
［６］：定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定する基板厚測定方法であって、前記波長可変レーザー光の光路に、前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を設置して前記基板に前記波長可変レーザー光を照射する基板厚測定方法。
［７］：前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをｄ（ｍｍ）、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ（°）、前記観察窓の屈折率をｎ、前記波長可変レーザー光のスポット直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
ｄ×（ｃｏｓθ）^２×ｓｉｎθ／ｎ＞Ｒ／２
を満たす傾斜角度θとする上記［６］の基板厚測定方法。
［８］：前記可変波長レーザー光として、中心波長が１１００－１４００ｎｍ、可変波長幅が５０ｎｍ以上のものを用いる上記［６］又は上記［７］の基板厚測定方法。
［９］：前記観察窓としてサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものを用いる上記［６］、上記［７］又は上記［８］の基板厚測定方法。
［１０］：前記基板として抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ以下のものを用いる上記［６］、上記［７］、上記［８］又は上記［９］の基板厚測定方法。
［１１］：前記基板をＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮのいずれかとする上記［６］、上記［７］、上記［８］、上記［９］又は上記［１０］の基板厚測定方法。
［１２］：上記［６］、上記［７］、上記［８］、上記［９］、上記［１０］又は上記［１１］の基板厚測定方法を用いて基板の厚さを測定しながら前記基板を研磨して研磨基板を製造する研磨基板の製造方法。

【0073】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0074】

１０…基板厚測定装置、 １１…上定盤、 １２…下定盤、 １３…キャリア、
１４…孔、 １５…研磨スラリー供給口、 １６ａ…光学ユニット、
１６ｂ…光検出器、 １６ｃ…波長可変レーザー光源、 １６ｄ…分析部、
１７…研磨機制御ユニット、 ２０…観察窓、 ２１…円筒、 ３０…スラリー等、
１００…基板研磨装置（両面研磨装置）。
Ｌ…波長可変レーザー光、 Ｌ１、Ｌ２…観察窓での反射光、 Ｗ…基板。

【要約】

【課題】
測定対象の基板の種類によらず、安定して正確に基板の厚さを測定することが可能な基板厚測定装置及び基板厚測定方法を提供する。
【解決手段】
定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定するための基板厚測定装置であって、波長可変レーザー光源と、前記基板へ照射する前記波長可変レーザー光及び前記基板からの反射光が通過する観察窓と、光検出器と、分析部とを備え、前記観察窓の表面は前記波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面である基板厚測定装置。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】