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(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】
(24)【登録日】2024-11-25
(45)【発行日】2024-12-03
(54)【発明の名称】ワークの両面研磨装置および両面研磨方法
(51)【国際特許分類】
B24B 37/013 20120101AFI20241126BHJP
B24B 37/08 20120101ALI20241126BHJP
B24B 49/04 20060101ALI20241126BHJP
B24B 49/12 20060101ALI20241126BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20241126BHJP
【ＦＩ】
B24B37/013
B24B37/08
B24B49/04 Z
B24B49/12
H01L21/304 621A
H01L21/304 622S
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2023525410
(86)(22)【出願日】2022-03-08
(86)【国際出願番号】 JP2022010113
(87)【国際公開番号】W WO2022254856
(87)【国際公開日】2022-12-08
【審査請求日】2023-08-23
(31)【優先権主張番号】P 2021094673
(32)【優先日】2021-06-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165696
【弁理士】
【氏名又は名称】川原 敬祐
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 裕司
(72)【発明者】
【氏名】高梨 啓一
(72)【発明者】
【氏名】東 真吾
【審査官】中田 善邦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０１５１２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１８９７５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３７／０１３
Ｂ２４Ｂ ３７／０８
Ｂ２４Ｂ ４９／０４
Ｂ２４Ｂ ４９／１２
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上定盤および下定盤を有する回転定盤と、該回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上のウェーハ保持孔が設けられたキャリアプレートとを備えるワークの両面研磨装置であって、前記上定盤または前記下定盤は、該上定盤または下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の監視穴を有し、
前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚みを前記１つ以上の監視穴からリアルタイムに計測可能な、１つ以上のワーク厚み計測器を備えるワークの両面研磨装置において、
前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングを決定する演算部であって、該演算部は、
前記ワーク厚み計測器によって計測されたワークの厚みデータをワーク毎に分類する第１工程と、
ワーク毎に、
ワークの厚みデータからワークの形状成分を抽出する第２工程と、
抽出したワークの形状成分の各々について、測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する第３工程と、
特定されたワーク上のワーク径方向の位置および前記ワークの形状成分から、ワークの形状分布を算出する第４工程と、
算出したワークの形状分布からワーク全体の形状指標を求める第５工程と、
求めたワーク毎のワーク全体の形状指標が、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク全体の形状指標の目標値と前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク外周部の形状指標の実績値の、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたワーク全体の形状指標の設定値となるタイミングを、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとして決定する第６工程と、
を行い、決定された前記ワークの両面研磨を終了するタイミングに両面研磨を終了させる、演算部を備えることを特徴とするワークの両面研磨装置。
【請求項2】
前記ワーク全体の形状指標の設定値Ｙは、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク全体の形状指標の目標値をＡ、前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク全体の形状指標の実績値をＢ、前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の設定値をＣ、定数をＤ、前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づく前記目標値Ａへの補正量をＥ、調整感度定数をａ（０＜ａ≦１）として、下記の式（１）で表される、請求項１に記載のワークの両面研磨装置。ただし、式（１）における補正量Ｅは、前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク外周部の形状指標の実績値をＦ、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク外周部の形状指標の目標範囲の下限値をＧ、上限値をＨ、定数をＩ、調整感度定数をｂ（０＜ｂ≦１）として、下記の式（２）で表される。【数1】
【数2】
【請求項3】
前記第３工程において、前記サンギアの中心と前記監視穴の中心との間の距離、前記キャリアプレートの自転角度および前記キャリアプレートの公転角度を実測して前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定するか、あるいは前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数の様々な条件について前記ワークの厚みを計測することが可能な区間をシミュレーションにより算出し、算出した計測可能区間と、実際に計測が可能だった区間とが最も一致する前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数を特定して、前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する、請求項１または２に記載のワークの両面研磨装置。
【請求項4】
前記第６工程は、前記ワーク全体の形状指標と研磨時間との関係を直線で近似し、近似した直線から前記ワーク全体の形状指標が前記設定値となる研磨時間を前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとする、請求項１～３のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【請求項5】
前記第５工程において、前記ワークの形状成分と前記ワーク上のワーク径方向の位置との関係を偶関数で近似し、前記ワーク全体の形状指標は、近似した偶関数の最大値および最小値に基づいて決定される、請求項１～４のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【請求項6】
前記第１工程において、前記ワークの厚みデータが連続して測定された時間間隔に基づいて、前記厚みデータをワーク毎に分類する、請求項１～５のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【請求項7】
前記第２工程において、前記ワークの厚みデータと研磨時間との関係を２次関数で近似し、前記ワークの厚みデータと近似した２次関数との差を前記ワークの形状成分とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【請求項8】
ワークを保持する１つ以上のウェーハ保持孔が設けられたキャリアプレートにワークを保持し、該ワークを上定盤および下定盤からなる回転定盤で挟み込み、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアの回転と、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアの回転とにより、前記キャリアプレートの自転および公転を制御し、これにより、前記回転定盤と前記キャリアプレートとを相対回転させて前記ワークの両面を同時に研磨するワークの両面研磨方法において、前記上定盤または前記下定盤は、該上定盤または該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の監視穴を有し、
前記ワークの両面研磨方法は、前記ワークの両面研磨中に、
前記ワークの両面研磨中に前記ワークの厚みを前記１つ以上の監視穴からリアルタイムに計測可能な１つ以上のワーク厚み計測器によって計測されたワークの厚みデータをワーク毎に分類する第１工程と、
ワーク毎に、
ワークの厚みデータからワークの形状成分を抽出する第２工程と、
抽出したワークの形状成分の各々について、測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する第３工程と、
特定されたワーク上のワーク径方向の位置および前記ワークの形状成分から、ワーク全体の形状分布を算出する第４工程と、
算出したワークの形状分布からワークの形状指標を求める第５工程と、
求めたワーク毎のワーク全体の形状指標が、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク全体の形状指標の目標値と前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク外周部の形状指標の実績値の、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたワーク全体の形状指標の設定値となるタイミングを、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとして決定する第６工程と、
を備え、決定された前記ワークの両面研磨を終了するタイミングに両面研磨を終了することを特徴とするワークの両面研磨方法。
【請求項9】
前記ワーク全体の形状指標の設定値Ｙは、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク全体の形状指標の目標値をＡ、前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク全体の形状指標の実績値をＢ、前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の設定値をＣ、定数をＤ、前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づく前記目標値Ａへの補正量をＥ、調整感度定数をａ（０＜ａ≦１）として、下記の式（１）で表される、請求項８に記載のワークの両面研磨方法。ただし、式（１）における補正量Ｅは、前回のバッチの両面研磨後に別途求めたワーク外周部の形状指標の実績値をＦ、今回のバッチの両面研磨後に別途求めるワーク外周部の形状指標の目標範囲の下限値をＧ、上限値をＨ、定数をＩ、調整感度定数をｂ（０＜ｂ≦１）として、下記の式（２）で表される。【数3】
【数4】
【請求項10】
前記第３工程において、前記サンギアの中心と前記監視穴の中心との間の距離、前記キャリアプレートの自転角度および前記キャリアプレートの公転角度を実測して前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定するか、あるいは前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数の様々な条件について前記ワークの厚みを計測することが可能な区間をシミュレーションにより算出し、算出した計測可能区間と、実際に計測が可能だった区間とが最も一致する前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数を特定して、前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する、請求項８または９に記載のワークの両面研磨方法。
【請求項11】
前記第６工程は、前記ワーク全体の形状指標と研磨時間との関係を直線で近似し、近似した直線から前記ワーク全体の形状指標が前記設定値となる研磨時間を前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとする、請求項８～１０のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【請求項12】
前記第５工程において、前記ワークの形状成分と前記ワーク上のワーク径方向の位置との関係を偶関数で近似し、前記ワーク全体の形状指標は、近似した偶関数の最大値および最小値に基づいて決定される、請求項８～１１のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【請求項13】
前記第１工程において、前記ワークの厚みデータが連続して測定された時間間隔に基づいて、前記厚みデータをワーク毎に分類する、請求項８～１２のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【請求項14】
前記第２工程において、前記ワークの厚みデータと研磨時間との関係を２次関数で近似し、前記ワークの厚みデータと近似した２次関数との差を前記ワークの形状成分とする、請求項８～１３のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワークの両面研磨装置および両面研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
研磨に供するワークの典型例であるシリコンウェーハなどの半導体ウェーハの製造において、より高精度なウェーハの平坦度品質や表面粗さ品質を得るために、ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面研磨工程が一般的に採用されている。
【0003】
特に近年、半導体素子の微細化と、半導体ウェーハの大口径化により、露光時における半導体ウェーハの平坦度に対する要求が厳しくなってきているという背景から、適切なタイミングで研磨を終了させる手法が強く希求されている。
【0004】
一般的な両面研磨においては、研磨初期では、ウェーハの全面形状は、上に凸の形状であり、ウェーハ外周でも大きなダレ形状が見られる。このとき、ウェーハの厚みはキャリアプレートの厚みより十分に厚い。次に、研磨が進むと、ウェーハの全面形状は、平坦に近づくものの、ウェーハ外周ではダレ形状が残っている。このとき、ウェーハの厚みは、キャリアプレートの厚みより少し厚い状態である。さらに研磨が進むと、ウェーハの全面形状は、ほぼ平坦な形状となり、ウェーハ外周のダレ量が小さくなる。このとき、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みは、ほぼ等しい。その後、研磨を進めると、ウェーハの形状が段々と中心部が凹んだ形状となり、ウェーハの外周が切上がり形状（すなわち、ウェーハ径方向外側に向かって厚みが増加する形状）となる。その際、ウェーハの厚みは、キャリアプレートの厚みより薄い状態となる。
【0005】
以上のことから、全面および外周の平坦度の高いウェーハを得るために、ウェーハの厚みがキャリアプレートの厚みにほぼ等しくなるまでウェーハの研磨を行うのが一般的であり、作業者が研磨時間を調整することにより、研磨量を制御していた。
【0006】
ところが、作業者による研磨時間の調整では、研磨副資材を交換するタイミングや、装置を停止するタイミングのずれなど、研磨環境による影響を大きく受けてしまい、研磨量を必ずしも正確に制御できず、結局作業者の経験に頼るところが大きかった。
【0007】
これに対し、例えば、特許文献１では、上定盤の上方（または下定盤の下方）の監視穴（貫通孔）から研磨中のウェーハの厚みをリアルタイムで計測し、当該計測結果に基づいて研磨の終了タイミングを判定することのできるウェーハの両面研磨装置が提案されている。
【0008】
特許文献１に記載された両面研磨装置では、両面研磨を終了するタイミングを計測したウェーハの厚みに基づいて行っているため、予め設定された厚みにおいて研磨を終了することはできる。しかし、研磨後のウェーハの形状が、目標としている形状と一致しない問題があった。
【0009】
そこで、本出願人は、特許文献２において、両面研磨中のウェーハの厚みをリアルタイムで計測し、計測したウェーハの厚みからウェーハ全体の形状指標を求め、両面研磨中に、ウェーハ全体の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができる両面研磨装置を提案した。
【0010】
また、本出願人は、特許文献３において、特許文献２に記載された発明をさらに改良し、ワークの両面研磨装置における研磨パッド、キャリアプレート、スラリー等の副資材のライフ変動を考慮して、ウェーハの両面研磨のバッチ処理を繰り返し行った場合にも、ウェーハ全体の形状が目標とする形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができる両面研磨装置および両面研磨方法を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】特開２０１０－０３００１９号公報
【文献】特開２０１９－１１８９７５号公報
【文献】特開２０２０－１５１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
近年、半導体デバイスの微細化・高集積化が益々進行し、デバイス形成領域はウェーハ径方向外側に年々拡大している。そのため、ウェーハ外周部に対しても高い平坦性が要求されるようになっており、ウェーハ全体の形状のみならず、ウェーハ外周部の形状についても目標とする形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができる両面研磨装置へのニーズが高まっている。この点、特許文献３に記載された両面研磨装置においては、両面研磨を終了するタイミングを決定する際に、ウェーハ外周部の形状については考慮させておらず、この点において改良の余地が残されていた。
【0013】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、両面研磨中に、ワーク全体およびワーク外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができるワークの両面研磨装置および両面研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］上定盤および下定盤を有する回転定盤と、該回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上のウェーハ保持孔が設けられたキャリアプレートとを備えるワークの両面研磨装置であって、
前記上定盤または前記下定盤は、該上定盤または下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の監視穴を有し、
前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚みを前記１つ以上の監視穴からリアルタイムに計測可能な、１つ以上のワーク厚み計測器を備えるワークの両面研磨装置において、
前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングを決定する演算部であって、該演算部は、
前記ワーク厚み計測器によって計測されたワークの厚みデータをワーク毎に分類する第１工程と、
ワーク毎に、
ワークの厚みデータからワークの形状成分を抽出する第２工程と、
抽出したワークの形状成分の各々について、測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する第３工程と、
特定されたワーク上のワーク径方向の位置および前記ワークの形状成分から、ワークの形状分布を算出する第４工程と、
算出したワークの形状分布からワーク全体の形状指標を求める第５工程と、
求めたワーク毎のワーク全体の形状指標が、今回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたワーク全体の形状指標の設定値となるタイミングを、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとして決定する第６工程と、
を行い、決定された前記ワークの両面研磨を終了するタイミングに両面研磨を終了させる、演算部を備えることを特徴とするワークの両面研磨装置。
［１］上定盤および下定盤を有する回転定盤と、該回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上のウェーハ保持孔が設けられたキャリアプレートとを備えるワークの両面研磨装置であって、
前記上定盤または前記下定盤は、該上定盤または下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の監視穴を有し、
前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚みを前記１つ以上の監視穴からリアルタイムに計測可能な、１つ以上のワーク厚み計測器を備えるワークの両面研磨装置において、
前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングを決定する演算部であって、該演算部は、
前記ワーク厚み計測器によって計測されたワークの厚みデータをワーク毎に分類する第１工程と、
ワーク毎に、
ワークの厚みデータからワークの形状成分を抽出する第２工程と、
抽出したワークの形状成分の各々について、測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する第３工程と、
特定されたワーク上のワーク径方向の位置および前記ワークの形状成分から、ワークの形状分布を算出する第４工程と、
算出したワークの形状分布からワーク全体の形状指標を求める第５工程と、
求めたワーク毎のワーク全体の形状指標が、今回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたワーク全体の形状指標の設定値となるタイミングを、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとして決定する第６工程と、
を行い、決定された前記ワークの両面研磨を終了するタイミングに両面研磨を終了させる、演算部を備えることを特徴とするワークの両面研磨装置。
【0015】
［２］前記ワーク全体の形状指標の設定値Ｙは、今回のバッチにおける目標値をＡ、前回のバッチにおける実績値をＢ、前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の設定値をＣ、定数をＤ、前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づく前記目標値Ａへの補正量をＥ、調整感度定数をａ（０＜ａ≦１）として、下記の式（１）で表される、前記［１］に記載のワークの両面研磨装置。ただし、式（１）における補正量Ｅは、前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値をＦ、今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲の下限値をＧ、上限値をＨ、定数をＩ、調整感度定数をｂ（０＜ｂ≦１）として、下記の式（２）で表される。
【数1】
【数2】
【0016】
［３］前記第３工程において、前記サンギアの中心と前記監視穴の中心との間の距離、前記キャリアプレートの自転角度および前記キャリアプレートの公転角度を実測して前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定するか、あるいは前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数の様々な条件について前記ワークの厚みを計測することが可能な区間をシミュレーションにより算出し、算出した計測可能区間と、実際に計測が可能だった区間とが最も一致する前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数を特定して、前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する、前記［１］または［２］に記載のワークの両面研磨装置。
【0017】
［４］前記第６工程は、前記ワーク全体の形状指標と研磨時間との関係を直線で近似し、近似した直線から前記ワーク全体の形状指標が前記設定値となる研磨時間を前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとする、前記［１］～［３］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【0018】
［５］前記第５工程において、前記ワークの形状成分と前記ワーク上のワーク径方向の位置との関係を偶関数で近似し、前記ワーク全体の形状指標は、近似した偶関数の最大値および最小値に基づいて決定される、前記［１］～［４］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【0019】
［６］前記第１工程において、前記ワークの厚みデータが連続して測定された時間間隔に基づいて、前記厚みデータをワーク毎に分類する、前記［１］～［５］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【0020】
［７］前記第２工程において、前記ワークの厚みデータと研磨時間との関係を２次関数で近似し、前記ワークの厚みデータと近似した２次関数との差を前記ワークの形状成分とする、前記［１］～［６］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
【0021】
［８］ワークを保持する１つ以上のウェーハ保持孔が設けられたキャリアプレートにワークを保持し、該ワークを上定盤および下定盤からなる回転定盤で挟み込み、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアの回転と、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアの回転とにより、前記キャリアプレートの自転および公転を制御し、これにより、前記回転定盤と前記キャリアプレートとを相対回転させて前記ワークの両面を同時に研磨するワークの両面研磨方法において、
前記上定盤または前記下定盤は、該上定盤または該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の監視穴を有し、
前記ワークの両面研磨方法は、前記ワークの両面研磨中に、
前記ワーク厚み計測器によって計測されたワークの厚みデータをワーク毎に分類する第１工程と、
ワーク毎に、
ワークの厚みデータからワークの形状成分を抽出する第２工程と、
抽出したワークの形状成分の各々について、測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する第３工程と、
特定されたワーク上のワーク径方向の位置および前記ワークの形状成分から、ワークの形状分布を算出する第４工程と、
算出したワークの形状分布からワーク全体の形状指標を求める第５工程と、
求めたワーク毎のワーク全体の形状指標が、今回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたワーク全体の形状指標の設定値となるタイミングを、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとして決定する第６工程と、
を備え、決定された前記ワークの両面研磨を終了するタイミングに両面研磨を終了することを特徴とするワークの両面研磨方法。
前記上定盤または前記下定盤は、該上定盤または該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の監視穴を有し、
前記ワークの両面研磨方法は、前記ワークの両面研磨中に、
前記ワーク厚み計測器によって計測されたワークの厚みデータをワーク毎に分類する第１工程と、
ワーク毎に、
ワークの厚みデータからワークの形状成分を抽出する第２工程と、
抽出したワークの形状成分の各々について、測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する第３工程と、
特定されたワーク上のワーク径方向の位置および前記ワークの形状成分から、ワークの形状分布を算出する第４工程と、
算出したワークの形状分布からワーク全体の形状指標を求める第５工程と、
求めたワーク毎のワーク全体の形状指標が、今回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたワーク全体の形状指標の設定値となるタイミングを、前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとして決定する第６工程と、
を備え、決定された前記ワークの両面研磨を終了するタイミングに両面研磨を終了することを特徴とするワークの両面研磨方法。
【0022】
［９］前記ワーク全体の形状指標の設定値Ｙは、今回のバッチにおける目標値をＡ、前回のバッチにおける実績値をＢ、前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の設定値をＣ、定数をＤ、前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づく前記目標値Ａへの補正量をＥ、調整感度定数をａ（０＜ａ≦１）として、下記の式（３）で表される、前記［８］に記載のワークの両面研磨方法。ただし、式（３）における補正量Ｅは、前回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の実績値をＦ、今回のバッチにおける前記ワーク外周部の形状指標の目標範囲の下限値をＧ、上限値をＨ、定数をＩ、調整感度定数をｂ（０＜ｂ≦１）として、下記の式（４）で表される。
【数3】
【数4】
【0023】
［１０］前記第３工程において、前記サンギアの中心と前記監視穴の中心との間の距離、前記キャリアプレートの自転角度および前記キャリアプレートの公転角度を実測して前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定するか、あるいは前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数の様々な条件について前記ワークの厚みを計測することが可能な区間をシミュレーションにより算出し、算出した計測可能区間と、実際に計測が可能だった区間とが最も一致する前記上定盤の回転数、前記キャリアプレートの公転数および前記キャリアプレートの自転数を特定して、前記形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する、前記［８］または［９］に記載のワークの両面研磨方法。
【0024】
［１１］前記第６工程は、前記ワーク全体の形状指標と研磨時間との関係を直線で近似し、近似した直線から前記ワーク全体の形状指標が前記設定値となる研磨時間を前記ワークの両面研磨を終了するタイミングとする、前記［８］～［１０］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【0025】
［１２］前記第５工程において、前記ワークの形状成分と前記ワーク上のワーク径方向の位置との関係を偶関数で近似し、前記ワーク全体の形状指標は、近似した偶関数の最大値および最小値に基づいて決定される、前記［８］～［１１］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【0026】
［１３］前記第１工程において、前記ワークの厚みデータが連続して測定された時間間隔に基づいて、前記厚みデータをワーク毎に分類する、前記［８］～［１２］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【0027】
［１４］前記第２工程において、前記ワークの厚みデータと研磨時間との関係を２次関数で近似し、前記ワークの厚みデータと近似した２次関数との差を前記ワークの形状成分とする、前記［８］～［１３］のいずれか一項に記載のワークの両面研磨方法。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、両面研磨中に、ワーク全体およびワーク外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の上面図である。
【図3】異常値が除去されたウェーハの厚みデータの一例を示す図である。
【図7】ウェーハの厚みが計測されたある時点でのキャリアプレートおよびウェーハの位置関係の一例を示す図である。
【図9】ＧＢＩＲとＥＳＦＱＤとの相関を示す模式図である。
【図10】ウェーハ全体の形状指標の平均値と研磨時間との関係を示す図である。
【図11】直線で近似したウェーハ全体の形状指標を示す図である。
【図12】本発明によるワークの両面研磨方法のフローチャートである。
【図13】両面研磨後のシリコンウェーハのＧＢＩＲおよびＥＳＦＱＤを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
（ワークの両面研磨装置）
以下、本発明のワークの両面研磨装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の上面図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。図１、図２に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２およびそれに対向する下定盤３を有する回転定盤４と、回転定盤４の回転中心部に設けられたサンギア５と、回転定盤４の外周部に円環状に設けられたインターナルギア６とを備えている。図２に示すように、上下の回転定盤４の対向面、すなわち、上定盤２の研磨面である下面側及び下定盤３の研磨面である上面側には、それぞれ研磨パッド７が貼布されている。
以下、本発明のワークの両面研磨装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の上面図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。図１、図２に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２およびそれに対向する下定盤３を有する回転定盤４と、回転定盤４の回転中心部に設けられたサンギア５と、回転定盤４の外周部に円環状に設けられたインターナルギア６とを備えている。図２に示すように、上下の回転定盤４の対向面、すなわち、上定盤２の研磨面である下面側及び下定盤３の研磨面である上面側には、それぞれ研磨パッド７が貼布されている。
【0031】
また、図１、図２に示すように、この装置１は、上定盤２と下定盤３との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上（図示例では１つの）のワーク保持孔８を有する複数のキャリアプレート９を備えている。なお、図１では、複数のキャリアプレート９のうちの１つのみが示されている。また、ワーク保持孔８の数は１つ以上であればよく、例えば３つとすることもできる。図示例では、ワーク保持孔８にワーク（本実施形態ではウェーハＷ）が保持されている。
【0032】
ここで、この装置１は、サンギア５とインターナルギア６とを回転させることにより、キャリアプレート９に、公転運動および自転運動の遊星運動をさせることができる、遊星歯車方式の両面研磨装置である。すなわち、研磨スラリーを供給しながら、キャリアプレート９を遊星運動させ、同時に上定盤２および下定盤３をキャリアプレート９に対して相対的に回転させる。これにより、上下の回転定盤４に貼布した研磨パッド７とキャリアプレート９のワーク保持孔８に保持したウェーハＷの両面とを摺動させてウェーハＷの両面を同時に研磨することができる。
【0033】
さらに、図１、図２に示すように、本実施形態の装置１では、上定盤２は、該上定盤２の上面から研磨面である下面まで貫通した１つ以上の監視穴１０が設けられている。図示例では、監視穴１０は、ウェーハＷの中心付近を通過する位置に１つ配置されている。なお、この例では、監視穴１０は、上定盤２に設けているが、下定盤３に設けてもよく、上定盤２および下定盤３のいずれかに監視穴１０を１つ以上設ければよい。また、図１、図２に示す例では、監視穴１０を１つ設けているが、上定盤２の周上（図１における二点鎖線上）に複数配置してもよい。ここで、図２に示すように、監視穴１０は上定盤２の上面から研磨パッド７の下面まで貫通している。
【0034】
また、図２に示すように、この装置１は、ウェーハＷの両面研磨中に、ウェーハＷの厚みを１つ以上の（図示例では１つの）監視穴１０からリアルタイムで計測可能な、１つ以上の（図示例で１つの）ワーク厚み計測器１１を、図示例で上定盤２の上方に備えている。この例では、ワーク厚み計測器１１は、波長可変型の赤外線レーザ装置である。例えば、このワーク厚み計測器１１は、ウェーハＷにレーザ光を照射する光学ユニットと、ウェーハＷから反射されたレーザ光を検出する検出ユニットと、検出したレーザ光からウェーハＷの厚みを計算する演算ユニットを備えることができる。このようなワーク厚み計測器１１によれば、ウェーハＷに入射させたレーザ光の、ウェーハＷの表側の表面で反射した反射光と、ウェーハＷの裏面で反射した反射光との光路長の差からウェーハＷの厚みを計算することができる。なお、ワーク厚み計測器１１は、ウェーハＷの厚みをリアルタイムで計測することができるものであればよく、上記のような赤外線レーザを用いたものには特に限定されない。なお、ワーク厚み計測器１１は、監視穴１０を有する上定盤２（監視穴１０が下定盤３に設けられている場合には、下定盤３）には固定されておらず、上定盤２（監視穴１０が下定盤３に設けられている場合には、下定盤３）と一体になって回転しない。
【0035】
さらに、図２に示すように、本実施形態の両面研磨装置１は制御部１２を備えている。図２に示すように、この例では、制御部１２は、上下定盤２、３、サンギア５、インターナルギア６およびワーク厚み計測器１１に接続されている。
【0036】
そして、本実施形態の両面研磨装置１は、ウェーハＷの両面研磨中に、ウェーハＷの両面研磨を終了するタイミングを決定する演算部１３を備えている。演算部１３は、制御部１２に接続されている。この演算部１３は、ワーク厚み計測器１１によって測定されたワーク厚みデータを取得し、ウェーハＷの両面研磨を終了するタイミングを決定する。以下、赤外線レーザで構成されたワーク厚み計測器１１が１台、上定盤２に設けられた監視穴１０の数が上定盤２の周方向に等間隔に５個設けられており、キャリアプレート９の数が５枚、各キャリアプレート９にワークとしてのウェーハＷが１枚保持されている場合を例に、演算部１３の処理について説明する。
【0037】
まず、演算部１３は、ワーク厚み計測器１１によって計測されたウェーハＷの厚みデータを、ウェーハＷ毎に分類する（第１工程）。ワーク厚み計測器１１によるウェーハＷの厚み計測は、ワーク厚み計測器１１から照射されたレーザ光が上定盤２の監視穴１０を通過してウェーハＷの表面に照射される場合に、正しく計測される。
【0038】
これに対して、レーザ光が監視穴１０を通過せず、上定盤２の上面に照射された場合や、レーザ光が監視穴１０を通過するものの、ウェーハＷの表面ではなく、キャリアプレート９の表面に照射される場合には、ウェーハＷの厚みは取得されない。以下、ワーク厚み計測器１１によって、ウェーハＷの厚みが計測される時間的に連続な区間を「計測可能区間」、ウェーハＷの厚みが正しく計測されなかった区間を「計測不可能区間」と呼ぶ。
【0039】
上記計測可能区間において計測されたデータであっても、計測されたデータのばらつきが大きく、ウェーハＷの形状を正しく評価することができない場合がある。そのような場合には、計測可能区間において計測されたデータを監視穴１０毎に平均化することにより、ウェーハＷの形状を評価することができる。
【0040】
具体的には、上述のように、上定盤２は厚み計測用の監視穴１０を５個有しているため、上定盤２を、例えば２０ｒｐｍ（３秒周期）で回転させると、０．６秒周期で、ワーク厚み計測器１１からのレーザ光が監視穴１０を通過する。また、監視穴１０の直径（例えば、１５ｍｍ）を通過するのに要する時間が０．０１秒である場合には、ある監視穴１０の計測可能区間と次の計測可能区間との間の時間間隔、すなわち計測不可能区間が０．０１秒以上０．５９秒以下となる。そのため、計測不可能区間が上記０．０１秒以上０．５９秒以下となった場合には、それまで測定された連続データを監視穴１０のうちの１つで連続計測されたデータと見做して平均化処理し、隣の監視穴１０へ移動したと判断する。また、ワーク厚み計測器１１直下に監視穴１０が通過したとしても、ウェーハＷが存在していないために、計測不可能区間となる場合がある。そのため、現在計測された監視穴１０から２つ隣の監視穴１０へ移動する場合には、計測可能区間と次の計測可能区間との間の時間間隔、すなわち計測不可能区間は０．５９秒以上１．１９秒以下となる。
【0041】
また、上述のように平均化されたデータにおいても、例えば、ウェーハ最外周部の厚みが測定された場合等に異常値を含む場合があり、このような異常値を含む場合には、ウェーハＷの形状を正しく評価することはできない場合がある。そこでまず、計測された厚みデータから、異常値を除去することが好ましい。
【0042】
上記異常値の除去は、キャリアプレート９の初期厚みや、ウェーハＷの初期厚み、等に基づいて行うことができる。また、ある程度のウェーハ厚みの計測値が得られた段階で、統計的に、例えば標準偏差が所定の値（例えば、０．２μｍ）を超えるデータを異常値として除去することもできる。以下、異常値が除去された値を「正常値」と呼ぶ。図３は、異常値が除去されたウェーハＷの厚みデータの一例を示している。
【0043】
通常の研磨条件でウェーハＷの両面研磨を行うと、ウェーハＷの厚みの計測可能区間が現れた後に、計測不可能区間が現れ、再度計測可能区間が現れるというように、計測可能区間の出現と計測不可能区間の出現が交互に繰り返される。ここで、計測不可能区間の出現は、レーザ光が照射されるウェーハＷが入れ替わることを示している。従って、このような計測不可能区間の出現を指標として、計測可能区間で計測された厚みデータをウェーハＷ毎に分類することができる。
【0044】
なお、本発明者らの検討の結果、計測可能区間においてあるキャリアプレート９に保持されたウェーハＷの厚みを計測し、その後計測不可能区間が出現し、次に出現した計測可能区間において厚みが計測されるウェーハＷは、隣接するキャリアプレート９に保持されたものとは限らず、２つ以上離れたキャリアプレート９に保持されたものである場合があることが判明した。
【0045】
具体的には、ラベルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが付されたキャリアプレート９が環状に順に並べられており、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ａ、Ｂ…の順でワーク厚み計測器１１に向かって公転する場合を考える。そして、ラベルＡのキャリアプレート９に保持されたウェーハＷの厚みを計測していたところ、計測不可能区間が出現し、その後に出現した計測可能区間において計測されるウェーハＷが、２つ離れたラベルＣのキャリアプレート９に保持されたウェーハＷである場合があるのである。この場合には、隣接するキャリアプレート９のウェーハＷが計測される場合よりも、計測不可能区間の時間が長い。
【0046】
そのため、計測不可能区間の時間、換言すれば、計測可能区間と計測可能区間との間の時間間隔に基づいて、例えばラベルＡのキャリアプレート９のウェーハＷの後に、ラベルＢのキャリアプレート９のウェーハＷの厚みが計測されたのか、あるいはラベルＣやＤのキャリアプレート９のウェーハＷが計測されたのかを判定することができる。こうして、ウェーハＷの厚みデータをウェーハＷ毎に正しく分類することができる。
【0047】
図４は、図３に示した厚みデータから分離された１つのウェーハＷの厚みデータを示している。図には示さないが、その他４つのウェーハＷについても、図４に示したものと同様の傾向を示すウェーハＷの厚みデータが得られている。
【0048】
次に、演算部１３は、ウェーハＷ毎に分類されたウェーハＷの厚みデータに対して、以下の工程を行う。まず、演算部１３は、ウェーハＷの厚みデータからウェーハＷの形状成分を抽出する（第２工程）。第１工程において分類されたウェーハＷ毎の厚みデータは、研磨時間とともに小さくなる。すなわち、ウェーハＷの平均厚みは、研磨時間とともに小さくなるため、第１工程で得られた厚みデータには、ウェーハＷ表面の形状成分の時間変動のみならず、ウェーハＷの平均厚みの時間変動も含まれている。そこで、ウェーハＷの厚みデータからウェーハＷの平均厚みの時間変動を除去することにより、ウェーハＷ表面の形状成分の時間変動を抽出する。
【0049】
上記ウェーハＷの平均厚みの時間変動は、２次関数で近似することができる。図５は、図４に示したウェーハＷの厚みデータを２次関数で近似して得られたウェーハＷの平均厚みの時間変動を示している。この図に示すように、ウェーハＷの厚みデータは、２次関数で良好にフィッティングすることができる。こうして、ウェーハＷの平均厚みの時間変動を得ることができる。次に、ウェーハＷの厚みデータから、上述のように得られたウェーハＷの平均厚みの時間変動を差し引く。これにより、ウェーハＷ表面の形状成分の時間変動を抽出することができる。得られた形状成分の時間変動を図６に示す。
【0050】
続いて、演算部１３は、上述のように抽出したウェーハＷの形状成分の各々について、測定されたウェーハＷ上のウェーハ径方向の位置、すなわちウェーハ中心からの距離を特定する（第３工程）。図７は、ウェーハＷの厚みが計測されたある時点でのキャリアプレート９およびウェーハＷの位置関係の一例を示している。この図において、厚み計測位置（すなわち、ウェーハ厚み計測器１１の位置、または監視穴１０の中心の位置）は基準線上に位置しており、かつ、サンギア５の中心から厚み計測位置までの距離（すなわち、サンギア５の中心から監視穴１０の中心までの距離）は設計値であるため、既知の定数である。同様に、回転定盤４やサンギア５、キャリアプレート９の半径、キャリアプレート９の中心からウェーハＷの中心までの距離も設計値であるため、既知の定数である。
【0051】
また、αはキャリアプレート９の公転角度であり、基準位置（基準線）と、サンギア５の中心とキャリアプレート９の中心とを結ぶ線との間の角度である。さらに、βはキャリアプレート９の自転角度であり、サンギア５の中心とキャリアプレート９の中心とを結ぶ線と、キャリアプレート９の中心とウェーハＷの中心とを結ぶ線との間の角度を示している。
【0052】
本発明による両面研磨装置１に限らず、両面研磨装置においては、設定した条件で回転定盤４やキャリアプレート９等が回転しているかを確認するために、基準位置（基準線）からの角度（もしくは移動量）を「エンコーダ」と呼ばれる装置を使用して監視し、制御している。よって、ウェーハＷの厚みが計測された時点での公転角度αおよび自転角度βは特定することができる。そして、特定した公転角度αからキャリアプレート９の中心位置を、自転角度βからウェーハＷの中心位置を、それぞれ求めることができる。上述のように、サンギア５の中心から厚み計測位置（すなわち、監視穴１０の中心）までの距離は分かっているため、演算部１３は、ウェーハＷの中心からの厚みの計測位置までの距離、すなわちウェーハＷの形状成分の各々のウェーハ径方向の位置を求めることができる。
【0053】
このように、設計値である回転定盤４やサンギア５、キャリアプレート９の半径、キャリアプレート９の中心からウェーハＷの中心までの距離、ワーク厚み計測器１１の位置（すなわち、サンギア５の中心から監視穴１０の中心までの距離）、さらにウェーハＷの厚み計測時の（１）キャリアプレート９の公転角度α、（２）キャリアプレート９の自転角度βにより、ウェーハＷの形状成分の各々のウェーハ径方向の位置を求めることができる。
【0054】
上述のように、（１）キャリアプレートの公転角度αおよび（２）キャリアプレート９の自転角度βは、実測によって求めることができる。しかし、これらの実測には高い精度が求められる。そのため、シミュレーションによって、研磨開始から一定時間における（例えば、２００秒）計測可能区間のパターンから（１）および（２）を特定し、ウェーハＷの形状成分の各々のウェーハ径方向の位置を求めることが好ましい。
【0055】
具体的には、研磨条件である上定盤２の回転数（ｒｐｍ）、キャリアプレート９の公転数（ｒｐｍ）およびキャリアプレート９の自転数（ｒｐｍ）と、初期パラメータであるウェーハＷの初期位置（図７における基準位置（基準線）からのウェーハＷの公転角度αおよび自転角度β）とを用いて、演算部１３は、ウェーハＷの厚みが計測された時間パターン（すなわち、計測可能区間のパターン）と、それに紐付く厚みが計測された位置（すなわち、ウェーハＷの形状成分のウェーハ径方向の位置）をシミュレーションによって求めることができる。
【0056】
そして、演算部１３は、シミュレーションにより得られた計測可能区間のパターンと、実測による計測可能区間のパターンが最もよく一致する上定盤２の回転数（ｒｐｍ）、キャリアプレート９の公転数（ｒｐｍ）およびキャリアプレート９の自転数（ｒｐｍ）を求め、厚みが計測された位置を特定する。こうして演算部１３は、シミュレーションによりウェーハＷの形状成分の各々のウェーハ径方向の位置を求めることができる。
【0057】
次いで、演算部１３は、特定されたウェーハＷ上のウェーハ径方向の位置およびウェーハＷの形状成分から、ウェーハＷの形状分布を算出する（第４工程）。これは、異なる計測位置に対する形状成分を用いることによって算出することができる。本発明においては、ある研磨時間ｔでのウェーハＷの形状分布は、研磨時間ｔ－Δｔから研磨時間ｔまでに測定された厚みデータから得られた形状成分を用いて求められる。
【0058】
図８（ａ）は、図６に示した形状分布の時間変動の、研磨時間５００秒から１０００秒までの拡大図を示している。例えば、研磨時間８８０秒でのウェーハＷの形状分布を、図示例では６８０秒から８８０秒までの形状成分を用いて求める。得られた形状分布を図８（ｂ）に示す。なお、上記説明から明らかなように、得られたウェーハＷの形状分布は、研磨時間ｔにおける形状分布ではなく、研磨時間ｔ－Δｔからｔまでの間のウェーハＷの平均的な形状分布を示している。
【0059】
上記形状分布を求めるために使用する形状成分の時間範囲は、単位時間あたりの測定可能データ数に依存し、研磨条件に依存する。時間範囲が長いほど、形状分布の精度を高めることができる一方、形状分布の算出に要する時間が長くなる。これに対して、時間範囲が短いほど、形状分布の算出に要する時間が短い一方、形状分布の精度が劣る。本発明者らは、例えば７５秒以上の時間範囲の形状成分を用いてウェーハＷの形状分布を求めることによって、形状分布の算出に要する時間の長さを抑えつつ、形状分布を高精度に求めることができることを見出した。２００秒以上３００秒以下の時間範囲の形状成分を用いてウェーハＷの形状分布を求めることがより好ましい。
【0060】
次に、上述のように算出したウェーハＷの形状分布から、ウェーハＷ全体の形状指標を求める（第５工程）。ウェーハＷの平坦度を表す指標の１つに、ＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ）が挙げられる。ＧＢＩＲは、ウェーハ全体のグローバルな平坦度を表す指標である。ＧＢＩＲは、ウェーハＷの裏面を基準面としたウェーハＷの厚みの最大値と最小値との差として求めることができる。
【0061】
本発明においては、ウェーハＷ全体の形状指標としてＧＢＩＲを用いる。ただし、得られたＧＢＩＲについても、形状分布の算出に用いた形状成分のｔ－Δｔからｔまでの時間範囲での平均的なＧＢＩＲであり、厳密な意味でのＧＢＩＲではない。そこで、本発明においては、形状分布の最大値と最小値との差を「ウェーハＷ全体の形状指標」として表記する。
【0062】
なお、図８（ｂ）に示した例のように、形状成分の数が不十分な場合には、形状分布を偶関数で近似し、得られた偶関数で表されウェーハＷの形状分布から最大値および最小値を求め、求めた最大値と最小値との差からウェーハＷ全体の形状指標を算出することができる。
【0063】
上記偶関数としては、ウェーハＷの中心近傍での形状成分が得られている場合には、ウェーハＷの形状分布を良好に再現することができることから、４次関数を用いることが好ましい。一方、ウェーハＷの中心近傍での形状分布が得られていない場合には、ウェーハＷの形状分布を良好に再現することができることから、２次関数を用いることが好ましい。
【0064】
以上のようにウェーハＷ毎にウェーハＷ全体の形状指標が求められた後、演算部１３は、求めたウェーハＷ毎のウェーハＷ全体の形状指標が、今回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたウェーハＷ全体の形状指標の設定値となるタイミングを、ウェーハＷの両面研磨を終了するタイミングとして決定する（第６工程）。
【0065】
上述のように、本出願人は、特許文献３において、両面研磨装置における研磨パッド、キャリアプレート、スラリー等の副資材のライフ変動を考慮して、ウェーハＷの両面研磨のバッチ処理を繰り返し行った場合にも、ウェーハＷ全体の形状が目標とする形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができる両面研磨装置を提案した。
【0066】
特許文献３に提案した両面研磨装置においては、ウェーハＷの両面研磨を終了するタイミングを決定する際に、前回のバッチにおいて両面研磨されたウェーハＷ全体の形状指標の実績値と目標値との差に基づいて、今回のバッチにおける両面研磨を終了するタイミングに対応するウェーハＷ全体の形状指標の設定値を補正する。なお、上記実施形態における目標値は、今回のバッチにおける目標値であるが、前回のバッチにおける目標値と異なっていてもよい。また、今回のバッチにおける目標値と前回のバッチにおける目標値とが等しい場合には、前回のバッチにおいて両面研磨されたウェーハＷ全体の形状指標の実績値と前回のバッチにおける目標値との差に基づいて、今回のバッチにおける両面研磨を終了するタイミングに対応するウェーハＷ全体の形状指標の設定値を補正してもよい。
【0067】
具体的には、両面研磨のバッチ処理において、今回のバッチにおける両面研磨を終了する際のウェーハＷ全体の形状指標の設定値を、目標値をＡ、前回のバッチにおける実績値をＢ、定数をＤ、前回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の設定値をＣ、調整感度定数をａ（０＜ａ≦１）として、下記の式（５）で表されるＹとする。これにより、両面研磨のバッチ処理を繰り返し行った場合にも、ウェーハＷ全体の形状が目標とする形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができる。
【数5】
【0068】
しかし、特許文献３に提案した両面研磨装置においては、両面研磨を終了するタイミングを決定するに際し、ウェーハＷ外周部の形状を考慮していない。そのため、ウェーハＷ全体の形状が目標の形状となったタイミングで両面研磨を終了させることができるものの、両面研磨後のウェーハＷ外周部の形状が目標の形状とはならない場合があった。
【0069】
図９は、ウェーハＷのＧＢＩＲとＥＳＦＱＤとの関係を示す模式図である。ＥＳＦＱＤ（Edge Site flatness Front reference least sQuare Deviation）は、ウェーハＷ外周部の平坦度を表わす指標であり、その絶対値の最大値が小さいほどウェーハＷ外周部の平坦度が高いことを示す。図９に示すように、ウェーハＷ全体の形状指標であるＧＢＩＲと、ウェーハＷ外周部の形状指標であるＥＳＦＱＤとは、ある程度相関している。すなわち、ウェーハＷが凸形状であれば、ウェーハＷのＥＳＦＱＤは－の値となり、ロールオフする傾向にある。一方、ウェーハＷが凹形状の場合には、ウェーハＷのＥＳＦＱＤは＋の値となり、ロールアップする傾向にある。
【0070】
本発明者らは、両面研磨中に、ウェーハＷ全体の形状のみならず、ウェーハＷ外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができるウェーハＷの両面研磨装置について鋭意検討した。その結果、第５工程において求めたウェーハＷ毎のウェーハＷ全体の形状指標が、今回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたウェーハＷ全体の形状指標の設定値となるタイミングを、ウェーハＷの両面研磨を終了するタイミングとして決定することが有効であることを見出し、本発明を完成させたのである。
【0071】
そして、本発明者らは、多数枚の両面研磨後のウェーハＷについて、両面研磨を終了させる際のウェーハＷ全体およびウェーハＷ外周部の形状指標の設定値と実績値との関係について詳細に調査した。その結果、今回のバッチにおける両面研磨を終了する際のウェーハＷ全体の形状指標の設定値を、今回のバッチにおける目標値をＡ、前回のバッチにおける実績値をＢ、前回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の設定値をＣ、定数をＤ、前回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおけるワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づく上記目標値Ａへの補正量をＥ、調整感度定数をａ（０＜ａ≦１）として、下記の式（６）で表されるＹとすることにより、ウェーハＷ全体の形状のみならず、ウェーハＷ外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができることを見出した。ただし、式（６）における補正量Ｅは、前回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の実績値をＦ、今回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の目標範囲の下限値をＧ、上限値をＨ、定数をＩ、調整感度定数をｂ（０＜ｂ≦１）として、下記の式（７）で表される。
【数6】
【数7】
【0072】
上記式（６）における定数Ｄは、実際の両面研磨後の多数枚のウェーハＷについて、目標値Ａおよび実績値Ｂに対して統計解析を行うことにより算出することができる。例えば、後述する実施例においては、定数Ｄの値は０．６６５６９３と算出された。また、調整感度定数ａは、今回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の設定値を決定する際の前回のバッチにおける形状指標の実績値の影響を調整するための定数である。ａを０超え１以下の値にすることにより、前回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標を測定する際の研磨パッド７やキャリアプレート９、スラリー等の副資材ライフの変動に伴う外乱による実績値の測定誤差の影響を低減することができる。上記ａの値は、例えば０．２とすることができる。
【0073】
同様に、式（７）における定数Ｉは、実際の両面研磨後の多数枚のウェーハＷについて、目標範囲（Ｇ以上Ｈ以下）および実績値Ｆに対して統計解析を行うことにより算出することができる。例えば、後述する実施例においては、定数Ｉの値は－８８．７７と算出された。また、調整感度定数ｂは、今回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の設定値を決定する際の前回のバッチにおける形状指標の実績値の影響を調整するための定数である。ｂを０より大きく１以下の値にすることにより、前回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標を測定する際の研磨パッド７やキャリアプレート９、スラリー等の副資材ライフの変動に伴う外乱による実績値の測定誤差の影響を低減することができる。上記ｂの値は、例えば０．７とすることができる。
【0074】
さらに、ウェーハＷ外周部の形状指標の目標範囲（Ｇ以上Ｈ以下）は、一意に設定されるものではなく、仕様に基づいて適切な範囲に設定される。本発明においては、式（７）に示すように、ウェーハＷ外周部の形状指標の実績値Ｆが目標範囲に入っている場合には、補正値Ｅは０とし、補正しない。一方、目標範囲の下限値Ｇを下回った場合には、実績値Ｆと下限値Ｇとの差に応じた値を補正値Ｅに設定し、目標範囲の上限値Ｈを上回った場合には、実績値Ｆと上限値Ｈとの差に応じた値を補正値Ｅに設定する。なお、式（７）におけるウェーハＷ外周部の形状指標の目標範囲について、上限値Ｈと下限値Ｇとを同じ値とする、すなわち、目標値と実績値Ｆとの差に基づいて、補正値Ｅを決定してもよい。
【0075】
なお、今回のバッチにおける目標値Ａ、形状指標の目標範囲が前回のバッチの値、範囲とは異なる場合、両者の差が小さい場合には、上記式（６）および（７）を問題なく用いることができる。一方、両者の差が大きい場合には、調整感度定数ａおよびｂの値を適切に調整したり、目標範囲の上限値Ｈおよび下限値Ｇを調整したりすることができる。
【0076】
このように、演算部１３は、ウェーハＷ毎にウェーハＷ全体の形状指標を求めた後、求めたウェーハＷ毎のウェーハＷ全体の形状指標が、今回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるウェーハＷ全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおけるウェーハＷ外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたウェーハＷ全体の形状指標の設定値となるタイミングを、ウェーハＷの両面研磨を終了するタイミングとして決定し、決定されたタイミングに両面研磨を終了させることにより、両面研磨中に、ウェーハＷ全体およびウェーハＷ外周部の形状を目標としている形状で両面研磨を終了させることができる。
【0077】
なお、本第６工程では、演算部１３は、第５工程においてウェーハ毎に求めたウェーハＷ全体の形状指標の平均値を求め、この平均値に基づいてウェーハＷの両面研磨を終了するタイミングを決定する。図１０は、ウェーハＷの形状指標の平均値と研磨時間との関係を示している。実際には、演算部１３は、ウェーハＷ全体の形状指標が上記式（６）から求まる設定値Ｙとなったタイミングで両面研磨を終了する。
【0078】
一般に、両面研磨に供するウェーハＷの表面は、研磨前は比較的平坦であり、両面研磨を開始すると、ウェーハの表面形状が変化して平坦度は一旦悪化してＧＢＩＲは増加する。しかし、両面研磨を継続すると平坦度が向上し、ＧＢＩＲは減少に転じる。ＧＢＩＲは、両面研磨を継続してゆくと、研磨時間に対して直線的に減少する傾向を示す。図１０に示したウェーハＷ全体の形状指標についても、値が減少に転じた後には直線的に減少しており、ＧＢＩＲと同様の傾向が示している。よって、ウェーハＷ全体の形状指標の値が減少に転じた後に、図１１に示すように、ウェーハＷ全体の形状指標を直線で近似することにより、ウェーハＷ全体の形状指標が上記設定値となるタイミングを予測することができる。両面研磨を終了するタイミングを、ウェーハＷ全体の形状指標が上記設定値Ｙとなるタイミングとすることにより、ウェーハＷ全体の形状およびウェーハＷ外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了することができる。
【0079】
（ワークの両面研磨方法）
次に、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨方法について説明する。本実施形態の方法では、例えば、図１、図２に示した装置を用いてウェーハＷなどのワークの両面研磨を行うことができる。図１、図２に示す装置構成については既に説明しているため、再度の説明を省略する。
次に、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨方法について説明する。本実施形態の方法では、例えば、図１、図２に示した装置を用いてウェーハＷなどのワークの両面研磨を行うことができる。図１、図２に示す装置構成については既に説明しているため、再度の説明を省略する。
【0080】
図１２は、本発明によるワークの両面研磨方法のフローチャートを示している。本発明の方法は、上記した本発明によるワークの両面研磨装置における演算部１３が、両面研磨を終了するタイミングを決定する方法と同じであるため、簡単に説明し、詳細な説明は省略する。
【0081】
まず、タイミングの決定に先立って、ワーク厚み計測器１１によって測定されたウェーハＷなどのワークの厚みデータから異常値を除去し、正常値のみからなるワークの厚みデータを得る。ステップＳ１において、こうして異常値が除去されたワークの厚みデータを、ワーク毎に分離する（第１工程）。これは、例えばワークの厚みデータが連続して測定された時間間隔に基づいて行うことができる。
【0082】
次に、ステップＳ２において、ワーク毎に、ワークの厚みデータからワークの形状成分を抽出する（第２工程）。これは、例えばワークの厚みデータを２次関数で近似し、ワークの形状成分の時間変動から、２次関数で近似して得られたワークの平均厚みの時間変動を引くことによって行うことができる。
【0083】
続いて、ステップＳ３において、抽出したワークの形状成分の各々について、測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定する（第３工程）。これは、上述のように、サンギア５の中心と監視穴１０の中心との間の距離、キャリアプレート９の自転角度βおよびキャリアプレート９の公転角度αを実測して形状成分の各々が測定されたワーク上のワーク径方向の位置を特定するか、あるいは上定盤２の回転数、キャリアプレート９の公転数およびキャリアプレート９の自転数の様々な条件についてワークの厚みを計測することが可能な区間をシミュレーションにより算出し、算出した計測可能区間と、実際に計測が可能だった区間とが最も一致する上定盤２の回転数、キャリアプレート９の公転数およびキャリアプレート９の自転数を特定して、形状成分の各々が測定されたウェーハ上のウェーハ径方向の位置を特定することができる。
【0084】
次に、ステップＳ４において、特定されたワーク上のワーク径方向の位置およびワークの形状成分から、ワークの形状分布を算出する（第４工程）。形状分布を求める際に形状成分の数が少ない場合には、偶関数で近似することにより形状分布を得ることができる。
【0085】
続いて、ステップＳ５において、算出したワークの形状分布からワーク全体の形状指標を求める（第５工程）。本発明においては、ワークの形状分布の最大値と最小値との差をワーク全体の形状指標として用いる。
【0086】
次いで、ステップＳ６において、求めたワーク毎のワーク全体の形状指標が、今回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の目標値と前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の実績値との差、および前回のバッチにおけるワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおけるワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づいて決定されたワーク全体の形状指標の設定値となるタイミングを、上記ワークの両面研磨を終了するタイミングとして決定する（第６工程）。このステップでは、ワークの形状指標と研磨時間との関係を直線で近似し、近似した直線からワークの形状指標が所定値（例えば、ゼロ）となる研磨時間をワークの両面研磨を終了するタイミングとすることができる。
【0087】
そして、上記両面研磨を終了するタイミングに対応するワーク全体の形状指標の設定値を、今回のバッチにおける目標値をＡ、前回のバッチにおける実績値をＢ、前回のバッチにおけるワーク全体の形状指標の設定値をＣ、定数をＤ、前回のバッチにおけるワーク外周部の形状指標の実績値の今回のバッチにおけるワーク外周部の形状指標の目標範囲からのずれに基づく目標値Ａへの補正量をＥ、調整感度定数をａ（０＜ａ≦１）として、下記の式（８）で表されるＹとすることにより、ワーク全体の形状のみならず、ワーク外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができる。なお、式（８）におけるＥは、式（９）のように表すことができる。式（９）において、Ｉは定数、Ｆは前回のバッチにおけるワーク外周部の形状指標の実績値、Ｇは今回のバッチにおけるワーク外周部の形状指標の目標範囲の下限値、Ｈは目標範囲の上限値、ｂは調整感度定数（０＜ｂ≦１）である。
【数8】
【数9】
【0088】
最後に、ステップＳ７において、決定されたワークの両面研磨を終了するタイミングに両面研磨を終了する。こうして、ワーク全体の形状およびワーク外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了することができる。
【0089】
以上のステップＳ１～Ｓ７の処理は、例えば上述した本発明による両面研磨装置１に設けられた演算部１３により行うことができる。また、上記処理の少なくとも一部を、両面研磨装置に接続された別のコンピュータで行ったり、クラウドネットワーク上で処理したりすることもできる。
【実施例】
【0090】
（発明例）
直径３００ｍｍのシリコンウェーハを５枚用意し、これらのシリコンウェーハに対して、図１２に示したフローチャートに従って両面研磨を施した。また、ステップＳ６において、両面研磨を終了するタイミングに対応するシリコンウェーハ全体の形状指標の設定値は、式（６）および（７）を用いて決定した。両面研磨後のシリコンウェーハのＧＢＩＲを図１３（ｂ）、ＥＳＦＱＤを図１３（ｄ）に示す。
直径３００ｍｍのシリコンウェーハを５枚用意し、これらのシリコンウェーハに対して、図１２に示したフローチャートに従って両面研磨を施した。また、ステップＳ６において、両面研磨を終了するタイミングに対応するシリコンウェーハ全体の形状指標の設定値は、式（６）および（７）を用いて決定した。両面研磨後のシリコンウェーハのＧＢＩＲを図１３（ｂ）、ＥＳＦＱＤを図１３（ｄ）に示す。
【0091】
（従来例）
発明例と同様に、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ５枚に対して両面研磨を施した。ただし、ステップＳ６において、シリコンウェーハ外周部の形状指標の実績値の目標範囲からのずれを考慮せず、補正量Ｅの値を０とした。その他の条件は発明例と全て同じである。両面研磨後のシリコンウェーハのＧＢＩＲを図１３（ａ）、ＥＳＦＱＤを図１３（ｃ）に示す。
発明例と同様に、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ５枚に対して両面研磨を施した。ただし、ステップＳ６において、シリコンウェーハ外周部の形状指標の実績値の目標範囲からのずれを考慮せず、補正量Ｅの値を０とした。その他の条件は発明例と全て同じである。両面研磨後のシリコンウェーハのＧＢＩＲを図１３（ａ）、ＥＳＦＱＤを図１３（ｃ）に示す。
【0092】
図１３（ａ）と図１３（ｂ）との比較から、発明例のＧＢＩＲのばらつきは、従来例と同程度であることが分かる。これに対して、図１３（ｃ）と図１３（ｄ）とを比較すると、発明例のＥＳＦＱＤのばらつきは、従来例に比べて大きく抑制されていることが分かる。このように、本発明により、ウェーハ全体の形状指標のばらつきを従来例と同程度に維持しつつ、ウェーハ外周部の形状指標のばらつきを大きく抑制できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0093】
本発明によれば、両面研磨中に、ワーク全体およびワーク外周部の形状が目標としている形状となるタイミングで両面研磨を終了させることができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。
【符号の説明】
【0094】
１ 両面研磨装置
２ 上定盤
３ 下定盤
４ 回転定盤
５ サンギア
６ インターナルギア
７ 研磨パッド
８ ワーク保持孔
９ キャリアプレート
１０ 監視穴
１１ ワーク厚み計測器
１２ 制御部
１３ 演算部
Ｗ ウェーハ
２ 上定盤
３ 下定盤
４ 回転定盤
５ サンギア
６ インターナルギア
７ 研磨パッド
８ ワーク保持孔
９ キャリアプレート
１０ 監視穴
１１ ワーク厚み計測器
１２ 制御部
１３ 演算部
Ｗ ウェーハ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】