JP2017204609A - 断面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの断面形状を測定することのできる断面形状測定方法を提供する。【解決手段】回転可能な上下定盤２１,２２によって研磨されていくウエーハＷの厚さを、上定盤２１に設けられた計測孔５０を介して厚さ測定部１１１により測定し、ウエーハＷの断面形状を求める断面形状測定方法であって、厚さ測定部１１１が測定する厚さと、厚さを測定したウエーハＷの面内位置を求める位置演算部１１２によって求められる面内位置とをそれぞれ複数取得していき、各面内位置における厚さを、ウエーハＷの中心から各面内位置までの径方向距離に対応するウエーハＷの所定の径方向の各位置における厚さに変換処理して、所定の径方向のウエーハＷの断面形状を求める。【選択図】図１

Description

この発明は、例えばシリコンウエーハなどのワークの断面形状を測定する断面形状測定方法に関する。

従来から、ウエーハを保持したキャリアプレートを自転及び公転をさせてウエーハの両面を研磨する両面研磨装置が知られている（特許文献１参照）。

係る両面研磨装置は、研磨中のウエーハの厚みが計測可能な厚み計測器と、計測用の貫通した穴を有する上定盤と、下定盤と、サンギアと、インターナルギアと、キャリアプレートなどを備え、上定盤と下定盤とでキャリアプレートを挟み込むとともにこのキャリアプレートをサンギア及びインターナルギアに噛合させ、このサンギア及びインターナルギアを回転させることによってキャリアプレートを自転及び公転させていき、さらに上定盤及び下定盤を回転させていくことにより、キャリアプレートに保持されたウエーハの両面を研磨していくものである。

また、この両面研磨装置は、キャリアプレートを自転のみさせながらウエーハの両面を研磨する研磨工程を有し、この研磨工程中にウエーハの所定の位置における厚みを計測する計測工程と、この計測工程の計測結果に基づいて研磨終了時期を判断する判定工程とを有している。

特開２０１５−４７６５６号公報

しかしながら、このような研磨装置にあっては、研磨工程中にウエーハの所定の位置における厚みを計測するだけであるから、ウエーハ（ワーク）の断面形状を求めることができないという問題がある。
研磨加工においては、ワークを所望の厚さに仕上げるだけではなく、所望の断面形状に仕上げることも求められている。
ウエーハの断面形状はＳＦＱＲやＧＢＩＲ等の指標で評価されるが、これらの指標による条件を満たした所望の断面形状を有するワークを得ることにより、その後の半導体デバイス製造工程で製造される半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。
しかしながら、ワークの厚さを計測するだけではワークの断面形状が所望の断面形状に加工されたか否かを判断することができない。そこで、所望の断面形状を有するワークを得るため、研磨加工中にワークの断面形状を測定することができる断面形状測定方法が求められていた。
また、ワークの断面形状は、上定盤、下定盤、サンギア及びインターナルギアの回転速度、加工荷重、研磨スラリーの供給量や温度等任意に設定可能な加工条件と、上定盤及び下定盤等加工面の状態（温度変化や摩耗による形状変化）、研磨スラリーの実温度、ワークの自転状態等研磨進行に伴い随時変動する加工状態とによって変化する。同一の加工条件でワークを研磨したとしても、加工状態が同一になるとは限らない。つまり、同一の加工条件でワークを研磨したとしても加工状態は変動するため、所望の断面形状を有するワークを定常的に得ることができない。そのため、研磨加工中にワークの断面形状を測定し、所望の断面形状でないときは加工条件を制御する必要がある。そこで、所望の断面形状を有するワークを得るため、研磨加工中にワークの断面形状を測定することができる断面形状測定方法が求められていた。

この発明の目的は、研磨加工中にワークの断面形状を測定することのできる断面形状測定方法を提供することにある。

本発明は、回転可能な定盤によって研磨されていくワークの厚さを、前記定盤に設けられた計測孔を介して厚さ測定手段により測定し、前記ワークの断面形状を求める断面形状測定方法であって、前記厚さ測定手段が測定する厚さと、該厚さ測定手段が厚さを測定したワークの面内位置を求める位置算出手段によって求められる面内位置とをそれぞれ複数取得していき、前記各面内位置における厚さを、前記ワークの中心から各面内位置までの径方向距離に対応する前記ワークの所定の径方向の各位置における厚さに変換処理して、前記所定の径方向のワークの断面形状を求めることを特徴とする。

この発明によれば、研磨加工中にワークの断面形状を測定することができる。そのため、ワークの断面形状が所望の断面形状に加工されているか把握しながら研磨加工を進めることができ、所望の断面形状でないときは加工条件を研磨加工中に制御することができる。これにより、定常的に所望の断面形状を有するワークを得ることが可能となる。

この発明に係る研磨装置の実施例の構成を示した説明図である。 図１に示すサンギアとインターナルギアとキャリアプレートの位置関係を示した説明図である。 第１実施例の方法によってウエーハの断面形状を求めた図であり、（Ａ）はウエーハの厚さが測定された面内位置を示す平面図、（Ｂ）はその面内位置の径方向距離に対応する軸線上の各位置と厚さとにミラー反転処理及び演算処理を施したグラフである。 第２実施例の方法によってウエーハの断面形状を求めた図であり、（Ａ）はウエーハの厚さが測定された面内位置を示す平面図、（Ｂ）はその面内位置の径方向距離に対応する軸線上の各位置と厚さとに演算処理を施したグラフである。 第３実施例の方法によってウエーハの厚さが測定された面内位置を示す平面図である。 第２実施例の方法によってテーパを有するウエーハの断面形状を求めたグラフであり、（Ａ）は１回目のグラフ、（Ｂ）は２回目のグラフ、（Ｃ）は３回目のグラフである。 （Ａ）は図６（Ａ）に示すグラフに第４実施例の方法によるミラー反転処理及び演算処理を施したグラフ、（Ｂ）は図６（Ｂ）に示すグラフに第４実施例の方法によるミラー反転処理及び演算処理を施したグラフ、（Ｃ）は図６（Ｃ）に示すグラフに第４実施例の方法によるミラー反転処理及び演算処理を施したグラフである。 第４実施例の方法によってテーパを有さないウエーハの断面形状を求めたグラフであり、（Ａ）はウエーハの厚さを測定したグラフ、（Ｂ）はそのグラフにミラー反転処理及び演算処理を施したグラフである。 第４実施例の方法によってテーパを有するウエーハの断面形状を求めたグラフであり、（Ａ）はウエーハの厚さを測定したグラフ、（Ｂ）はそのグラフにミラー反転処理及び演算処理を施したグラフである。 第２実施例の方法によってテーパを有するウエーハの断面形状を求めたグラフである。 第４実施例の方法によってテーパを有するウエーハの断面形状を求めたグラフである。

以下、この発明に係る断面形状測定方法を実施する断面形状測定装置を搭載した研磨装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。
［第１実施例］

図１に示す研磨装置１０は、ワークの１つであるウエーハ（シリコンウエーハ）Ｗの両面を研磨する研磨機２０と、研磨中のウエーハＷの径方向の断面形状を測定する断面形状測定装置１００と、この断面形状測定装置１００が測定したウエーハＷの径方向の断面形状に基づいて、該断面形状が目標断面形状となるように後述する駆動装置Ｍ１〜Ｍ５を制御する制御装置３００などとを備えている。１１５はメモリであり、このメモリ１１５は後述する演算装置１１０が求めたデータを記憶していく。２００は記憶部であり、この記憶部２００は求められたウエーハＷの断面形状に応じて、この断面形状を目標断面形状にするための適正な加工条件を示すレシピを記憶している。
［研磨機］

研磨機２０は、定盤である上定盤２１及び下定盤２２と、この上定盤２１及び下定盤２２の中心部に回転自在に配置されたサンギア２３と、上定盤２１及び下定盤２２の外周側に配置されたインターナルギア２４と、上定盤２１と下定盤２２との間に配置され且つワーク保持孔３０Ａ（図２参照）が設けられたキャリアプレート３０とを有している。また、上定盤２１の下面には研磨部材２５が設けられており、下定盤２２の上面には研磨部材２６が設けられている。

キャリアプレート３０は、図２に示すようにサンギア２３及びインターナルギア２４に噛合し、このサンギア２３及びインターナルギア２４の回転により自転及び公転していくようになっている。このキャリアプレート３０の自転及び公転により、キャリアプレート３０のワーク保持孔３０Ａ内に配置されたウエーハＷの両面が研磨部材２５,２６により研磨されていくようになっている。

上定盤２１は、図１に示すように、支持スタッド４０及び取付部材４１を介してロッド４２に固定されている。ロッド４２は駆動装置Ｍ１によって上下動し、ロッド４２の上下動により上定盤２１が一体となって上下動するようになっている。

一方、サンギア２３の中心部の穴２３Ａには駆動軸４３の上部４３Ａが貫通するとともに、この上部４３Ａにサンギア２３が固定されており、駆動軸４３と一体となってサンギア２３が回転していくようになっている。駆動軸４３は駆動装置Ｍ４によって回転され、サンギア２３は駆動装置Ｍ４によって駆動軸４３と一体となって回転される。

駆動軸４３の穴内には、駆動装置Ｍ２によって回転される駆動軸４４が貫挿され、この駆動軸４４の上端部４４Ａが駆動軸４３の上端から突出している。この上端部４４Ａにはドライバ４５が固定されており、ドライバ４５は駆動軸４４と一体となって回転していく。ドライバ４５の外周面には、上定盤２１に設けたフック４６が係合してドライバ４５の回転によって一体となって上定盤２１が回転していくようになっている。また、フック４６はドライバ４５の外周面に対して上下方向に移動可能となっており、これによって、上定盤２１はドライバ４５に対して上下動可能となっている。

すなわち、上定盤２１は、ロッド４２の上下動により上下動し、駆動軸４４の回転により回転していく。つまり、上定盤２１は駆動装置Ｍ２によって駆動軸４４と一体となって回転される。

下定盤２２の中心部の下部には、駆動軸４９が形成され、この駆動軸４９の中に駆動軸４３が回転自在に配置されている。駆動軸４９は駆動装置Ｍ３によって回転され、下定盤２２は駆動装置Ｍ３によって駆動軸４９と一体となって回転される。

インターナルギア２４には、駆動軸４７が形成されており、この駆動軸４７の中に駆動軸４９が回転自在に配置されている。駆動軸４７は駆動装置Ｍ５によって回転され、インターナルギア２４は駆動装置Ｍ５によって駆動軸４７と一体となって回転される。

上定盤２１には、上定盤２１の中心から径方向に所定距離離間した位置に計測孔５０が形成されている。計測孔５０は、上定盤２１及び研磨部材２５を貫通して形成され、上記の所定距離離間した位置の周方向に沿って等間隔に複数形成されているが、計測孔５０は少なくとも一つあればよい。各計測孔５０には、測定光である赤外レーザ光を透過する窓部材５１が装着されている。また、上定盤２１には研磨スラリーを供給する供給孔（図示せず）が設けられている。

上定盤２１の中心から径方向へ所定距離離間した位置の上方には、光学ヘッド１０１が設けられており、上定盤２１の回転によって各計測孔５０が光学ヘッド１０１の真下に来るごとに、光学ヘッド１０１から照射される赤外レーザ光が窓部材５１を介してウエーハＷを照射していくことになる。
［断面形状測定装置］

断面形状測定装置１００は、図１に示すように、上定盤２１の計測孔５０に装着された窓部材５１を介してウエーハＷに向けて測定光である赤外レーザ光を照射するとともにウエーハＷで反射した反射光を受光する光学ヘッド１０１と、光学ヘッド１０１から赤外レーザ光を照射させるためのレーザ発振器１０２と、演算装置１１０と、メモリ１１５とを有している。
［メモリ］

メモリ１１５は、後述する演算装置１１０の厚さ測定部１１１が求めたウエーハＷの厚さと、位置演算部１１２が求めた面内位置における径方向距離（ウエーハＷの中心から面内位置までの径方向距離）と、断面形状演算部１１３が求めたウエーハＷの断面形状とのデータを記憶していくものである。
［演算装置］

演算装置１１０は、光学ヘッド１０１の反射光の受光に基づいてウエーハＷの厚さを測定する厚さ測定部（厚さ測定手段）１１１と、ウエーハＷの厚さが求められた面内位置をサンギア２３及びインターナルギア２４の回転位置から求め、ウエーハＷの中心から面内位置までの径方向距離を求める位置演算部（位置算出手段）１１２と、厚さ測定部１１１が求めたウエーハＷの厚さと位置演算部１１２が求めた面内位置における径方向距離とに基づいてウエーハＷの断面形状を求める断面形状演算部１１３とを有している。
［厚さ測定部］

厚さ測定部１１１は、例えば光反射干渉法で測定するものであり、光学ヘッド１０１の反射光の受光に基づいて、高速に波長掃引する波長可変レーザ光のウエーハＷの面での反射強度を求め、この反射強度から反射の波長分散（ウエーハ表面と裏面で反射する光の干渉の様子）を再構築して周波数解析することにより、ウエーハＷの厚さを求めるものである。
［位置演算部］

位置演算部１１２は、サンギア２３及びインターナルギア２４の回転位置に基づいて、キャリアプレート３０の位置と回転数を求める。すなわち、キャリアプレート３０の公転位置と自転位置とを求め、この公転位置と自転位置とに基づいて、光学ヘッド１０１の真下に来たウエーハＷの面内位置を、ウエーハＷの中心を原点にしたＸ,Ｙ座標系の位置として、または極座標（ｒ,θ）として求めていく。求めたウエーハＷの面内位置に基づき、ウエーハＷの中心から面内位置までの径方向距離を求めていく。
［断面形状演算部］

断面形状演算部１１３は、メモリ１１５に記憶されているウエーハＷの各面内位置における径方向距離とこれら各面内位置における厚さとのデータを、各面内位置の径方向距離に対応するウエーハＷの所定の径方向の各位置における厚さに変換処理し、これらの位置の厚さに基づいてウエーハＷの断面形状を求めるものである。ウエーハＷの断面形状を求める間隔は任意に設定可能であり、この実施例では例えば１５秒間に取得された面内位置と厚さとのデータに基づきウエーハＷの断面形状を求め、１５秒間隔で新たにウエーハＷの断面形状を求めるものである。

すなわち、断面形状演算部１１３は、メモリ１１５に記憶されているウエーハＷの各面内位置Ｑ１〜Ｑｎにおける径方向距離Ｒ１〜ＲｎをＸ軸上のマイナス側（−１５０〜０ｍｍ）の径方向の距離に対応させ、この対応したＸ軸上のマイナス側の各位置における厚さを各面内位置Ｑ１〜Ｑｎの厚さから求める。つまり、図３の（Ｂ）に示すように、厚さを示すドットＤ１〜Ｄｎを求める。なお、Ｚ軸は厚さを示し、面内位置Ｑ１〜ＱｎとドットＤ１〜Ｄｎとの対応はとっていない。

さらに、断面形状演算部１１３は、求めたドットＤ１〜ＤｎをＺ軸回りにミラー反転処理して、Ｘ軸上のプラス側（０〜１５０ｍｍ）の各位置の厚さを示すドットＤ１′〜Ｄｎ′を求める。

すなわち、上記の変換処理は、各面内位置Ｑ１〜Ｑｎの厚さをＸ軸上のマイナス側の各位置における厚さに変換する処理と、このＸ軸上のマイナス側の各位置を、原点に対して対称となるようにミラー反転させてＸ軸上のプラス側の各位置に変換するとともに、このＸ軸上のプラス側の各位置に対応するＸ軸上のマイナス側の各位置の厚さをＸ軸上のプラス側の各位置の厚さに変換する処理とを有する。

そして、断面形状演算部１１３は、各ドットＤ１〜Ｄｎ,Ｄ１′〜Ｄｎ′に基づいて多項式近似曲線Ｔ１を求め、この多項式近似曲線Ｔ１をウエーハＷ１のＸ軸方向の断面形状として求めるものである。

この多項式近似曲線Ｔ１とドットＤ１〜Ｄｎ,Ｄ１′〜Ｄｎ′は、図３の（Ｂ）に示すように表示部３０１（図１参照）に表示させることができる。
［制御装置］

制御装置３００は、演算装置１１０が求めたウエーハＷの径方向の断面形状に応じて、この断面形状を目標断面形状にするための適正な加工条件を示すレシピを記憶部２００から読み出し、この読み出したレシピの加工条件に基づいて研磨加工中に駆動装置Ｍ１〜Ｍ５の駆動を制御していく。

また、制御装置３００は、駆動装置Ｍ１〜Ｍ５と演算装置１１０を制御するようになっている。
［動 作］

次に、上記のように構成される研磨装置１０の動作について説明する。

まず、ウエーハＷをキャリアプレート３０のワーク保持孔３０Ａ（図２参照）に装填し、待避位置にある上定盤２１を下降させて、ウエーハＷを下定盤２２と上定盤２１とで挟み込む。

次に、両面研磨加工を開始させる。すなわち、制御装置３００による駆動装置Ｍ２,Ｍ３の制御により上定盤２１及び下定盤２２が回転されていくとともに、駆動装置Ｍ１の制御により上定盤２１が下方へ押圧される。これにより、上定盤２１はウエーハＷを押圧していく。また、制御装置３００による駆動装置Ｍ４，Ｍ５の制御によりサンギア２３及びインターナルギア２４が回転されていき、キャリアプレート３０が自転及び公転していく。

上定盤２１及び下定盤２２の回転と上定盤２１の押圧によりウエーハＷの両面が研磨されていく。また、キャリアプレート３０の自転及び公転によりウエーハＷの両面が研磨されていく。上定盤２１及び下定盤２２は、回転速度が除々に上げられていき高速回転されていく。また、上定盤２１によるウエーハＷへの荷重も徐々に増加され、高荷重でウエーハＷを押圧していく。さらに、サンギア２３及びインターナルギア２４も回転速度が徐々に上げられていき、キャリアプレート３０の自転速度及び公転速度も上昇していく。そして、上定盤２１、下定盤２２及びキャリアプレート３０の高速回転と上定盤２１の高荷重とによりウエーハＷの両面が研磨されていく。

一方、レーザ発振器１０２によって光学ヘッド１０１から赤外レーザ光が下方へ照射されていき、上定盤２１の回転により計測孔５０が光学ヘッド１０１の真下に来るごとに、赤外レーザ光が計測孔５０の窓部材５１を介してウエーハＷを照射し、このウエーハＷの表面と裏面とで反射した反射光が計測孔５０の窓部材５１を介して光学ヘッド１０１へ入射する。

光学ヘッド１０１が反射光を受光するごとに、受光したウエーハＷの表面と裏面の反射光との干渉光に基づいて厚さ測定部１１１がウエーハＷの厚さを求めていく。他方、位置演算部１１２は、その厚さが求められたウエーハＷの面内位置をそれぞれ求め、その面内位置における径方向距離を求めていく。そして、これらウエーハＷの厚さと、その厚さが求められたウエーハＷの面内位置における径方向距離とがメモリ１１５に記憶されていく。

このメモリ１１５には、ウエーハＷの厚さと、この厚さが求められたウエーハＷの面内位置における径方向距離とのデータが記憶されていくことになる。すなわち、メモリ１１５には、図３の（Ａ）に示すように、ウエーハＷ１の面内位置Ｑ１〜Ｑｎにおける径方向距離Ｒ１〜Ｒｎと、これらの面内位置Ｑ１〜Ｑｎにおける厚さとが記憶されることになる。

断面形状演算部１１３は、メモリ１１５に記憶されたデータ、すなわちウエーハＷ１の各面内位置Ｑ１〜Ｑｎにおける径方向距離Ｒ１〜Ｒｎと、これら面内位置Ｑ１〜Ｑｎにおける厚さとのデータを、ウエーハＷ１のＸ軸上のマイナス側の径方向の各位置における厚さに変換処理し、これらの位置の厚さに基づいてウエーハＷ１のＸ軸方向の断面形状を求める。

すなわち、断面形状演算部１１３は、メモリ１１５に記憶されたウエーハＷ１の各面内位置Ｑ１〜Ｑｎにおける径方向距離Ｒ１〜Ｒｎに対応したウエーハＷ１のＸ軸上のマイナス側の各位置の厚さを各面内位置Ｑ１〜Ｑｎの厚さから求め、図３の（Ｂ）に示すようにＸ軸上のマイナス側の各位置の厚さを示すドットＤ１〜Ｄｎを求める。

また、断面形状演算部１１３は、Ｘ軸上のマイナス側の各位置の厚さを示すドットＤ１〜ＤｎをＺ軸回りにミラー反転させて、Ｘ軸上のプラス側の各位置の厚さを示すドットＤ１′〜Ｄｎ′を求める。すなわち、一方のＸ軸上のマイナス側の各位置を原点Ｏに対して対称となるようにミラー反転させて他方のＸ軸上のプラス側の各位置に変換するとともに、このＸ軸上のプラス側の各位置の厚さを各面内位置Ｑ１〜Ｑｎの厚さから求めるものである。

さらに、断面形状演算部１１３は、各ドットＤ１〜Ｄｎ,Ｄ１′〜Ｄｎ′に基づいて多項式近似曲線Ｔ１を求め、この多項式近似曲線Ｔ１をウエーハＷのＸ軸方向の断面形状として求める。求められたウエーハＷのＸ軸方向の断面形状は、メモリ１１５に記憶される。

そして、図３の（Ｂ）に示す多項式近似曲線Ｔ１とドットＤ１〜Ｄｎ,Ｄ１′〜Ｄｎ′は表示部３０１に表示させることができる。この表示部３０１の表示により、研磨中のウエーハＷ１の断面形状を把握することができることとなる。

制御装置３００は、断面形状演算部１１３が求めたウエーハＷの断面形状に基づいて、この断面形状を目標断面形状にするための適正な加工条件を示すレシピを記憶部２００から読み出し、このレシピの加工条件に基づいて研磨加工中に各駆動装置Ｍ１〜Ｍ５の駆動を制御していく。

多項式近似曲線Ｔ１とドットＤ１〜Ｄｎ,Ｄ１′〜Ｄｎ′は、この実施例では１５秒間隔で求められていくものであり、表示部３０１に表示される多項式近似曲線Ｔ１とドットＤ１〜Ｄｎ,Ｄ１′〜Ｄｎ′は１５秒ごとに更新されていくことになる。

また、制御装置３００は、１５秒ごとに求めた新たなウエーハＷの断面形状に基づいて、この断面形状を目標断面形状にするための適正な加工条件を示すレシピを記憶部２００から読み出し、このレシピの加工条件に基づいて研磨加工中に各駆動装置Ｍ１〜Ｍ５の駆動を制御していくことになる。このため、ウエーハＷの断面形状を目標の断面形状となるように確実に効率よく研磨していくことができる。

ところで、この第１実施例では、測定されたウエーハＷ１の面内位置Ｑ１〜ＱｎをウエーハＷ１の半径（Ｘ軸上のマイナス側）上に集めて、Ｘ軸上のマイナス側の各位置の厚さを示すドットＤ１〜Ｄｎとして求め、さらに、このドットＤ１〜ＤｎをＺ軸回りにミラー反転させて、Ｘ軸上のプラス側の各位置の厚さを示すドットＤ１′〜Ｄｎ′を求め、これらドットＤ１〜Ｄｎ,Ｄ１′〜Ｄｎ′からウエーハＷ１の径方向の断面形状を求めるようにしたものであるから、データ数が少なくてもウエーハＷ１の径方向の断面形状を求めることができる。

この第１実施例では、測定されたウエーハＷ１の各面内位置Ｑ１〜ＱｎをウエーハＷ１のＸ軸上のマイナス側に集めて、Ｘ軸上のマイナス側の各位置の厚さを求めてからウエーハＷ１のＸ軸方向の断面形状を求めているが、逆に各面内位置Ｑ１〜Ｑｎの位置をＸ軸上のプラス側に集めて、Ｘ軸上のプラス側の各位置の厚さを求めてから、求めた厚さをＺ軸回りにミラー反転させて、Ｘ軸上のマイナス側の各位置の厚さを求め、ウエーハＷ１のＸ軸方向の断面形状を求めるようにしてもよい。
［第２実施例］

図４は、第２実施例のウエーハＷ２のＸ軸方向の断面形状の測定方法を示す説明図である。

図４の（Ａ）において、Ｑ１ａ〜Ｑ８ａ,Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂは、厚さが測定されたウエーハＷ２の面内位置を示す。

この第２実施例では、まず、第１実施例同様にウエーハＷ２の中心Ｏから各面内位置Ｑ１ａ〜Ｑ８ａ,Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂまでの径方向距離を求める。

次に、各面内位置Ｑ１ａ〜Ｑ８ａ,Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂのうちＸ軸のプラス側にある各面内位置Ｑ１ａ〜Ｑ８ａの径方向距離に対応したウエーハＷ２のＸ軸上のプラス側の各位置の厚さを各面内位置Ｑ１ａ〜Ｑ８ａの厚さから求める。すなわち、図４の（Ｂ）に示すようにＸ軸上のプラス側の各位置の厚さを示すドットＤ１ａ〜Ｄ８ａを求める。

同様に、Ｘ軸のマイナス側にある各面内位置Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂの径方向距離に対応したウエーハＷ２のＸ軸上のマイナス側の各位置の厚さを各面内位置Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂの厚さから求める。すなわち、図４の（Ｂ）に示すようにＸ軸上のマイナス側の各位置の厚さを示すドットＤ１ｂ〜Ｄ６ｂを求める。

そして、これらドットＤ１ａ〜Ｄ８ａ,Ｄ１ｂ〜Ｄ６ｂに基づいて多項式近似曲線Ｔ２を求め、この多項式近似曲線Ｔ２をウエーハＷ２のＸ軸方向の断面形状として求める。

ドットＤ１ａ〜Ｄ８ａ,Ｄ１ｂ〜Ｄ６ｂや多項式近似曲線Ｔ２は、第１実施例と同様に、演算装置１１０の断面形状演算部１１３（図１参照）が求めるものである。

すなわち、第２実施例の断面形状演算部１１３は、各面内位置Ｑ１ａ〜Ｑ８ａ,Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂのうちＸ軸のプラス側にある各面内位置Ｑ１ａ〜Ｑ８ａの厚さと径方向距離とに基づいて、Ｘ軸上のプラス側の各位置における厚さに変換し、各面内位置Ｑ１ａ〜Ｑ８ａ,Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂのうちＸ軸のマイナス側にある各面内位置Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂの厚さと径方向距離とに基づいて、Ｘ軸上のマイナス側の各位置における厚さに変換する処理を行い、この処理によってウエーハＷ２のＸ軸方向の断面形状を求める。

第２実施例では、ウエーハＷ２のＸ軸方向の断面形状を求めているが、同様にしてウエーハＷ２のＹ軸方向の断面形状を求めてもよい。このＹ軸方向の断面形状及びＸ軸方向の断面形状のデータに基づいて、ウエーハＷ２の表面形状の傾向を把握することができる。
［第３実施例］

図５は、第３実施例のウエーハＷ３のＸ軸,Ｙ軸と、第１軸Ｊ１,第２軸Ｊ２との断面形状の測定方法を示す説明図である。

この第３実施例では、Ｘ軸を中心にして例えば６０°の所定範囲にある面内位置Ｑ１ｃ〜Ｑ７ｃと、この面内位置Ｑ１ｃ〜Ｑ７ｃの厚さとに基づいて、第２実施例と同様にしてＸ軸上の各位置の厚さを示すドット（図示せず）を求め、これらドットに基づいて多項式近似曲線を求めて、ウエーハＷ３のＸ軸上の断面形状を求める。

同様にして、Ｙ軸、第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２の軸上の断面形状を求め、これら４軸の断面形状を表示部３０１に表示させることができる。また、第１軸Ｊ１,第２軸Ｊ２は任意に設定することにより、所望の断面形状を測定することができる。

第３実施例における４軸の断面形状は、第１実施例と同様に、演算装置１１０の断面形状演算部１１３（図１参照）が求めるものである。

第３実施例の断面形状演算部１１３は、各面内位置のうちＸ軸を中心にして所定範囲にある各面内位置Ｑ１ｃ〜Ｑ７ｃの厚さと径方向距離に基づいてＸ軸上の各位置における厚さに変換する処理と、前記各面内位置のうちＹ軸を中心にして所定範囲にある各面内位置の厚さと径方向距離に基づいてＹ軸上の各位置における厚さに変換する処理と、前記各面内位置のうち第１軸Ｊ１を中心にして所定範囲にある各面内位置の厚さと径方向距離に基づいて第１軸Ｊ１上の各位置における厚さに変換する処理と、前記各面内位置のうち第２軸Ｊ２を中心にして所定範囲にある各面内位置の厚さと径方向距離に基づいて第２軸Ｊ２上の各位置における厚さに変換する処理とを行う変換処理をして、Ｘ軸,Ｙ軸と、第１軸Ｊ１,第２軸Ｊ２の断面形状を求めるものである。

第３実施例によれば、４軸の断面形状を求めるものであるから、より正確にウエーハＷの表面形状の傾向を把握することができる。求める断面形状の軸の数を増やすことで、さらに正確にウエーハＷの表面形状の傾向を把握することができる。
［第４実施例］

図６の（Ａ）〜（Ｃ）は、テーパを有するウエーハＷを第２実施例と同様にして求めた曲線（多項式近似曲線）Ｇ３,Ｇ４,Ｇ５である。実際には、各曲線Ｇ３,Ｇ４,Ｇ５に沿って厚さを示す複数のドット（図４（Ｂ）参照）があるが、説明の便宜上、そのドットを省略して曲線Ｇ３,Ｇ４,Ｇ５として説明する。以下、他の曲線も同様に説明する。また、曲線Ｇ３は１回目（最初の１５秒間）、曲線Ｇ４は２回目（２回目の１５秒間）、曲線Ｇ５は３回目（３回目の１５秒間）に得られたデータから求めたものである。

このように、ウエーハＷがテーパを有する場合、各曲線Ｇ３,Ｇ４,Ｇ５が示すように、データの取得タイミングによって測定値がテーパ成分の影響を受け、断面形状が異なり、測定値の暴れ、つまりウエーハＷの最大厚さＰと最小厚さＶとの差（Ｐ‐Ｖ値）が大きくなる。データの取得タイミングにより断面形状が異なると、真の断面形状を見極めることが困難となり、所望の断面形状に加工されているか判断することができず、レシピの選定ができない。また、Ｐ‐Ｖ値が大きいと、その値がテーパ成分の影響による見かけ上の値であるのか凹凸形状による真の値であるのかを見極めることが困難となり、所望の断面形状に加工されているか判断することができず、レシピの選定ができない。

ウエーハＷがテーパを有するとＰ‐Ｖ値が大きくなるので、Ｐ‐Ｖ値が所定値以上のときミラー反転処理を行った上で多項式近似曲線を描画するよう設定することができる。ミラー反転処理をしてから多項式近似曲線を描画することで、テーパ成分を相殺することが可能となる。ただし、このＰ‐Ｖ値に拘らずミラー反転処理を行ってもよい。

ミラー反転処理は、演算装置１１０の断面形状演算部１１３（図１参照）が行う。このミラー反転処理は、ウエーハＷの中心位置を原点として原点に対して対称に各位置の厚さを反転させるものであり、この反転した各位置の厚さと、反転前の各位置の厚さとに基づいて多項式近似曲線を描画し、ウエーハＷの断面形状を求める。

すなわち、図７の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、図６の（Ａ）〜（Ｃ）の曲線Ｇ３,Ｇ４,Ｇ５をＺ軸回りにミラー反転処理して求めた曲線Ｇ３′,Ｇ４′,Ｇ５′と、ミラー反転前の曲線Ｇ３,Ｇ４,Ｇ５とに基づいて多項式近似曲線Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を求めてウエーハＷのＸ軸上の断面形状を求める。

このように、ミラー反転処理を行ってから多項式近似曲線描画処理を行うので、図７の（Ａ）〜（Ｃ）の多項式近似曲線Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５から分かるように、データの取得タイミングが変化しても断面形状の変化と、Ｐ‐Ｖ値の暴れを防ぐことができる。

図８の（Ａ）に示す曲線Ｇ６は、ウエーハＷの断面形状が凸形状で、テーパを有さない場合のＸ軸上の各位置の厚さを示す曲線である。そして、この曲線Ｇ６をＺ軸回りにミラー反転処理して、図８の（Ｂ）に示す曲線Ｇ６′を求め、この曲線Ｇ６′と曲線Ｇ６とに基づいて多項式近似曲線Ｔ６を求めてウエーハＷのＸ軸上の断面形状を求める。

この実施例では曲線Ｇ６のＰ‐Ｖ値は０.５μmであり、ウエーハＷはテーパを有さないため凸成分のみがＰ‐Ｖ値に反映される。

図９の（Ａ）に示すＧ７は、ウエーハＷの断面形状が凸形状で、テーパを有する場合のＸ軸上の各位置の厚さを示す曲線である。そして、この曲線Ｇ７をＺ軸回りにミラー反転処理して曲線Ｇ７′を求め、この曲線Ｇ７′と曲線Ｇ７とに基づいて多項式近似曲線Ｔ７を求めてウエーハＷのＸ軸上の断面形状を求める。

曲線Ｇ７のＰ‐Ｖ値は１.０μmであるが、ミラー反転処理を施した多項式近似曲線Ｔ７のＰ‐Ｖ値は０.５μmとなる。

曲線Ｇ７のＰ‐Ｖ値は、ウエーハＷの凸成分にテーパ成分が反映されてしまうが、多項式近似曲線Ｔ７のＰ‐Ｖ値は、ミラー反転処理を施していることにより、テーパ成分が相殺されて凸成分のみがＰ‐Ｖ値に反映される。ウエーハＷの断面形状が凹形状の場合も同様にテーパ成分が相殺されて凹成分のみがＰ‐Ｖ値に反映されることになる。

このため、テーパ成分を取り除いた凹凸成分のみを反映したウエーハＷのＸ軸上の断面形状を求めることができる。

図１０は、テーパを有するウエーハＷを測定し、ミラー反転処理を施していない例を示すものであり、Ｘ軸上の位置のウエーハＷの厚さのデータ（ドット）と、この厚さに基づく多項式近似曲線Ｔ８とを示す。この図１０に示すように、ウエーハＷがテーパを有すると、テーパ成分が多項式近似曲線Ｔ８に影響を及ぼす。

図１１は、テーパを有するウエーハＷを測定し、ミラー反転処理を施した例を示すものであり、Ｘ軸上の位置のウエーハＷの厚さのデータ（ドット）と、この厚さに基づく多項式近似曲線Ｔ９とを示す。この図１１に示すように、ウエーハＷがテーパを有していても、多項式近似曲線Ｔ９からテーパ成分が相殺され、ウエーハＷの凹凸成分のみが反映されていることが分かる。

このように、図１１のグラフから分かるように、ミラー反転処理を施すことにより、テーパ成分を相殺してウエーハＷの凹凸成分のみを反映させることができる。

上記実施例は、いずれも１つのウエーハＷからその厚さと、その厚さが求められたウエーハＷの面内位置における径方向距離とを取得して、ウエーハＷの断面形状を求めるが、複数のウエーハＷを研磨する場合も同様にして、ウエーハＷの断面形状を求めることができる。例えば、５つのウエーハＷを５つのキャリアプレート３０を使用して同時に研磨していく場合、５つのウエーハＷからそれぞれの厚さと、その厚さが求められたそれぞれのウエーハＷの面内位置における径方向距離とが取得されていき、これら５つのウエーハＷから取得されたデータに基づいて上記実施例と同様に処理することにより、単一の断面形状を求めることができる。また、５つのウエーハＷの位置は、図２に示すサンギア２３及びインターナルギア２４の回転位置に基づいて求めることができ、これにより、５つのウエーハＷごとに厚さ及び面内位置における径方向距離のデータを取得することができる。これら厚さ及び面内位置における径方向距離のデータをウエーハＷごとに上記実施例と同様に処理することにより、５つのウエーハＷごとの断面形状を求めることができる。

上記実施例では、上定盤２１に計測孔５０を設けているが、下定盤２２に計測孔を設けて、下からウエーハＷの下面に赤外レーザ光を照射してウエーハＷの厚さを測定するようにしてもよい。

上記実施例では、ウエーハＷの断面形状を多項式近似曲線描画処理により求めているが、多項式近似曲線描画処理のほかに移動平均処理など軸上の各位置の厚さを平均化しウエーハＷの断面形状を可視化できればどのような方法で求めてもよい。

上記実施例では、光学ヘッド１０１は上定盤２１の上方に設けられているが、上定盤２１上に設け上定盤２１とともに回転しながらウエーハＷの断面形状を測定するようにしてもよい。

上記実施例はいずれもウエーハＷの両面を研磨する研磨装置について説明したが、ウエーハＷの片面だけを研磨する研磨装置にも適用可能である。

上記実施例では、研磨加工中にウエーハＷの断面形状を測定し、加工条件を研磨加工中に制御する場合について説明したが、研磨加工と研磨加工との間にウエーハＷの断面形状を測定し、次研磨加工において加工条件を制御するようにしてもよい。

また、上記実施例では、シリコンウエーハを研磨する場合について説明したが、これに限らず、ガラス、セラミックス、水晶等の薄板状のワークであればよい。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０ 研磨装置
２０ 研磨機
２１ 上定盤（定盤）
２２ 下定盤（定盤）
５０ 計測孔
１００ 断面形状測定装置
１０１ 光学ヘッド
１１０ 演算装置
１１１ 厚さ測定部
１１２ 位置演算部
１１３ 断面形状演算部
１１５ メモリ
２００ 記憶部
Ｗ ウエーハ（ワーク）

Claims (8)

1. 回転可能な定盤によって研磨されていくワークの厚さを、前記定盤に設けられた計測孔を介して厚さ測定手段により測定して、前記ワークの断面形状を求める断面形状測定方法であって、
   前記厚さ測定手段が測定する厚さと、該厚さ測定手段が厚さを測定したワークの面内位置を求める位置算出手段によって求められる面内位置とをそれぞれ複数取得していき、
   前記各面内位置における厚さを、前記ワークの中心から各面内位置までの径方向距離に対応する前記ワークの所定の径方向の各位置における厚さに変換処理して、前記所定の径方向のワークの断面形状を求めることを特徴とする断面形状測定方法。
2. 前記所定の径方向は、前記ワークの中心を原点として設定したＸ軸方向であり、
   前記変換処理は、前記Ｘ軸のマイナス側またはプラス側の一方の径方向の各位置における厚さに変換する処理と、
   前記一方の径方向の各位置を、前記原点に対して対称となるように反転させて他方の径方向の各位置に変換するとともに、この他方の径方向の各位置に対応する前記一方の径方向の各位置の厚さを他方の径方向の各位置の厚さに変換する処理とであり、
   これら処理によって、ワークのＸ軸方向の断面形状を求めることを特徴とする請求項１に記載の断面形状測定方法。
3. 前記所定の径方向は、前記ワークの中心を原点として設定したＸ軸方向であり、
   前記変換処理は、前記各面内位置のうちＸ軸方向のプラス側にある各面内位置の厚さと径方向距離とに基づいて、Ｘ軸上のプラス側の各位置における厚さと、
   前記各面内位置のうちＸ軸方向のマイナス側にある各面内位置の厚さと径方向距離とに基づいて、Ｘ軸上のマイナス側の各位置における厚さとに変換する処理であり、
   これら処理によって、ワークのＸ軸方向の断面形状を求めることを特徴とする請求項１に記載の断面形状測定方法。
4. 前記所定の径方向は、前記ワークの中心を原点として設定したＸ軸方向及びＹ軸方向であり、
   前記変換処理は、前記各面内位置のうちＸ軸を中心にして所定範囲にある各面内位置の厚さと径方向距離に基づいて、Ｘ軸上の各位置における厚さに変換する処理と、前記各面内位置のうちＹ軸を中心にして所定範囲にある各面内位置の厚さと径方向距離に基づいて、Ｙ軸上の各位置における厚さに変換する処理とであり、
   これら処理によって、ワークのＸ軸方向の断面形状とＹ軸方向の断面形状とを求めることを特徴とする請求項１に記載の断面形状測定方法。
5. 前記所定の径方向は、前記ワークの中心を原点として設定したＸ軸方向と、前記原点を通り且つ前記Ｘ軸に対して所定角度をなすとともにこの所定角度が任意に設定可能な少なくとも一つの第１軸方向とであり、
   前記変換処理は、前記各面内位置のうちＸ軸を中心にして所定範囲にある各面内位置の厚さと径方向距離に基づいて、Ｘ軸上の各位置における厚さに変換する処理と、前記各面内位置のうち前記第１軸を中心にして所定範囲にある各面内位置の厚さと径方向距離に基づいて、前記第１軸上の各位置における厚さに変換する処理とであり、
   これら処理によって、ワークのＸ軸方向の断面形状と前記第１軸方向の断面形状とを求めることを特徴とする請求項１に記載の断面形状測定方法。
6. 前記取得した複数の面内位置の厚さのうち、その厚さの最大値と最小値との差が所定値以上のとき、前記ワークの中心を原点とし、原点に対して対称となるように各位置を反転させ、この反転した各位置の厚さと、反転前の各位置の厚さとからワークの断面形状を求めることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の断面形状測定方法。
7. 前記ワークの断面形状を多項式近似曲線により求めることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の断面形状測定方法。
8. 前記厚さ測定手段が測定した厚さと、前記位置算出手段が求めた面内位置とを所定時間ごとにそれぞれ複数取得していき、
   前記所定時間ごとにワークの断面形状を求めていくことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の断面形状測定方法。