JP2017207455A - 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断面形状測定方法を提供する。【解決手段】研磨装置によって研磨されるウエーハＷの厚さを計測孔５０を介して測定ユニット１０１により検出してウエーハの断面形状を求める断面形状測定方法であって、上定盤２１及び下定盤２２の回転による計測孔５０のウエーハＷの面上の通過期間中に、連続して得られ、且つ、通過軌跡上のウエーハＷの各面内位置の厚さのデータからなるデータ列を少なくとも一つ取得し、取得されたデータ列のうちデータ数の多いデータ列を抽出し、この抽出された抽出データ列のデータの順番を示す行番号と、これら行番号のデータと、ウエーハＷの直径とに基づいて、ウエーハＷの一端から他端に径方向に沿った各面内位置の厚さを断面形状演算装置１１０によって求めてウエーハＷの径方向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、ワークを所望の厚み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、ワークの厚み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るワークの厚さを前記定盤に形成された計測孔を介して厚さ検出手段により検出して、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、前記定盤の回転により前記計測孔がワークの面上を通過する期間中に、前記厚さ検出手段の検出により連続して得られ、且つ、前記計測孔の通過軌跡上の前記ワークの各面内位置の厚さのデータからなるデータ列を少なくとも一つ取得し、取得されたデータ列のうちデータ数の多いデータ列を抽出し、この抽出された抽出データ列のデータの順番を示す行番号と、これら行番号にあるデータと、前記ワークの直径とに基づいて、前記ワークの一端から他端の方向に径方向に沿った各面内位置の厚さを演算処理によって求めて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。 上定盤の計測孔がウエーハ上を通過した際の通過軌跡を示した説明図である。 図１に示すメモリに記憶された複数のデータ列からデータ数の多い順にデータ列を５個抽出した例を示す表である。 抽出したデータ列をミラー反転処理し、前半データ列及び新前半データ列を作成した例を示す表である。 図５に示す表のデータ列をミラー反転処理して変換データ列を作成し、変換データ列を平均処理して平均データ列を作成した例を示す表である。 図６に示す表の平均データ列を移動平均させて移動平均データ列を作成した例を示す表である。 図７に示す移動平均データ列と移動平均データ列のデータ数とウエーハの直径とに基づいて、ウエーハの径方向に沿った１mmごとの厚さを求めた表を示す。 （Ａ）は図８のウエーハの径方向に沿った１mmごとの厚さを示すグラフ、（Ｂ）はそのグラフの一部を拡大したグラフである。 異常値が発生したウエーハの厚さを示すグラフの説明図である。 移動平均処理により異常値が小さくなったグラフの説明図である。 ウエーハのテーパによりその厚さを示すグラフに傾きが発生した例を示す説明図である。 本発明の演算処理により図１２に示す傾きが相殺されたグラフを示した説明図である。 データ変換処理部の構成を示したブロック図である。 データ列のウエーハにおける通過軌跡を示した説明図である。 第２実施例の断面形状測定方法を示すフロー図である。 第２実施例の断面形状演算装置の構成を示したブロック図である。

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。１１５,１１６はメモリであり、メモリ１１５は後述する厚さ測定装置（厚さ検出手段）１０３が求めたウエーハＷの厚さのデータを逐一記憶していく。メモリ１１６は、後述する断面形状演算装置１１０で演算処理され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にはウエーハ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が記憶されている。
［研磨機］

研磨機２０は、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ており、この計測孔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。
［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に設けられた測定ユニット１０１と、送信部１０２と、受信部１０４と、ウエーハＷの厚さを測定する厚さ測定装置１０３と、断面形状演算装置１１０と、メモリ１１５,１１６とを有している。そして、測定ユニット１０１と厚さ測定装置１０３とでウエーハＷの厚さを検出する厚さ検出手段が構成される。
［測定ユニット］

測定ユニット１０１は、上定盤２１に取り付けられており、上定盤２１と一体となって回転していくようになっている。また、測定ユニット１０１は、上定盤２１の計測孔５０の窓部材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レーザ光源（図示せず）と、ウエーハＷで反射した反射光を受光する受光部（図示せず）とを有する。受光部が受光した受光信号は送信部１０２により受信部１０４へ送信される。レーザ光源は、高速に波長掃引する波長可変レーザ光（赤外レーザ光）を出力していくようになっている。
［厚さ測定装置］

厚さ測定装置１０３は、例えば光反射干渉法で測定するものであり、受信部１０４が受信した受光信号に基づいて、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。

厚さ測定装置１０３は、上定盤２１の計測孔５０がウエーハＷの面上を通過している期間に連続して厚さを測定していくことになる。すなわち、厚さ測定装置１０３は、計測孔５０がウエーハＷの面上を通過している期間中、その計測孔５０の通過軌跡上のウエーハＷの各面内位置の厚さを測定して、連続した多数の厚さのデータを出力していくものであり、計測孔５０がウエーハＷの面上を通過するごとに、ウエーハＷの各面内位置の厚さを測定した複数の連続したデータからなるデータ列を出力していく。
［メモリ］

メモリ１１５は、厚さ測定装置１０３から出力される測定データ、すなわち、連続した多数の厚さのデータからなるデータ列を逐一記憶していく。

メモリ１１６は、後述する断面形状演算装置１１０で処理されたデータを記憶していく。
［断面形状演算装置］

断面形状演算装置１１０は、データ変換処理部１１１と、平均化処理部１１２と、移動平均処理部１１３と、断面形状演算部１１４とを有しており、これらに基づきウエーハ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秒間に取得されたデータ列に基づきウエーハ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。また、データ変換処理部１１１、平均化処理部１１２、移動平均処理部１１３、断面形状演算部１１４によって作成された各データはメモリ１１６に記憶される。

データ変換処理部１１１は、図１４に示すように、補完処理部１１１Ａと変換作成処理部１１１Ｂとを有している。補完処理部１１１Ａは、後述する抽出データ列のうちデータ数の少ないデータ列において、このデータ列の中央部分に、この中央部分に隣接する行番号（データが測定された順番を示す番号）のデータを補完して、データ数が最も多い抽出データ列のデータ数に合わせた補完データ列を作成する。

変換作成処理部１１１Ｂは、抽出データ列及び補完処理部１１１Ａによって作成された補完データ列をミラー反転処理し変換データ列を作成するものであり、第１変換作成処理部１１１Ｂａと第２変換作成処理部１１１Ｂｂとを有している。

第１変換作成処理部１１１Ｂａは、抽出データ列及び補完処理部１１１Ａによって作成された補完データ列の行番号の後半にある後半データ列を前半データ列側へ移動させ新たなデータ列を作成し、新たなデータ列の行番号の先頭行に後半データ列の最終行番号のデータが配列されるよう後半データ列の行番号を降順に並べ替えて新たな前半データ列（新前半データ列）を作成する。すなわち、行番号の中央値を基準として後半データ列をミラー反転処理し、新前半データ列を作成する。

第２変換作成処理部１１１Ｂｂは、抽出データ列及び上記の補完データ列の前半データ列と第１変換作成処理部１１１Ｂａによって作成された新前半データ列を後半データ列側に移動させ、後半データ列の行番号の先頭行に前半データ列及び新前半データ列の最終行番号のデータが配列されるよう前記前半データ列及び新前半データ列の行番号を降順に並べ替えて新後半データ列を作成する。すなわち、前記前半データ列及び新前半データ列をミラー反転処理して新たな新後半データ列を作成するものである。これにより変換データ列が作成される。

平均化処理部１１２は、データ変換処理部１１１によって作成された変換データ列の行番号ごとに平均値を求めて、後述する平均データ列を作成する。

移動平均処理部１１３は、平均化処理部１１２によって作成された平均データ列の行番号ごとに移動平均値を求めて、後述する移動平均データ列を作成する。

断面形状演算部１１４は、移動平均処理部１１３によって作成された移動平均データ列に基づいて、ウエーハＷの一端から他端までの各面内位置の厚さを求める演算処理を行ってウエーハＷの断面形状、すなわち径方向の断面形状を求める。断面形状演算部１１４が求めたウエーハＷの径方向の断面形状は表示部３０１に表示される。
［制御装置］

制御装置３００は、断面形状演算装置１１０が求めたウエーハＷの径方向の断面形状に応じたレシピを記憶部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各駆動装置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及び断面形状演算装置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により駆動装置Ｍ２,Ｍ３が駆動され上定盤２１及び下定盤２２が回転されていくとともに、駆動装置Ｍ１が駆動され上定盤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により駆動装置Ｍ４，Ｍ５が駆動され、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、測定ユニット１０１から赤外レーザ光が下方へ照射されていき、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を介して測定ユニット１０１へ入射する。測定ユニット１０１の受光部がその反射光であるウエーハＷの表面と裏面の反射光との干渉光を受光して受光信号を出力する。この受光信号が送信部１０２から受信部１０４へ送信され、この受信部１０４が受信する受光信号に基づいて、厚さ測定装置１０３はウエーハＷの厚さを求めていく。

ところで、上定盤２１の回転により、図３に示すように、計測孔５０がウエーハＷの面上を通過している期間は、測定ユニット１０１から赤外レーザ光がウエーハＷの面上に連続的に照射されるので、その通過軌跡Ｎａ〜Ｎｃ上のウエーハＷの厚さが連続的に計測されていくことになる。このため、厚さ測定装置１０３は、各通過期間（ウエーハＷの一端Ｗ１ａ〜Ｗ３ａから他端Ｗ１ｂ〜Ｗ３ｂまでの計測孔５０の通過期間中）では連続した多数の厚さデータからなるデータ列を、その通過ごとに出力していくことになる。

データ列のデータ数は、計測孔５０の通過軌跡によって異なり、図３に示すように、計測孔５０がウエーハＷの中心Ｏを通過する通過軌跡Ｎａの場合には例えば１８６個であり、この中心Ｏを通過しない通過軌跡Ｎｂ,Ｎｃの場合には、中心Ｏから離れるに従い通過軌跡が短くなるため、そのデータ数は１８５,１８４…と減少していくことになる。なお、図３に示す通過軌跡Ｎａ〜Ｎｃは、実際には円弧上の通過軌跡となるが、この実施例では直線とみなし、直線として図示してある。

また、厚さ測定装置１０３は研磨加工中常時ウエーハＷの厚さを測定しており、測定された連続した多数の厚さデータからなるデータ列は逐一メモリ１１５に記憶されていくことになる。

断面形状演算装置１１０のデータ変換処理部１１１は、任意に設定された時間、この実施例では１５秒間にメモリ１１５に記憶されたデータ列のうちデータ数の多い順にデータ列を例えば５列抽出する。これは、ウエーハＷの断面形状を描画する際にデータ数の多いデータ列、すなわちウエーハＷの中心Ｏ付近を通過したデータ列を用いることが好ましいからである。データ列を５列抽出した例を図４の表（１）に示す。また、表（１）の左欄の上から順番に並べられた数値１〜１８６は、その通過によって得られたデータの順番である行番号を示す。そして、データ列Ｎｏ.Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄ，Ｎｅの実取得データ数は、１８６個,１８５個,１８４個,１８４個,１８２個である。

また、Ｎｏ.Ｎａのデータ列の行番号１の数値［ａ１］は、図３に示すウエーハＷの面内位置Ｗ１ａの厚さを示すものであり、行番号１８６の数値［ａ１８６］は面内位置Ｗ１ｂの厚さを示す。また、行番号９３及び行番号９４の数値［ａ９３］，［ａ９４］はウエーハＷの中心Ｏを挟み込むとともに中心Ｏに隣接した両面内位置の厚さを示す。なお、厚さの単位はμmであり、以下、この単位は省略して説明する。

データ列抽出後、データ変換処理部１１１の補完処理部１１１Ａは、図４の表（１）に示すように、補完データ列を作成する。計測孔５０がウエーハＷの中心Ｏを通過しない通過軌跡は、ウエーハＷの中心Ｏを通過する通過軌跡と比べると通過軌跡が短く、データ列の実取得データ数が少なくなる。そのため、この補完処理部１１１Ａでは、抽出データ列のうち実取得データ数が最も多い抽出データ列と比べて実取得データ数が少ない抽出データ列に対しダミーデータを補完し、実取得データ数が最も多い抽出データ列のデータ数と同数となるように抽出データ列のデータ数を揃える処理を行う。具体的には、全抽出データ列の先頭データを行番号の先頭行に配置し、全抽出データ列の最終データを行番号の最終行に配置する。ここで用いる行数は抽出データ列のうち実取得データ数が最も多い抽出データ列のデータ数と対応している。そして、先頭データの次データを先頭行の次行番号の行に配置し、最終データの前データを最終行の前行番号の行に配置する。この処理を順次行うと、実取得データ数が少ない抽出データ列は行番号の中央値付近にデータが配置されない空白Ｓが生じるため、その空白Ｓに隣接する行番号のデータを補完する。これにより、実取得データ数が最も多い抽出データ列とデータ数が同数の補完データ列が作成される。

例えば、Ｎｏ．Ｎｂのデータ列の行番号９４のデータは存在しないが、隣接する行番号９５のデータ［ｂ９４］で補完するものである。同様に、データ列Ｎｏ．Ｎｃ,Ｎｏ．Ｎｄの行番号９３及び行番号９４のデータは、行番号９２のデータ及び行番号９５のデータで補完し、データ列Ｎｏ．Ｎｅの行番号９２〜行番号９５のデータは、行番号９１のデータ及び行番号９６のデータで補完するものである。そして、図４の表（１）のデータ列Ｎｏ．Ｎｂ,Ｎｏ．Ｎｃ,Ｎｏ．Ｎｄ，Ｎｏ．Ｎｅは補完データ列である。なお、図４の表（１）はメモリ１１６に記憶される。

この補完処理の後、図１４に示すデータ変換処理部１１１の変換作成処理部１１１Ｂは、抽出データ列Ｎｏ．Ｎａ及び補完データ列Ｎｏ．Ｎｂ,Ｎｏ．Ｎｃ,Ｎｏ．Ｎｄ，Ｎｏ．Ｎｅの行番号の中央値以降のデータを、中央値を軸にしてミラー反転処理し、変換データ列を作成する。すなわち、抽出データ列及び補完データ列をミラー反転処理して変換データ列にする。

具体的には、変換作成処理部１１１Ｂの第１変換作成処理部１１１Ｂａは、図４の表（１）に示すデータ列Ｎｏ．Ｎａ〜Ｎｅの後半データ列（行番号９４〜行番号１８６のデータ）を前半データ列側へ移動させ新たなデータ列を作成し、新たなデータ列の行番号の先頭行に後半データ列の最終行番号のデータが配列されるように後半データ列の行番号を降順に並び替えて、すなわち行番号１８６のデータが行番号１、行番号１８５のデータが行番号２…行番号９４のデータが行番号９３に配列されるようにデータを並び替えて、図５の表（２）に示すように、新前半データ列Ｎｏ．Ｎａ´，Ｎｏ．Ｎｂ´，Ｎｏ．Ｎｃ´，Ｎｏ．Ｎｄ´，Ｎｏ．Ｎｅ´を作成する。すなわち、後半データ列をミラー反転処理し新前半データ列を作成するものである。図５の表（２）に示す前半データ列及び新前半データ列はメモリ１１６に記憶される。

この後、変換作成処理部１１１Ｂの第２変換作成処理部１１１Ｂｂは、図５の表（２）に示す前半データ列Ｎｏ．Ｎａ〜Ｎｅと、新前半データ列Ｎｏ．Ｎａ´〜Ｎｅ´の後半データ列側に、これらの前半データ列及び新前半データ列の行番号を中央値を軸にしてミラー反転処理し、前半データ列及び新前半データ列の行番号を降順に並び替えた新後半データ列を作成して、図６の表（３）に示すように、当初のデータ数（行数）となった変換データ列Ｎｏ．ＮＡ，ＮＢ，ＮＣ，ＮＤ，ＮＥ，ＮＡ´，ＮＢ´，ＮＣ´，ＮＤ´，ＮＥ´を作成する。

すなわち、前半データ列及び新前半データ列をミラー反転処理して新後半データ列を作成するものである。この新後半データ列は、図６の表（３）に示すように、行番号９４から行番号１８６までのデータである。これにより行番号１から行番号１８６までの変換データ列が作成される。図６の表（３）に示す変換データ列もメモリ１１６に記憶される。

そして、断面形状演算装置１１０の平均化処理部１１２は、変換データ列Ｎｏ．ＮＡ〜ＮＥ，ＮＡ´〜ＮＥ´の各行番号のデータの平均値を求め、図６の表（３）に示すように、この各行番号の平均値のデータからなる平均データ列を求める。図６の表（３）に示す平均データ列はメモリ１１６に記憶される。

さらに、断面形状演算装置１１０の移動平均処理部１１３は、この平均データ列から、図７の表（４）に示すように、移動平均を求めて移動平均データ列を作成する。移動平均データ列はメモリ１１６に記憶される。移動平均は、平均対象のデータ及びそのデータと隣接するデータ、つまり連続する前後３つのデータを平均して求めていくが、ウエーハＷの最外周部に相当する面内位置のデータの平均値は、最外周部の外側のデータは存在しないため２つのデータを平均して求める。すなわち、図７の表（４）に実線Ａで囲まれた２つのデータの平均値［ＭＡ．１］が移動平均データ列の行番号１のデータとなる。

また、移動平均データ列の行番号２のデータ［ＭＡ．２］は、平均データ列の行番号１［Ａｖｅ．１］から行番号３［Ａｖｅ．３］までの３つのデータを平均して求めたものである。以下、同様にして移動平均データ列の各行番号のデータを求めていく。

そして、断面形状演算部１１４は、移動平均データ列の行番号と、この行番号の移動平均データと、ウエーハＷの直径とに基づいてウエーハＷの径方向の断面形状を求めていく。

まず、ウエーハＷの径方向における行番号間の距離を求める。すなわち、ウエーハＷの厚さを測定した測定点と次の測定点との距離を求める。本実施例では、ウエーハＷの直径が３００mm、最大行番号が１８６である。また、ウエーハＷの一端Ｗ１ａの径方向の位置は０mmであり、ウエーハＷの他端Ｗ１ｂの径方向の位置は３００mmであるから、行番号間個数は１８５となり、ウエーハＷの径方向における行番号間の距離は、３００/１８５＝１.６２…［mm］となる。つまり、ウエーハＷの厚さは１．６２…[mm]間隔で測定されたこととなる。

次に、図８の表（５）に示すように、移動平均データ列の行番号に対応する厚さと、その行番号における径方向の位置（一端を０とした位置）とに基づいて、ウエーハＷの一端から他端へ径方向に沿って１mm（単位距離）ずつ移動した位置（面内位置）の厚さを求めていく。例えば、ウエーハＷの一端から他端へ径方向に沿って２mm移動した位置の厚さは、移動平均データ列の行番号２と行番号３との間の位置にある面内位置の厚さであり、また、その行番号２の厚さは「ＭＡ．２」、その行番号３の厚さは「ＭＡ．３」、また行番号２の位置は１.６mm、行番号３の位置は３.２mmであり、行番号２と行番号３の間ではその厚さが直線的に変化しているとみなして、比例算出により下記に示すように求める。
（（ＭＡ．３−ＭＡ．２）/（３.２−１.６））×（２−１.６）＋ＭＡ．２＝ＴＨＫ．２

以下、同様にして径方向に沿って１mmずつ移動した位置の厚さを求めていく。すなわち、直径３００mmのウエーハＷを径方向に３００分割した位置のそれぞれ厚さを求めていく。図８の表（５）のＩ１欄の換算位置はウエーハＷを径方向に３００分割した位置を示し、Ｉ２欄の換算位置厚さはその換算位置の厚さを示す。この図８に示す表（５）もメモリ１１６に記憶される。

また、図８の表（５）のＩ１,Ｉ２欄に基づいて、図９の（Ａ）に示すように、ウエーハＷの径方向に対する厚さ、すなわちウエーハＷの径方向の断面形状を示すグラフＧ１を作成して表示部３０１に表示する。グラフＧ１もメモリ１１６に記憶される。

次に、グラフＧ１に基づいて、ウエーハ外周部のダレ量及び跳ね上げ量を定量的に表したウエーハＷのロールオフ量が求められていく。

このロールオフ量は、図９の（Ｂ）に示すように、外周から内側へ６mmの面内位置におけるウエーハＷの厚さを示す点Ｐ１と、外周から内側へ３mmの面内位置におけるウエーハＷの厚さを示す点Ｐ２とを結ぶ基準線Ｌ１を引き、外周から内側へ１mmの面内位置におけるウエーハＷの厚さを示す点Ｐ３と基準線Ｌ１の延長線上の点Ｌ２との差Ｈ１がプラスのときウエーハＷは外周部に向かうにつれてウエーハＷの厚さが薄くなる形状、いわゆるだれている形状であり、その差Ｈ１がマイナスのときウエーハＷは外周部に向かうにつれてウエーハＷの厚さが厚くなる形状、いわゆる立っている形状であると判断して、表示部３０１に表示する。すなわち、だれている形状のときその差Ｈ１をプラス表示し、立っている形状のときその差Ｈ１をマイナス表示する。

制御装置３００は、断面形状演算装置１１０が求めたウエーハＷの断面形状に基づいて、すなわち、ウエーハＷの径方向に対する厚さを示すグラフＧ１及びロールオフ量（図９参照）に基づいて、記憶部２００に記憶されているレシピを読み出し、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。

断面形状演算装置１１０は、１５秒間隔で上記断面形状演算処理を繰り返し行い、ウエーハＷの断面形状を求めていくことになる。

制御装置３００は、１５秒間隔で求めた新たなウエーハＷの断面形状に基づいて、記憶部２００に記憶されているレシピを読み出し、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。

上述のように、ウエーハＷの一端から他端へ径方向に沿って１mm間隔で、その位置の厚さを求めていくものであるから、ウエーハＷの断面形状を正確に把握することができ、目標とする断面形状にするため研磨加工中に加工条件を制御することができる。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正確に研磨していくことができる。

また、図７の表（４）に示すように、抽出したデータ列に対して補完処理、ミラー反転処理、平均化処理、移動平均処理を施しウエーハＷの断面形状を求めるので、例えば図１０に示すようにウエーハＷの厚さを示すグラフＧ１ａに異常値Ｖ１が発生した場合においても、その異常値Ｖ１は、図１１に示すように小さな異常値Ｖ２となり、異常値Ｖ１がグラフＧ１に与える影響を小さくすることができる。

また、データにミラー反転処理を施さない場合、図１２に示すように、ウエーハＷのテーパによりその厚さを示すグラフＧ１ｂに傾きが発生する。このため、この傾きがＰ−Ｖ値の計算に影響を及ぼすことになる。

しかし、ミラー反転処理を施すことにより、図１３に示すようにウエーハＷの厚さを示すグラフＧ１の傾きは相殺され、Ｐ−Ｖ値の計算に影響を及ぼさないことになる。なお、ＰはウエーハＷの最大厚さであり、ＶはウエーハＷの最小厚さである。

上記実施例では、１つのウエーハＷから得られる複数のデータ列に基づいてウエーハＷの断面形状を求めているが、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の断面形状を求めていく。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、計測孔５０が５つのウエーハＷ上を通過していく際に得られるデータ列をそれぞれ取得し、これら取得された複数のデータ列を上記と同様に処理することにより単一の断面形状を求めてもよい。

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ごとに複数のデータ列を取得することができる。これらデータ列をウエーハＷごとに上記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ようにしてもよい。

上記実施例では、図７の表（４）に示すように、平均データ列から移動平均データ列を作成してウエーハＷの断面形状を求めるようにしているが、移動平均データ列を作成せずに、平均データ列から直接ウエーハＷの断面形状を求めるようにしてもよい。また、図４の表（１）に示すように、鎖線で囲まれている部分のデータを補完しているが、その部分のデータを補完せずに、その部分を空白にしたままで、以後の処理を行いウエーハＷの断面形状を求めるようにしてもよい。

また、メモリ１１５に記憶されたデータ列から、そのデータ数の多い順にデータ列を５個抽出して、ウエーハＷの断面形状を求めるようにしているが、これに限らず、抽出するデータ列の個数は少なくとも一つあればよい。例えばデータ数の多いＮｏ．Ｎａのデータ列だけを抽出してウエーハＷの断面形状を求めるようにしてもよい。また、データ数の多い１つまたは複数のデータ列を抽出して、ミラー反転処理をせずそのデータ列のデータと、ウエーハＷの直径とに基づいて、ウエーハＷの断面形状を求めるようにしてもよい。さらに、求めたウエーハＷの断面形状の両端に傾きが生じ、その傾きが適宜設定される閾値以上の場合、求めたウエーハＷの断面形状の傾きを補正する補正処理を行うように設定することができる。

抽出する個数を予め設定することなく、例えば、取得されたデータ列のうちデータ数の最大数を基準にして、この基準に対して適宜設定される所定割合以上のデータ数を有するデータ列を抽出するようにしてもよい。

また、図４の表（１）に示すように、Ｎｏ．Ｎａ〜Ｎｏ．Ｎｅの後半データ列（行番号９４から行番号１８６までのデータ）のみをミラー反転処理して新たな前半データ列（図５参照）を作成しているが、図４の表（１）のＮｏ．Ｎａ〜Ｎｏ．Ｎｅのデータ列（行番号１から行番号１８６までのデータ）を中央値を軸にミラー反転処理してデータ列の行番号１のデータが行番号１８６に、データ列の行番号１８６のデータが行番号１に配列されるようにデータを並び替えた新たな新データ列を作成し、この新データ列と、Ｎｏ．Ｎａ〜Ｎｏ．Ｎｅのデータ列との平均データ列を求めて、上述のようにウエーハＷの断面形状を求めるようにしてもよい。
［第２実施例］

図１５は第２実施例の断面形状測定方法を示す説明図である。この第２実施例の断面形状測定方法を図１６のフロー図に基づいて説明する。
ステップＳ１では、第１実施例と同様にして、図１に示すように、上定盤２１の回転により計測孔５０がウエーハＷの面上を通過し、測定ユニット１０１から照射された赤外レーザ光がウエーハＷの面上に連続的に照射される。そして、この通過軌跡上のウエーハＷの厚さが連続的に計測され、連続した多数の厚さデータからなるデータ列が得られる。得られたデータ列は、メモリ１１５に記憶される。
ステップＳ２では、メモリ１１５に記憶された各データ列の通過軌跡Ｋ１,Ｋ２…のＸ座標をそれぞれ求めていく。すなわち、赤外レーザ光がウエーハＷのＸ軸上のどこを通過してウエーハＷの厚さを測定したのかを求めていく。このＸ座標は、サンギア２３及びインターナルギア２４の回転位置に基づき求めたキャリアプレート３０の公転位置及び自転位置からウエーハＷの位置を算出し、このウエーハＷの位置に基づいて通過軌跡ＫのＸ座標を求める。

ステップＳ３では、求められた通過軌跡Ｋ１,Ｋ２…のＸ座標値Ｘ１,Ｘ２…がウエーハＷの中心Ｏ近傍、すなわち、ウエーハＷの中心Ｏを基準に適宜設定される所定範囲内である場合、得られたデータ列を有効と判断する。
ステップＳ４では、有効と判断されたデータ列とウエーハＷの直径とに基づき、第１実施例と同様にしてウエーハＷの断面形状を求める。
ウエーハＷの断面形状を求める際、得られたデータ列に対して移動平均処理や多項式近似曲線描画処理などで厚さデータを平均化するが、これに限らずウエーハＷの断面形状を可視化できればどのような方法であってもよい。

第２実施例の断面形状測定方法を実施する断面形状測定装置は、第１実施例と同様な構成を有しているので、その構成の説明は省略する。なお、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理は、図１７に示す断面形状演算装置１１０Ａが行う。第２実施例の断面形状演算装置１１０Ａは、データ列の通過軌跡からＸ座標を求めるＸ座標算出部１１７と、求めたＸ座標に基づいてデータ列が有効か無効かを判断する判断部１１８と、有効と判断したデータ列とウエーハＷの直径からウエーハＷの断面形状を求める断面形状演算部１１９とを備えている。
また、メモリ１１５に記憶されたデータ列のうち、通過軌跡のＸ座標が所定範囲内であるデータ列を有効と判断し、有効と判断されたデータ列を抽出してウエーハＷの断面形状を求めるようにしているが、これに限らず、抽出するデータ列の個数は少なくとも一つあればよい。また、メモリ１１５にデータ列が記憶されるごとに、このデータ列の通過軌跡のＸ座標を求め、記憶されたデータ列が有効か無効かを判断し、有効と判断されたとき、この有効と判断されたデータ列とウエーハＷの直径とに基づいて、ミラー反転処理をせずウエーハＷの断面形状を求めるようにしてもよい。さらに、求めたウエーハＷの断面形状の両端に傾きが生じ、その傾きが適宜設定される閾値以上の場合、求めたウエーハＷの断面形状の傾きを補正する補正処理を行うように設定することができる。

上記実施例では、いずれも上定盤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、いずれも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、いずれも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
２２ 下定盤
５０ 計測孔
１００ 形状測定装置
１０１ 測定ユニット
１０３ 厚さ測定装置
１１０ 断面形状演算装置
１１１ データ変換処理部
１１１Ａ 補完処理部
１１１Ｂ 変換作成処理部
１１１Ｂａ 第１変換作成処理部
１１１Ｂｂ 第２変換作成処理部
１１２ 平均化処理部
１１３ 移動平均処理部
１１４ 断面形状演算部
１１５ メモリ
１１６ メモリ
Ｗ ウエーハ（ワーク）

Claims (5)

1. 回転可能な定盤によって研磨されるワークの厚さを前記定盤に形成された計測孔を介して厚さ検出手段により検出して、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、
   前記定盤の回転により前記計測孔がワークの面上を通過する期間中に、前記厚さ検出手段の検出により連続して得られ、且つ、前記計測孔の通過軌跡上の前記ワークの各面内位置の厚さのデータからなるデータ列を少なくとも一つ取得し、
   取得されたデータ列のうちデータ数の多いデータ列を抽出し、
   この抽出された抽出データ列のデータの順番を示す行番号と、これら行番号にあるデータと、前記ワークの直径とに基づいて、前記ワークの一端から他端の方向に径方向に沿った各面内位置の厚さを演算処理によって求めて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. 前記抽出データ列を変換処理によってミラー反転処理をした変換データ列に変換し、
   該変換データ列の前記行番号ごとにデータの平均値を求めて、平均値のデータからなる平均データ列を作成する平均化処理を行い、
   前記演算処理は、前記平均化処理によって作成された平均データ列の行番号と、これら行番号にある平均値のデータと、前記ワークの直径とに基づいて、ワーク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. 前記変換処理は、抽出された前記抽出データ列のうちデータ数の少ないデータ列において、このデータ列の中央部分に、この中央部分に隣接する行番号のデータを補完して、データ数の一番多い他の抽出データ列のデータ数に合わせた補完データ列を作成する補完処理と、
   この補完処理によって作成された補完データ列及び前記他の抽出データ列をミラー反転処理して前記変換データ列にする変換作成処理とを有することを特徴とする請求項２に記載の断面形状測定方法。
4. 前記補完処理で作成された補完データ列及び前記他の抽出データ列は、行番号の前半にある前半データ列と、行番号の後半にある後半データ列とからなり、
   前記変換作成処理は、前記後半データ列をミラー反転処理して新たな新前半データ列を作成する第１変換作成処理と、
   該第１変換作成処理によって作成された新前半データ列と前記前半データ列をミラー反転処理して新たな新後半データ列を作成し、該新後半データ列を前記新前半データ列及び前半データ列の後に追加することにより新たな複数の新データ列を作成する第２変換作成処理とを有し、
   前記平均化処理は、前記第２変換作成処理によって作成された複数の新データ列の行番号ごとのデータの平均値を求めるとともに、この行番号ごとの平均値のデータからなる平均データ列を作成することを特徴とする請求項３に記載の断面形状測定方法。
5. 前記平均化処理によって作成された平均データ列の各行番号にあるデータを移動平均によって求めた値に変換して移動平均データ列を作成し、
   この移動平均データ列の行番号と、各行番号にあるデータと、前記ワークの直径とに基づいて、前記ワークの一端から他端の方向に径方向に沿った単位距離ごとの厚さを求めて、ワークの断面形状を求めることを特徴とする請求項４に記載の断面形状測定方法。