JP6465015B2 - 半導体ウェーハの厚み分布測定システムおよび半導体ウェーハ研磨システム、半導体ウェーハの厚み分布測定方法および半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法、ならびに半導体ウェーハの研磨方法 - Google Patents
半導体ウェーハの厚み分布測定システムおよび半導体ウェーハ研磨システム、半導体ウェーハの厚み分布測定方法および半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法、ならびに半導体ウェーハの研磨方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、半導体ウェーハの厚み分布測定システムおよび半導体ウェーハ研磨システム、半導体ウェーハの厚み分布測定方法および半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法、ならびに半導体ウェーハの研磨方法に関する。
半導体デバイスの基板として、シリコンウェーハなどの半導体ウェーハが広く用いられている。例えばシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットの引き上げ工程に始まり、スライス工程、平面研削工程、エッチング工程および研磨工程を経て、最終洗浄されることにより、ポリッシュドウェーハに加工される。なお、シリコンウェーハの研磨は、粗研磨および仕上げ研磨などの複数段階で研磨を行うのが一般的であり、半導体ウェーハの研磨技術および研磨精度を確認するための半導体ウェーハの厚み取り代分布測定技術が重要となる。
近年、シリコンウェーハの大口径化および該シリコンウェーハを用いて形成されるデバイスの微細化が進行しており、シリコンウェーハ表面の平坦性に対する要求は益々厳しくなっている。そこで、半導体ウェーハを高精度に研磨することのできる研磨技術の開発が進む中、本願出願人は特許文献１において、半導体ウェーハの研磨を高精度に行うことのできる半導体ウェーハ研磨システムを提案している。
特許文献１に記載された半導体ウェーハ研磨システムは、半導体ウェーハを研磨する研磨手段と、半導体ウェーハを収容可能かつ有機酸水溶液を保管可能な保管槽と、半導体ウェーハの形状を測定する測定手段と、研磨手段と保管槽と前記測定手段との間で前記半導体ウェーハを移動させる移動手段と、測定手段での測定結果に基づいて、前記研磨手段での研磨条件を設定する研磨条件設定手段とを備える。この半導体ウェーハ研磨システムでは、研磨後の半導体ウェーハの形状測定を行い、この測定結果に基づいて研磨条件とその結果をフィードバックして次回の研磨条件を設定することで、高平坦度の半導体ウェーハを製造することができる。
特許文献１に記載の半導体ウェーハ研磨システムにより、半導体ウェーハを高平坦度に製造することができる。ここで、特許文献１では、６軸ロボットおよびウェーハ把持部を備える移動手段により、半導体ウェーハを把持したまま、分光干渉変位計のセンサ部の間を通過させて、半導体ウェーハの中心から外周までの半径方向の形状（厚み分布）を測定することを提案している。市販の半導体ウェーハ用平坦度検査装置等の専用機による形状測定とは異なり、この測定では半導体ウェーハを把持しながら半導体ウェーハの形状測定を行うため、簡便な方法で半導体ウェーハの厚み分布（形状）を測定できる点では好ましいものの、測定精度の点では改善の余地があることが本発明者の検討により判明した。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、半導体ウェーハを把持しながら半導体ウェーハの厚み分布を簡便かつ精度良く測定できる半導体ウェーハの厚み分布測定システムと、それによって研磨条件へのデータフィードバックをより正確に行うことのできる半導体ウェーハ研磨システムを提供することを目的とする。
本発明者は、ロボットアームおよびロボットハンドにより半導体ウェーハを把持したまま、半導体ウェーハの半径方向の厚み分布を測定する際の測定精度に改善する余地があることについて鋭意検討した。センサ部は一定の時間間隔（例えば数１００μｓ間隔）で半導体ウェーハの通過点における厚みを測定する。一方、ロボットアームによって半導体ウェーハを把持しながら移動させる場合、半導体ウェーハの移動速度は必ずしも等速ではなく、移動速度に揺らぎが生じるのが一般的である。この移動速度の揺らぎに起因して、上記センサ部における測定時間間隔ごとの半導体ウェーハ移動量相互に差が生じ得る点に、測定精度改善の余地があることを着想した。そこで、センサ部で単位時間ごとに測定した測定値と、半導体ウェーハの移動距離とを同期させることで半導体ウェーハの厚み分布の測定精度を改善した半導体ウェーハの厚み分布測定システムを提供できることを知見した。さらに本発明者は、それによって測定した厚み分布により研磨条件へのデータフィードバックをより正確に行うことのできる半導体ウェーハ研磨システムを提供できることを本発明者は知見した。また、この厚み分布測定システムおよび半導体ウェーハ研磨システムは、ロボットアームごとの速度のバラツキの影響を防止できることも知見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
本発明に従う半導体ウェーハの厚み分布測定システムは、半導体ウェーハが搬入される搬入部と、前記半導体ウェーハを保管する保管部と、前記半導体ウェーハの厚み分布を測定する測定部と、前記搬入部および前記測定部の間の第１搬送経路、ならびに、前記保管部および前記測定部の間の第２搬送経路のそれぞれで前記半導体ウェーハを搬送する搬送部と、を備え、
前記搬送部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路内で動作可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端部に設けられた台座と、該台座を介して設置された、前記半導体ウェーハを把持するロボットハンドと、前記ロボットハンドによる前記半導体ウェーハの把持および前記ロボットアームの動作を制御する搬送制御部と、を有し、
前記測定部は、前記半導体ウェーハの所定領域の厚さを単位時間ごとに測定する測定センサと、進退するロッドの移動距離を測定するリニアスケールと、前記ロッドの移動単位ごとに前記測定センサによる前記半導体ウェーハの厚みの測定値を同期させる測定制御部と、を有することを特徴とする。
前記搬送部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路内で動作可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端部に設けられた台座と、該台座を介して設置された、前記半導体ウェーハを把持するロボットハンドと、前記ロボットハンドによる前記半導体ウェーハの把持および前記ロボットアームの動作を制御する搬送制御部と、を有し、
前記測定部は、前記半導体ウェーハの所定領域の厚さを単位時間ごとに測定する測定センサと、進退するロッドの移動距離を測定するリニアスケールと、前記ロッドの移動単位ごとに前記測定センサによる前記半導体ウェーハの厚みの測定値を同期させる測定制御部と、を有することを特徴とする。
ここで、前記搬送制御部および前記測定制御部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路の少なくとも一方の経路内で、前記半導体ウェーハを把持した状態の前記ロボットアームを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、前記測定部により前記半導体ウェーハの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有する異が好ましい。
また、前記測定部は、対向する一対の側部を備えるチャネル状の支持体を有し、前記測定部の前記測定センサは、分光干渉レーザ変位計の一対のヘッド部からなり、前記一対のヘッド部が前記一対の側部に対応配置され、前記側部の長さは前記半導体ウェーハの半径よりも大きいことが好ましく、さらに、前記一対のヘッド部が水平に設置されることが好ましい。
また、前記ロッドは空気加圧式であり、前記リニアスケールに、前記ロッドが前記台座に当接移動するための推力を制御する精密レギュレータが設けられ、前記ロッドによる前記台座への推力が０．０３ＭＰａ以下に制御されることがより好ましい。
さらに、前記ロッドと前記台座とが樹脂プレートを介して当接することが好ましい。
また、前記ロボットハンドに、前記半導体ウェーハと厚みが略等しい校正用基準片が貼付されていることが好ましい。この場合、前記搬送制御部および前記測定制御部は、所望により前記校正用基準片を用いて前記測定値の校正を行う制御機能をさらに有することが好ましい。
また、本発明に従う半導体ウェーハ研磨システムは、半導体ウェーハが搬入される搬入部と、前記半導体ウェーハを研磨する研磨部と、前記半導体ウェーハを保管する保管部と、前記半導体ウェーハの厚み分布を測定する測定部と、前記測定部を経由する前記搬入部および前記研磨部の間の第１搬送経路、ならびに、前記研磨部および前記測定部の間の第２搬送経路のそれぞれで前記半導体ウェーハを搬送する搬送部と、を備え、
前記搬送部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路内で動作可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端部に設けられた台座と、該台座を介して設置された、前記半導体ウェーハを把持するロボットハンドと、前記ロボットハンドによる前記半導体ウェーハの把持および前記ロボットアームの動作を制御する搬送制御部と、を有し、
前記測定部は、前記半導体ウェーハの所定領域の厚さを単位時間ごとに測定する測定センサと、進退するロッドの移動距離を測定するリニアスケールと、前記ロッドの移動単位ごとに前記測定センサによる前記半導体ウェーハの厚みの測定値を同期させる測定制御部と、を有することを特徴とする。
前記搬送部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路内で動作可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端部に設けられた台座と、該台座を介して設置された、前記半導体ウェーハを把持するロボットハンドと、前記ロボットハンドによる前記半導体ウェーハの把持および前記ロボットアームの動作を制御する搬送制御部と、を有し、
前記測定部は、前記半導体ウェーハの所定領域の厚さを単位時間ごとに測定する測定センサと、進退するロッドの移動距離を測定するリニアスケールと、前記ロッドの移動単位ごとに前記測定センサによる前記半導体ウェーハの厚みの測定値を同期させる測定制御部と、を有することを特徴とする。
ここで、前記第２搬送経路は前記保管部を経由することが好ましい。
また、前記搬送制御部および前記測定制御部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路の少なくとも一方の経路内で、前記半導体ウェーハを把持した状態の前記ロボットアームを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、前記測定部により前記半導体ウェーハの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有することが好ましい。
さらに、前記測定部は、対向する一対の側部を備えるチャネル状の支持体を有し、前記測定部の前記測定センサは、分光干渉レーザ変位計の一対のヘッド部からなり、前記一対のヘッド部が前記一対の側部に対応配置され、前記側部の長さは前記半導体ウェーハの半径よりも大きいことが好ましく、さらに、前記一対のヘッド部が水平に設置されることが好ましい。
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さらに、前記ロッドと前記台座とが樹脂プレートを介して当接することが好ましい。
また、前記ロボットハンドに、前記半導体ウェーハと厚みが略等しい校正用基準片が貼付されていることが好ましい。この場合、前記搬送制御部および前記測定制御部は、所望により前記校正用基準片を用いて前記測定値の校正を行う制御機能をさらに有することが好ましい。
また、本発明に従う半導体ウェーハの厚み分布測定方法は、上記に記載の半導体ウェーハ研磨システムを用いて、前記第１搬送経路または前記第２搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の厚み分布を測定することを特徴とする。
また、本発明に従う半導体ウェーハの厚み分布測定方法は、上記に記載の半導体ウェーハ研磨システムを用いて、
前記第１搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の第１の厚み分布を測定し、
前記第２搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の第２の厚み分布を測定し、
前記第１および前記第２の厚み分布に基づき前記研磨部による厚み取り代分布を測定することを特徴とする。
前記第１搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の第１の厚み分布を測定し、
前記第２搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の第２の厚み分布を測定し、
前記第１および前記第２の厚み分布に基づき前記研磨部による厚み取り代分布を測定することを特徴とする。
さらに、本発明に従う半導体ウェーハの研磨方法は、上記に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定方法を用いて測定された半導体ウェーハの厚み分布に基づいて、研磨条件を設定することを特徴とする。
さらに、本発明に従う半導体ウェーハの研磨方法は、上記に記載の半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法を用いて測定された半導体ウェーハの厚み取り代分布に基づいて、研磨条件を設定することを特徴とする。
本発明によれば、センサ部で単位時間ごとに測定した測定値と、半導体ウェーハの移動距離とを同期させるので、半導体ウェーハを把持しながら半導体ウェーハの厚み分布を簡便かつ精度良く測定でき、それによって研磨条件へのデータフィードバックをより正確に行うことのできる半導体ウェーハ研磨システムを提供することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。予め図の対応関係について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００の全体構成の模式図であり、図２は、厚み分布測定システム１００を用いた、本発明の第２実施形態による半導体ウェーハ研磨システム２００の全体構成の模式図である。図３、図４は、第１実施形態および第２実施形態において用いる搬送部７０および測定部５０を示す模式図であり、図５は第１実施形態および第２実施形態における半導体ウェーハＷの厚み分布の測定状態を説明する模式図である。また、図面では説明の便宜上、各構成の形状を、実際の縦横比の割合と異なり誇張して示す。
（第１実施形態：半導体ウェーハの厚み分布測定システム）
図１，図３〜５を用いて、本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００を説明する。半導体ウェーハ研磨システム２００は、半導体ウェーハＷが搬入される搬入部１０と、半導体ウェーハＷを保管する保管部３０と、半導体ウェーハＷの厚み分布を測定する測定部５０と、搬入部１０および測定部５０の間の第１搬送経路Ｒ１１、ならびに、保管部３０および測定部５０の間の第２搬送経路Ｒ１２のそれぞれで半導体ウェーハＷを搬送する搬送部７０と、を備える。ここで、搬送部７０は、第１搬送経路Ｒ１１および第２搬送経路Ｒ１２内で動作可能なロボットアーム７２と、該ロボットアーム７２の先端部７２ａに設けられた台座７４と、該台座７４を介して設置された、半導体ウェーハＷを把持するロボットハンド７６と、ロボットハンド７６による半導体ウェーハＷの把持およびロボットアーム７２の動作を制御する搬送制御部７８と、を有する。また、測定部５０は、半導体ウェーハＷの所定領域の厚さを測定する測定センサ５２と、進退するロッド５４Ｒの移動距離を測定するリニアスケール５４と、ロッド５４Ｒの移動単位ごとに測定センサ５２による半導体ウェーハＷの厚みの測定を同期させる測定制御部５６と、を有する。
図１，図３〜５を用いて、本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００を説明する。半導体ウェーハ研磨システム２００は、半導体ウェーハＷが搬入される搬入部１０と、半導体ウェーハＷを保管する保管部３０と、半導体ウェーハＷの厚み分布を測定する測定部５０と、搬入部１０および測定部５０の間の第１搬送経路Ｒ１１、ならびに、保管部３０および測定部５０の間の第２搬送経路Ｒ１２のそれぞれで半導体ウェーハＷを搬送する搬送部７０と、を備える。ここで、搬送部７０は、第１搬送経路Ｒ１１および第２搬送経路Ｒ１２内で動作可能なロボットアーム７２と、該ロボットアーム７２の先端部７２ａに設けられた台座７４と、該台座７４を介して設置された、半導体ウェーハＷを把持するロボットハンド７６と、ロボットハンド７６による半導体ウェーハＷの把持およびロボットアーム７２の動作を制御する搬送制御部７８と、を有する。また、測定部５０は、半導体ウェーハＷの所定領域の厚さを測定する測定センサ５２と、進退するロッド５４Ｒの移動距離を測定するリニアスケール５４と、ロッド５４Ｒの移動単位ごとに測定センサ５２による半導体ウェーハＷの厚みの測定を同期させる測定制御部５６と、を有する。
なお、詳細を後述するが、搬送制御部７８および測定制御部５６は、第１搬送経路Ｒ１１および第２搬送経路Ｒ１２の少なくとも一方の経路内で、半導体ウェーハＷを把持した状態のロボットアーム７２を測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、前記把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、測定部５０により半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有することが好ましい。以下、各構成の詳細を順に説明する。
まず、半導体ウェーハ厚み分布測定システム１００において対象となる半導体ウェーハＷは特に制限されず、例えば、シリコン、化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ）からなり、その表面にエピタキシャル層を有しないバルクの単結晶ウェーハを半導体ウェーハＷとして用いることができる。また、バルクの単結晶ウェーハ表面にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハも、半導体ウェーハＷの例としてあげることができる。半導体ウェーハＷの直径および厚みも、何ら制限されない。
搬入部１０には、半導体ウェーハ厚み分布測定システム１００の外から半導体ウェーハＷが搬入される限りは一般的な構成とすることができる。ＳＥＭＩスタンダードＥ４７．１等に規定されているＦＯＵＰ内に、複数枚（例えば２５枚）の半導体ウェーハＷが格納されて、搬入部１０に半導体ウェーハＷが搬入されるのが一般的である。
保管部３０は、複数枚の半導体ウェーハＷを収容可能な公知の水槽を用いることができ、有機酸水溶液が水槽内に充填されていることが一般的である。測定部５０によって測定された半導体ウェーハＷは、搬送部７０により保管部３０に搬送された後、保管部３０において保管される。保管部３０に保管されたウェーハＷは、再度、搬送部７０により測定部５０に搬送することができる。
ここで、図３（Ａ），（Ｂ）を用いて、搬送部７０を説明する。図３（Ａ）に模式的に図示するように、搬送部７０は、ロボットアーム７２と、該ロボットアーム７２の先端部７２ａに設けられた台座７４と、該台座７４を介して設置された、半導体ウェーハＷを把持するロボットハンド７６と、ロボットハンド７６による半導体ウェーハＷの把持およびロボットアーム７２の動作を制御する搬送制御部７８と、を有する。搬送部７０による以下の動作は、搬送制御部７８により制御される。なお、搬送制御部７８を、基部７２ｂ内に図示しているが、これは模式的な図面に過ぎず、何ら制限されない。
ロボットアーム７２は、基部７２ｂを基点として半導体ウェーハ厚み分布測定システム１００の所定位置に固定的に設置することができ、搬送部７０に用いるロボットアーム７２は多関節型を採用することができる。先端部７２ａは、台座７４を設置する部分となる。例えば、第１回転関節７２ｃおよび第２回転関節７２ｄのそれぞれの回転動作の組み合わせにより、先端部７２ａは任意の一定方向（図３（Ａ）では鉛直方向）に沿って動くことができる。なお、図中では第１回転関節７２ｃおよび第２回転関節７２ｄのみがロボットアーム７２には図示されているが、さらなる回転関節がロボットアーム７２に設けられていてもよい。例えば、基部７２ｂを回動可能としてもよい。
ロボットハンド７６は、基部７６ａおよび把持部７６ｂを有してもよく、図３（Ａ）では基部７６ａが台座７４に設置され、把持部７６ｂが半導体ウェーハＷを把持する機構となっている。把持部７６ｂによる半導体ウェーハの保持は、エッジ・ハンドリングや真空チャックなど、任意の方式を用いることができる。例えば、基部７６ａまたは把持部７６ｂ内に図示しないロボットハンド７６の制御機構が組み込まれていてもよい。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）を搬送部７０の正面とした場合の左側面図に相当し、さらに先端部７２ａ上方を拡大した模式図である。ロボットアーム７２が鉛直方向に所定距離で上下動作すると、この上下動作に対応して、先端部７２ａは上下移動し、ロボットハンド７６に把持された半導体ウェーハＷも等距離で鉛直方向に上下移動することとなる。
なお、図３（Ａ），（Ｂ）では、ロボットアーム７２の先端部７２ａおよび半導体ウェーハＷは鉛直方向に移動するとして図示しているが、本実施形態におけるこれらの移動は鉛直方向に何ら制限されず、任意である。但し、後述の測定部５０により半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定する際には、ロボットアーム７２の先端部７２ａおよび半導体ウェーハＷの移動を一方向とすることが好ましい。なお、搬送部７０による半導体ウェーハＷの移動速度は特に制限されないが、後述の半導体ウェーハＷの厚み分布を測定する際には、測定精度をより高めるため、例えば上述の一方向の移動を３０ｍｍ／ｓ以下とすることが好ましく、１０〜２０ｍｍ／ｓとすることがより好ましい。なお、この一方向の移動を行う際のロボットアーム７２の動作には、停止状態が含まれていてもよい。
次に、図４（Ａ），（Ｂ）を用いて測定部５０を説明する。なお、図４（Ａ）は測定部５０の正面図であるとともに、図３（Ｂ）と同じ側から測定部５０を見たときの図に相当する。図４（Ｂ）は、測定部５０の平面図である。図４（Ａ）に模式的に図示するように、測定部５０は、半導体ウェーハＷの所定領域の厚さを測定する測定センサ５２と、進退するロッド５４Ｒの移動距離を測定するリニアスケール５４と、ロッド５４Ｒの移動単位ごとに測定センサ５２による半導体ウェーハＷの厚みの測定を同期させる測定制御部５６と、を有する。
測定センサ５２は、半導体ウェーハＷの所定領域の厚さを非接触で測定できる限りは何ら限定されず、公知のものを用いることができる。例えば図４（Ａ）に例示の、分光干渉レーザ変位計の一対のヘッド部５２ａ，５２ｂを測定センサ５２として用いることができる。分光干渉レーザ変位計のヘッド部５２ａ，５２ｂは、単位時間（限定を意図せず、また、変位計の仕様に依存するが、例えば２００μｓ）ごとに、測定点までの距離を測定する。被測定部材を介してヘッド部５２ａの設置位置の反対側にヘッド部５２ｂを配置することで、被測定部材の厚みを測定することができる。半導体ウェーハＷが図４（Ａ），（Ｂ）に示す位置にあるとき、測定センサ５２は測定点Ｐにおける半導体ウェーハＷの厚みを測定することができる。
リニアスケール５４は、リニアエンコーダまたは直線位置検出器とも呼ばれ、本実施形態においては進退するロッド５４Ｒの移動距離を測定することができれば、一般的なものを用いることができる。ロッド５４Ｒの移動量の検出方式は何ら制限されないが、磁気式検出や透過形光電式を例示することができる。また、ロッド５４Ｒも、搬送部７０の台座７４に当接移動できる限りは何ら制限されず、空気加圧方式のピストンロッドや、油圧式シリンダーロッドなど、従来公知のものを用いることができる。後述の図５には、リニアスケール５４の一例として、空気加圧式のピストンシリンダ５４Ｓを併せて図示する。なお、ロッド５４Ｒの長さは、半導体ウェーハＷの半径ｒよりは少なくとも大きいものとし、これを満足する限り、ロッド５４Ｒの長さは何ら制限されず、設置場所や用途に応じて適宜選択することができる。
測定制御部５６は、また、ロッド５４Ｒの移動単位ごとに測定センサ５２による半導体ウェーハＷの厚みの測定値を同期させる。ここで、リニアスケール５４は、ロッド５４Ｒが所定の移動単位（限定を意図せず、また、リニアスケールの仕様に依存するが、例えば０．１ｍｍ）ごとに、ロッド５４Ｒの進退を検出する。測定制御部５６はこの検出信号を検知した際に、測定センサ５２による半導体ウェーハＷの、単位時間ごとに測定された測定点Ｐにおける厚み測定値を取得することができる。なお、半導体ウェーハＷの厚みの測定値は、必ずしもロッド５４Ｒの最小の移動単位毎に全て取得する必要はない。すなわち、移動単位の整数倍ごとに（すなわち等間隔距離のサンプリング周期）、測定制御部５６の制御によりリニアスケールからのパルス信号を検出して、測定センサ５２による厚みの測定値を取得すればよい。
また、測定制御部５６は、ロッド５４Ｒの進退を制御してもよい。例えば、測定制御部５６は、測定部５０が搬送部７０と干渉しないようにロッド５４Ｒの移動を制御してもよい。後述するが、半導体ウェーハＷの厚み分布を測定する際には、ロッド５４Ｒの先端が台座７４に当接移動できるよう、一定の推力を印加することが好ましい。
なお、図４（Ｂ）に示すように、搬送部７０による搬送動作に干渉しないように形成した所定形状の支持体５５を用いて、測定センサ５２およびリニアスケール５４を保持することができる。既述の分光干渉レーザ変位計の一対のヘッド部５２ａ，５２ｂを用いる場合、測定部５０は、対向する一対の側部を備えるチャネル状の支持体５５を有し、一対のヘッド部５２ａ，５２ｂが支持体５５の一対の側部に対応配置され、この側部の長さは半導体ウェーハＷの半径よりも大きいことが好ましい。半導体ウェーハＷの中心が一対のヘッド部５２ａ，５２ｂの間を確実に通過することができるためである。なお、図３（Ｂ）では、同一の架台により測定センサ５２およびリニアスケール５４は保持されているが、別々の架台により保持されてもよいことは勿論である。
ここで、図５に模式的に図示するように、第１搬送経路Ｒ１１および第２搬送経路Ｒ１２内の少なくとも一方において、搬送制御部７８および測定制御部５６は、半導体ウェーハＷを把持した状態のロボットアーム７２を測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、ロボットアーム７６により半導体ウェーハＷを把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、測定部５０により半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有することが好ましい。この制御により、半導体ウェーハ厚み分布測定システム１００は、上述の搬送部７０および測定部５０を用いて、第１搬送経路Ｒ１１または第２搬送経路Ｒ１２の少なくとも一方の経路内で、半導体ウェーハＷの研磨の前後のいずれか一方または両方における半導体ウェーハＷの厚み分布の測定を行うことができる。本好適態様は、具体的には以下のとおりにして行われる。まず、半導体ウェーハＷを把持部７６ｂにより把持した状態で、台座７４をロッド５４Ｒに当接させる。そして、ロボットアーム７２の先端部７２ａに設置された台座７４を、ロッド５４Ｒの進退方向（図４では下方）に移動させる。ロッド５４Ｒも当接したまま、台座７４の移動に対応して移動する。図５の一具体例の場合、ロッド５４Ｒは、進退方向の一方である下方に移動する。この移動に伴い、ロボットハンド７６に把持された半導体ウェーハＷも、台座７４と共に等距離で平行移動することになる。そして、半導体ウェーハＷが把持された状態で半導体ウェーハが下方に移動するので、測定部５０により半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定することができる。図５の一具体例では、半導体ウェーハＷの中心から、径方向の上端までの測定領域Ｒの厚み分布を測定することができる。ロボットハンド７６の形状によるが、半導体ウェーハＷの直径全部に渡る厚み分布を測定してもよいし、半導体ウェーハの径方向を複数とって、半導体ウェーハの複数方向の厚み分布を測定してもよい。また、図５では半導体ウェーハＷを引き下げる状態を図示しているが、反対に上方に引き上げてもよいことは勿論である。
ここで、台座７４の移動、すなわちロッド５４Ｒの進退方向への移動は、ロボットアーム７２を駆動するサーボモータ等の動作により行われる。ロボットアーム７２の動作可能範囲内であれば、任意の点から別の任意の点まで、台座７４は直線移動することが可能である。但し、ロボットアーム７２の速度は必ずしも等速に保たれるものではない。本実施形態の半導体ウェーハ厚み分布測定システム１００では、測定センサ５２によって単位時間ごとに測定された厚みの測定値を、リニアスケール５４のロッド５４Ｒの移動距離に同期させることでロボットアーム７２の速度の影響が実質的に無視できるので、より精度良く半導体ウェーハＷの厚み分布を測定することができるのである。また、同仕様のロボットアームであっても速度のバラツキが生ずることがあるが、本実施形態により速度のバラツキの影響を無視することができるので、ロボットアームを用いる種々の装置に展開することできる点でも本実施形態は好ましい。
以上のとおり、本実施形態では、測定センサ５２による単位時間ごとの測定値と、リニアスケール５４を用いて測定した半導体ウェーハＷの移動距離とを同期させるので、半導体ウェーハＷを把持しながら半導体ウェーハＷの厚み分布を簡便かつ精度良く測定できる。また、ロボットアームを用いる種々の装置に本実施形態に従う測定システムを適用することができる。半導体ウェーハ用平坦度検査装置等の専用機による半導体ウェーハＷの形状測定を行う場合、一旦ロボットハンド７６から半導体ウェーハＷの把持状態を解除する必要があり、測定に時間を要するが、本実施形態では把持状態を維持できるため、迅速かつ簡便に半導体ウェーハＷの厚み分布を測定することができる。
ここで、図４に示すように、一対のヘッド部５２ａ，５２ｂが水平に設置されることが好ましい。半導体ウェーハＷの測定領域Ｒが鉛直方向となり、半導体ウェーハＷの自重による反りの影響を抑制することができる。
また、ロッド５４Ｒは空気加圧式であり、リニアスケール５４に、ロッド５４Ｒが台座７４に当接移動するための推力を制御する精密レギュレータ（図示せず）が設けられていることが好ましい。この場合、精密レギュレータ（図示せず）によりロッド５４Ｒによる台座７４への推力が０．０３ＭＰａ以下に制御されることが好ましい。推力がこの範囲であれば、ロボットアームの動作（すなわち半導体ウェーハＷの移動）に与える影響はほとんどなく、また、ロッド５４Ｒと台座７４との当接状態も維持できることが本発明者により実験的に確認された。
また、ロッド５４Ｒと台座７４とが樹脂プレート（図示せず）を介して当接することが好ましい。ロッド５４Ｒと、台座７４との衝突による金属粉末等の飛散による半導体ウェーハＷへの汚染を防止することができるためである。樹脂プレートは、ロッド５４Ｒおよび台座７４のいずれに設けられていてもよい。
また、ロボットハンド７６に、半導体ウェーハＷと厚みが略等しい校正用基準片（図示せず）が貼付されていることが好ましい。例えば、半導体ウェーハＷの厚みが後述の実施例と同様に７７５μｍであれば、厚み７７５μｍの校正用基準片を用意すればよい。半導体ウェーハの製造過程において所定の搬送経路における半導体ウェーハＷの厚みは略一定であるため、校正用基準片の厚み適宜定めることができる。また、校正用基準片の形状は任意であり、矩形でも円形でもいずれでもよい。なお、校正用基準片の貼付位置は適宜定めればよく、半導体ウェーハＷを把持する部分と干渉しない位置とすればよい。そして、搬送制御部７８および測定制御部５６は、所望により校正用基準片を用いて測定値の校正を行う制御機能をさらに有することが好ましい。すなわち、測定値の校正の実施は任意である。校正を行わなくてもよいし、以下のように校正を行ってもよい。具体的には、半導体ウェーハＷの厚み分布の測定を行うごとに（すなわち毎回）校正を行ってもよいし、測定を数回行うごとに１回、定期的に校正を行ってもよい。また、ランダムに校正を行っても勿論よい。また、測定対象の半導体ウェーハの厚み（例えば７７５μｍ）を中心値とし、それより薄い校正用基準片（例えば７５０μｍ）と厚い校正用基準片（例えば８００μｍ）を組み合わせた２点補正（傾き補正）を用いても良い。搬送制御部７８および／または測定制御部５６に記憶された前述の半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００を動作させるためのプログラムを実行することにより制御することができる。
（第２実施形態：半導体ウェーハ研磨システム）
図２〜５を用いて、本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハ研磨システム２００を説明する。半導体ウェーハ研磨システム２００は、半導体ウェーハＷが搬入される搬入部１０と、半導体ウェーハＷを研磨する研磨部２０と、半導体ウェーハＷを保管する保管部３０と、半導体ウェーハＷの厚み分布を測定する測定部５０と、測定部５０を経由する搬入部１０および研磨部２０の間の第１搬送経路Ｒ２１、ならびに、研磨部２０および測定部５０の間の第２搬送経路Ｒ２２のそれぞれで半導体ウェーハＷを搬送する搬送部７０と、を備える。ここで、搬送部７０は、第１搬送経路Ｒ２１および第２搬送経路Ｒ２２内で動作可能なロボットアーム７２と、該ロボットアーム７２の先端部７２ａに設けられた台座７４と、該台座７４を介して設置された、半導体ウェーハＷを把持するロボットハンド７６と、ロボットハンド７６による半導体ウェーハＷの把持およびロボットアーム７２の動作を制御する搬送制御部７８と、を有する。また、測定部５０は、半導体ウェーハＷの所定領域の厚さを測定する測定センサ５２と、進退するロッド５４Ｒの移動距離を測定するリニアスケール５４と、ロッド５４Ｒの移動単位ごとに測定センサ５２による半導体ウェーハＷの厚みの測定を同期させる測定制御部５６と、を有する。そして、搬送制御部７８および測定制御部５６は、第１搬送経路Ｒ２１および第２搬送経路Ｒ２２の少なくとも一方の経路内で、半導体ウェーハＷを把持した状態のロボットアーム７２を測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、半導体ウェーハＷを把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、測定部５０により半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有することが好ましい。また、図２に示すように、第２搬送経路Ｒ２２が保管部５０を経由してもよい。すなわち、第１搬送経路Ｒ２１は、半導体ウェーハＷを研磨部２０に搬送する前の経路に相当し、第２搬送経路Ｒ２２は、半導体ウェーハＷを研磨部２０に搬送した後の経路に相当する。なお、半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００と重複する構成には、厚み分布測定システム１００と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図２〜５を用いて、本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハ研磨システム２００を説明する。半導体ウェーハ研磨システム２００は、半導体ウェーハＷが搬入される搬入部１０と、半導体ウェーハＷを研磨する研磨部２０と、半導体ウェーハＷを保管する保管部３０と、半導体ウェーハＷの厚み分布を測定する測定部５０と、測定部５０を経由する搬入部１０および研磨部２０の間の第１搬送経路Ｒ２１、ならびに、研磨部２０および測定部５０の間の第２搬送経路Ｒ２２のそれぞれで半導体ウェーハＷを搬送する搬送部７０と、を備える。ここで、搬送部７０は、第１搬送経路Ｒ２１および第２搬送経路Ｒ２２内で動作可能なロボットアーム７２と、該ロボットアーム７２の先端部７２ａに設けられた台座７４と、該台座７４を介して設置された、半導体ウェーハＷを把持するロボットハンド７６と、ロボットハンド７６による半導体ウェーハＷの把持およびロボットアーム７２の動作を制御する搬送制御部７８と、を有する。また、測定部５０は、半導体ウェーハＷの所定領域の厚さを測定する測定センサ５２と、進退するロッド５４Ｒの移動距離を測定するリニアスケール５４と、ロッド５４Ｒの移動単位ごとに測定センサ５２による半導体ウェーハＷの厚みの測定を同期させる測定制御部５６と、を有する。そして、搬送制御部７８および測定制御部５６は、第１搬送経路Ｒ２１および第２搬送経路Ｒ２２の少なくとも一方の経路内で、半導体ウェーハＷを把持した状態のロボットアーム７２を測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、半導体ウェーハＷを把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、測定部５０により半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有することが好ましい。また、図２に示すように、第２搬送経路Ｒ２２が保管部５０を経由してもよい。すなわち、第１搬送経路Ｒ２１は、半導体ウェーハＷを研磨部２０に搬送する前の経路に相当し、第２搬送経路Ｒ２２は、半導体ウェーハＷを研磨部２０に搬送した後の経路に相当する。なお、半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００と重複する構成には、厚み分布測定システム１００と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
研磨部２０は、半導体ウェーハＷを研磨する一般的な研磨装置であり、両面研磨装置および片面研磨装置のいずれを用いることもできる。また、図１では複数枚の半導体ウェーハＷを研磨するバッチ式の研磨装置が模式的に図示されているが、枚葉式の研磨装置を用いてもよい。一般的には、詳細を後述する搬送部７０により、搬入部１０から半導体ウェーハＷがセットテーブル２２に搬送され、セットテーブル２２に載置されたキャリアプレート２３に半導体ウェーハＷが配置される。その後、研磨部２０内のロボットハンド等により研磨装置２１に半導体ウェーハＷが設置されて、半導体ウェーハＷが研磨され、半導体ウェーハＷは再びセットテーブル２２に載置される。
本実施形態でも、厚み分布測定システム１００と同様に、半導体ウェーハＷを把持しながら半導体ウェーハＷの厚み分布を簡便かつ精度良く測定できる。本実施形態により、得られた半導体ウェーハＷの厚み分布を、研磨部２０における研磨条件へのフィードバックをより正確に行うことのできる半導体ウェーハ研磨システムを提供することができる。なお、本実施形態において、保管部３０に保管されたウェーハＷは、再度、搬送部７０により測定部５０に搬送してもよい。研磨後の半導体ウェーハＷの厚みを再測定することができる。
ロボットハンド７６に、半導体ウェーハＷと厚みが略等しい校正用基準片（図示せず）が貼付されていることが好ましいことも、厚み分布測定システム１００と同様である。ここで、研磨の取り代が比較的大きく、研磨前後の厚みを測定する場合には、厚みの異なる段差状の校正基準片を用いることも好ましい。校正用基準片の形状は任意であり、矩形でも円形でもいずれでもよい。なお、校正用基準片の貼付位置は適宜定めればよく、半導体ウェーハＷを把持する部分と干渉しない位置とすればよい。そして、搬送制御部７８および測定制御部５６は、所望により校正用基準片を用いて測定値の校正を行う制御機能をさらに有することが好ましい。すなわち、測定値の校正の実施は任意である。校正を行わなくてもよいし、以下のように校正を行ってもよい。具体的には、半導体ウェーハＷの厚み分布の測定を行うごとに（すなわち毎回）校正を行ってもよいし、測定を数回行うごとに１回、定期的に校正を行ってもよい。また、ランダムに校正を行っても勿論よい。また、既述の２点補正（傾き補正）を用いても良い。搬送制御部７８および／または測定制御部５６に記憶された前述の半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００を動作させるためのプログラムを実行することにより制御することができる。
なお、第１実施形態および第２実施形態における搬送制御部７８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）やＭＰＵなどの好適なプロセッサにより実現され、メモリ、ハードディスク等の記録部や入出力インターフェース、表示装置等を有することができ、搬送部７０の各構成間の情報および指令の伝達ならびに各部位の動作を、あらかじめ搬送制御部７８に記憶された前述の半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００および半導体ウェーハ研磨システム２００を動作させるためのプログラムを実行することにより制御する。測定制御部５６も、同様に、ＣＰＵやＭＰＵなどの好適なプロセッサにより実現され、メモリ、ハードディスク等の記録部や入出力インターフェース、表示装置等を有することができ、測定部５０の各構成間の情報および指令の伝達ならびに各部位の動作を、あらかじめ測定制御部５６に記憶された前述の半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００および半導体ウェーハ研磨システム２００を動作させるためのプログラムを実行することにより制御する。
（半導体ウェーハの厚み分布測定方法）
次に、上記半導体ウェーハ研磨システム２００を用いた半導体ウェーハの厚み分布測定方法の一実施形態を説明する。この厚み分布測定方法では、第１搬送経路Ｒ２１または第２搬送経路Ｒ２２において、半導体ウェーハＷを把持した状態のまま、半導体ウェーハＷを測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、前記把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定する。研磨は回転対称で施されるため、半径分の厚み分布を測定すれば、この厚み分布を半導体ウェーハの中心として対称化することにより、一方向の直径分の厚み分布を推定することができる。
次に、上記半導体ウェーハ研磨システム２００を用いた半導体ウェーハの厚み分布測定方法の一実施形態を説明する。この厚み分布測定方法では、第１搬送経路Ｒ２１または第２搬送経路Ｒ２２において、半導体ウェーハＷを把持した状態のまま、半導体ウェーハＷを測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、前記把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、半導体ウェーハＷの径方向の厚み分布を測定する。研磨は回転対称で施されるため、半径分の厚み分布を測定すれば、この厚み分布を半導体ウェーハの中心として対称化することにより、一方向の直径分の厚み分布を推定することができる。
なお、研磨後の半導体ウェーハＷの測定である第２搬送経路Ｒ２２において測定を行う場合、一旦有機酸水溶液に浸漬した後、所定の速度で半導体ウェーハＷを引き上げた後、測定部５０に半導体ウェーハＷを搬送して厚み分布を測定することが好ましい。但し、測定部５０に半導体ウェーハＷを直接搬送する経路も、第２搬送経路Ｒ２２に含まれるとする。また、保管部３０に保管された半導体ウェーハＷを、再度研磨部２０に戻してもよい。これによって保管された半導体ウェーハＷの再研磨が可能となる。なお、浸漬にあたり、保管部３０の保管槽に充填される有機酸水溶液を用いることができる。こうすることで、半導体ウェーハＷの研磨面を疎水面の状態に保ったまま、厚み分布の測定を行うことができるため、より厚み分布の精度を向上させることができる。この場合、図４に示すように、半導体ウェーハＷを引き下げながら厚み分布を測定することがさらに好ましい。把持部７６ｂに付着し得る水溶液の、測定中の測定点への付着を防止することができるためである。
（半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法）
また、上記半導体ウェーハ研磨システム２００を用いた半導体ウェーハの厚み分布測定方法は、第１搬送経路Ｒ２１において、半導体ウェーハＷを把持した状態のまま、半導体ウェーハＷを測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、前記把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、半導体ウェーハＷの径方向の第１の厚み分布を測定する。次いで、研磨部２０により半導体ウェーハＷの研磨を終えた後、第２搬送経路Ｒ２２において、半導体ウェーハＷを把持した状態のまま、半導体ウェーハＷを測定部５０に移動し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、前記把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、半導体ウェーハＷの径方向の第２の厚み分布を測定する。そして、これら第１および第２の厚み分布に基づき、研磨部２０による厚み取り代分布を測定する。第１の厚み分布および第２の厚み分布が、半径分の厚み分布である場合、これらの厚み分布を半導体ウェーハの中心として対称化すれば、一方向の直径分の厚み取り代分布を推定することができる。
また、上記半導体ウェーハ研磨システム２００を用いた半導体ウェーハの厚み分布測定方法は、第１搬送経路Ｒ２１において、半導体ウェーハＷを把持した状態のまま、半導体ウェーハＷを測定部５０に搬送し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、前記把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、半導体ウェーハＷの径方向の第１の厚み分布を測定する。次いで、研磨部２０により半導体ウェーハＷの研磨を終えた後、第２搬送経路Ｒ２２において、半導体ウェーハＷを把持した状態のまま、半導体ウェーハＷを測定部５０に移動し、台座７４をロッド５４Ｒに当接させたまま、前記把持した状態のロボットアーム７２およびロッド５４Ｒをロッド５４Ｒの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、半導体ウェーハＷの径方向の第２の厚み分布を測定する。そして、これら第１および第２の厚み分布に基づき、研磨部２０による厚み取り代分布を測定する。第１の厚み分布および第２の厚み分布が、半径分の厚み分布である場合、これらの厚み分布を半導体ウェーハの中心として対称化すれば、一方向の直径分の厚み取り代分布を推定することができる。
（半導体ウェーハの研磨方法）
また、本発明の一実施形態による半導体ウェーハの研磨方法は、上記半導体ウェーハの厚み分布測定方法を用いて測定された半導体ウェーハの厚み分布に基づいて、研磨条件を設定する。前述のとおり、上記半導体ウェーハの厚み分布測定方法により、研磨条件へのデータフィードバックをより正確に行うことができる。したがって、本研磨方法による研磨精度を向上することができる。
また、本発明の一実施形態による半導体ウェーハの研磨方法は、上記半導体ウェーハの厚み分布測定方法を用いて測定された半導体ウェーハの厚み分布に基づいて、研磨条件を設定する。前述のとおり、上記半導体ウェーハの厚み分布測定方法により、研磨条件へのデータフィードバックをより正確に行うことができる。したがって、本研磨方法による研磨精度を向上することができる。
さらに、本発明の別の実施形態による半導体ウェーハの研磨方法は、上記半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法を用いて測定された半導体ウェーハの厚み取り代分布に基づいて、研磨条件を設定する。前述のとおり、上記半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法により、研磨条件へのデータフィードバックをより正確に行うことができる。したがって、本研磨方法による研磨精度を向上することができる。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
半導体ウェーハとして、直径３００ｍｍ、厚み７７５μｍの３枚のシリコンウェーハ（以下、「サンプル１〜３」）を用意した。次いで、図２〜図５に模式的に示される、既述の半導体ウェーハ研磨システム２００の搬入部１０にサンプル１〜３を順次搬入し、研磨部２０により研磨を行った後のサンプル１〜３のそれぞれの半径方向の厚み分布を測定した。
ここで、測定部５０におけるリニアスケール５４として、ＳＭＣ株式会社より市販の「ものさしくんＣＥ１シリーズ」（エアーシリンダー型、測定単位０．１ｍｍ）を使用した。リニアスケール５４には、精密レギュレータを取り付け、台座７４と当接した状態での台座への推力を０．０３ＭＰａと設定した。また、測定部５０における測定センサ５２として、株式会社キーエンスより市販のマイクロヘッド型分光干渉レーザ変位計「ＳＩ−Ｆ１０／ＳＩ−Ｆ１０Ｕ」（２ヘッド式挟み込みタイプ、測定距離１１．３〜１２．３５ｍｍ、分解能０．１μｍ、サンプリング周期２００μｓ）を使用した。測定センサ５２およびリニアスケール５４は、測定制御部５６により、ロッド５４Ｒが０．１ｍｍ伸縮するごとに、測定センサ５２の一対のヘッド部５２ａ，５２ｂによる両側からのシリコンウェーハへの距離測定値を取得する。なお、ロボットアーム７２には、市販の６軸ロボットアームを用い、ＳＵＳ製の台座７４を先端部７２ａに設置し、台座７４表面に樹脂プレートを設けた。サンプル１〜３の厚み分布を測定する際には、図４と同様に、鉛直方向に平均１５ｍｍ／ｓでシリコンウェーハを引き下げながら、シリコンウェーハの半径分の厚み分布を測定した。さらに、シリコンウェーハの中心位置を基準として対称化し、一方向の直径分の厚み分布を得た。サンプル１〜３に係るシリコンウェーハの研磨後の厚み分布を、図５（Ａ），図６（Ａ），図７（Ａ）にそれぞれ示す。
対照用に、サンプル１〜３に係るシリコンウェーハの厚み分布を、半導体ウェーハ用平坦度検査装置を用いて測定した。サンプル１〜３に係るシリコンウェーハの厚み分布を、黒田精工株式会社より市販のナノメトロを用いて測定した。測定結果を図５（Ｂ），図６（Ｂ），図７（Ｂ）にそれぞれ示す。また、サンプル１〜３に係るシリコンウェーハの厚み分布を、ケーエルエー・テンコール株式会社より市販のWaferSightを用いて測定した。測定結果を図５（Ｃ），図６（Ｃ），図７（Ｃ）にそれぞれ示す。
図５〜図７のそれぞれを比較すると、市販の半導体ウェーハ用平坦度検査装置と同様に、本発明に従う半導体ウェーハ研磨システム２００を用いることで、サンプル１〜３のそれぞれの径方向の厚み分布の傾向を、シリコンウェーハをロボットハンドで把持したまま把握できることが確認できた。本発明に従う半導体ウェーハの厚み分布測定システム１００によっても、市販の半導体ウェーハ用平坦度検査装置と同様に、サンプル１〜３のそれぞれの径方向の厚み分布の傾向を、シリコンウェーハをロボットハンドで把持したまま把握できることが確認できることが確認された。
本発明によれば、半導体ウェーハを把持しながら半導体ウェーハの厚み分布を簡便かつ精度良く測定でき、それによって研磨条件へのデータフィードバックをより正確に行うことのできる半導体ウェーハ研磨システムを提供することができる。
１０ 搬入部
２０ 研磨部
３０ 保管部
５０ 測定部
５２ａ，ｂ 測定センサ
５４ リニアスケール
５４Ｒ ロッド
５６ 測定制御部
７０ 搬送部
７２ ロボットアーム
７４ 台座
７６ ロボットハンド
７８ 搬送制御部
１００ 半導体ウェーハの厚み分布測定システム
２００ 半導体ウェーハ研磨システム
Ｒ 測定領域
Ｒ１１，Ｒ２１ 第１搬送経路
Ｒ１２，Ｒ２２ 第２搬送経路
Ｗ 半導体ウェーハ
２０ 研磨部
３０ 保管部
５０ 測定部
５２ａ，ｂ 測定センサ
５４ リニアスケール
５４Ｒ ロッド
５６ 測定制御部
７０ 搬送部
７２ ロボットアーム
７４ 台座
７６ ロボットハンド
７８ 搬送制御部
１００ 半導体ウェーハの厚み分布測定システム
２００ 半導体ウェーハ研磨システム
Ｒ 測定領域
Ｒ１１，Ｒ２１ 第１搬送経路
Ｒ１２，Ｒ２２ 第２搬送経路
Ｗ 半導体ウェーハ
Claims (21)
- 半導体ウェーハが搬入される搬入部と、
前記半導体ウェーハを保管する保管部と、
前記半導体ウェーハの厚み分布を測定する測定部と、
前記搬入部および前記測定部の間の第１搬送経路、ならびに、前記保管部および前記測定部の間の第２搬送経路のそれぞれで前記半導体ウェーハを搬送する搬送部と、を備える半導体ウェーハの厚み分布測定システムであって、
前記搬送部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路内で動作可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端部に設けられた台座と、該台座を介して設置された、前記半導体ウェーハを把持するロボットハンドと、前記ロボットハンドによる前記半導体ウェーハの把持および前記ロボットアームの動作を制御する搬送制御部と、を有し、
前記測定部は、
前記半導体ウェーハの所定領域の厚さを単位時間ごとに測定する測定センサと、
前記ロボットアームの前記台座に当接移動して進退するロッドを備え、前記ロッドの移動距離を測定するリニアスケールと、
前記ロッドの移動単位ごとに前記測定センサによる前記半導体ウェーハの厚みの測定値を同期させる測定制御部と、
を有することを特徴とする半導体ウェーハの厚み分布測定システム。 - 前記搬送制御部および前記測定制御部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路の少なくとも一方の経路内で、前記半導体ウェーハを把持した状態の前記ロボットアームを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、前記測定部により前記半導体ウェーハの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有する、請求項１に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定システム。
- 前記測定部は、対向する一対の側部を備えるチャネル状の支持体を有し、
前記測定部の前記測定センサは、分光干渉レーザ変位計の一対のヘッド部からなり、
前記一対のヘッド部が前記一対の側部に対応配置され、
前記側部の長さは前記半導体ウェーハの半径よりも大きい、請求項１または２に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定システム。 - 前記一対のヘッド部が水平に設置される、請求項３に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定システム。
- 前記ロッドは空気加圧式であり、
前記リニアスケールに、前記ロッドが前記台座に当接移動するための推力を制御する精密レギュレータが設けられ、
前記ロッドによる前記台座への推力が０．０３ＭＰａ以下に制御される、請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定システム。 - 前記ロッドと前記台座とが樹脂プレートを介して当接する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定システム。
- 前記ロボットハンドに前記半導体ウェーハと厚みが略等しい校正用基準片が貼付されている、請求項１〜６に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定システム。
- 前記搬送制御部および前記測定制御部は、所望により前記校正用基準片を用いて前記測定値の校正を行う制御機能をさらに有する、請求項７に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定システム。
- 半導体ウェーハが搬入される搬入部と、
前記半導体ウェーハを研磨する研磨部と、
前記半導体ウェーハを保管する保管部と、
前記半導体ウェーハの厚み分布を測定する測定部と、
前記測定部を経由する前記搬入部および前記研磨部の間の第１搬送経路、ならびに、前記研磨部および前記測定部の間の第２搬送経路のそれぞれで前記半導体ウェーハを搬送する搬送部と、を備える半導体ウェーハ研磨システムであって、
前記搬送部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路内で動作可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端部に設けられた台座と、該台座を介して設置された、前記半導体ウェーハを把持するロボットハンドと、前記ロボットハンドによる前記半導体ウェーハの把持および前記ロボットアームの動作を制御する搬送制御部と、を有し、
前記測定部は、
前記半導体ウェーハの所定領域の厚さを単位時間ごとに測定する測定センサと、
前記ロボットアームの前記台座に当接移動して進退するロッドを備え、前記ロッドの移動距離を測定するリニアスケールと、
前記ロッドの移動単位ごとに前記測定センサによる前記半導体ウェーハの厚みの測定値を同期させる測定制御部と、
を有することを特徴とする半導体ウェーハ研磨システム。 - 前記第２搬送経路は前記保管部を経由する、請求項９に記載の半導体ウェーハ研磨システム。
- 前記搬送制御部および前記測定制御部は、前記第１搬送経路および前記第２搬送経路の少なくとも一方の経路内で、前記半導体ウェーハを把持した状態の前記ロボットアームを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させる過程において、前記測定部により前記半導体ウェーハの径方向の厚み分布を測定する制御機能を有する、請求項９または１０に記載の半導体ウェーハ研磨システム。
- 前記測定部は、対向する一対の側部を備えるチャネル状の支持体を有し、
前記測定部の前記測定センサは、分光干渉レーザ変位計の一対のヘッド部からなり、
前記一対のヘッド部が前記一対の側部に対応配置され、
前記側部の長さは前記半導体ウェーハの半径よりも大きい、請求項９〜１１に記載の半導体ウェーハ研磨システム。 - 前記一対のヘッド部が水平に設置される、請求項１２に記載の半導体ウェーハ研磨システム。
- 前記ロッドは空気加圧式であり、
前記リニアスケールに、前記ロッドが前記台座に当接移動するための推力を制御する精密レギュレータが設けられ、
前記ロッドによる前記台座への推力が０．０３ＭＰａ以下に制御される、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ研磨システム。 - 前記ロッドと前記台座とが樹脂プレートを介して当接する、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ研磨システム。
- 前記ロボットハンドに前記半導体ウェーハと厚みが略等しい校正用基準片が貼付されている、請求項９〜１５に記載の半導体ウェーハ研磨システム。
- 前記搬送制御部および前記測定制御部は、所望により前記校正用基準片を用いて前記測定値の校正を行う制御機能をさらに有する、請求項１６に記載の半導体ウェーハ研磨システム。
- 請求項９〜１７のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ研磨システムを用いて、
前記第１搬送経路または前記第２搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の厚み分布を測定することを特徴とする、半導体ウェーハの厚み分布測定方法。 - 請求項９〜１７のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ研磨システムを用いて、
前記第１搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の第１の厚み分布を測定し、
前記第２搬送経路において、前記半導体ウェーハを把持した状態のまま、該半導体ウェーハを前記測定部に搬送し、前記台座を前記ロッドに当接させたまま、前記把持した状態の前記ロボットアームおよび前記ロッドを前記ロッドの進退方向のいずれかの方向に同時に移動させながら、前記半導体ウェーハの径方向の第２の厚み分布を測定し、
前記第１および前記第２の厚み分布に基づき前記研磨部による厚み取り代分布を測定することを特徴とする、半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法。 - 請求項１８に記載の半導体ウェーハの厚み分布測定方法を用いて測定された半導体ウェーハの厚み分布に基づいて、研磨条件を設定することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
- 請求項１９に記載の半導体ウェーハの厚み取り代分布測定方法を用いて測定された半導体ウェーハの厚み取り代分布に基づいて、研磨条件を設定することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
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