JP6966253B2 - 平坦なワークピースの厚さ測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、両面処理機で処理される平坦なワークピースの厚さを測定するための方法に関する。

ウェハ、特にシリコンウェハなどの平坦なワークピースは、両面処理機、例えば両面研磨機で除材する仕方で処理される。品質要求を達成するために、このワークピースの研磨の除去中にワークピースの厚さを検査することが極めて重要である。最良のワークピース形状を実現するための目標とする窓は、約１００ｎｍである。目標とする限度を過ぎた場合、例えば処理作業に時間がかかりすぎるため、エッジ形状は通常、ウェハの消費者の要求に対して十分ではない。特に、ワークピースの平坦度に高い需要がある。典型的に、ウェハ形状パラメータＳＦＱＲｍａｘ、すなわちシリコンウェハ上の局所的平坦度（「サイト平坦度」）の最大値に対する要求は、１５ｎｍまたは最低でも１０ｎｍである。例えば曇りのない研磨または研削など、他の処理作業中に、それぞれのワークピースの厚さの正確な知識も必要となる。

加工ディスクの距離、それ故に間接的にワークピースの厚さを、渦電流センサによって測定する工程が知られている。しかし、前述の正確度要求は常に実現できるとはかぎらない。加えて、この種の測定は、研磨布などの加工ディスク上の作業被膜の厚さおよび摩耗に左右される。したがって、研磨剤の特性（温度、ｐＨ値、寿命、希釈物、固形物の濃度、固形粒径）および研磨布の特性（コンディショニングの性質、ダイヤモンドドレッシングの種類、平坦度、形状、摩耗、艶出し）、ならびプロセスおよびハンドリング時間など、複数の外部パラメータに基づいてワークピースの厚さを予測することは、標準的な手順である。これらの外部パラメータを検査することによって、可能な限り一定の処理条件（繰り返し可能な除去速度）に適合することを試みる。次に、処理時間および既知の予備測定によって厚さを検査する。しかし、前述の正確度要求は、この方法でもいつも実現できるとはかぎらない。具体的には、外部パラメータは、例えば摩耗により、処理中に変化する。これは、予測されたワークピースの厚さからの偏差となる。したがって、ワークピースの外部厚さ測定は一般に、両面処理機での処理後に行われる。これは、計測技術およびプロセス技術の観点の両面で複雑である。具体的には、ウェハは、測定前に洗浄プラントで洗浄されなければならない。両面処理機の生産能力に応じて、実質的な測定能力が提供されなければならない。加えて、処理後に、このように許容できない厚さ偏差のみを決定することができる。処理機のプロセスパラメータは、状況に応じて間隔をおいて補正され、結果としてスクラップとなる。

干渉法によってウェハなどの平坦なワークピースの厚さを測定するプロセスは一般に、国際公開第２０１０／０３７４５２号パンフレットにより既知である。このように、ワークピースの厚さは、極めて精密に確立することができる。例えば、平坦なワークピースの厚さを決定するための光学的測定方法が、特許文献１、特許文献２、特許文献３、または特許文献４により既知である。厚さ測定装置は、処理機に固定され、例えばその機械の回転部内の測定開口部を通って、その機械で処理されたワークピースの厚さを測定する。当然のことながら、測定装置の光軸が測定開口部と精度よく整列する場合に測定を行うことが可能である。これは、設計およびプロセス工学的条件において複雑であり、比較的少ない測定点のみが利用可能である。これは結果として、測定の信頼性および正確度に悪影響を及ぼす。

米国特許出願公開第２００６／００３７６９９号明細書 欧州特許第１９７０１６３号明細書 独国特許出願公開第１１２００９００１８７５号明細書 米国特許第６４３７８６８号明細書

説明した従来技術を発端として、本発明の目的はそれ故に、前述の種類の方法を提供することであり、これによって、単純なプロセス工学的方法を用いて、確実かつ極めて精密に両面処理機で処理されるワークピースの厚さを決定することが可能である。

本発明は、請求項１の主題によって目的を実現する。従属請求項、本明細書、図面において有利な構成を見出すことができる。

本発明は、両面処理機で処理される平坦なワークピースの厚さを測定するための方法によって目的を実現し、この方法は、
‐両面処理機の上部加工ディスクと下部加工ディスクとの間に形成された作業間隙内で、加工ディスクが除材する仕方で互いに対して回転しながら、ワークピースが処理される
工程と、
‐ワークピースの処理中に、ワークピースの厚さが、上部加工ディスクおよび／または下部加工ディスクに配置された少なくとも１つの光学的厚さ測定装置によって光学的に測定される工程であって、少なくとも１つの厚さ測定装置の少なくとも１つの集束光学部品が、上部加工ディスクおよび／または下部加工ディスクに形成された少なくとも１つの貫通孔内に配置され、貫通孔を通り、集束光学部品によって集束された光によって、作業間隙内に配置されたワークピースの厚さを測定する、工程と、
‐少なくとも１つの厚さ測定装置の測定結果が、両面処理機の制御装置に供給される工程と、
‐ワークピースの予め指定した目標厚さに達すると、制御装置が、ワークピースの処理作業を終了する工程と、を含む。

両面処理機は、例えば両面研磨機であり得る。しかし、これはまた、例えば両面研削機などの別の両面処理機であり得る。両面処理機の作業間隙で、複数のワークピースを同時に処理することができ、両面で材料を除去する。この目的のために、加工ディスクは、作業被膜、例えば研磨被膜を規則的に備える。ワークピースが浮動する仕方で保持される、半導体ウェハなどの１つ以上のワークピースを受容するための開口部を各々有するロータディスクが知られている。ロータディスクは、その外周に歯を有しており、その歯は作業間隙の外側および内側で対応する歯と噛み合う。結果として、ロータディスクは、作業間隙内で回転し、ワークピースは、作業間隙を通ってサイクロイド軌道に沿って導かれる。このように、非常に均一な処理を実現することができる。処理中に、加工ディスクのうちの１つまたは両方の加工ディスクは次に、反対方向に回転駆動することができる。このような両面処理機は既知である。

本発明によれば、ワークピースの厚さは、作業間隙内でワークピースの処理中に上部加工ディスクおよび／または下部加工ディスクに固定された少なくとも１つの光学的厚さ測定装置によって光学的に測定される。この目的のために、厚さ測定装置を備えた上部および／または下部加工ディスクは、貫通孔を有しており、そこを通って、それぞれの加工ディスクとともに同様に回転する厚さ測定装置は、ワークピースの厚さを検出する。したがって、貫通孔は、光学的厚さ測定装置から作業間隙に完全に延在しており、その中にワークピースが配置される。加工ディスクはまた、作業間隙の範囲を定める第１の部分、および担体ディスクの仕方で第１の部分を保持する第２の部分の２ピース構造を有する。次いで、それに応じて厚さ測定装置は、担体として構成される第２の部分に取り付けることができる。

前述のように、本発明による厚さ測定装置は光学的に動作し、その結果、高精度を実現する。この目的のために、この装置は、光放射源、例えばレーザを有する。光放射源からの放射は、光ファイバなどの光ガイドに結合することができ、これは光放射を、必要であれば、例えばレンズを含む集束光学部品を介して、貫通孔を通って測定されるワークピースに向ける。具体的には、厚さ測定装置が測定する貫通孔または貫通穴は、上部および／または下部加工ディスクで分散して構成することができる。作業被膜が加工ディスクに提供される場合、それに応じて前記作業被膜はまた、作業間隙内に配置されたワークピースを測定することができるように、貫通孔を有しなければならないことが理解される。

処理中に検出された少なくとも１つの厚さ測定装置の測定結果はまた、ワークピースの処理中に制御装置に供給される。前記制御装置は、測定値を、例えばワークピースに予め指定した目標厚さと比較することができる。目標厚さに達すると直ちに、制御装置は、現行の処理作業を終了することができる。これは、処理機全体におけるワークピースの処理作業の終了であり得る。しかし、現行の処理作業の終了後に、その後の異なる処理作業が始まり、これは次に、制御装置によって制御されることも可能である。当然のことながら、測定結果はまた、制御装置に転送する前に処理することができる。例えば、測定結果は、介在したコンピュータまたは類似のものに最初に供給することができ、これはさらに、厚さ測定装置の厚さの値を処理し、フィルタリングされるか、平滑化されるか、または異なる仕方で処理されたその厚さの値を確認し、これは最終的に制御装置に送信される。この点において、コンピュータまたは類似のものは、制御装置の一部であり得る。

加工ディスクを有する厚さ測定装置の本発明による固定接続の利点は、加工ディスクにおける単一貫通孔の場合であっても、回転する加工ディスクによって遮られない光経路が、どの時点でも、ワークピースを有する処理区域、すなわち作業間隙に向けられることである。したがって、従来技術で提案されたものなど、機械のフレームまたは筐体に回転しない仕方で配置される測定装置とは対照的に、連続的に厚さ測定を行うことも可能である。いずれの場合でも、得られた測定値の範囲および数字は、従来技術の場合にあるように、設計条件に限定されない。

加えて、本発明の利点は、貫通孔が厚さ測定装置の側から密閉可能であり、したがって埃および湿気が厚さ測定装置の光経路または集束光学部品に入ることができないことである。それと同時に、本発明による直接光学的厚さ測定は、処理中に厚さを精密にその場検出することを可能にし、入念な予備測定およびその後の外部測定が不要になる。より正確に言えば、制御装置は、所定の目標厚さまたは所定の最小限の除去に達した後、処理作業を自動的に終了することができる。本発明によるワークピースの厚さの信頼できる正確なその場決定により、入念な外部測定器における測定能力が省ける。生産ロジスティクスは、もはやプロセス履歴を知るのに必須ではないので、簡略化される。除去速度を安定させるための精密に連続的な作業はもはや不可欠ではなく、スクラップの量を減少させる。

既に述べたように、本発明による方法は、ウェハ、例えば（単結晶）シリコンウェハ、実際には低濃度ドープｐ型ウェハおよび高濃度ドープｐ型ウェハの両方の場合における処理中に、特に有利な方式で使用することができる。これはまた、ホウ素、リン、ヒ素、または混合を含む他のドーピングに適用している。当然のことながら、本発明による方法はまた、有利にも他のワークピース、例えばシリコン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、ケイ酸塩、もしくは他の物質から作られる、単結晶、多結晶、またはガラス状ワークピースに適用することができる。

ワークピースは平坦であり、好ましくは平面ワークピースであり、円形または正方仕方であってもよい。直径が１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、および４５０ｍｍのＳＥＭＩ規格に従って、ずらした径を有する約１００ｍｍ〜４５０ｍｍの径範囲内のウェハ、特に３００ｍｍの径を有するシリコンウェハを含むウェハが特に好ましい。典型的な厚さ範囲は、３００ｍｍ、特に７７０μｍ〜８００μｍの径を有するシリコンウェハの場合、３００μｍ〜９５０μｍの範囲である。完全なウェハ処理プロセスチェーン後に追求されるワークピースの目標厚さは典型的に、７７０μｍ〜７８０μｍであり、両面研磨中のワークピースの厚さは通常、０μｍ〜最大２０μｍであり、要求される許容度によりそれを超える。ワークピースにおける光放射の吸収性は、例えばシリコンワークピースのドーピングに応じて材料の光学濃度が変動するように、変動する。両方だが、特に後者が測定結果に影響を及ぼす。対応するワークピースの特性が事前に知られている場合、それに応じて制御装置は、測定方法を調整するか、あるいはこれらのワークピースの特性を考慮するために、好適な仕方で測定結果を修正することができる。この目的のために、ワークピースを種々のクラスに分け、かつ両面処理機の操作者が制御装置でそのクラスを選択することができるようにすることが可能である。あるいは、ワークピースの特性、例えばドーピング濃度は、制御装置で数値として記憶されることが可能であり、制御装置は次に、好適な仕方で測定結果を調整する。別の代替としては、両面処理機でのそれらのワークピースの特性、またはワークピース特性と相関する特性、例えばウェハのドーピング濃度の場合における伝導率を測定することであり、したがって制御装置は次に、好適な仕方で測定結果を修正することができる。具体的には、材料の光学濃度は、ワークピースの温度に応じて変動する。これは結果的に、測定結果に影響を及ぼす。ワークピースの温度が測定中に既知である場合、これは次に、制御装置において適切な仕方で考慮することができる。制御装置でのそれぞれの処理作業に予測される温度の記憶、種々の温度範囲の分類、および／または操作者による温度範囲の選択が考えられるであろう。制御装置に進む温度測定装置の温度測定値を使用することも可能である。この場合、例えば、加工ディスクに規則的に供給される冷却媒体の温度が可能である。これらは、例えば、両面処理機の出入口で、またはクーラント槽で好適な測定装置によって測定可能である。作業間隙内、その上、またはその近くの好適な測定装置によって測定される温度もまた、基準とされ得る。

光学的ワークピースの厚さは特に、本発明によって決定され得ることが理解される。屈折率が既知であるかまたは確認されている場合、（機械的）ワークピースの厚さは、これから決定することができる。

本発明によれば、測定されたワークピースの厚さは、特定のワークピースの厚さに達する時点、またはその厚さを下回る時点で、現行の処理作業を終了するか、またはその後の処理作業に移るためにとりわけ使用することができる。この目的のために、制御装置に従って指定された処理プログラムは、複数の処理作業を含んでおり、この作業は、予め指定したワークピースの目標厚さに達するか、もしくはそれを下回る時点で、いずれの場合でも連続して終了するか、または次の処理作業に移ることができる。このような処理作業は、直ちにまたは中断しながら互いの後をついて行くことができる。当然のことながら、測定されたワークピースの厚さはまた、現行のワークピース除去速度を決定し、かつ除去速度を所定のレベルに導くために、例えばアルゴリズムによって好適な仕方でワークピース処理中にプロセスパラメータを調整するために使用することができる。

少なくとも１つの厚さ測定装置の少なくとも１つの集束光学部品は、少なくとも１つの貫通孔内に配置することができる。例えば好適なレンズまたは類似のものを含むことができる集束光学部品と測定されるワークピースとの間の距離の減少は、光出力、ひいては達成可能な信号品質を高める。具体的には、高い光吸収性を有するワークピースは、精度の良い十分な光出力の場合のみに決定することができる。加工ディスクの厚さは、これに関して既に問題があり得る。したがって、この構成の場合に集束光学部品が加工ディスクに導入され、それ故にワークピースから短距離であることが想定されることが有利である。

少なくとも１つの厚さ測定装置が制御装置に送信する複数のデータは、特にアルゴリズムを活用して、統計的もしくは一般的数学的手法、データフィルタリング、平均化、外挿法、もしくは傾向判定、または他のデータ評価で評価することが好ましく、この評価はワークピースの厚さを表す良好な時間分解をもたらすようにする。このようなアルゴリズムとしては、前述のように、好ましくは較正および補正に基づいた測定結果の修正が挙げられる。

特に好ましい構成によれば、少なくとも１つの厚さ測定装置は、干渉厚さ測定方法によってワークピースの厚さを測定することができる。干渉測定方法を用いて、ワークピースの厚さは、特に精密な仕方で決定することができる。少なくとも１つの厚さ測定装置の光放射の必須条件は、部分的に透明かつ部分的に反射するワークピースであり、したがってこのワークピースは、光放射の当該部分がワークピースを通過して戻ることができるようにする。干渉厚さ測定方法は、例えば前述の国際公開第２０１０／０３７４５２号パンフレットにより既知である。この方法は一般に、本発明において使用することができる。この場合、光放射は、ワークピースの上面に向けられ、そこで第１の放射部が上面で反射され、第２の放射部がワークピースの厚さを貫通し、ワークピースの底面で反射され、ワークピースの上面に再び現れる。第１および第２の放射部は次に、干渉パターンの形成下で干渉する。この干渉パターンを用いて、ワークピースの上面とワークピースの底面との間の光学的ワークピースの厚さは、国際公開第２０１０／０３７４５２号パンフレットに記載されるように決定することができる。例えば国際公開第２０１０／０３７４５２号パンフレットに記載されるように、屈折率が既知であるかまたは確立されている場合、機械的なワークピースの厚さがさらに決定されてもよい。赤外線放射スペクトルをワークピースの上面に向けることも可能であり、そこで放射部の干渉により生成された放射は、分光計によって分析することができる。

少なくとも１つの厚さ測定装置の光放射源は特に、赤外線を放出することができる。これは、特に高濃度ドープしたシリコンワークピースの厚さ測定中に特に有利であり、このワークピースは、ホウ素またはリンなどの外来原子を特異的に備えたシリコンワークピースを意味する。光放射源は、１０５０ｎｍ〜１６００ｎｍの波長域において赤外線を放出することが好ましい。何故ならシリコンがこの波長域で特に透明であるからである。この波長域は、１１５０ｎｍ〜１３５０ｎｍがより好ましい。

さらなる構成によれば、集束光学部品は、１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上の焦点深度を有することができる。厚さ測定方法の難しさの１つは、集束光学部品とワークピースとの間で変化する距離である。具体的には、研磨布など、ワークピースの間に通常配置される、加工ディスクの作業被膜の厚さは、作業被膜の種類および摩耗に応じて異なる。しかし、測定技術によって決定されるワークピースの厚さは、これらの状況とは関係なく、可能な限り、＋／−０．１μｍ未満、特に約＋／−０．０５μｍの偏差で決定される。したがって、この構成の場合、大きい焦点深度を有する集束光学部品が想定される。達成可能な正確度を高めるために、集束光学部品はさらに、焦点深度が処理区域を完全に囲むように機械的に調整可能であってもよく、この区域は、ワークピースが種々の処理状態の間に配置されるか、あるいはワークピースが前記処理区域を焦点深度の中心に入れる区域を意味する。この場合、機械的調整は、例えば処理作業間の中断中に実行することができるように実施されてもよい。原則として、例えば研磨布の厚さなどの追加のパラメータを含む、処理作業中または調整指示に従って使用される作動機構もまた実現可能である。

少なくとも１つの貫通孔は、作業間隙への入口の周辺において圧縮空気で洗い流されてもよい。少なくとも１つの貫通孔で作業間隙に対する過剰圧力を発生させることも可能である。両方が厚さ測定装置、特に集束光学部品を作業間隙からの汚染から保護する働きをする。この保護はまた、測定作業期間に光経路のみ解放するシャッターと組み合わすことができる。

しかし、少なくとも１つの厚さ測定装置の光放射源から光放射に少なくとも部分的に透明である少なくとも１つの保護窓が、厚さ測定装置と作業間隙との間の少なくとも１つの貫通孔内に配置される場合に特に好ましい。具体的には、保護窓は、光放射源からの放射に実質的に完全に透明であり得る。このような保護窓の厚さは、好ましくは０．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内、特に好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内である。具体的には、シリコンワークピースの場合、赤外線の範囲で透明である材料が保護窓に好適である。保護窓に好ましい材料は、酸化アルミニウムまたはフッ化カルシウムである。両面研磨機で研磨剤として通常使用される、特にアルカリ媒体に対する保護窓の高い耐薬品性もまた有利である。一般に、有利な特性は、低い温膨張または加工ディスクに類似の温度膨張、高い耐擦傷性、および低破損化である。

別の構成によれば、少なくとも１つの保護窓は、１０ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、最も好ましくは０．３ｍｍ以下の少なくとも１つの貫通孔を備える加工ディスクの作業間隙の範囲を定める表面に対してさらに後退することができる。ワークピース側での保護窓の表面が加工ディスク表面の近くに配置されるという事実は、作業間隙と保護窓との間の空間が迅速に、作業中に作動媒体、例えば研磨剤で均一に満たされることを意味する。さらに、作動媒体は、均一で乱流が少なく流れ、保護窓を超える泡をほとんど作らない。そうしないと、これは、不安定な測定結果につながる可能性がある。保護窓がわずかしか後退しないという事実はまた、ワークピースと保護窓との間で、例えば作動媒体膜、例として研磨剤膜により、測定信号に干渉することを回避するのを促すのに有用である。次いで、この厚さは、状況に応じて制限され、測定信号は、ワークピースの厚さに対する信号と区別され、取り除かれ得る。

別の実施形態では、少なくとも１つの保護窓は、２ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下の少なくとも１つの貫通孔を備える加工ディスクの作業間隙の範囲を定める表面に対して後退することができる。前述の構成の場合以外では、保護窓は、程度の差はあるが、前述の構成では２ｍｍ以上、有利に後退する可能性があり、したがって作動媒体膜は特に厚いであろう。この厚さは次に、底部で制限され、生じ得るあらゆる測定信号がその後、ワークピースの厚さに対する信号と区別され、取り除かれる可能性がある。

保護窓が特に作業間隙の方向に平面を有する必要がないことを前述の構成に対しても指摘されるべきである。前述の数値は次に、最も遠くに突き出る保護窓の一部が後退していることと関係している。この点において、これは、光の大部分が保護窓の区域を通って導かれる場合に十分であってもよく、この区域は前述の実施形態に対するその形状において一致する。

少なくとも１つの保護窓は、洗浄液を用いる洗浄装置によって作業間隙の側から洗浄することができる。処理作業の終了中またはその直前に、作業間隙を制限のない洗浄処理媒体で、例えば脱イオン水またはアルカリ溶液で洗い流すことに加えて、またはその代わりに、保護窓はまた、処理作業後、２つの処理作業の間、または処理作業前に洗浄装置で制限なしに洗い流すことができる。これは、低圧下で手動で行うことができる。しかし、保護窓が加圧洗浄液、例えば脱イオン水またはアルカリ溶液でワークピース側から規則的に制限なしに洗い流される方法が好ましい。これは、制御装置によって自動的に行うことができる。これは好ましくは、加工ディスクの作業被膜を制限なしに洗い流すか、またはリフレッシュするために使用される同一の装置であり得る。作動媒体が乱流の仕方で保護窓を超えて流れて泡を作る前述の問題に対処するために、作業間隙と保護窓との間の空間には同様に、液体、好ましくは水、アルカリ溶液、または作業媒体自体で処理作業中に慎重に供給することができる。

別の構成によれば、ワークピースの厚さは、上部加工ディスクおよび／または下部加工ディスクで構成される複数の貫通孔によってワークピースの処理中に光学的に測定されることが想定され得る。原則として、目地厚さ測定装置で種々の貫通孔を通って（各加工ディスクに対して）厚さ測定を実施することが可能であり、ここで厚さ測定装置の光放射源からの放射はその場合、好適な仕方で、例えばビームスプリッタによって分けられ得る。しかし、当然のことながら、複数の厚さ測定装置が、この目的のために、上部加工ディスクまたは下部加工ディスクに配置されることもまた実行可能である。ワークピースの厚さは、処理中に同時に種々の貫通孔を通って測定することができる。しかし、処理中の異なる時間に、すなわち時間を互いにずらして、種々の貫通孔を通ってワークピースの厚さを測定することもまた可能である。

前述のように、複数のワークピースが両面処理機で同時に処理され得る。このプロセスでは、測定誤差が分類されてもよく、ワークピースが実際に光学的厚さ測定装置の光経路内にあった間に確認された測定値のみが考慮されるか、またはそれが好ましく考慮されるようにする。その結果、いずれの場合にも、少なくとも１つ厚さ測定装置の測定結果を１つのワークピースに明確に関連付けることがさらに可能である。これは、位置の知識、ならびに良くても、高い時間精度でのロータディスクおよび加工ディスクのねじりも必要である。しかし、この情報は機械構成に応じて利用可能である。加えて、測定値の数もまた、他の方式で、例えばパルス式厚さ測定によって制限されてもよく、そこで放射パルスは、光経路でのシャッター、電気回路、またはアルゴリズムに基づいて分類することによって提供することができる。

別の構成によれば、少なくとも１つの厚さ測定装置は、上部加工ディスクおよび／または下部加工ディスクに振動減衰した仕方で配置されることが想定され得る。厚さ測定装置、例えば厚さ測定装置の評価ユニットの分光計の振動減衰した形、または良くても防振した仕方で装着することにより、測定結果の変造が振動によって減少または回避され得る。本明細書に関係する処理作業では、１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚ、特に１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの代表的な周波数で振動が生じる。振動減衰は、それぞれの周波数帯に合わせて調整される、アクティブ型の電気振動減衰またはパッシブ型の振動減衰、例えば弾性装着であってもよい。このように、加工ディスクと厚さ測定装置との間、例えば厚さ測定装置の評価ユニットの機械的または熱誘導の機械的筋交いを避けることができる。

制御装置は、加工ディスクとは別の場所で配置することができる。少なくとも１つの厚さ測定装置と制御装置との間のデータ転送、および少なくとも１つの厚さ測定装置の電力供給はその場合、少なくとも１つの摺動接点を介して行うことができる。上部加工ディスクおよび／または下部加工ディスクに規則的に配置された少なくとも１つの厚さ測定装置の評価ユニットは、光グリッド、および例えばＣＣＤセンサを有する。一方では、回転する加工ディスクに配置された厚さ測定装置と、加工ディスクとは別に配置される両面処理機の回転しない制御装置との間のデータ転送、すなわち電気測定信号の転送は確保されなければならない。特に金接点を有するスリップリングを好適な摺動接点として使用することができる。一方では、同様のことが厚さ測定装置の電力供給にも当てはまる。それによって信号は、バスシステム、例えばＰｒｏｆｉＢＵＳまたはＰｒｏｆｉＮＥＴを介して直接または間接的に交換することができる。
図面を参照しながら、本発明の代表的な一実施形態を以下により詳細に説明する。

本発明による方法を実施するための両面処理機を模式的に示す図である。 従来技術の方法を例示するためにヒストグラムを模式的に示す図である。 本発明による方法を例示するためにヒストグラムを模式的に示す図である。

特に指示がない限り、同一の参照番号は、図面において同一の対象物を示す。
図１に示す両面処理機は、例えば両面研磨機であり得る。両面研磨機は、上部加工ディスク１０と、上部加工ディスク１０と対向する下部加工ディスク１２とを有する。上部加工ディスク１０および下部加工ディスク１２の一部はいずれの場合にも、作業被膜１４、例えば研磨布であり得る。この作業被膜１４により、上部加工ディスク１０および下部加工ディスク１２はそれらの間に、ワークピースの除材処理のための作業間隙１６の範囲を定める。参照番号１８は、図解目的の例示のために、ワークピース、例えばウェハを示す。例えば、作業間隙１６には、回転可能に配置されたロータディスクを実際に設けることができ、ロータディスクは各々、作業間隙１６における同時処理のために複数のワークピースを受容することが理解される。

図示の例では、貫通孔２０、具体的には貫通穴が上部加工ディスク１０で構成される。貫通孔２０には、上部加工ディスク１０に取り付けられる厚さ測定装置の集束光学部品２２が配置される。集束光学部品２２は、例えば好適なレンズを含むことができる。図示の例では、集束光学部品２２と作業間隙１６との間の貫通孔２０内には、保護窓２４が配置される。貫通孔２０の他端を、好適な封止要素２６によって図解する。厚さ測定装置は、測定および評価ユニット２８をさらに含み、これは制振ダンパ３０によって上部加工ディスク１０の上面に取り付けられる。一方、測定および評価ユニット２８内には、光放射源、例えばレーザ、好ましくは赤外線レーザが配置される。光放射源から発せられた放射は、光ファイバケーブル３２、具体的にはガラスファイバを介して集束光学部品２２に導かれ、保護窓２４を通って後者によって結像され、この窓はワークピース１８への光放射に対して少なくとも部分的に透明である。加えて、測定および評価ユニット２８内には、光放射センサ、例えばＣＣＤ、および例えば光グリッドがさらに配置される。測定および評価ユニット２８は、光放射を放出するために放射源を制御する。これは、ワークピース１８の上面によって部分的に反射され、ワークピース１８に部分的に入り、ワークピース１８の底面によって反射され、次いでワークピース１８を再び通過した後、上面で再び出る。ワークピースの上面およびワークピースの底面から戻る光放射は、集束光学部品２２および光ファイバケーブル３２を介して、測定および評価ユニット２８内に配置されたセンサに導かれ、互いに干渉する。ワークピースの厚さ１８を決定するために、センサによって受信された測定信号を、測定および評価ユニット２８内で評価することができる。具体的には、ワークピースの厚さは、例えば国際公開第２０１０／０３７４５２号パンフレットに記載されるように干渉測定器で確認することができる。

測定値は、信号線３４を介して、ロータリジョイント３６、例えばスリップリングに達し、このロータリジョイントは、両面処理機の駆動シャフト３８の周辺に設けられ、これにより上部加工ディスク１０が作業時に回転駆動される。ロータリジョイント３６は、その他端で、追加の信号線４０を介して両面処理機の制御装置４２（ＰＬＣ）に接続される。また、厚さ測定装置用の電源を参照番号４４で示す。電源には、第１の電力線４６を介して、追加的なロータリジョイント４８、例えば再度のスリップリングが設けられ、このロータリジョイントは今度は、駆動シャフト３８、および厚さ測定装置に接続された第２の電力線５０に配置される。

ワークピースの厚さは、この両面処理機で実施される本発明による方法により、信頼できる精密な仕方で処理中に確認することができる。予め指定した目標厚さが提供された測定結果に基づいて達せられたことを制御装置４２が確証した場合、制御装置４２は、現行の処理作業を終了する。その後、制御装置４２は、指定したその後の処理工程を開始するか、あるいはワークピースの処理を完全に終了する。

例示のために、図１は、１つだけの貫通孔を介してワークピースの厚さを測定する厚さ測定装置のみを示す。当然のことながら、ワークピースの厚さは同時または時間差をおいて複数の貫通孔を通って測定することが可能であり、これが上部加工ディスク１０および／または下部加工ディスク１２に配置された複数の厚さ測定装置を用いようと、厚さ測定装置のみを用いようと、光路は前述の原則に記載されるように好適な仕方で分けられる。

図２は、処理後のワークピースに対して確認された厚さ測定値の度数分布、または複数の処理されたワークピース、この場合、ウェハに対して本発明による厚さ測定をしない従来の両面処理方法に対する目標厚さからの偏差を示す。図３は、処理後に確認された厚さ測定値の度数分布、またはこの場合、本発明による厚さ決定を用いて、複数の処理されたワークピース、この場合も同様に、ウェハに対して同一の両面処理機に対する目標厚さからの偏差を示す。本発明によるプロセスを使用するときに厚さ偏差が従来の方法のものよりも大幅に低いことが明らかである。具体的には、本発明による方法では標準偏差２σの２倍がわずか０．２５μｍであるが、従来の方法ではそれが１．１１μｍである。

Claims (17)

1. 両面処理機で処理される平坦なワークピース（１８）の厚さを測定するための方法であって、
   ‐前記両面処理機の上部加工ディスク（１０）と下部加工ディスク（１２）との間に形成された作業間隙（１６）内で、前記加工ディスク（１０、１２）が除材する仕方で互いに対して回転しながら、前記ワークピースが処理される工程と、
   ‐前記ワークピース（１８）の処理中に、前記ワークピースの厚さが、前記上部加工ディスク（１０）および／または前記下部加工ディスク（１２）に配置された少なくとも１つの光学的厚さ測定装置によって光学的に測定される工程であって、前記少なくとも１つの厚さ測定装置の少なくとも１つの集束光学部品（２２）が、前記上部加工ディスク（１０）および／または前記下部加工ディスク（１２）に形成された少なくとも１つの貫通孔（２０）内に配置され、前記貫通孔（２０）を通り、前記集束光学部品（２２）によって集束された光によって、前記作業間隙（１６）内に配置された前記ワークピース（１８）の前記厚さを測定する、工程と、
   ‐前記少なくとも１つの厚さ測定装置の測定結果が、前記両面処理機の制御装置（４２）に供給される工程と、
   ‐前記ワークピース（１８）の予め指定した目標厚さに達すると、前記制御装置（４２）が、前記ワークピースの処理の作業を終了する工程と、を含む、方法。
2. 前記少なくとも１つの厚さ測定装置は、干渉厚さ測定方法によって前記ワークピース（１８）の前記厚さを測定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの厚さ測定装置の光放射源が赤外線を放出することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記集束光学部品（２２）は、１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上の焦点深度を有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの貫通孔（２０）は、前記厚さ測定装置の光が当該貫通孔（２０）を通って前記作業間隙（１６）へ入る当該貫通孔（２０）の前記作業間隙（１６）側である前記作業間隙（１６）への入口の周辺において、処理作業中に当該貫通孔（２０）の前記厚さ測定装置側から圧縮空気で洗い流されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの貫通孔（２０）に、当該貫通孔（２０）の前記厚さ測定装置側から圧縮空気を供給することで、前記作業間隙（１６）に対する過剰圧力が当該貫通孔（２０）で発生することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの厚さ測定装置の光放射源から光放射に少なくとも部分的に透明である少なくとも１つの保護窓（２４）が、前記厚さ測定装置と前記作業間隙（１６）との間の前記少なくとも１つの貫通孔（２０）内に配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの保護窓（２４）は、酸化アルミニウムまたはフッ化カルシウムからなることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの保護窓（２４）は、前記少なくとも１つの貫通孔（２０）を備える前記加工ディスクの前記作業間隙（１６）側の表面に対して、１０ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、最も好ましくは０．３ｍｍ以下で後退して当該貫通孔（２０）に備えられることを特徴とする、請求項７または８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの保護窓（２４）は、洗浄液を用いる洗浄装置によって前記作業間隙（１６）の側から洗浄されることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ワークピースの厚さは、前記上部加工ディスク（１０）および／または前記下部加工ディスク（１２）に構成される複数の貫通孔（２０）によって、前記ワークピース（１８）の処理中に光学的に測定されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記上部加工ディスク（１０）および／または前記下部加工ディスク（１２）は複数の前記貫通孔（２０）を有し、前記ワークピースの厚さは、処理中に、複数の前記厚さ測定装置によって、同時に前記種々の貫通孔（２０）を通って測定されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記上部加工ディスク（１０）および／または前記下部加工ディスク（１２）は複数の前記貫通孔（２０）を有し、前記ワークピースの厚さは、処理中に、複数の前記厚さ測定装置によって、時間をずらして前記種々の貫通孔（２０）を通って測定されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
14. 複数のワークピース（１８）が前記両面処理機で同時に処理され、前記少なくとも１つの厚さ測定装置は、１つのワークピース（１８）に明確に割り当てられ、割り当てられた前記ワークピース（１８）の厚さを測定することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの厚さ測定装置は、前記上部加工ディスク（１０）および／または前記下部加工ディスク（１２）に振動減衰した仕方で配置されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記制御装置は、前記加工ディスク（１０、１２）とは別の位置に配置されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの厚さ測定装置と前記制御装置（４２）との間のデータ転送、および前記少なくとも１つの厚さ測定装置の電力供給は、少なくとも１つの摺動接点を介して行うことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

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