JP7425411B2 - キャリア測定装置、キャリア測定方法、及びキャリア管理方法 - Google Patents

キャリア測定装置、キャリア測定方法、及びキャリア管理方法 Download PDF

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Description

本発明は、円盤状の半導体ウェーハをホールにより保持するキャリアの厚みや形状を測定するキャリア測定装置、キャリア測定方法、及びキャリアの厚みや形状を測定した測定結果に基づいて当該キャリアを管理するキャリア管理方法に関する。
半導体デバイスの基板に用いられる半導体ウェーハの製造工程では、半導体ウェーハの高い平坦度や表面粗さを実現するために、半導体ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨が行われる。円盤状のキャリアに形成された円形状のホールに半導体ウェーハが保持され、このキャリアが複数両面研磨装置に装着され、研磨パッドが貼り付けられた一対の定盤に挟まれつつ、各半導体ウェーハの両面が同時に研磨される。
近年、半導体デバイス形成領域は半導体ウェーハの中心部から外周部へ年々拡大しており、半導体ウェーハの中心部だけでなく外周部にも高い平坦度が要求されて来ている。半導体ウェーハの外周部（以下「ウェーハ外周部」と略す。）を高い平坦度で研磨するためには、半導体ウェーハを保持するキャリアに形成されたホールの周縁部（以下「ホール周縁部」と略す。）の平坦度が重要である。
何故なら、キャリアのホール周縁部はウェーハ外周部に接しているため、ホール周縁部の平坦度が悪く、ホール周縁部の一部に厚みが薄い部位（「ダレ」ともいう。）があると、両面研磨する際、研磨パッドがその薄い部位に入り込み、半導体ウェーハのウェーハ外周部がより多く研磨される結果、ウェーハ外周部の厚みが薄くなる（この現象も「ダレ」という。）からである。
半導体ウェーハを保持したキャリアは、両面研磨装置に複数装着されて研磨されるため、個々のキャリアの平坦度だけでなく、１バッチの両面研磨で両面研磨装置に共に装着される複数のキャリアの間で厚みや形状のバラツキがないことが要求される。
１バッチで使用されるキャリア間で厚みや形状のバラツキがあれば、ホール周縁部のダレが生じたキャリアに研磨パッドが集中して押し当てられることになり、バッチ内の半導体ウェーハの形状にバラツキが生じ、バッチ内で研磨される半導体ウェーハの品質バラツキが生じる。
以上のことから、半導体ウェーハを両面研磨する際には、各キャリア（特に、ホール周縁部）の厚みや形状を精度良く測定し、１バッチで使用する複数のキャリアについて厚みや形状のバラツキが少ないものを選択することが重要である。
従来、キャリアの厚みを測定する測定装置には、例えば、特許文献１に記載されているように、キャリアが搭載されるテーブルと、基準棒と、接触センサと、制御部とを備えたものがある。
制御部は、キャリアがテーブルに搭載されていない状態で、基準棒及び接触センサをテーブルに接触させて、接触センサとテーブルとの接触位置を基準値とする。次に、制御部は、キャリアがテーブルに搭載された状態で、基準棒をキャリアの上面に接触させるとともに、接触センサをテーブルに接触させて、接触センサとテーブルとの接触位置を測定値とし、基準値と測定値との差分からキャリアの厚みを求める。
また、従来、キャリアの厚み測定装置には、例えば、特許文献２に記載されているように、第１及び第２テーブルと、上部及び下部センサと、センサ駆動手段とを含むものがある。
第１テーブルは、円盤状に構成され、回転可能に設置され、キャリアの中心部を支持する。第２テーブルは、リング板状に構成され、第１テーブル外側に位置して回転可能に設置され、キャリアの外周部を支持する。
上部及び下部センサは、コ字状の支持部材を構成する上部腕部及び下部腕部の先端にそれぞれ取り付けられ、キャリアの厚みを算出する。センサ駆動手段は、支持部材を回動することにより上部及び下部センサをキャリアの上側及び下側に移動させる。
キャリアの外周部を第２テーブルにより支持した状態で第２テーブルを回転させ、上部及び下部センサがキャリアの内周部の厚みを測定する。また、キャリアの内周部を第１テーブルにより支持した状態で第１テーブルを回転させ、上部及び下部センサがキャリアの外周部の厚みを測定する。
また、特許文献３には、レーザ変位計を使用してキャリアに形成されたホールの周縁部の平面度分布を測定したという記載がある。
特許第５７３２８５８号公報（請求項１） 特許第６５７８４４２号公報（段落００３３～段落００３９，段落００４５～段落００４９，段落００６３～段落００７２、図７，図８，図９ａ～図９ｉ） 特許第６０５６７９３号公報（段落００５２）
特許文献１に記載された従来技術では、測定箇所を１箇所ずつ選択してキャリアの厚みを求めているので、キャリアのホール周縁部全体の厚みを測定するためには多くの手間暇が必要であり、ホール周縁部のダレが生じたキャリアを簡便かつ迅速に検出できないという問題がある。
キャリアには、ウェーハをキャリアに対して偏心して保持するように、ホールの中心がキャリアの中心からずれて形成されているものがある。しかし、特許文献２に記載された従来技術では、キャリアをその中心軸回りに回転させるとともに、センサ駆動手段により上部及び下部センサを回動させて上部及び下部センサをキャリアの上側及び下側に移動させている。したがって、特許文献２に記載された従来技術では、偏心したホール周縁部全体の厚みを測定できないため、ホール周縁部のダレが生じたキャリアを検出できないという問題がある。
この点、特許文献３の段落００５２には、レーザ変位計を使用してキャリアに形成されたホールの周縁部の平面度分布を測定したという記載があるが、測定装置の具体的な構成について特許文献３には記載されていない。
このことから、各キャリア（特に、偏心したホール周縁部）の厚みや形状を精度良く測定し、１バッチで使用する複数のキャリアについて厚みや形状のバラツキが少ない複数のキャリアを選択できる構成が望まれている。
本発明は、各キャリア（特に、偏心したホール周縁部）の厚みや形状を精度良く測定し、１バッチで使用する複数のキャリアについて厚みや形状のバラツキが少ない複数のキャリアを選択できるキャリア測定装置、キャリア測定方法及びキャリア管理方法を提供することを目的とする。
本発明は、円盤状の半導体ウェーハを保持するホールが偏心して形成されたキャリアの厚みを測定するキャリア測定装置に係り、前記キャリアを水平に収容するキャリア収容部を有する回転テーブルと、前記回転テーブルをその中心軸を回転軸として回転させるテーブル駆動モータと、前記キャリアの上方及び下方に配置され、前記キャリアの厚みを非接触で測定する上部厚みセンサ及び下部厚みセンサと、前記回転テーブル又は前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサのいずれか一方又は両方を、水平方向に摺動させる摺動部と、を備え、前記キャリア収容部は、前記キャリアの前記ホールの中心と前記回転テーブルの中心が一致するように前記キャリアを収容可能に形成されている。
本発明に係るキャリア測定装置において、前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサが取り付けられ、前記上部厚みセンサと前記下部厚みセンサとの間を前記回転テーブルが水平方向に通過可能に構成されたセンサフレームをさらに備える。
本発明に係るキャリア測定装置において、前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサは、前記回転テーブルの中心と前記キャリア収容部の中心を通る直線の上方及び下方に位置するように前記センサフレームに取り付けられ、前記摺動部は、前記回転テーブル又は前記センサフレームのいずれか一方又は両方を、前記直線と平行な水平方向に摺動させる。
本発明は、円盤状の半導体ウェーハを保持するホールが偏心して形成された円盤状のキャリアを、前記キャリア測定装置を用いて前記キャリアの厚みを測定するキャリア測定方法に係り、前記キャリアが収容された前記回転テーブル又は前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサのいずれか一方又は両方を、水平方向に摺動させつつ、前記キャリアの所定ポイントにおける厚みを測定する第１の測定ステップと、前記キャリアが収容された前記回転テーブルを回転させつつ、前記キャリアの前記ホールのホール周縁部の厚みを測定する第２の測定ステップと、を有する。
本発明は、円盤状の半導体ウェーハを保持するホールが偏心して形成された円盤状のキャリアを、前記キャリア測定装置を用いて測定した測定結果に基づいて前記キャリアを管理するキャリア管理方法に係り、前記キャリアが収容された前記回転テーブル又は前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサのいずれか一方又は両方を、水平方向に摺動させつつ、複数の前記キャリアの所定ポイントにおける厚みを測定する第１の測定ステップと、前記第１の測定ステップの測定結果に基づいて、前記複数の前記キャリアについて所定の前記厚みの範囲内にあるものを同一のクラスとするクラス分けを行うクラス分けステップと、前記同一のクラスに属する前記複数の前記キャリアの中から、所定数の前記キャリアを選択し、複数の前記半導体ウェーハを同一バッチで両面研磨する際に使用するキャリアセットを構成するセット構成ステップと、前記キャリアセットを構成する前記各キャリアが収容された前記回転テーブルを回転させつつ、当該キャリアの前記ホールのホール周縁部の厚みを測定する第２の測定ステップと、前記第１及び第２の測定ステップの測定結果に基づいて、前記キャリアセットを前記半導体ウェーハに要求されるスペックに応じたランクに分けるランク分けステップと、を有する。
前記キャリア管理方法において、前記ランク分けステップは、前記第２の測定ステップの測定結果に基づいて前記各キャリアの前記ホール周縁部のダレ量を算出し、前記第１の測定ステップの前記測定結果及び前記ホール周縁部の前記ダレ量に基づいて前記キャリアセットをランク分けする。
本発明によれば、各キャリア（特に、偏心したホール周縁部）の厚みや形状を精度良く測定し、１バッチで使用する複数のキャリアについて厚みや形状のバラツキが少ない複数のキャリアを選択できる。
本発明の一実施形態に係るキャリア測定装置の概略構成の一例を示す上面図である。 図１に示すキャリア測定装置の右側面図である。 図１に示すキャリア測定装置における制御系統の概略構成の一例を示すブロック図である。 キャリアの外観構成の一例を示す上面図、キャリアのホール周縁部の一部の拡大図及びホールエッジからの距離とキャリアの厚みとの関係の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る標準品の半導体ウェーハ用のキャリア管理方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る高精度品の半導体ウェーハ用のキャリア管理方法の一例を示すフローチャートである。 キャリアに形成されたホール周縁部のダレ量の最大値とウェーハ外周部のダレ量との関係の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［キャリア測定装置の構成］
図１及び図２は本発明の一実施形態に係るキャリア測定装置１の概略構成の一例を示す上面図及び右側面図である。また、図３は、キャリア測定装置１における制御系統の概略構成の一例を示すブロック図である。
キャリア測定装置１は、全体が矩形状を呈する枠構造で構成された架台１１を備え、この架台１１上には長方形板状のベース３１が固定されている。
ベース３１の上面において、その長手方向両側には、ガイドレール３２がそれぞれ固定され、このガイドレール３２上には、方形板状のステージ１２が摺動自在に載置されている。
ベース３１の幅方向(図１に示すＸ軸方向)の中央には、ボールねじ３３が配置されている。
図２に示すように、ボールねじ３３の一端、Ｙ軸方向後端にはＹ軸モータ３４が取り付けられている。一方、ボールねじ３３の他端側、Ｙ軸方向前端側の途中には、ステージ１２の下方部１２Ａが取り付けられている。
これにより、Ｙ軸モータ３４を回転駆動すると、ボールねじ３３を介してステージ１２がガイドレール３２上をＹ軸の前後(＋、－)方向に摺動するように構成されている。ここにおいて、ベース３１、一対のガイドレール３２、ボールねじ３３、Ｙ軸モータ３４により、摺動部１３が構成されている。
以下、ベース３１の長手方向であって、キャリア測定装置１の正面側に向かう方向をＹ軸＋方向とし、ベース３１の長手方向であって、キャリア測定装置１の背面側に向かう方向をＹ軸－方向とする。
ステージ１２の上面には、テーブル収容部２２Ａが形成されている。
テーブル収容部２２Ａ内には、円盤状の回転テーブル２３が回転自在に収納されている。
回転テーブル２３の上面は、円形の凹部からなり、後述するキャリア２１よりやや大径のキャリア収容部２３Ａが形成されている。キャリア収容部２３Ａ内には、円盤状のキャリア２１が水平に収納される。
キャリア２１は、外周部に所定ピッチで外周歯２１Ｂが形成されている。キャリア２１は、ステンレスやチタン等の金属材料からなる本体と、半導体ウェーハを保持するホール２１Ａの内壁に沿って配置された環状の樹脂インサータとからなるものや、全体が樹脂からなるものがある。キャリア２１が樹脂製の場合、エポキシ樹脂にガラス繊維を複合したものを用いることが好ましい。
回転テーブル２３は、テーブル駆動モータ２４により回転駆動されるように構成されている。
架台１１の上面中央部には、架台１１の幅方向全体にわたって、扁平Ｏ字状(正面視ロ字状)のセンサフレーム１４が固定され、このセンサフレーム１４の開口部１４Ａには、ステージ１２がＹ軸方向に通過可能になっている。
センサフレーム１４の長手方向中央には、正面側に上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２が上下方向に所定の距離隔てて取り付けられている。上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２は、例えば、分光干渉式レーザ変位計である。上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２は、キャリア２１に形成されたホール２１Ａのホール周縁部２１Ｃ全周について、測定者によって指定されたホール２１Ａの任意の中心角に対して１点ずつ厚みを測定可能である。また、ホール周縁部２１Ｃの測定可能な範囲の最も内側の点から外に向けて徐々に放射状に外に向かい測定円を大きくすることができる。
ホール周縁部２１Ｃの厚み測定時には、テーブル駆動モータ２４は、回転テーブル２３の中心Ｃ１を鉛直方向に通る中心軸を回転軸として回転テーブル２３を、測定者によって指定された中心角に合わせて水平方向に回転させる。この回転テーブル２３の回転に応じて、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２は、キャリア２１に形成されたホール２１Ａのホール周縁部２１Ｃ全周について、測定者によって指定されたホール２１Ａの任意の中心角につき１点ずつその厚みを測定する。上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２は、例えば、ホール２１Ａの中心角１度につき１点ずつ計３６０点の厚みを測定可能である。
架台１１には、装置各部を制御するコンピュータ４３が搭載されている。コンピュータ４３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された制御部５１と、メモリー又はハードディスク等の記録回路により構成された記憶部５２とを備える（図３参照）。
制御部５１は、記憶部５２に記憶されたキャリア測定プログラム、キャリア管理プログラム等の各種プログラムを読み込み実行する。記憶部５２は、前記キャリア測定プログラム、前記キャリア管理プログラム等の各種プログラムが記憶されているとともに、前記各種プログラムが実行される際に使用される各種データが記憶される。
図１に示すように、キャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２は、回転テーブル２３の中心Ｃ１に対して、キャリア測定装置１の背面側（Ｙ－方向）に偏心している。本実施形態では、キャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２から回転テーブル２３の中心Ｃ１までの径方向の距離を、キャリア収容部２３Ａの回転テーブル２３に対する偏心量と呼ぶ。
また、本実施形態では、図１に示すように、キャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２と回転テーブル２３の中心Ｃ１を通る直線ＬがＹ方向と平行な状態において、キャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２が回転テーブル２３の中心Ｃ１との関係において回転テーブル２３の外周のどちら側に位置しているかを示す方向をキャリア収容部２３Ａの偏心方向と呼ぶ。図１の例では、キャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２は回転テーブル２３の中心Ｃ１よりもキャリア測定装置１の背面側に位置しているので、キャリア収容部２３Ａの偏心方向は、Ｙ－方向である。
図１に示す例では、キャリア収容部２３Ａには、キャリア２１に形成されているホール２１Ａの中心Ｃ４がキャリア２１の中心Ｃ３に対してキャリア測定装置１の正面側（Ｙ＋方向）に偏心している状態で収容する。すなわち、ホール２１Ａの偏心方向は、Ｙ＋方向である。なお、キャリア２１の中心Ｃ３はキャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２と一致している。
図１に示すようにキャリア収容部２３Ａを形成し、図１に示す方向でキャリア２１をキャリア収容部２３Ａに収容するのは、以下に示す理由による。
従来、複数の半導体ウェーハの両面を同時に研磨する装置として、遊星歯車機構を用いた両面研磨装置が知られている。この両面研磨装置は、上定盤及び下定盤を有する回転定盤と、この回転定盤の中心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、外周に所定ピッチで外周歯が形成された複数のキャリアとを備える。
この両面研磨装置では、各キャリアの外周歯がサンギアとインターナルギアとかみ合って上定盤と下定盤の間で回転することにより、各キャリアが自転しながら公転する遊星運動をする。この遊星運動の際、キャリアの中心とキャリアに形成されたホールの中心が一致しているとホールに収容された半導体ウェーハの両面が常に研磨パッドの同一の部分で研磨され、研磨効率が低いだけでなく、所望の平坦度が得られない。
そこで、半導体ウェーハの研磨効率及び研磨の均一性を高めるために、キャリアの中心とホールの中心とを異ならせる、すなわち、ホールをキャリアに対して偏心させるのである。
このような理由により偏心したホール２１Ａが形成されたキャリア２１を、回転テーブル２３の中心Ｃ１と中心が一致したキャリア収容部２３Ａに収容して回転テーブル２３を単に回転させただけでは偏心したホール２１Ａのホール周縁部２１Ｃの厚みを全周に亘って測定することはできない。
そこで、本実施形態では、図１に示すように、ホール２１Ａのキャリア２１に対する偏心量と、キャリア収容部２３Ａの回転テーブル２３に対する偏心量を同一とし、ホール２１Ａの偏心方向（Ｙ＋方向）と、キャリア収容部２３Ａの偏心方向（Ｙ－方向）とを１８０度逆方向とする。これにより、回転テーブル２３のキャリア収容部２３Ａにキャリア２１が収容された状態では、ホール２１Ａのキャリア２１に対する偏心は、キャリア収容部２３Ａの回転テーブル２３に対する偏心によって相殺される。したがって、ホール２１Ａの中心Ｃ４が回転テーブル２３の中心Ｃ１と一致するので、前記上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２（図１及び図２参照）を一箇所に固定したまま回転テーブル２３をその中心軸を回転軸として回転させれば、キャリア２１のホール２１Ａのホール周縁部２１Ｃの厚みを全周に亘って測定することができる。
［キャリア測定方法］
次に、前記構成を有するキャリア測定装置１を用いたキャリア測定方法の一例について説明する。本実施形態では、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２は、センサフレーム１４の長手方向中央に固定したままである。
（１）キャリア２１のＹ方向の測定
図１に示すように、キャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２と回転テーブル２３の中心Ｃ１を通る直線ＬがＹ方向と平行な状態において、キャリア２１が設置されたステージ１２をＹ＋方向に摺動させつつ、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２によりキャリア２１の厚みを測定する。
この場合の測定ピッチは任意に設定できるが、例えば、０．２ｍｍ、すなわち、１ｍｍ区間で５点を測定する。具体的な測定位置は、図１に示すキャリア収容部２３Ａの中心Ｃ２と回転テーブル２３の中心Ｃ１を通る直線Ｌ上において、ホール２１Ａのエッジ（ホールエッジ）２１ＤのポイントＰ１からＹ－方向に、例えば、５～７ｍｍ程度隔てた位置から５０ｍｍの範囲とする。
（２）ホール周縁部２１Ｃの測定
上部厚みセンサ４１と下部厚みセンサ４２との間にキャリア２１に形成されたホール２１Ａのホール周縁部２１Ｃが位置するように、ステージ１２をＹ－方向に摺動させた後、ステージ１２を停止した状態において、回転テーブル２３を回転させつつ、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２によりホール周縁部２１Ｃの厚みを測定する。ここで回転方向の測定ピッチは任意に設定できるが、例えば、ホール周縁部２１Ｃ全周について、ホール２１Ａの中心角１度につき１点ずつ計３６０点を測定する。
ダレ量は、ダレ量を測定するための基準とすべき基準面におけるキャリア２１の厚みの平均値から、ホール２１Ａのホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって、例えば２ｍｍまでの領域におけるキャリア２１の厚みの最小値を減算した値とする。ここで、基準面とは、ホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって所定の距離隔てたキャリア２１の上面であって、ホール周縁部２１Ｃの厚みの変化の影響を受けにくい領域をいう。
図４（Ａ）はキャリア２１の上面図、図４（Ｂ）はホール周縁部２１Ｃの一部２１Ｅの拡大図及びホールエッジ２１Ｄからの１ライン上の距離とキャリア２１の厚みとの関係の一例を示すグラフである。
図４（Ｂ）に示すグラフから分かるように、ホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって２ｍｍを超えるまで領域では、ホール周縁部２１Ｃの厚み変化の影響があるが、ホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって２ｍｍを超えた領域以降はホール周縁部２１Ｃの厚み変化の影響を受けていない。そこで、ホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって３ｍｍから５ｍｍ程度隔てた領域を前記基準面とすることができる。図４（Ａ）において、２本の破線で囲まれた円環状の領域が基準面である。ホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かってのホール周縁部２１Ｃの厚みの測定ピッチは任意に設定できるが、例えば、０．２ｍｍ、すなわち、１ｍｍ区間で５点を測定するものとする。
一方、ホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって２ｍｍまでの領域は、ホール周縁部２１Ｃの厚みの減少が大きい領域であるので、この領域におけるキャリア２１の厚みの最小値の前記基準面におけるキャリア２１の厚みの平均値からの差分を１ライン上の前記ダレ量と定義する。
［キャリア管理方法］
次に、前記キャリア測定装置１及び前記キャリア測定方法を利用したキャリア管理方法の一例について説明する。
（Ａ）標準品の半導体ウェーハ用のキャリア管理方法
まず、標準的なスペック（例えば、平坦度や表面粗さなど）が要求される標準品の半導体ウェーハを両面研磨する際に使用されるキャリア２１の管理方法について説明する。このキャリア管理方法では、新品のキャリア２１について前記キャリア測定方法（１）だけを利用する。
図５は、コンピュータ４３の制御部５１が実行する標準品の半導体ウェーハ用のキャリア管理方法の一例を示すフローチャートである。
まず、前記キャリア測定装置１の初期状態では、ステージ１２は架台１１の背面側端部に位置している。この初期状態において、作業者又は図示しない搬送機構は、キャリア２１をステージ１２に設置する。キャリア２１をステージ１２に設置する向きは、図１に示すように、キャリア２１に形成されているホール２１Ａの中心Ｃ４が、回転テーブル２３の中心Ｃ１に一致する向きである。
コンピュータ４３の制御部５１は、キャリア２１が所定位置に設置されたか否かを判断する（ステップＳ１）。この処理は、例えば、ステージ１２の位置を検出するセンサからの検出信号や、ステージ１２に形成されたキャリア収容部２３Ａにおけるキャリア２１の収容状態を検出するセンサからの検出信号などが正しく入力されたか否かを判断して行う。
ステップＳ１の判断結果が「ＮＯ」の場合には、制御部５１は、同判断を繰り返す。そして、前記各検出信号を正しく入力された場合には、ステップＳ１の判断結果が「ＹＥＳ」となり、制御部５１は、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、制御部５１は、前記キャリア測定方法（１）において説明したキャリア２１のＹ方向の測定処理を実行した後、ステップＳ３へ進む。
このステップＳ２では、制御部５１は、Ｙ軸モータ３４を制御して、ステージ１２をＹ＋方向に摺動させ、図１に示すホール２１ＡのポイントＰ１からＹ－方向に、例えば、５～７ｍｍ程度隔てた位置から５０ｍｍの範囲において、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２を制御して、キャリア２１の厚みを測定させ、その検出信号を取得する。
そして、制御部５１は、当該キャリア２１の前記ポイントＰ１近傍における前記測定結果を記憶部５２の所定の記憶領域に当該キャリア２１に付与されている識別番号とともに記憶する。
ステップＳ３では、制御部５１は、すべてのキャリア２１についてＹ方向の厚みを測定したか否かを判断する。ステップＳ３の判断結果が「ＮＯ」の場合には、制御部５１は、ステップＳ１へ戻り、前記したステップＳ１及びＳ２の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、すべてのキャリア２１についてＹ方向の厚みを測定した場合には、制御部５１は、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ４では、制御部５１は、記憶部５２に記憶されている各キャリア２１の測定結果の平均値を算出し、その測定結果の平均値に基づいて、所定の厚みの範囲内（例えば、０．３μｍ毎の幅）にあるものを同一のクラスとするクラス分けを行う。具体的には、キャリア２１の厚みの平均値が、例えば、７７８．６ｍｍ以下のクラス、７７８．７μｍ～７７８．９μｍのクラス、・・・、７８３．５μｍ～７８３．７μｍのクラスなどにクラス分けする。
次に、制御部５１は、同一のクラスに属する複数のキャリア２１の中から、所定数（例えば、５枚）のキャリア２１をそれぞれ選択し、複数の半導体ウェーハを同一バッチで両面研磨する際に共に使用するセット（キャリアセット）に構成し、記憶部５２の所定の記憶領域に当該キャリアセットに識別番号を付与して記憶する。その後、制御部５１は、一連の処理を終了する。
（Ｂ）高精度品の半導体ウェーハ用のキャリア管理方法
次に、高精度なスペック（例えば、平坦度や表面粗さなど）が要求される高精度品の半導体ウェーハを両面研磨する際に使用されるキャリア２１の管理方法について説明する。このキャリア管理方法では、前記キャリア測定方法（１）及び（２）の両方を利用する。
まず、複数のキャリア２１をその厚みの平均値に基づいてクラス分けした後、キャリアセットを構成する処理については、段落００６０～段落００７０において説明した前記キャリア管理方法（Ａ）（図５参照）と同様であるので、以下要約して説明する。
ステージ１２にキャリア２１が所定位置に所定の向きで設置されると、制御部５１は、Ｙ軸モータ３４、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２を制御して、キャリア２１のホール２１ＡのポイントＰ１近傍における厚みを測定させた後、それぞれの測定結果を記憶部５２の所定の記憶領域に当該キャリア２１の識別番号とともに記憶する。
制御部５１は、以上説明した処理をすべてのキャリア２１について実行した後、記憶部５２に記憶されている測定結果に基づいて各キャリア２１をクラス分けし、同一のクラスに属する複数のキャリア２１の中からキャリアセットを構成して、記憶部５２の所定の記憶領域に当該キャリアセットに識別番号を付与して記憶する。
図６は、コンピュータ４３の制御部５１が実行する高精度品の半導体ウェーハ用のキャリア管理方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１及びＳ１２の処理は、段落００６０～段落００６６において説明した図５に示すステップＳ１及びＳ２の処理とほぼ同様であるので、以下要約して説明する。
ステージ１２にキャリア２１が所定位置に所定の向きで設置される（ステップＳ１１）と、制御部５１は、Ｙ軸モータ３４、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２を制御して、キャリア２１のホール２１ＡのポイントＰ１近傍における厚みを測定させた後、それぞれの測定結果を記憶部５２の所定の記憶領域に当該キャリア２１の識別番号及び当該キャリア２１が属するキャリアセットの識別番号とともに記憶する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１３では、制御部５１は、前記キャリア測定方法（２）において説明したホール周縁部２１Ｃの測定処理を実行した後、ステップＳ１４へ進む。
このステップＳ１３では、制御部５１は、Ｙ軸モータ３４を制御して、ステージ１２をＹ－方向に摺動させ、ホール周縁部２１Ｃを上部厚みセンサ４１と下部厚みセンサ４２との間に位置させる。次に、制御部５１は、ステージ１２を停止した状態において、テーブル駆動モータ２４を制御して、回転テーブル２３を回転させつつ、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２を制御して、ホール周縁部２１Ｃのダレ量（単位：μｍ）を測定させ、その検出信号を取得する。この場合、制御部５１は、Ｙ軸モータ３４、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２を制御して、例えば、ホール周縁部２１Ｃ全周について、ホール２１Ａの中心角１度につき１ラインずつ計３６０ラインにおけるホール周縁部２１Ｃのダレ量（単位：μｍ）を測定させ、その検出信号を取得する。
そして、制御部５１は、当該キャリア２１のホール周縁部２１Ｃ全周におけるダレ量の測定結果を記憶部５２の所定の記憶領域に当該キャリア２１の識別番号及び当該キャリア２１が属するキャリアセットの識別番号とともに記憶する。
ステップＳ１４では、制御部５１は、前記キャリアセットに属するすべてのキャリア２１についてＹ方向の厚み及びホール周縁部２１Ｃのダレ量を測定したか否かを判断する。ステップＳ１４の判断結果が「ＮＯ」の場合には、制御部５１は、ステップＳ１１へ戻り、前記したステップＳ１１～Ｓ１３の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ１４の判断結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、前記キャリアセットに属するすべてのキャリア２１についてＹ方向の厚み及びホール周縁部２１Ｃのダレ量を測定した場合には、制御部５１は、ステップＳ１５へ進む。
ステップＳ１５では、制御部５１は、前記キャリアセットを分類した後、一連の処理を終了する。
次に、複数のキャリア２１で構成されるキャリアセットのランク分けについて説明する。表１は、キャリアセットをランク分けするためのランク表の一例である。
Figure 0007425411000001
表１の項目の欄において、「ホールダレ量最大値」は、前記キャリア測定方法（２）により測定されたキャリアセット内における各キャリア２１のホール２１Ａの３６０点ラインのダレ量のうちの最大値を表している。
この「ホールダレ量最大値」を用いてキャリアセットのランク分けを行う。ランク分けは「ホールダレ量最大値」に応じて任意に設定すればよい。例えば、表１に示すように、「ホールダレ量最大値」を「小」、「中」、及び「大」に３つに分類し、この分類に応じてキャリアセットを「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」にランク分けする。キャリアセットのランクがＡからＢ、Ｃとなるにつれて半導体ウェーハに要求されるスペック（主に平坦度）が低くなっている。
次に、前記キャリア管理方法によって管理されたキャリアセットを用いて半導体ウェーハを両面研磨した場合のホールダレ量最大値と、ウェーハ外周部のダレ量との関係について説明する。条件は以下の通りである。
（ｉ）それぞれ１枚の半導体ウェーハを保持可能な５枚のキャリア２１からなるキャリアセットを両面研磨装置に装着して５枚の半導体ウェーハを両面研磨する。
（ii）両面研磨装置は、一般的な遊星歯車機構を有する。
（iii）異なるキャリアセットを用いて計５０バッチの両面研磨処理を実行する。
（iv）ウェーハ外周部のダレ量等を測定する測定装置は、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ２を用いる。
図７は、前記条件に基づいて半導体ウェーハを両面研磨した際に用いたキャリアセットのキャリア２１のホール周縁部２１Ｃのダレ量最大値と、それぞれの両面研磨処理バッチの処理の結果得られた各バッチ内の半導体ウェーハのウェーハ外周部のダレ量の最大値との関係の一例を示す図である。横軸のホールダレ量最大値によるランク分けの方法は、表１に言及した際に説明した方法と同じである。縦軸のウェーハ外周部ダレ量は、半導体ウェーハのウェーハ外周部の平坦度の指標の１つであるＥＳＦＱＤ（Edge Site flatness Front reference least sQuare Deviation）である。
ＥＳＦＱＤとは、半導体ウェーハのウェーハ外周部に扇形のセクターを作成し、当該セクター内での高さデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準面とし、この平面からの符号を含まない最大変位量を意味しており、ＥＳＦＱＤは各サイトに１つの値を持つ。
図７から分かるように、キャリア２１のホールダレ量最大値が大きければ大きいほど、ウェーハ外周部のダレ量が大きくなる。図７に示すＡ、Ｂ及びＣは、表１に示すキャリアセットのランクのＡ、Ｂ及びＣに対応している。
以上説明したように、本実施形態では、前記キャリア測定方法（２）を用いて各キャリア２１のホール周縁部２１Ｃの厚みをホール周縁部２１Ｃ全周に亘って測定できるので、従来検出できなかったホール周縁部２１Ｃの局所ダレを検出できる。
また、本実施形態では、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２は、センサフレーム１４の長手方向中央に固定したままであるので、キャリア２１の厚みや形状を高い精度で測定することができるとともに、厚みセンサを回動させる従来技術と比較して、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２の位置決め制御が不要となる。
また、本実施形態では、キャリアセットを構成する複数のキャリア２１の厚みや形状について、前記キャリア測定方法（１）及び（２）を用いて測定し、その測定結果に基づいて、表１に示すランク表に従って各キャリアセットを予めランク分けしている。そして、半導体ウェーハに要求されるスペックに対応したランクのキャリアセットを用いて半導体ウェーハを両面研磨している。これにより、当該スペックにあった半導体ウェーハを得ることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は前記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、ホール周縁部２１Ｃのダレ量は、基準面におけるキャリア２１の厚みの平均値から、ホール２１Ａのホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって２ｍｍまでの領域におけるキャリア２１の厚みの最小値を減算した値としたがこれに限定されない。例えば、高精度品用のキャリア２１については、基準面におけるキャリア２１の厚みの平均値から、ホール２１Ａのホールエッジ２１Ｄからキャリア２１の外周に向かって１ｍｍまでの領域におけるキャリア２１の厚みの最小値を減算した値をホール周縁部２１Ｃのダレ量としても良い。
前記実施形態では、ステージ１２をＹ方向に摺動する摺動部１３をガイドレール３２、ボールねじ３３、Ｙ軸モータ３４等で構成する例を示したが、これに限定されず、摺動部１３はリニアモータ等によって構成しても良い。
前記実施形態では、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２は、レーザ変位計である例を示したが、これに限定されず、静電容量センサ等の他の非接触センサであっても良い。
前記実施形態では、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２がセンサフレーム１４に固定され、ステージ１２が摺動部１３によりＹ方向に摺動する例を示したが、これに限定されず、ステージ１２を固定し、上部厚みセンサ４１及び下部厚みセンサ４２が固定されたセンサフレーム１４をＹ方向に摺動するように構成しても良い。センサフレーム１４を摺動する摺動部は前記摺動部１３と同様の構成で良い。さらに、ステージ１２及びセンサフレーム１４の両方をＹ方向に摺動するように構成しても良い。
１…キャリア測定装置、１１…架台、１２…ステージ、１２Ａ…下方部、１３…摺動部、１４…センサフレーム、１４Ａ…開口部、２１…キャリア、２１Ａ…ホール、２１Ｂ…外周歯、２１Ｃ…ホール周縁部、２１Ｄ…ホールエッジ、２１Ｅ…一部、２２Ａ…テーブル収容部、２３…回転テーブル、２３Ａ…キャリア収容部、２４…テーブル駆動モータ、３１…ベース、３２…ガイドレール、３３…ボールねじ、３４…Ｙ軸モータ、４１…上部厚みセンサ、４２…下部厚みセンサ、４３…コンピュータ、５１…制御部、５２…記憶部、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ…中心、Ｌ…直線、Ｐ１…ポイント。

Claims (6)

  1. 円盤状の半導体ウェーハを保持するホールが偏心して形成されたキャリアの厚みを測定するキャリア測定装置であって、
    前記キャリアを水平に収容するキャリア収容部を有する回転テーブルと、
    前記回転テーブルをその中心軸を回転軸として回転させるテーブル駆動モータと、
    前記キャリアの上方及び下方に配置され、前記キャリアの厚みを非接触で測定する上部厚みセンサ及び下部厚みセンサと、
    前記回転テーブル又は前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサのいずれか一方又は両方を、水平方向に摺動させる摺動部と、を備え、
    前記キャリア収容部は、前記キャリアの前記ホールの中心と前記回転テーブルの中心が一致するように前記キャリアを収容可能に形成されているキャリア測定装置。
  2. 請求項１に記載のキャリア測定装置において、
    前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサが取り付けられ、前記上部厚みセンサと前記下部厚みセンサとの間を前記回転テーブルが水平方向に通過可能に構成されたセンサフレームをさらに備えるキャリア測定装置。
  3. 請求項２に記載のキャリア測定装置において、
    前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサは、前記回転テーブルの中心と前記キャリア収容部の中心を通る直線の上方及び下方に位置するように前記センサフレームに取り付けられ、
    前記摺動部は、前記回転テーブル又は前記センサフレームのいずれか一方又は両方を、前記直線と平行な水平方向に摺動させるキャリア測定装置。
  4. 円盤状の半導体ウェーハを保持するホールが偏心して形成された円盤状のキャリアを、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のキャリア測定装置を用いて前記キャリアの厚みを測定するキャリア測定方法であって、
    前記キャリアが収容された前記回転テーブル又は前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサのいずれか一方又は両方を、水平方向に摺動させつつ、前記キャリアの所定ポイントにおける厚みを測定する第１の測定ステップと、
    前記キャリアが収容された前記回転テーブルを回転させつつ、前記キャリアの前記ホールのホール周縁部の厚みを測定する第２の測定ステップと、
    を有するキャリア測定方法。
  5. 円盤状の半導体ウェーハを保持するホールが偏心して形成された円盤状のキャリアを、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のキャリア測定装置を用いて測定した測定結果に基づいて前記キャリアを管理するキャリア管理方法であって、
    前記キャリアが収容された前記回転テーブル又は前記上部厚みセンサ及び前記下部厚みセンサのいずれか一方又は両方を、水平方向に摺動させつつ、複数の前記キャリアの所定ポイントにおける厚みを測定する第１の測定ステップと、
    前記第１の測定ステップの測定結果に基づいて、前記複数の前記キャリアについて所定の前記厚みの範囲内にあるものを同一のクラスとするクラス分けを行うクラス分けステップと、
    前記同一のクラスに属する前記複数の前記キャリアの中から、所定数の前記キャリアを選択し、複数の前記半導体ウェーハを同一バッチで両面研磨する際に使用するキャリアセットを構成するセット構成ステップと、
    前記キャリアセットを構成する前記各キャリアが収容された前記回転テーブルを回転させつつ、当該キャリアの前記ホールのホール周縁部の厚みを測定する第２の測定ステップと、
    前記第１及び第２の測定ステップの測定結果に基づいて、前記キャリアセットを前記半導体ウェーハに要求されるスペックに応じたランクに分けるランク分けステップと、
    を有するキャリア管理方法。
  6. 請求項５に記載のキャリア管理方法において、
    前記ランク分けステップは、前記第２の測定ステップの測定結果に基づいて前記各キャリアの前記ホール周縁部のダレ量を算出し、前記第１の測定ステップの前記測定結果及び前記ホール周縁部の前記ダレ量に基づいて前記キャリアセットをランク分けするキャリア管理方法。
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