JP7466964B1 - 基板厚測定装置及び基板厚測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たすものである基板厚測定装置とすることができる。
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たす傾斜角度θとする基板厚測定方法とすることができる。
まず、本発明に係る基板研磨装置について説明する。以下、両面研磨装置を例に基板研磨装置について説明するが、本発明に係る基板研磨装置は両面研磨装置に限定されない。定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで基板の表面を研磨する基板研磨装置であれば、他の形式の研磨装置であってもよい。
基板厚測定装置10は、波長可変レーザー光源16cと、基板Wへ照射する波長可変レーザー光L及び基板Wからの反射光が通過する観察窓20と、光検出器16bと、検出したレーザー光からウェーハ厚さを計算する分析部16dとを備えている。なお、観察窓は、孔14(観測穴)からのスラリーや水、水蒸気の上昇を防ぐために必要なものであり、これにより孔14の封をしている。また、図2のより具体的な構成に示すように、基板厚測定装置10は、波長可変レーザー光源、観察窓、光検出器、分析部のほか、減衰器、光サーキュレータ、集光系など光学系を含む光学ユニット16aを備えることができる。基板厚測定装置10として、基板に対して光学的に透過する波長の波長可変レーザー光源16cを用い、基板Wに入射させたレーザー光の、基板表面で反射した表面からの反射光と、基板裏面で反射した裏面からの反射光が干渉する様子を解析することができる。例えば、数nmから数十μmオーダーの精度で研磨中の基板の厚さを評価することができる。
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たすものであることが好ましい。
X>R/2
すなわち、
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
であれば、観察窓の測定対象物側の面で反射した反射光L2が光検出器に戻らないため、観察窓の測定対象物側の面からの反射光によるノイズの原因になる干渉を抑制でき、より安定して高精度で基板の厚さを測定することが可能なものとなる。レーザー光のスポット直径としては、レーザー光エネルギーの95%以上を含む直径とすることが好ましい。
なお、波長可変レーザー光L自体の観察窓20透過後の光路のずれ量Y(mm)は、
Y=d×cosθ×sin(θ-α)/cosα
である。
d×cosθ×sin(θ-α)/cosα + R/2 < φ/2
を満たすものとすることができる。なお、観察窓が非円柱形の場合は、上記直径φに代えて、観察窓表面の大きさの最小値(表面が楕円形であれば短径、四角形であれば最少辺の長さ)を採用すればよい。このような関係を満たす範囲から選択することができ、観察窓がθ≦10°程度で安定な測定が期待できる。
本発明に係る基板厚測定方法は、定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の基板に波長可変レーザー光を照射して基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて基板の厚さを測定する基板厚測定方法である。そして、波長可変レーザー光の光路に、波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を設置して基板に波長可変レーザー光を照射することで基板厚の測定を行う。具体的には、図1、3用いて説明したような本発明に係る基板厚測定装置10を用いて、基板厚の測定を基板の種類によらず安定して精度高く行うことができる。
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たす傾斜角度θとなるように観察窓を設置することがより好ましい。観察窓の測定対象物側の面からの反射光L2によるノイズの原因になる干渉を抑制できるため、より安定して高精度で基板の厚さを測定することができる。なお、レーザー光のスポット直径としては、レーザー光エネルギーの95%以上を含む直径とすることが好ましい。
本発明に係る基板厚測定方法を用いて基板の厚さを測定しながら、基板を研磨して研磨基板を製造することができる。
図1に示す研磨装置を用い、図3に示すように観察窓の表面を波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から1.6°傾斜させて(傾斜角度1.6°)上定盤の孔に設置した。シリコンウェーハ(直径300mm、抵抗率8.45mΩ・cm)を、厚さの測定を行いながら両面研磨し、厚さ測定時の信号を取得した。可変波長レーザーの中心波長は1305nm、可変波長範囲は60nmである。この実施例においては、レーザー光のスポット直径Rとして、条件、
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たしているが、さらに抵抗率の低い、5mΩ・cm以下の基板に対しては、レーザー光のスポット直径Rとして、レーザーエネルギーが97.5%以上を含む直径とすることが好ましい。
観察窓の表面を波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜させず(傾斜角度0°)に上定盤の孔に設置したこと以外は、実施例と同様にして厚さ測定時の信号を取得した。
[1]:定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定するための基板厚測定装置であって、
波長可変レーザー光源と、前記基板へ照射する前記波長可変レーザー光及び前記基板からの反射光が通過する観察窓と、光検出器と、分析部とを備え、
前記観察窓の表面は前記波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面であることを特徴とする基板厚測定装置。
[2]:前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをd(mm)、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ(°)、前記観察窓の屈折率をn、前記波長可変レーザー光のスポット直径をR(mm)としたとき、
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たすものである上記[1]の基板厚測定装置。
[3]:前記波長可変レーザー光は、中心波長が1100-1400nm、可変波長幅が50nm以上のものである上記[1]又は上記[2]の基板厚測定装置。
[4]:前記観察窓はサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものである上記[1]、上記[2]又は上記[3]の基板厚測定装置。
[5]:上記[1]、上記[2]、上記[3]又は上記[4]の基板厚測定装置が設置されたものである基板研磨装置。
[6]:定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定する基板厚測定方法であって、前記波長可変レーザー光の光路に、前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を設置して前記基板に前記波長可変レーザー光を照射する基板厚測定方法。
[7]:前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをd(mm)、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ(°)、前記観察窓の屈折率をn、前記波長可変レーザー光のスポット直径をR(mm)としたとき、
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たす傾斜角度θとする上記[6]の基板厚測定方法。
[8]:前記可変波長レーザー光として、中心波長が1100-1400nm、可変波長幅が50nm以上のものを用いる上記[6]又は上記[7]の基板厚測定方法。
[9]:前記観察窓としてサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものを用いる上記[6]、上記[7]又は上記[8]の基板厚測定方法。
[10]:前記基板として抵抗率が10mΩ・cm以下のものを用いる上記[6]、上記[7]、上記[8]又は上記[9]の基板厚測定方法。
[11]:前記基板をSi、SiC、GaNのいずれかとする上記[6]、上記[7]、上記[8]、上記[9]又は上記[10]の基板厚測定方法。
[12]:上記[6]、上記[7]、上記[8]、上記[9]、上記[10]又は上記[11]の基板厚測定方法を用いて基板の厚さを測定しながら前記基板を研磨して研磨基板を製造する研磨基板の製造方法。
14…孔、 15…研磨スラリー供給口、 16a…光学ユニット、
16b…光検出器、 16c…波長可変レーザー光源、 16d…分析部、
17…研磨機制御ユニット、 20…観察窓、 21…円筒、 30…スラリー等、
100…基板研磨装置(両面研磨装置)。
L…波長可変レーザー光、 L1、L2…観察窓での反射光、 W…基板。
Claims (12)
- 定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定するための基板厚測定装置であって、
波長可変レーザー光源と、前記基板へ照射する前記波長可変レーザー光及び前記基板からの反射光が通過する観察窓と、光検出器と、分析部とを備え、
前記観察窓の表面は前記波長可変レーザー光の光軸に対して垂直から傾斜した面であり、
前記観察窓が前記基板に面するように設置されるものであることを特徴とする基板厚測定装置。 - 前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをd(mm)、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ(°)、前記観察窓の屈折率をn、前記波長可変レーザー光のスポット直径をR(mm)としたとき、
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たすものであることを特徴とする請求項1に記載の基板厚測定装置。 - 前記波長可変レーザー光は、中心波長が1100-1400nm、可変波長幅が50nm以上のものであることを特徴とする請求項1に記載の基板厚測定装置。
- 前記観察窓はサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものであることを特徴とする請求項1に記載の基板厚測定装置。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の基板厚測定装置が設置されたものであることを特徴とする基板研磨装置。
- 定盤に貼り付けられた研磨布に基板を摺接することで前記基板の表面を研磨する基板研磨装置に設置して、研磨中の前記基板に波長可変レーザー光を照射して前記基板の表面からの反射光と裏面からの反射光との干渉に基づいて前記基板の厚さを測定する基板厚測定方法であって、
前記波長可変レーザー光の光路に、前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面から傾斜させた表面を有する観察窓を前記基板に面するように設置して前記基板に前記波長可変レーザー光を照射することを特徴とする基板厚測定方法。 - 前記観察窓の前記波長可変レーザー光の入射方向の長さをd(mm)、前記観察窓の表面の前記波長可変レーザー光の光軸に対する垂直面からの傾斜角度をθ(°)、前記観察窓の屈折率をn、前記波長可変レーザー光のスポット直径をR(mm)としたとき、
d×(cosθ)2×sinθ/n>R/2
を満たす傾斜角度θとすることを特徴とする請求項6に記載の基板厚測定方法。 - 前記波長可変レーザー光として、中心波長が1100-1400nm、可変波長幅が50nm以上のものを用いることを特徴とする請求項6に記載の基板厚測定方法。
- 前記観察窓としてサファイア、ダイヤモンドのいずれかからなるものを用いることを特徴とする請求項6に記載の基板厚測定方法。
- 前記基板として抵抗率が10mΩ・cm以下のものを用いることを特徴とする請求項6に記載の基板厚測定方法。
- 前記基板をSi、SiC、GaNのいずれかとすることを特徴とする請求項6に記載の基板厚測定方法。
- 請求項6から11のいずれか一項に記載の基板厚測定方法を用いて基板の厚さを測定しながら前記基板を研磨して研磨基板を製造することを特徴とする研磨基板の製造方法。
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