半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置
【課題】作業負担を増加させることなく、上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハの両面を研磨する際の、研磨の進行状況を正確に推定できる半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置を提供する。
【解決手段】上下の回転定盤２、３によりキャリア６ａに保持されたウエハＷを挟持し、該上下の回転定盤２、３を回転動作させることにより、ウエハＷの両面を同時研磨する研磨装置１を用いたウエハ研磨方法であって、ウエハＷの両面を同時研磨している際の、研磨装置１の定盤負荷電流値をモニタし、前記モニタした定盤負荷電流値を用いて一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定する。
【解決手段】上下の回転定盤２、３によりキャリア６ａに保持されたウエハＷを挟持し、該上下の回転定盤２、３を回転動作させることにより、ウエハＷの両面を同時研磨する研磨装置１を用いたウエハ研磨方法であって、ウエハＷの両面を同時研磨している際の、研磨装置１の定盤負荷電流値をモニタし、前記モニタした定盤負荷電流値を用いて一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置に関し、例えば、上下の定盤間でキャリアを用いて半導体ウエハの両面を同時研磨する半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進み、その素材である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」ともいう）に要求される平坦度が厳しくなってきている。また、製造コスト低減の観点から、ウエハの大口径化が進められ、その平坦度の向上が一層困難なものになっている。
また、ウエハの加工プロセスにおいては、エッチング後に研削工程を導入したプロセスの提案がなされ、研削に続く鏡面研磨工程においては、従来の片面研磨より優れた加工精度を有する両面研磨方式が注目されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、ウエハの両面研磨を行う遊星歯車方式の研磨装置が開示されている。ここで、図９を参照しながら、特許文献１に記載された従来技術の遊星歯車方式の研磨装置の構成を説明する。
【０００４】
図９に示すように、研磨装置１００は、水平に支持された円板状の下定盤１０１と、下定盤１０１に相対向する円板状の上定盤１０２と、円板状の下定盤１０１の内側に配置された太陽歯車１０３とを備えている。
また、下定盤１０１は、モータにより回転駆動されるようになっている。また、上定盤１０２は、シリンダにジョイントを介して吊り下げられ、下定盤１０１を駆動するモータと別のモータにより逆方向に回転駆動されるようになっている。
【０００５】
また、上定盤１０２は、下定盤１０１との間に研磨液を供給するためのタンクを含む研磨液供給系統が装備されている。
また、下定盤１０１及び上定盤１０２の対向面には、不織布にウレタン樹脂を含浸させた研磨布、或いは発泡ウレタン等からなる研磨布が貼付されている。
また、下定盤１０１上には、太陽歯車１０３を取り囲むようにキャリア１０４がセットされ、当該セットされたキャリア１０４の外側にリング状の内歯歯車（図示せず）が配置されている。この内歯歯車は、定盤（下定盤１０１、上定盤１０２）を駆動するモータとは別のモータにより独立に回転駆動されるようになっている。
【０００６】
そして、ウエハの研磨作業は以下の手順で行われる。
先ず、上定盤１０２を上昇させて下定盤１０１から離し、この状態で、下定盤１０１上に複数のキャリア１０４を太陽歯車１０３を取り囲むようにセットする。
尚、セットされた各キャリア１０４は、内側の太陽歯車１０３及び図示されない内歯歯車にそれぞれ噛み合うようになっている。
【０００７】
次に、下定盤１０１上に所定数のキャリア１０４をセットし、各キャリア１０４内にウエハ１０５をセットし終わると、上定盤１０２を下降させ、各ウエハ１０５に所定の加圧力を付加する。
次に、上記加圧力を付加した状態で、下定盤１０１と上定盤１０２の間に研磨液を供給しながら、下定盤１０１、上定盤１０２、内歯歯車（図示せず）を所定の方向に所定の速度で回転させる。
上記の回転動作により、下定盤１０１と上定盤１０２の間で複数のキャリア１０４が自転しながら太陽歯車１０３の周囲を公転するいわゆる遊星運動を行う。各キャリア１０４に保持されたウエハ１０５は、研磨液中で上下の研磨布と摺接し、上下両面が同時に研磨されるようになっている。
【０００８】
ところで、上述したウエハの両面研磨工程では、ウエハの平坦度の改善だけでなく、両面研磨工程の前工程までに生じた加工歪みの除去及び表面粗さの矯正が行われており、研磨量の管理が重要管理項目になっている。
そして、ウエハの両面研磨工程における研磨量の管理は、一般的には、経験に基づく研磨時間の管理により行われていた。
【０００９】
具体的には、上記経験に基づく研磨時間の管理では、経験則により所定時間研磨し、その後、ウエハの仕上がり厚さを測定し、その測定結果により、研磨時間を調整していた（必要であれば、さらに研磨が行われていた）。
また、上記の経験に基づく研磨時間の管理では、固定の研磨時間を定めておき、その定めた研磨時間だけ研磨する方式（研磨時間固定方式）も多く採用されている。
尚、特許文献１には、上記のような経験に基づく研磨時間の管理によらず、ウエハの両面研磨工程における定盤振動周波数の変化から研磨終了時点を推定することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５２０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した経験に基づく研磨時間の管理は、測定結果により研磨時間を調整しているため（必要であれば、さらに研磨を行う必要があるため）、その手間が面倒であると共に、加工終了から測定結果判定がなされるまでの間でウエハの加工ができないという技術的課題を有している。
また、上記の研磨時間固定方式では、研磨布の目立て（ドレス）や目詰まり解消のためのウォータジェットなどの作業をした後で、当該作業後の研磨レートが低下する現象が生じるため、所望の厚さ寸法に仕上げられないことがあるという技術的課題を有している。
具体的には、加工の間にダイヤモンドドレッサによる研磨布の目立て（ドレス）や、目詰まり解消のためのウォータジェットなどの作業をすると、研磨布の表面温度が低下し、研磨レートが低下する。その結果、ウエハの仕上がり厚さが目標値より厚くなっていた。
尚、特許文献１の定盤振動周波数の変化から研磨終了時点を推定する方式は、最適となる定盤振動周波数の選定が困難であり装置の初期設定作業が面倒であった。また、加工条件を変更する場合、定盤振動周波数が変化してしまい、変更の度に設定を変更する必要があった。
【００１２】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、作業負担を増加させることなく、上下の回転定盤により半導体ウエハの両面を研磨する際の、研磨の進行状況を正確に推定できる半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる半導体ウエハの研磨方法は、上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する研磨装置を用いた半導体ウエハの研磨方法であって、前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の前記研磨装置の定盤負荷電流値をモニタするステップと、前記モニタした定盤負荷電流値を用いて、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定するステップと、を有することを特徴としている。
【００１４】
上記の構成を採用したのは、本願発明者が、半導体ウエハの両面研磨の進行に伴う研磨装置の経時的変化を詳細に調査した結果、ウエハやキャリアの研磨に伴う摩擦抵抗に起因して変化する装置検出値である定盤負荷電流値が、研磨の進行度を反映して変化する（バラツキが小さくなる）ことを見出したためである。すなわち、上記定盤負荷電流値の標準偏差を調べることにより、半導体ウエハの研磨の進行度を正確に推定できることを見出したためである。
したがって、本発明によれば、従来技術の「経験に基づく研磨時間の管理」による方法に比べ、作業負担をかけることなく（測定結果による研磨時間の調整作業が必要ないため）、半導体ウエハの仕上がり厚さを「目標厚」に近づけることができるようになる。
【００１５】
特に、本願発明は、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定することに特徴がある。
上述したように、定盤負荷電流値が研磨の進行度を反映し変化する（バラツキが小さくなる）ため、定盤負荷電流値の標準偏差の値や変化パターンにより、研磨の終了時点を正確に推定することができる。
【００１６】
ここで、研磨の終了時点であると推定するステップは、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【００１７】
また、研磨の終了時点であると推定するステップは、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、前記算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【００１８】
また、上記課題を解決するためになされた本発明にかかる半導体ウエハ研磨装置は、上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する半導体ウエハ研磨装置であって、前記上下の回転定盤の回転動作を制御する駆動制御部と、前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の定盤負荷電流値をモニタする検知部と、前記モニタした定盤負荷電流値を用いて一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、該算出した標準偏差の変化から前記研磨の進行度を推定する研磨進行状況推定部と、を有し、前記研磨進行状況推定部は、前記基準時間毎に算出した前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足した際、前記駆動制御部に対し、研磨の終了の信号送信し、前記回転定盤の回転動作を停止させ、研磨を終了させることを特徴としている。
このような本発明の半導体ウエハ研磨装置によれば、研磨の進行度を反映し変化する（バラツキが小さくなる）定盤負荷電流値をモニタし、そのモニタした定盤負荷電流値の標準偏差により研磨の進行度を推定するため、半導体ウエハの研磨の進行度を正確に推定でき、作業負担をかけることなく（測定結果による研磨時間の調整作業が必要ないため）、半導体ウエハの仕上がり厚さを「目標厚」に近づけることができる。
【００１９】
ここで、前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【００２０】
また、前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、作業負担を増加させることなく、上下の回転定盤により半導体ウエハの両面を研磨する際の、研磨の進行状況を正確に推定できる半導体ウエハ研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態の研磨装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】半導体ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値を研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図３】ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値の一定時間内における標準偏差を基準時間毎に算出した値をウエハの研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図４】ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値の一定時間内における標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記所定期間内に算出された標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から基準時間毎に前記傾きｍを算出して、前記傾きｍの変化パターンをウエハの研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図５】ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値の一定時間内における標準偏差を基準時間毎に算出し、算出された直近標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出して、前記差分の変化パターンをウエハの研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図６】ウエハの仕上がり厚さと、その仕上がり厚さを特定する研磨終了直前の上定盤負荷電流値の標準偏差との相関関係を示した模式図である。
【図７】本実施形態の研磨装置が行うウエハ研磨工程の進行状況を上定盤負荷電流値の標準偏差の傾きから推定する処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】本実施形態の研磨装置が行うウエハ研磨工程の進行状況を上定盤負荷電流値の標準偏差の差分から推定する処理の手順を示したフローチャートである。
【図９】従来技術の遊星歯車方式の研磨装置の構成を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態の半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置（以下、「研磨装置」という）について、図面に基づいて説明する。
先ず、本実施形態の研磨装置の構成を図１に基づいて説明する。
尚、図１は、本発明の実施形態の研磨装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【００２４】
図示するように、研磨装置１は、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下、「ウエハＷ」という）の両面を同時に鏡面研磨する装置であり、複数の半導体ウエハＷを同時に処理（バッチ処理）する装置構成となされている。
また、研磨装置１は、定盤負荷電流検知部１２及び制御部２０を備え、当該定盤負荷電流検知部１２及び制御部２０により、ウエハＷの研磨時における装置検出値（研磨装置１の状態を示す値）をモニタし、そのモニタした装置検出値から一定時間内（例えば６０秒間）にモニタされた装置検出値の標準偏差σを基準時間毎（例えば１秒毎）に算出し、その算出した標準偏差σの推移からウエハＷの研磨工程の進行状況を推定するようになされている。
尚、本実施形態の研磨装置１の構成のうち、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する構成（定盤負荷電流検知部１２、制御部２０）以外は周知技術と同じである。
そのため、以下では、研磨装置１の構成のうち「定盤負荷電流検知部１２及び制御部２０」以外の構成を簡略化して説明する。
【００２５】
具体的には、研磨装置１は、上定盤（上回転定盤）２と下定盤（下回転定盤）３とを備え、それらの対向面には、ウエハＷの両面を研磨するための研磨布４、５がそれぞれ貼付されている。
また、前記上定盤２と下定盤３との間には、それぞれ複数のウエハＷを保持する複数のキャリア６ａが配置される。また、各キャリア６ａが保持するウエハＷの上下面は、前記研磨布４、５に臨む状態になされている。
【００２６】
また、上定盤２は、昇降駆動部７により昇降移動可能に設けられ、研磨加工の際には、前記昇降駆動部７が上定盤２を下降移動させ、各キャリア６ａは、上下の定盤に挟まれて所定の圧力で押圧されるようになされている。一方、ウエハＷの搬入出時、メンテナンスの際等には、上定盤２は昇降駆動部７により下定盤３に対して上昇移動される。
尚、この昇降駆動部７の駆動は、制御部２０からの命令信号に基づき制御される。
【００２７】
また、上定盤２には、上部回転駆動部８ａにより軸回りに回転する回転軸２ａが設けられている。そして、上定盤２は、上部回転駆動部８ａにより駆動（回転）する回転軸２ａと共に回転するようになっている。
また、下定盤３には、下部回転駆動部８ｂにより軸回りに回転する回転軸３ａが設けられている。そして、下定盤３は、下部回転駆動部８ｂにより駆動（回転）する回転軸３ａと共に回転（上定盤２と逆方向に回転）するようになっている。
尚、上部回転駆動部８ａ及び下部回転駆動部８ｂの動作は、制御部２０からの命令信号に基づき制御される。
【００２８】
また、複数のキャリア６ａは、上記した回転軸２ａ及び回転軸３ａと同軸に配置された回転軸（図示せず）を中心とする一円周上に配置され、それぞれの側部が、前記回転軸（図示せず）の周囲に設けられたサンギア（図示せず）に噛合するようになされている。
また、前記回転軸（図示せず）を中心として、前記複数のキャリア６ａの外側には、それら全体を取り囲むように環状のインターナルギア６ｃが設けられ、各キャリア６ａの側部に噛合するようになされている。このインターナルギア６ｃは、定盤（上定盤２、下定盤３）を駆動する機構（上部回転駆動部８ａ、下部回転駆動部８ｂ）と別のモータにより独立に回転駆動されるようになっている。
【００２９】
また、上定盤２には、キャリア６ａの研磨面に研磨液を供給する研磨液供給管１０が設けられ、この研磨液供給管１０には、研磨液貯留タンクやポンプ等からなる研磨液供給部１１により研磨液が供給されるようになされている。
尚、研磨液供給部１１の動作は、制御部２０からの命令信号に基づき制御される。
【００３０】
また、本実施形態の研磨装置１は、上定盤２を回転駆動させる上部回転駆動部８ａに接続された（電気的に接続された）定盤負荷電流検知部１２が設けられている。
この定盤負荷電流検知部１２は、上部回転駆動部８ａが上定盤２を回転させている最中の「上定盤負荷電流値」をモニタ（検出）し、制御部２０の定盤負荷電流取得部２２に、そのモニタした「上定盤負荷電流値」を送信するように構成されている。
【００３１】
また、本実施形態の研磨装置１は、装置全体の動作を制御すると共に、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する制御部２０を備えている。
この制御部２０は、装置全体の動作を制御する駆動制御部２１と、定盤負荷電流検知部１２が送信する「上定盤負荷電流値」を受信する定盤負荷電流取得部２２と、定盤負荷電流取得部２２が受信した「上定盤負荷電流値」を用いてウエハＷの研磨の進行状況（進行度）を推定する研磨進行状況推定部２３とを有している。
【００３２】
また、制御部２０のハードウエア構成は特に限定されるものではないが、例えば、制御部２０は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータにより構成することができる。この場合、前記メモリには、「駆動制御部２１、定盤負荷電流取得部２２及び研磨進行状況推定部２３」の機能を実現するためのプログラムが格納されている。
そして、「駆動制御部２１、定盤負荷電流取得部２２及び研磨進行状況推定部２３」の機能は、前記ＣＰＵが前記メモリに格納された前記プログラムを実行することにより実現される。
【００３３】
以下、制御部２０の各部の機能を詳細に説明する。
前記駆動制御部２１は、研磨装置１の各部（昇降駆動部７、上部回転駆動部８ａ、下部回転駆動部８ｂ、研磨液供給部１１等）に各種命令信号（制御信号）を送信し、前記各部の動作を制御する。
また、定盤負荷電流取得部２２は、定盤負荷電流検知部１２から送信される「上定盤負荷電流値」受信し、制御部２０の前記メモリの所定領域に格納する。
【００３４】
また、研磨進行状況推定部２３は、前記メモリに格納された上定盤負荷電流値を用いて、所定時間内（例えば６０秒間）にモニタされた上定盤負荷電流値の標準偏差σを基準時間毎（例えば１秒毎）に算出し、その算出した標準偏差σの推移からウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する。そして、研磨されている半導体ウエハの厚さが「目標厚」と推定された場合には、前記駆動制御部２１に対して研磨終了信号を送信し、前記回転定盤の回転動作を停止させ、研磨を終了させるように構成されている。
尚、ウエハＷの研磨工程の進行状況を高精度に推定できるようにするため、本実施形態では、研磨装置１のキャリア６ａの厚み（厚さ寸法）が、ウエハＷの仕上がり目標厚（ウエハＷの仕上がり厚さ寸法）と同一寸法、若しくは微少差の範囲の厚さ寸法（好ましくは、ウエハＷの仕上がり厚さ寸法の中心値から±６μｍの範囲内の厚さ寸法）になされている。
【００３５】
また、ウエハＷの研磨工程の進行状況を高精度に推定できるようにするため、キャリア６ａは、その表面の摩擦係数がウエハＷの表面の摩擦係数よりも小さい材質により形成されていることが望ましい。例えば、キャリア６ａは、ステンレス鋼、チタン、樹脂等を基材として、当該基材表面に摩擦係数の低いＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を被覆して形成されたものであっても良い。
【００３６】
このように、モニタした上定盤負荷電流値を用いて、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する構成を採用したのは以下の理由による。
本願発明者が、ウエハＷの研磨の進行に伴う研磨装置１の経時的変化を詳細に調査した結果、ウエハＷやキャリア６ａの研磨に伴う摩擦抵抗に起因して変化する装置検出値（例えば、上定盤負荷電流値）が、研磨の進行度に反映して変化することを見出したことによる。
また、本願発明者が、研磨装置１のキャリア６ａの厚みをウエハＷの仕上がり目標厚と同一かこれより僅かに薄く（若しくは僅かに厚く）してウエハＷの研磨を行うと、研磨の進行に伴うウエハＷの厚さ寸法の減少により、研磨装置１の装置検出値（上定盤負荷電流値等）のバラツキが小さくなることを見出したことによる。
【００３７】
具体的には、本願発明者は、一般的な両面研磨装置において、両面研磨加工を１回（１バッチ）行いウエハＷの研磨時の上定盤負荷電流値を１秒毎にモニタした。そして、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「上定盤負荷電流値」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記モニタした値をプロットしてみると、図２に示す結果が得られた。図２を参照すると、上定盤負荷電流のバラツキが研磨時間の経過と共に小さくなっていることが判る。
【００３８】
また、上記のモニタした上定盤負荷電流値を用いて、６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σを１秒毎に算出し、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σ」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記算出した値をプロットすると、図３に示す結果が得られた。
図３を参照すると、上定盤負荷電流値の標準偏差σが研磨時間の経過と共に小さくなっていき最小値（図中のＸ軸が１３３０秒の時点）となった後、上昇に転じていることが判る。
【００３９】
これは、研磨対象となる主体が研磨進行と共に変化する（研磨対象が「ウエハＷ」→「ウエハＷ及びキャリア６ａ」→「キャリア６ａ」と移行する）ことにより生じる現象と考えられる。
即ち、上記のようになるのは、ウエハＷの厚さが、キャリア６ａより厚いときには、研磨布４、５による研磨の付加がウエハＷに掛かり、その後、ウエハＷの厚さと、キャリア６ａの厚さとが同じになると、前記付加がウエハＷ及びキャリア６ａの両方に分散され、更にその後、ウエハＷの厚さがキャリア６ａの厚さより薄くなったとき、前記付加がキャリア６ａへ移行することにより生じるものと考えられる。
したがって、図３に示す標準偏差σの最小値が、ウエハＷの厚さ寸法とキャリア６ａの厚さ寸法とが同一になった時点と考えられる。
【００４０】
そのため、本実施形態では、図３に示す現象を利用し、所定経過時間内でモニタした上定盤負荷電流値の標準偏差σ（一定時間内の定盤負荷電流値の標準偏差σ）を基準時間毎（ａ秒毎）に所定期間算出し、その標準偏差σの時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときを研磨終了時と推定するようにした。
この変化パターンとは、所定時間内の標準偏差の傾き、あるいは算出された直近の標準偏差と所定時間前に算出された標準偏差との差の変化の指標のことをいう。
【００４１】
例えば、図３に示す１秒毎に算出した６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差の結果に対して、１５０秒間の標準偏差の傾きを１秒毎に算出し、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差の１５０秒間の傾き」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記算出した値をプロットすると、図４に示す結果が得られる。
また、図３に示す１秒毎に算出した６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差の結果に対して、１５０秒前の標準偏差との差分を１秒毎に算出し、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「６０秒間の上定盤負荷電流標準偏差の１５０秒前との差」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記算出した値をプロットすると、図５に示す結果が得られる。
【００４２】
図４、及び図５を参照すると、いずれも傾き、もしくは差分が１４００秒前後で急激に変化していることが判る。すなわち、この標準偏差の変化を表す値に対して、閾値を設けることで研磨終了時を推定することができる。
【００４３】
さらに、本願発明者は、加工終了直前の標準偏差σの値と、仕上がりウエハＷの厚さとの関係を検証した。
具体的には、ウエハＷの研磨時の６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σを１秒毎に算出し、加工時間を１１条件に振って、研磨前のウエハ厚さが略同等のウエハＷを研磨して、「仕上がりウエハＷの厚さ」と、「ウエハＷの研磨終了直前の６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σ」との関係を検証した。標準偏差σと仕上がりウエハ厚さの相関を図６に示す。
【００４４】
図６に示す結果より、標準偏差σの推移は仕上がりウエハＷの厚さを反映したものであることが判り、上記の推移を変化パターンの指標として処理し、所定の関係を満足したときを研磨終了時と推定することにより、仕上がりウエハＷの厚さ所望の目標値に近づけることができることを見出した。
また、キャリア６ａの厚さ寸法よりもウエハＷの仕上がり目標厚を薄くしたい場合には、上記の変化パターンの指標が所定の関係を満足した時点から所定時間研磨した時点を研磨終了時点とすることもできる。
【００４５】
次に、研磨装置１の動作を説明する。
上記のように構成された研磨装置１においては、各キャリア６ａに研磨前のウエハＷが設置されると、制御部２０の制御により、上定盤２が下降移動される。そして、キャリア６ａに保持されたウエハＷが上定盤２及び下定盤３により挟まれ、所定の荷重で押圧された状態となされる。
次いで、回転軸２ａ、３ａが回転駆動され、研磨液供給管１０から研磨液が供給されつつ各キャリア６ａが自転しながら回転軸（図示せず）の周りを回転する。これにより、ウエハＷの両面が研磨布４、５によって同時に研磨される。
【００４６】
また、制御部２０は、ウエハＷの研磨工程が開始されると、定盤付加電流検知部１２を介して上定盤付加電流値をモニタすると共に、図７の処理ステップを実行し、ウエハＷの研磨終了時点を推定し、研磨装置１によるウエハＷの研磨工程を終了させる。
【００４７】
次に、本実施形態の研磨装置１により行われるウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する処理を図７に基づいて説明する。
ここで、図７は、本実施形態の研磨装置が行うウエハ研磨工程の進行状況を推定する処理の手順を示したフローチャートであり、制御部２０を構成する研磨進行状況推定部２３により行われる処理を示したものである。
尚、図７の処理ステップに並行し、定盤負荷電流検知部１２及び定盤負荷電流取得部２２が「上定盤負荷電流値」をモニタし、制御部２０のメモリの所定領域に格納する処理を行っている。
【００４８】
具体的には、研磨進行状況推定部２３は、ウエハＷの研磨工程が開始されると、研磨開始からの経過時間Ｔが「Ａ秒（例えば、６０秒）」になるまで待機し、経過時間Ｔが「Ａ秒」になると、Ｓ２の処理に移行する（Ｓ１）。
【００４９】
次に、研磨進行状況推定部２３は、前記メモリに格納された「上定盤負荷電流値」を用いて、「研磨開始からの経過時間Ｔ」を基準にして「Ａ秒前」までの間（一定時間）にモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差σを算出する（Ｓ２）。
尚、図７の処理ステップに並行し、Ｓ２で算出した標準偏差σを制御部２０のメモリの所定領域に格納する処理を行っている。
【００５０】
次に、研磨進行状況推定部２３は、研磨開始からの経過時間Ｔが「Ｂ（例えば、１５０秒）秒以上」であれば、Ｓ５の処理に進み、経過時間Ｔが「Ｂ秒未満」であれば、Ｓ４の処理に進む（Ｓ３）。
次に、研磨進行状況推定部２３は、研磨開始からの経過時間Ｔが「Ｃ（例えば、９００秒）秒以上」であれば、Ｓ６の処理に進み、経過時間Ｔが「Ｃ秒未満」であれば、Ｓ４の処理に進む（Ｓ５）。Ｓ５においては、研磨時間の最低時間を確保すると共に、研磨の前半での標準偏差のバラツキに起因した傾きの変動による研磨終了の誤検知を抑制することができる（図４における９００秒までの傾きのバラツキを検出しないため）。
Ｓ６において、研磨進行状況推定部２３は、「研磨開始からの経過時間Ｔ」を基準にして「Ｂ秒前」までの間（所定期間）に算出された標準偏差σに対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、傾きｍを算出する。
次に、研磨進行状況推定部２３は、傾きｍが「閾値（例えば、０）以上」であれば、Ｓ８に進み、傾きｍが「閾値未満」であれば、Ｓ４の処理に進む（Ｓ７）。
【００５１】
具体的には、研磨進行状況推定部２３は、本ステップ（Ｓ７）において、傾きｍが閾値以上（すなわち、「上定盤負荷電流値」のバラツキの変化が所定レベル以上）になると、ウエハＷが仕上がり目標厚まで研磨されたと推定し、Ｓ８に進む。
即ち、前記傾きｍは、例えば図４に示すように負の傾きから正の傾きに変化する。したがって、傾きｍを「閾値（例えば、０）以上」とすることにより、研磨されているウエハＷの厚さ寸法が、研磨装置１のキャリア６ａの厚み（厚さ寸法）と略同一になったことを推定でき、ウエハＷの仕上がり目標厚まで研磨されたと推定できる。
一方、研磨進行状況推定部２３は、本ステップ（Ｓ７）において、傾きｍが閾値以下であれば（すなわち、「上定盤負荷電流値」のバラツキの変化が所定レベル以下）、ウエハＷが仕上がり目標厚まで研磨されていないと推定し、Ｓ４に進む。
【００５２】
そして、Ｓ８では、研磨進行状況推定部２３は、研磨終了時点であると推定し、駆動制御部２１を介して、ウエハＷの研磨工程を終了させる。
具体的には、研磨進行状況推定部２３は、傾きｍが閾値以上すなわち、「上定盤負荷電流値」のバラツキの変化が所定レベルより大きくなると）、駆動制御部２１に、研磨終了時点である旨を示す信号を送信する。
また、駆動制御部２１は、研磨終了時点である旨を示す信号を受信すると、研磨装置１の各部（昇降駆動部７、上部回転駆動部８ａ、下部回転駆動部８ｂ、研磨液供給部１１等）に各種命令信号（制御信号）を送信し、研磨工程を終了させる。
【００５３】
一方、Ｓ３では、研磨進行状況推定部２３は、Ｓ３で「Ｔ≧Ｂ」になるまで、「Ｔ」に「ａ」をインクリメントしてから（Ｔ←Ｔ＋ａ）、上述したＳ２に進み、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の処理を繰り返す。
また一方、Ｓ５では、研磨進行状況推定部２３は、Ｓ５で「Ｔ≧Ｃ」になるまで、「Ｔ」に「ａ」をインクリメントしてから（Ｔ←Ｔ＋ａ）、上述したＳ２に進み、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の処理を繰り返す。
また一方、Ｓ５からＳ６へ進行した場合、研磨進行状況２３は、Ｓ７で「傾きｍ≧閾値」になるまで、「Ｔ」に「ａ」をインクリメントしてから（Ｔ←Ｔ＋ａ）、上述したＳ２に進み、Ｓ７で「傾きｍ≧閾値」になるまで、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７の処理を繰り返す。
【００５４】
このように、「Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７」の処理を繰り返すことにより、直近のＡ秒間（一定時間Ａ）でモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差のＢ秒間（所定期間Ｂ）における傾きを基準時間（ａ秒）毎に算出することができる。
【００５５】
このように、本実施形態では、直近の所定経過時間内（一定時間Ａ秒）でモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差σを基準時間毎（ａ秒毎）に算出し、所定経過時間内（所定期間Ｂ秒）の標準偏差σの線形近似の傾きにより、ウエハＷの研磨の進行を判断するため、キャリア厚さ付近の研磨の進行をリアルタイムに推定することができる。
【００５６】
以上、説明したように、本実施形態のウエハ研磨方法（図７、及び８参照）及び研磨装置１によれば、従来技術の「経験に基づく研磨時間の管理」による方法と比べ、作業者の手間を増加させることなく、ウエハＷの仕上がり厚さを「目標厚」に近づけることができ、研磨の過不足によるウエハＷの平坦度悪化を抑制することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。
【００５７】
例えば、上述した実施形態では、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定するために「上定盤負荷電流値」をモニタしているが特にこれに限定されるものではない。
「上定盤負荷電流値」は、ウエハＷやキャリア６ａの研磨に伴う摩擦抵抗に起因して変化する信号の一例に過ぎない。前記摩擦抵抗に起因して変化する装置検出値であれば、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定に利用することができる。
具体的には、「上定盤負荷電流値」ではなく、「下定盤負荷電流値」をモニタし、そのモニタされた「下定盤負荷電流値」の標準偏差σを基準時間毎に算出し、その算出した標準偏差σの推移の変化パターンからウエハＷの研磨工程の進行状況を推定するようにしてもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態では、所定経過時間内（一定時間Ａ秒）でモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差を基準時間（ａ秒）毎に算出して、所定経過時間内（所定期間Ｂ秒）の線形近似による傾きを算出しているが、この所定経過時間内（一定時間Ａ秒、所定期間Ｂ秒）や基準時間（ａ秒）は、対象となるウエハＷの大きさ等に応じて適宜設定されるものとする。
例えば、所定経過時間内（一定時間Ａ秒）が「１０〜３００秒」になされ、基準時間（ａ秒）が「０．１秒〜１０秒」になされ、所定経過時間内（所定期間Ｂ秒）が「１０〜３００秒」になされていることが望ましい。
【００５９】
また、上述した実施形態では、モニタした装置検出値（上定盤負荷電流値等）の標準偏差の線形近似による傾きにより研磨工程の進行状況を推定していたが、特にこれに限定されるものではない。線形近似による傾き以外であっても、標準偏差の変化パターン表す指標（例えば、リアルタイムに算出される標準偏差と所定時間前の標準偏差との差）であれば、本発明に適用することができる。
具体的には図８に示すとおり、図７におけるＳ６の「Ｔを基準にＢ秒前までの間のσの線形近似により傾きｍを算出」を「Ｔの際のσとＴを基準にＢ秒前のσとの差分ｄを算出」に、Ｓ７の「ｍ（傾き）≧閾値？」を「ｄ（差分）≧閾値？」に置き換えることで、標準偏差の変化パターンを差分で表して研磨の進行状況を推定する処理の手順を示すフローチャートとすることができる。フローチャートの流れは前記標準偏差の変化パターンを傾きで表した場合のフローチャート（図７）と同様である。
【００６０】
次に、本発明に係る研磨方法（及び研磨装置）について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施形態に従いウエハＷの両面研磨加工を行い、本発明の効果を検証した。
【００６１】
〔実施例１〕
本実施例１では、上述した研磨装置１（図７のフローチャート）を用いて、φ３００ｍｍのシリコンウエハＷの両面研磨を以下の条件により２０サイクル行った。
また、本実施例１では、仕上がりウエハＷ厚さ目標値を「７７５μｍ」とした。また、キャリア６ａは、ステンレス鋼を基材として、基材表面にＤＬＣ膜を被覆したもので、厚さが「７７５μｍ」のものを用いた。
【００６２】
また、研磨終了時点を推定するための装置検出値には、上述した実施形態（図７のフローチャート）と同様、「上定盤負荷電流値」を用いて、１秒毎に６０秒間の標準偏差を算出し、１５０秒前までの標準偏差から線形近似による傾きを算出し、研磨時間９００秒以上で算出した傾きが「０（閾値）」以上となった時点を研磨終了時点と推定した。
また、研磨装置１は、上定盤２と下定盤３との間で５枚のウエハＷ（キャリア６ａが１枚に対して１枚のウエハＷ）を同時研磨するタイプのものを用いた。また、研磨布４、５は、硬質ポリウレタン製のものを用いた。また、研磨剤は、コロイダルシリカ水溶液を使用し、供給量管理、供給温度管理、ｐＨ管理を行った。また、加工圧は、「１５０ｇ／ｃｍ2」とした。
【００６３】
そして、上述した条件により研磨された１００枚のウエハＷの「中心厚さ」、「ＧＢＩＲ」、及び「ＳＦＱＲ最大値」のそれぞれについて、「平均値」、「標準偏差」、「最大値」、「最小値」を計測すると、表１に示す結果が得られた。
【００６４】
〔実施例２〕
本実施例２では、上述した研磨装置１（図８のフローチャート）を用いて、φ３００ｍｍのシリコンウエハＷの両面研磨を以下の条件により２０サイクル行った。
具体的には、上述した実施例１と同様、仕上がりウエハＷ厚さ目標値を「７７５μｍ」とした。また、キャリア６ａは、ステンレス鋼を基材として、基材表面にＤＬＣ膜を被覆したもので、厚さが「７７５μｍ」のものを用いた。
また、研磨終了時点を推定するための装置検出値には、上述した実施形態（図８のフローチャート）と同様、「上定盤負荷電流値」を用いて、１秒毎に６０秒間の標準偏差を算出し、１５０秒前の標準偏差との差分を算出し、研磨時間９００秒以上で算出した差分が「０（閾値）」以上となった時点を研磨終了時点と推定した。
また、研磨装置１は、上記実施例１と同様、上定盤２と下定盤３との間で５枚のウエハＷ（キャリア６ａが１枚に対して１枚のウエハＷ）を同時研磨するタイプのものを用いた。また、研磨布４、５は、硬質ポリウレタン製のものを用いた。また、研磨剤は、コロイダルシリカ水溶液を使用し、供給量管理、供給温度管理、ｐＨ管理を行った。また、加工圧は、「１５０ｇ／ｃｍ2」とした。
そして、上述した条件により研磨された１００枚のウエハＷの「中心厚さ」、「ＧＢＩＲ」、及び「ＳＦＱＲ最大値」のそれぞれについて、「平均値」、「標準偏差」、「最大値」、「最小値」を計測すると、表１に示す結果が得られた。
【００６５】
〔比較例〕
本比較例では、研磨時間を一定とした両面研磨により、上述した実施例と同様、φ３００ｍｍのシリコンウエハＷの両面研磨を以下の条件により２０サイクル行った。
具体的には、上述した実施例と同様、仕上がりウエハＷ厚さ目標値を「７７５μｍ」とした。また、キャリア６ａは、ステンレス鋼を基材として、基材表面にＤＬＣ膜を被覆したもので、厚さが「７７５μｍ」のものを用いた。
【００６６】
また、研磨装置は、上記実施例と同様、上定盤２と下定盤３との間で５枚のウエハＷ（キャリア６ａが１枚に対して１枚のウエハＷ）を同時研磨するタイプのものを用いた。
また、研磨布４、５は、上記実施例と同様、硬質ポリウレタン製のものを用いた。また、研磨剤は、上記実施例と同様、コロイダルシリカ水溶液を使用し、供給量管理、供給温度管理、ｐＨ管理を行った。また、加工圧は、「１５０ｇ／ｃｍ２」とした。
また、研磨時間は、「１５００秒間」とした。
【００６７】
そして、上述した条件により研磨された１００枚のウエハＷの「中心厚さ」、「ＧＢＩＲ」、及び「ＳＦＱＲ最大値」のそれぞれについて、「平均値」、「標準偏差」、「最大値」、「最小値」を計測し、表１の結果が得られた。
【００６８】
上記の実施例及び比較例により、本発明に係る研磨方法によれば、研磨時間を一定にして両面研磨する方法に比べて、仕上がりウエハ厚及び平坦度のバラツキが低減できることが確認された。
【００６９】
【表１】
【符号の説明】
【００７０】
Ｗ 半導体ウエハ（ウエハ）
１ 研磨装置
２ 上定盤
２ａ 回転軸
３ 下定盤
３ａ 回転軸
４ 研磨布
５ 研磨布
６ａ キャリアプレート（キャリア）
６ｃ インターナルギア
７ 昇降駆動部
８ａ 上部回転駆動部
８ｂ 下部回転駆動部
１０ 研磨液供給管
１１ 研磨液供給部
１２ 定盤負荷電流検知部
２０ 制御部
２１ 駆動制御部
２２ 定盤負荷電流取得部
２３ 研磨進行状況推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置に関し、例えば、上下の定盤間でキャリアを用いて半導体ウエハの両面を同時研磨する半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進み、その素材である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」ともいう）に要求される平坦度が厳しくなってきている。また、製造コスト低減の観点から、ウエハの大口径化が進められ、その平坦度の向上が一層困難なものになっている。
また、ウエハの加工プロセスにおいては、エッチング後に研削工程を導入したプロセスの提案がなされ、研削に続く鏡面研磨工程においては、従来の片面研磨より優れた加工精度を有する両面研磨方式が注目されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、ウエハの両面研磨を行う遊星歯車方式の研磨装置が開示されている。ここで、図９を参照しながら、特許文献１に記載された従来技術の遊星歯車方式の研磨装置の構成を説明する。
【０００４】
図９に示すように、研磨装置１００は、水平に支持された円板状の下定盤１０１と、下定盤１０１に相対向する円板状の上定盤１０２と、円板状の下定盤１０１の内側に配置された太陽歯車１０３とを備えている。
また、下定盤１０１は、モータにより回転駆動されるようになっている。また、上定盤１０２は、シリンダにジョイントを介して吊り下げられ、下定盤１０１を駆動するモータと別のモータにより逆方向に回転駆動されるようになっている。
【０００５】
また、上定盤１０２は、下定盤１０１との間に研磨液を供給するためのタンクを含む研磨液供給系統が装備されている。
また、下定盤１０１及び上定盤１０２の対向面には、不織布にウレタン樹脂を含浸させた研磨布、或いは発泡ウレタン等からなる研磨布が貼付されている。
また、下定盤１０１上には、太陽歯車１０３を取り囲むようにキャリア１０４がセットされ、当該セットされたキャリア１０４の外側にリング状の内歯歯車（図示せず）が配置されている。この内歯歯車は、定盤（下定盤１０１、上定盤１０２）を駆動するモータとは別のモータにより独立に回転駆動されるようになっている。
【０００６】
そして、ウエハの研磨作業は以下の手順で行われる。
先ず、上定盤１０２を上昇させて下定盤１０１から離し、この状態で、下定盤１０１上に複数のキャリア１０４を太陽歯車１０３を取り囲むようにセットする。
尚、セットされた各キャリア１０４は、内側の太陽歯車１０３及び図示されない内歯歯車にそれぞれ噛み合うようになっている。
【０００７】
次に、下定盤１０１上に所定数のキャリア１０４をセットし、各キャリア１０４内にウエハ１０５をセットし終わると、上定盤１０２を下降させ、各ウエハ１０５に所定の加圧力を付加する。
次に、上記加圧力を付加した状態で、下定盤１０１と上定盤１０２の間に研磨液を供給しながら、下定盤１０１、上定盤１０２、内歯歯車（図示せず）を所定の方向に所定の速度で回転させる。
上記の回転動作により、下定盤１０１と上定盤１０２の間で複数のキャリア１０４が自転しながら太陽歯車１０３の周囲を公転するいわゆる遊星運動を行う。各キャリア１０４に保持されたウエハ１０５は、研磨液中で上下の研磨布と摺接し、上下両面が同時に研磨されるようになっている。
【０００８】
ところで、上述したウエハの両面研磨工程では、ウエハの平坦度の改善だけでなく、両面研磨工程の前工程までに生じた加工歪みの除去及び表面粗さの矯正が行われており、研磨量の管理が重要管理項目になっている。
そして、ウエハの両面研磨工程における研磨量の管理は、一般的には、経験に基づく研磨時間の管理により行われていた。
【０００９】
具体的には、上記経験に基づく研磨時間の管理では、経験則により所定時間研磨し、その後、ウエハの仕上がり厚さを測定し、その測定結果により、研磨時間を調整していた（必要であれば、さらに研磨が行われていた）。
また、上記の経験に基づく研磨時間の管理では、固定の研磨時間を定めておき、その定めた研磨時間だけ研磨する方式（研磨時間固定方式）も多く採用されている。
尚、特許文献１には、上記のような経験に基づく研磨時間の管理によらず、ウエハの両面研磨工程における定盤振動周波数の変化から研磨終了時点を推定することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５２０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した経験に基づく研磨時間の管理は、測定結果により研磨時間を調整しているため（必要であれば、さらに研磨を行う必要があるため）、その手間が面倒であると共に、加工終了から測定結果判定がなされるまでの間でウエハの加工ができないという技術的課題を有している。
また、上記の研磨時間固定方式では、研磨布の目立て（ドレス）や目詰まり解消のためのウォータジェットなどの作業をした後で、当該作業後の研磨レートが低下する現象が生じるため、所望の厚さ寸法に仕上げられないことがあるという技術的課題を有している。
具体的には、加工の間にダイヤモンドドレッサによる研磨布の目立て（ドレス）や、目詰まり解消のためのウォータジェットなどの作業をすると、研磨布の表面温度が低下し、研磨レートが低下する。その結果、ウエハの仕上がり厚さが目標値より厚くなっていた。
尚、特許文献１の定盤振動周波数の変化から研磨終了時点を推定する方式は、最適となる定盤振動周波数の選定が困難であり装置の初期設定作業が面倒であった。また、加工条件を変更する場合、定盤振動周波数が変化してしまい、変更の度に設定を変更する必要があった。
【００１２】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、作業負担を増加させることなく、上下の回転定盤により半導体ウエハの両面を研磨する際の、研磨の進行状況を正確に推定できる半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる半導体ウエハの研磨方法は、上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する研磨装置を用いた半導体ウエハの研磨方法であって、前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の前記研磨装置の定盤負荷電流値をモニタするステップと、前記モニタした定盤負荷電流値を用いて、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定するステップと、を有することを特徴としている。
【００１４】
上記の構成を採用したのは、本願発明者が、半導体ウエハの両面研磨の進行に伴う研磨装置の経時的変化を詳細に調査した結果、ウエハやキャリアの研磨に伴う摩擦抵抗に起因して変化する装置検出値である定盤負荷電流値が、研磨の進行度を反映して変化する（バラツキが小さくなる）ことを見出したためである。すなわち、上記定盤負荷電流値の標準偏差を調べることにより、半導体ウエハの研磨の進行度を正確に推定できることを見出したためである。
したがって、本発明によれば、従来技術の「経験に基づく研磨時間の管理」による方法に比べ、作業負担をかけることなく（測定結果による研磨時間の調整作業が必要ないため）、半導体ウエハの仕上がり厚さを「目標厚」に近づけることができるようになる。
【００１５】
特に、本願発明は、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定することに特徴がある。
上述したように、定盤負荷電流値が研磨の進行度を反映し変化する（バラツキが小さくなる）ため、定盤負荷電流値の標準偏差の値や変化パターンにより、研磨の終了時点を正確に推定することができる。
【００１６】
ここで、研磨の終了時点であると推定するステップは、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【００１７】
また、研磨の終了時点であると推定するステップは、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、前記算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【００１８】
また、上記課題を解決するためになされた本発明にかかる半導体ウエハ研磨装置は、上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する半導体ウエハ研磨装置であって、前記上下の回転定盤の回転動作を制御する駆動制御部と、前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の定盤負荷電流値をモニタする検知部と、前記モニタした定盤負荷電流値を用いて一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、該算出した標準偏差の変化から前記研磨の進行度を推定する研磨進行状況推定部と、を有し、前記研磨進行状況推定部は、前記基準時間毎に算出した前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足した際、前記駆動制御部に対し、研磨の終了の信号送信し、前記回転定盤の回転動作を停止させ、研磨を終了させることを特徴としている。
このような本発明の半導体ウエハ研磨装置によれば、研磨の進行度を反映し変化する（バラツキが小さくなる）定盤負荷電流値をモニタし、そのモニタした定盤負荷電流値の標準偏差により研磨の進行度を推定するため、半導体ウエハの研磨の進行度を正確に推定でき、作業負担をかけることなく（測定結果による研磨時間の調整作業が必要ないため）、半導体ウエハの仕上がり厚さを「目標厚」に近づけることができる。
【００１９】
ここで、前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【００２０】
また、前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、作業負担を増加させることなく、上下の回転定盤により半導体ウエハの両面を研磨する際の、研磨の進行状況を正確に推定できる半導体ウエハ研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態の研磨装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】半導体ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値を研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図３】ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値の一定時間内における標準偏差を基準時間毎に算出した値をウエハの研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図４】ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値の一定時間内における標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記所定期間内に算出された標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から基準時間毎に前記傾きｍを算出して、前記傾きｍの変化パターンをウエハの研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図５】ウエハの両面を同時研磨する研磨装置がウエハを研磨している際の上定盤負荷電流値の一定時間内における標準偏差を基準時間毎に算出し、算出された直近標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出して、前記差分の変化パターンをウエハの研磨時間に対応付けて示したグラフである。
【図６】ウエハの仕上がり厚さと、その仕上がり厚さを特定する研磨終了直前の上定盤負荷電流値の標準偏差との相関関係を示した模式図である。
【図７】本実施形態の研磨装置が行うウエハ研磨工程の進行状況を上定盤負荷電流値の標準偏差の傾きから推定する処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】本実施形態の研磨装置が行うウエハ研磨工程の進行状況を上定盤負荷電流値の標準偏差の差分から推定する処理の手順を示したフローチャートである。
【図９】従来技術の遊星歯車方式の研磨装置の構成を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態の半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置（以下、「研磨装置」という）について、図面に基づいて説明する。
先ず、本実施形態の研磨装置の構成を図１に基づいて説明する。
尚、図１は、本発明の実施形態の研磨装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【００２４】
図示するように、研磨装置１は、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下、「ウエハＷ」という）の両面を同時に鏡面研磨する装置であり、複数の半導体ウエハＷを同時に処理（バッチ処理）する装置構成となされている。
また、研磨装置１は、定盤負荷電流検知部１２及び制御部２０を備え、当該定盤負荷電流検知部１２及び制御部２０により、ウエハＷの研磨時における装置検出値（研磨装置１の状態を示す値）をモニタし、そのモニタした装置検出値から一定時間内（例えば６０秒間）にモニタされた装置検出値の標準偏差σを基準時間毎（例えば１秒毎）に算出し、その算出した標準偏差σの推移からウエハＷの研磨工程の進行状況を推定するようになされている。
尚、本実施形態の研磨装置１の構成のうち、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する構成（定盤負荷電流検知部１２、制御部２０）以外は周知技術と同じである。
そのため、以下では、研磨装置１の構成のうち「定盤負荷電流検知部１２及び制御部２０」以外の構成を簡略化して説明する。
【００２５】
具体的には、研磨装置１は、上定盤（上回転定盤）２と下定盤（下回転定盤）３とを備え、それらの対向面には、ウエハＷの両面を研磨するための研磨布４、５がそれぞれ貼付されている。
また、前記上定盤２と下定盤３との間には、それぞれ複数のウエハＷを保持する複数のキャリア６ａが配置される。また、各キャリア６ａが保持するウエハＷの上下面は、前記研磨布４、５に臨む状態になされている。
【００２６】
また、上定盤２は、昇降駆動部７により昇降移動可能に設けられ、研磨加工の際には、前記昇降駆動部７が上定盤２を下降移動させ、各キャリア６ａは、上下の定盤に挟まれて所定の圧力で押圧されるようになされている。一方、ウエハＷの搬入出時、メンテナンスの際等には、上定盤２は昇降駆動部７により下定盤３に対して上昇移動される。
尚、この昇降駆動部７の駆動は、制御部２０からの命令信号に基づき制御される。
【００２７】
また、上定盤２には、上部回転駆動部８ａにより軸回りに回転する回転軸２ａが設けられている。そして、上定盤２は、上部回転駆動部８ａにより駆動（回転）する回転軸２ａと共に回転するようになっている。
また、下定盤３には、下部回転駆動部８ｂにより軸回りに回転する回転軸３ａが設けられている。そして、下定盤３は、下部回転駆動部８ｂにより駆動（回転）する回転軸３ａと共に回転（上定盤２と逆方向に回転）するようになっている。
尚、上部回転駆動部８ａ及び下部回転駆動部８ｂの動作は、制御部２０からの命令信号に基づき制御される。
【００２８】
また、複数のキャリア６ａは、上記した回転軸２ａ及び回転軸３ａと同軸に配置された回転軸（図示せず）を中心とする一円周上に配置され、それぞれの側部が、前記回転軸（図示せず）の周囲に設けられたサンギア（図示せず）に噛合するようになされている。
また、前記回転軸（図示せず）を中心として、前記複数のキャリア６ａの外側には、それら全体を取り囲むように環状のインターナルギア６ｃが設けられ、各キャリア６ａの側部に噛合するようになされている。このインターナルギア６ｃは、定盤（上定盤２、下定盤３）を駆動する機構（上部回転駆動部８ａ、下部回転駆動部８ｂ）と別のモータにより独立に回転駆動されるようになっている。
【００２９】
また、上定盤２には、キャリア６ａの研磨面に研磨液を供給する研磨液供給管１０が設けられ、この研磨液供給管１０には、研磨液貯留タンクやポンプ等からなる研磨液供給部１１により研磨液が供給されるようになされている。
尚、研磨液供給部１１の動作は、制御部２０からの命令信号に基づき制御される。
【００３０】
また、本実施形態の研磨装置１は、上定盤２を回転駆動させる上部回転駆動部８ａに接続された（電気的に接続された）定盤負荷電流検知部１２が設けられている。
この定盤負荷電流検知部１２は、上部回転駆動部８ａが上定盤２を回転させている最中の「上定盤負荷電流値」をモニタ（検出）し、制御部２０の定盤負荷電流取得部２２に、そのモニタした「上定盤負荷電流値」を送信するように構成されている。
【００３１】
また、本実施形態の研磨装置１は、装置全体の動作を制御すると共に、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する制御部２０を備えている。
この制御部２０は、装置全体の動作を制御する駆動制御部２１と、定盤負荷電流検知部１２が送信する「上定盤負荷電流値」を受信する定盤負荷電流取得部２２と、定盤負荷電流取得部２２が受信した「上定盤負荷電流値」を用いてウエハＷの研磨の進行状況（進行度）を推定する研磨進行状況推定部２３とを有している。
【００３２】
また、制御部２０のハードウエア構成は特に限定されるものではないが、例えば、制御部２０は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータにより構成することができる。この場合、前記メモリには、「駆動制御部２１、定盤負荷電流取得部２２及び研磨進行状況推定部２３」の機能を実現するためのプログラムが格納されている。
そして、「駆動制御部２１、定盤負荷電流取得部２２及び研磨進行状況推定部２３」の機能は、前記ＣＰＵが前記メモリに格納された前記プログラムを実行することにより実現される。
【００３３】
以下、制御部２０の各部の機能を詳細に説明する。
前記駆動制御部２１は、研磨装置１の各部（昇降駆動部７、上部回転駆動部８ａ、下部回転駆動部８ｂ、研磨液供給部１１等）に各種命令信号（制御信号）を送信し、前記各部の動作を制御する。
また、定盤負荷電流取得部２２は、定盤負荷電流検知部１２から送信される「上定盤負荷電流値」受信し、制御部２０の前記メモリの所定領域に格納する。
【００３４】
また、研磨進行状況推定部２３は、前記メモリに格納された上定盤負荷電流値を用いて、所定時間内（例えば６０秒間）にモニタされた上定盤負荷電流値の標準偏差σを基準時間毎（例えば１秒毎）に算出し、その算出した標準偏差σの推移からウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する。そして、研磨されている半導体ウエハの厚さが「目標厚」と推定された場合には、前記駆動制御部２１に対して研磨終了信号を送信し、前記回転定盤の回転動作を停止させ、研磨を終了させるように構成されている。
尚、ウエハＷの研磨工程の進行状況を高精度に推定できるようにするため、本実施形態では、研磨装置１のキャリア６ａの厚み（厚さ寸法）が、ウエハＷの仕上がり目標厚（ウエハＷの仕上がり厚さ寸法）と同一寸法、若しくは微少差の範囲の厚さ寸法（好ましくは、ウエハＷの仕上がり厚さ寸法の中心値から±６μｍの範囲内の厚さ寸法）になされている。
【００３５】
また、ウエハＷの研磨工程の進行状況を高精度に推定できるようにするため、キャリア６ａは、その表面の摩擦係数がウエハＷの表面の摩擦係数よりも小さい材質により形成されていることが望ましい。例えば、キャリア６ａは、ステンレス鋼、チタン、樹脂等を基材として、当該基材表面に摩擦係数の低いＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を被覆して形成されたものであっても良い。
【００３６】
このように、モニタした上定盤負荷電流値を用いて、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する構成を採用したのは以下の理由による。
本願発明者が、ウエハＷの研磨の進行に伴う研磨装置１の経時的変化を詳細に調査した結果、ウエハＷやキャリア６ａの研磨に伴う摩擦抵抗に起因して変化する装置検出値（例えば、上定盤負荷電流値）が、研磨の進行度に反映して変化することを見出したことによる。
また、本願発明者が、研磨装置１のキャリア６ａの厚みをウエハＷの仕上がり目標厚と同一かこれより僅かに薄く（若しくは僅かに厚く）してウエハＷの研磨を行うと、研磨の進行に伴うウエハＷの厚さ寸法の減少により、研磨装置１の装置検出値（上定盤負荷電流値等）のバラツキが小さくなることを見出したことによる。
【００３７】
具体的には、本願発明者は、一般的な両面研磨装置において、両面研磨加工を１回（１バッチ）行いウエハＷの研磨時の上定盤負荷電流値を１秒毎にモニタした。そして、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「上定盤負荷電流値」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記モニタした値をプロットしてみると、図２に示す結果が得られた。図２を参照すると、上定盤負荷電流のバラツキが研磨時間の経過と共に小さくなっていることが判る。
【００３８】
また、上記のモニタした上定盤負荷電流値を用いて、６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σを１秒毎に算出し、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σ」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記算出した値をプロットすると、図３に示す結果が得られた。
図３を参照すると、上定盤負荷電流値の標準偏差σが研磨時間の経過と共に小さくなっていき最小値（図中のＸ軸が１３３０秒の時点）となった後、上昇に転じていることが判る。
【００３９】
これは、研磨対象となる主体が研磨進行と共に変化する（研磨対象が「ウエハＷ」→「ウエハＷ及びキャリア６ａ」→「キャリア６ａ」と移行する）ことにより生じる現象と考えられる。
即ち、上記のようになるのは、ウエハＷの厚さが、キャリア６ａより厚いときには、研磨布４、５による研磨の付加がウエハＷに掛かり、その後、ウエハＷの厚さと、キャリア６ａの厚さとが同じになると、前記付加がウエハＷ及びキャリア６ａの両方に分散され、更にその後、ウエハＷの厚さがキャリア６ａの厚さより薄くなったとき、前記付加がキャリア６ａへ移行することにより生じるものと考えられる。
したがって、図３に示す標準偏差σの最小値が、ウエハＷの厚さ寸法とキャリア６ａの厚さ寸法とが同一になった時点と考えられる。
【００４０】
そのため、本実施形態では、図３に示す現象を利用し、所定経過時間内でモニタした上定盤負荷電流値の標準偏差σ（一定時間内の定盤負荷電流値の標準偏差σ）を基準時間毎（ａ秒毎）に所定期間算出し、その標準偏差σの時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときを研磨終了時と推定するようにした。
この変化パターンとは、所定時間内の標準偏差の傾き、あるいは算出された直近の標準偏差と所定時間前に算出された標準偏差との差の変化の指標のことをいう。
【００４１】
例えば、図３に示す１秒毎に算出した６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差の結果に対して、１５０秒間の標準偏差の傾きを１秒毎に算出し、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差の１５０秒間の傾き」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記算出した値をプロットすると、図４に示す結果が得られる。
また、図３に示す１秒毎に算出した６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差の結果に対して、１５０秒前の標準偏差との差分を１秒毎に算出し、Ｘ軸に「研磨の経過時間」をとり、Ｙ軸に「６０秒間の上定盤負荷電流標準偏差の１５０秒前との差」をとった２次元座標を作成し、その２次元座標上に前記算出した値をプロットすると、図５に示す結果が得られる。
【００４２】
図４、及び図５を参照すると、いずれも傾き、もしくは差分が１４００秒前後で急激に変化していることが判る。すなわち、この標準偏差の変化を表す値に対して、閾値を設けることで研磨終了時を推定することができる。
【００４３】
さらに、本願発明者は、加工終了直前の標準偏差σの値と、仕上がりウエハＷの厚さとの関係を検証した。
具体的には、ウエハＷの研磨時の６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σを１秒毎に算出し、加工時間を１１条件に振って、研磨前のウエハ厚さが略同等のウエハＷを研磨して、「仕上がりウエハＷの厚さ」と、「ウエハＷの研磨終了直前の６０秒間の上定盤負荷電流値の標準偏差σ」との関係を検証した。標準偏差σと仕上がりウエハ厚さの相関を図６に示す。
【００４４】
図６に示す結果より、標準偏差σの推移は仕上がりウエハＷの厚さを反映したものであることが判り、上記の推移を変化パターンの指標として処理し、所定の関係を満足したときを研磨終了時と推定することにより、仕上がりウエハＷの厚さ所望の目標値に近づけることができることを見出した。
また、キャリア６ａの厚さ寸法よりもウエハＷの仕上がり目標厚を薄くしたい場合には、上記の変化パターンの指標が所定の関係を満足した時点から所定時間研磨した時点を研磨終了時点とすることもできる。
【００４５】
次に、研磨装置１の動作を説明する。
上記のように構成された研磨装置１においては、各キャリア６ａに研磨前のウエハＷが設置されると、制御部２０の制御により、上定盤２が下降移動される。そして、キャリア６ａに保持されたウエハＷが上定盤２及び下定盤３により挟まれ、所定の荷重で押圧された状態となされる。
次いで、回転軸２ａ、３ａが回転駆動され、研磨液供給管１０から研磨液が供給されつつ各キャリア６ａが自転しながら回転軸（図示せず）の周りを回転する。これにより、ウエハＷの両面が研磨布４、５によって同時に研磨される。
【００４６】
また、制御部２０は、ウエハＷの研磨工程が開始されると、定盤付加電流検知部１２を介して上定盤付加電流値をモニタすると共に、図７の処理ステップを実行し、ウエハＷの研磨終了時点を推定し、研磨装置１によるウエハＷの研磨工程を終了させる。
【００４７】
次に、本実施形態の研磨装置１により行われるウエハＷの研磨工程の進行状況を推定する処理を図７に基づいて説明する。
ここで、図７は、本実施形態の研磨装置が行うウエハ研磨工程の進行状況を推定する処理の手順を示したフローチャートであり、制御部２０を構成する研磨進行状況推定部２３により行われる処理を示したものである。
尚、図７の処理ステップに並行し、定盤負荷電流検知部１２及び定盤負荷電流取得部２２が「上定盤負荷電流値」をモニタし、制御部２０のメモリの所定領域に格納する処理を行っている。
【００４８】
具体的には、研磨進行状況推定部２３は、ウエハＷの研磨工程が開始されると、研磨開始からの経過時間Ｔが「Ａ秒（例えば、６０秒）」になるまで待機し、経過時間Ｔが「Ａ秒」になると、Ｓ２の処理に移行する（Ｓ１）。
【００４９】
次に、研磨進行状況推定部２３は、前記メモリに格納された「上定盤負荷電流値」を用いて、「研磨開始からの経過時間Ｔ」を基準にして「Ａ秒前」までの間（一定時間）にモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差σを算出する（Ｓ２）。
尚、図７の処理ステップに並行し、Ｓ２で算出した標準偏差σを制御部２０のメモリの所定領域に格納する処理を行っている。
【００５０】
次に、研磨進行状況推定部２３は、研磨開始からの経過時間Ｔが「Ｂ（例えば、１５０秒）秒以上」であれば、Ｓ５の処理に進み、経過時間Ｔが「Ｂ秒未満」であれば、Ｓ４の処理に進む（Ｓ３）。
次に、研磨進行状況推定部２３は、研磨開始からの経過時間Ｔが「Ｃ（例えば、９００秒）秒以上」であれば、Ｓ６の処理に進み、経過時間Ｔが「Ｃ秒未満」であれば、Ｓ４の処理に進む（Ｓ５）。Ｓ５においては、研磨時間の最低時間を確保すると共に、研磨の前半での標準偏差のバラツキに起因した傾きの変動による研磨終了の誤検知を抑制することができる（図４における９００秒までの傾きのバラツキを検出しないため）。
Ｓ６において、研磨進行状況推定部２３は、「研磨開始からの経過時間Ｔ」を基準にして「Ｂ秒前」までの間（所定期間）に算出された標準偏差σに対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、傾きｍを算出する。
次に、研磨進行状況推定部２３は、傾きｍが「閾値（例えば、０）以上」であれば、Ｓ８に進み、傾きｍが「閾値未満」であれば、Ｓ４の処理に進む（Ｓ７）。
【００５１】
具体的には、研磨進行状況推定部２３は、本ステップ（Ｓ７）において、傾きｍが閾値以上（すなわち、「上定盤負荷電流値」のバラツキの変化が所定レベル以上）になると、ウエハＷが仕上がり目標厚まで研磨されたと推定し、Ｓ８に進む。
即ち、前記傾きｍは、例えば図４に示すように負の傾きから正の傾きに変化する。したがって、傾きｍを「閾値（例えば、０）以上」とすることにより、研磨されているウエハＷの厚さ寸法が、研磨装置１のキャリア６ａの厚み（厚さ寸法）と略同一になったことを推定でき、ウエハＷの仕上がり目標厚まで研磨されたと推定できる。
一方、研磨進行状況推定部２３は、本ステップ（Ｓ７）において、傾きｍが閾値以下であれば（すなわち、「上定盤負荷電流値」のバラツキの変化が所定レベル以下）、ウエハＷが仕上がり目標厚まで研磨されていないと推定し、Ｓ４に進む。
【００５２】
そして、Ｓ８では、研磨進行状況推定部２３は、研磨終了時点であると推定し、駆動制御部２１を介して、ウエハＷの研磨工程を終了させる。
具体的には、研磨進行状況推定部２３は、傾きｍが閾値以上すなわち、「上定盤負荷電流値」のバラツキの変化が所定レベルより大きくなると）、駆動制御部２１に、研磨終了時点である旨を示す信号を送信する。
また、駆動制御部２１は、研磨終了時点である旨を示す信号を受信すると、研磨装置１の各部（昇降駆動部７、上部回転駆動部８ａ、下部回転駆動部８ｂ、研磨液供給部１１等）に各種命令信号（制御信号）を送信し、研磨工程を終了させる。
【００５３】
一方、Ｓ３では、研磨進行状況推定部２３は、Ｓ３で「Ｔ≧Ｂ」になるまで、「Ｔ」に「ａ」をインクリメントしてから（Ｔ←Ｔ＋ａ）、上述したＳ２に進み、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の処理を繰り返す。
また一方、Ｓ５では、研磨進行状況推定部２３は、Ｓ５で「Ｔ≧Ｃ」になるまで、「Ｔ」に「ａ」をインクリメントしてから（Ｔ←Ｔ＋ａ）、上述したＳ２に進み、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の処理を繰り返す。
また一方、Ｓ５からＳ６へ進行した場合、研磨進行状況２３は、Ｓ７で「傾きｍ≧閾値」になるまで、「Ｔ」に「ａ」をインクリメントしてから（Ｔ←Ｔ＋ａ）、上述したＳ２に進み、Ｓ７で「傾きｍ≧閾値」になるまで、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７の処理を繰り返す。
【００５４】
このように、「Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７」の処理を繰り返すことにより、直近のＡ秒間（一定時間Ａ）でモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差のＢ秒間（所定期間Ｂ）における傾きを基準時間（ａ秒）毎に算出することができる。
【００５５】
このように、本実施形態では、直近の所定経過時間内（一定時間Ａ秒）でモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差σを基準時間毎（ａ秒毎）に算出し、所定経過時間内（所定期間Ｂ秒）の標準偏差σの線形近似の傾きにより、ウエハＷの研磨の進行を判断するため、キャリア厚さ付近の研磨の進行をリアルタイムに推定することができる。
【００５６】
以上、説明したように、本実施形態のウエハ研磨方法（図７、及び８参照）及び研磨装置１によれば、従来技術の「経験に基づく研磨時間の管理」による方法と比べ、作業者の手間を増加させることなく、ウエハＷの仕上がり厚さを「目標厚」に近づけることができ、研磨の過不足によるウエハＷの平坦度悪化を抑制することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。
【００５７】
例えば、上述した実施形態では、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定するために「上定盤負荷電流値」をモニタしているが特にこれに限定されるものではない。
「上定盤負荷電流値」は、ウエハＷやキャリア６ａの研磨に伴う摩擦抵抗に起因して変化する信号の一例に過ぎない。前記摩擦抵抗に起因して変化する装置検出値であれば、ウエハＷの研磨工程の進行状況を推定に利用することができる。
具体的には、「上定盤負荷電流値」ではなく、「下定盤負荷電流値」をモニタし、そのモニタされた「下定盤負荷電流値」の標準偏差σを基準時間毎に算出し、その算出した標準偏差σの推移の変化パターンからウエハＷの研磨工程の進行状況を推定するようにしてもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態では、所定経過時間内（一定時間Ａ秒）でモニタした「上定盤負荷電流値」の標準偏差を基準時間（ａ秒）毎に算出して、所定経過時間内（所定期間Ｂ秒）の線形近似による傾きを算出しているが、この所定経過時間内（一定時間Ａ秒、所定期間Ｂ秒）や基準時間（ａ秒）は、対象となるウエハＷの大きさ等に応じて適宜設定されるものとする。
例えば、所定経過時間内（一定時間Ａ秒）が「１０〜３００秒」になされ、基準時間（ａ秒）が「０．１秒〜１０秒」になされ、所定経過時間内（所定期間Ｂ秒）が「１０〜３００秒」になされていることが望ましい。
【００５９】
また、上述した実施形態では、モニタした装置検出値（上定盤負荷電流値等）の標準偏差の線形近似による傾きにより研磨工程の進行状況を推定していたが、特にこれに限定されるものではない。線形近似による傾き以外であっても、標準偏差の変化パターン表す指標（例えば、リアルタイムに算出される標準偏差と所定時間前の標準偏差との差）であれば、本発明に適用することができる。
具体的には図８に示すとおり、図７におけるＳ６の「Ｔを基準にＢ秒前までの間のσの線形近似により傾きｍを算出」を「Ｔの際のσとＴを基準にＢ秒前のσとの差分ｄを算出」に、Ｓ７の「ｍ（傾き）≧閾値？」を「ｄ（差分）≧閾値？」に置き換えることで、標準偏差の変化パターンを差分で表して研磨の進行状況を推定する処理の手順を示すフローチャートとすることができる。フローチャートの流れは前記標準偏差の変化パターンを傾きで表した場合のフローチャート（図７）と同様である。
【００６０】
次に、本発明に係る研磨方法（及び研磨装置）について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施形態に従いウエハＷの両面研磨加工を行い、本発明の効果を検証した。
【００６１】
〔実施例１〕
本実施例１では、上述した研磨装置１（図７のフローチャート）を用いて、φ３００ｍｍのシリコンウエハＷの両面研磨を以下の条件により２０サイクル行った。
また、本実施例１では、仕上がりウエハＷ厚さ目標値を「７７５μｍ」とした。また、キャリア６ａは、ステンレス鋼を基材として、基材表面にＤＬＣ膜を被覆したもので、厚さが「７７５μｍ」のものを用いた。
【００６２】
また、研磨終了時点を推定するための装置検出値には、上述した実施形態（図７のフローチャート）と同様、「上定盤負荷電流値」を用いて、１秒毎に６０秒間の標準偏差を算出し、１５０秒前までの標準偏差から線形近似による傾きを算出し、研磨時間９００秒以上で算出した傾きが「０（閾値）」以上となった時点を研磨終了時点と推定した。
また、研磨装置１は、上定盤２と下定盤３との間で５枚のウエハＷ（キャリア６ａが１枚に対して１枚のウエハＷ）を同時研磨するタイプのものを用いた。また、研磨布４、５は、硬質ポリウレタン製のものを用いた。また、研磨剤は、コロイダルシリカ水溶液を使用し、供給量管理、供給温度管理、ｐＨ管理を行った。また、加工圧は、「１５０ｇ／ｃｍ2」とした。
【００６３】
そして、上述した条件により研磨された１００枚のウエハＷの「中心厚さ」、「ＧＢＩＲ」、及び「ＳＦＱＲ最大値」のそれぞれについて、「平均値」、「標準偏差」、「最大値」、「最小値」を計測すると、表１に示す結果が得られた。
【００６４】
〔実施例２〕
本実施例２では、上述した研磨装置１（図８のフローチャート）を用いて、φ３００ｍｍのシリコンウエハＷの両面研磨を以下の条件により２０サイクル行った。
具体的には、上述した実施例１と同様、仕上がりウエハＷ厚さ目標値を「７７５μｍ」とした。また、キャリア６ａは、ステンレス鋼を基材として、基材表面にＤＬＣ膜を被覆したもので、厚さが「７７５μｍ」のものを用いた。
また、研磨終了時点を推定するための装置検出値には、上述した実施形態（図８のフローチャート）と同様、「上定盤負荷電流値」を用いて、１秒毎に６０秒間の標準偏差を算出し、１５０秒前の標準偏差との差分を算出し、研磨時間９００秒以上で算出した差分が「０（閾値）」以上となった時点を研磨終了時点と推定した。
また、研磨装置１は、上記実施例１と同様、上定盤２と下定盤３との間で５枚のウエハＷ（キャリア６ａが１枚に対して１枚のウエハＷ）を同時研磨するタイプのものを用いた。また、研磨布４、５は、硬質ポリウレタン製のものを用いた。また、研磨剤は、コロイダルシリカ水溶液を使用し、供給量管理、供給温度管理、ｐＨ管理を行った。また、加工圧は、「１５０ｇ／ｃｍ2」とした。
そして、上述した条件により研磨された１００枚のウエハＷの「中心厚さ」、「ＧＢＩＲ」、及び「ＳＦＱＲ最大値」のそれぞれについて、「平均値」、「標準偏差」、「最大値」、「最小値」を計測すると、表１に示す結果が得られた。
【００６５】
〔比較例〕
本比較例では、研磨時間を一定とした両面研磨により、上述した実施例と同様、φ３００ｍｍのシリコンウエハＷの両面研磨を以下の条件により２０サイクル行った。
具体的には、上述した実施例と同様、仕上がりウエハＷ厚さ目標値を「７７５μｍ」とした。また、キャリア６ａは、ステンレス鋼を基材として、基材表面にＤＬＣ膜を被覆したもので、厚さが「７７５μｍ」のものを用いた。
【００６６】
また、研磨装置は、上記実施例と同様、上定盤２と下定盤３との間で５枚のウエハＷ（キャリア６ａが１枚に対して１枚のウエハＷ）を同時研磨するタイプのものを用いた。
また、研磨布４、５は、上記実施例と同様、硬質ポリウレタン製のものを用いた。また、研磨剤は、上記実施例と同様、コロイダルシリカ水溶液を使用し、供給量管理、供給温度管理、ｐＨ管理を行った。また、加工圧は、「１５０ｇ／ｃｍ２」とした。
また、研磨時間は、「１５００秒間」とした。
【００６７】
そして、上述した条件により研磨された１００枚のウエハＷの「中心厚さ」、「ＧＢＩＲ」、及び「ＳＦＱＲ最大値」のそれぞれについて、「平均値」、「標準偏差」、「最大値」、「最小値」を計測し、表１の結果が得られた。
【００６８】
上記の実施例及び比較例により、本発明に係る研磨方法によれば、研磨時間を一定にして両面研磨する方法に比べて、仕上がりウエハ厚及び平坦度のバラツキが低減できることが確認された。
【００６９】
【表１】
【符号の説明】
【００７０】
Ｗ 半導体ウエハ（ウエハ）
１ 研磨装置
２ 上定盤
２ａ 回転軸
３ 下定盤
３ａ 回転軸
４ 研磨布
５ 研磨布
６ａ キャリアプレート（キャリア）
６ｃ インターナルギア
７ 昇降駆動部
８ａ 上部回転駆動部
８ｂ 下部回転駆動部
１０ 研磨液供給管
１１ 研磨液供給部
１２ 定盤負荷電流検知部
２０ 制御部
２１ 駆動制御部
２２ 定盤負荷電流取得部
２３ 研磨進行状況推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する研磨装置を用いた半導体ウエハの研磨方法であって、
前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の前記研磨装置の定盤負荷電流値をモニタするステップと、
前記モニタした定盤負荷電流値を用いて、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定するステップと、
を有することを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
【請求項２】
研磨の終了時点であると推定するステップは、
一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、
前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、
前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの研磨方法。
【請求項３】
研磨の終了時点であると推定するステップは、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、
前記算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、
前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの研磨方法。
【請求項４】
上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する半導体ウエハ研磨装置であって、
前記上下の回転定盤の回転動作を制御する駆動制御部と、
前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の定盤負荷電流値をモニタする検知部と、
前記モニタした定盤負荷電流値を用いて一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、該算出した標準偏差の変化から前記研磨の進行度を推定する研磨進行状況推定部と、を有し、
前記研磨進行状況推定部は、前記基準時間毎に算出した前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足した際、前記駆動制御部に対し、研磨の終了の信号送信し、前記回転定盤の回転動作を停止させ、研磨を終了させることを特徴とする半導体ウエハ研磨装置。
【請求項５】
前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、
前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、
Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、
前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項４記載の半導体ウエハ研磨装置。
【請求項６】
前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、
算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、
前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項４記載の半導体ウエハ研磨装置。
【請求項１】
上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する研磨装置を用いた半導体ウエハの研磨方法であって、
前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の前記研磨装置の定盤負荷電流値をモニタするステップと、
前記モニタした定盤負荷電流値を用いて、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足したときに、研磨の終了時点であると推定するステップと、
を有することを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
【請求項２】
研磨の終了時点であると推定するステップは、
一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、
前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、
前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの研磨方法。
【請求項３】
研磨の終了時点であると推定するステップは、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、
前記算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、
前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの研磨方法。
【請求項４】
上下の回転定盤によりキャリアに保持された半導体ウエハを挟持し、該上下の回転定盤を回転動作させることにより、該半導体ウエハの両面を同時研磨する半導体ウエハ研磨装置であって、
前記上下の回転定盤の回転動作を制御する駆動制御部と、
前記半導体ウエハの両面を同時研磨している際の定盤負荷電流値をモニタする検知部と、
前記モニタした定盤負荷電流値を用いて一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、該算出した標準偏差の変化から前記研磨の進行度を推定する研磨進行状況推定部と、を有し、
前記研磨進行状況推定部は、前記基準時間毎に算出した前記標準偏差の時間当たりの変化パターンが所定関係を満足した際、前記駆動制御部に対し、研磨の終了の信号送信し、前記回転定盤の回転動作を停止させ、研磨を終了させることを特徴とする半導体ウエハ研磨装置。
【請求項５】
前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に所定期間算出し、
前記所定期間に算出された前記標準偏差に対して、
Ｙ＝ｍＸ＋ｂの式（但し、Ｘ：経過時間、Ｙ：標準偏差σ、ｍ：傾き、ｂ：切片）で表される線形近似から、前記傾きｍを算出し、前記傾きｍの変化パターンを求め、
前記傾きｍが「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項４記載の半導体ウエハ研磨装置。
【請求項６】
前記研磨進行状況推定部は、一定時間内における定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間毎に算出し、
算出された直近の標準偏差と、所定時間前に算出された標準偏差との差を算出し、その差分の変化パターンを求め、
前記差分が「所定の閾値以上」の条件を満足した場合に、研磨の終了時点であると推定することを特徴とする請求項４記載の半導体ウエハ研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６４８３５（Ｐ２０１２−６４８３５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８９２４（Ｐ２０１０−２０８９２４）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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