JP2000180157A - 平坦度測定センサ - Google Patents

平坦度測定センサ

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JP2000180157A
JP2000180157A JP10358116A JP35811698A JP2000180157A JP 2000180157 A JP2000180157 A JP 2000180157A JP 10358116 A JP10358116 A JP 10358116A JP 35811698 A JP35811698 A JP 35811698A JP 2000180157 A JP2000180157 A JP 2000180157A
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sensor
wafer
sub
measuring
flatness
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JP10358116A
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English (en)
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Shinji Okawa
真司 大川
C Havet Robert
ロバート・シー・アベ
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Super Silicon Crystal Research Institute Corp
ADE Corp
Original Assignee
Super Silicon Crystal Research Institute Corp
ADE Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/34Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B7/345Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平坦度の測定に際し、ウェーハのエッジ部周
辺に生じる不感帯の幅を狭くし、チップとして切り出さ
れるウェーハの有効面積を向上させる。 【構成】 小面積のエリアを測定対象とするサブセンサ
20を、大面積のエリアを測定対象とするメインセンサ
10に一体化している。サブセンサ20でウェーハのエ
ッジ部近傍を、メインセンサで10でウェーハ1の中心
部を測定する。 【効果】 サブセンサ20のサイズに応じて測定限界点
Aをべべリング起点Bに近づけることができ、不感帯E
−Aの幅が狭くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェーハ,ディスク等
のエッジ周辺まで測定が可能な平坦度測定センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェーハ,光ディスク,ハードデ
ィスク等の基板は、平坦度の如何が重要視される。特
に、一枚のウェーハから多数のチップを切り出す半導体
ウェーハにあっては、チップとなるウェーハの有効面積
を広くするため、可能な限りエッジ周辺まで利用できる
ことが好ましい。たとえば、直径300mmのウェーハ
で25mm×40mmサイズのチップを取る場合、エッ
ジ3mm除外では作製可能なデバイス数は50個である
が、エッジ除外を1mmにすると54個のデバイスを作
製できる。エッジ周辺まで含めて製品に利用するために
は、ウェーハ、ディスク等の平坦度をエッジの極近傍ま
で測定することが要求される。なお、本発明では、ウェ
ーハ、ディスク等の表面から裏面までの厚みの偏差をも
って平坦度という。
【0003】半導体ウェーハの平坦度を測定する場合、
図1に示すように回転可能に支持したウェーハ1の両面
にセンサ2u,2dを対向させ、センサ2u,2dから
ウェーハ1の表面までの距離Du,Ddを測定する。相
互のセンサ2u,2d間の距離Dpは予め判っているの
で、ウェーハ1の厚みDは、D=Dp−(Du+Dd)
として求められる。ウェーハ1を回転させながらセンサ
2u,2dをウェーハ1の半径方向に移動させると、セ
ンサ2u,2dの移動軌跡がウェーハ1上で螺旋状にな
り、ウェーハ1のほぼ全面の厚みDが測定され、平坦度
が計算される。センサ2u,2dとしては、ウェーハ1
とセンサ2u,2d間の静電容量の変化を測定する静電
容量センサ、ウェーハ1の表面をレーザ光で照射し、反
射したレーザ光を用いてウェーハ1からセンサ2u,2
dまでの距離を測定する光学式センサ等が知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】静電容量センサによる
場合、測定結果は、センサの測定部が対向するウェーハ
の表面域における平均値として得られ、再現性の高い値
になる。使用するセンサの測定部の面積が大きなセンサ
を使用すると、ウェーハの全面を操作する時間が短縮さ
れ、再現性も一層向上する。しかし、被測定対象である
ウェーハは、エッジ部が面取りされた傾斜面になってい
る。この傾斜面にセンサの測定部が対向し、或いは測定
部の一部がエッジから外れると、静電容量から算出され
る測定値は実際のデータよりも小さくなる。そのため、
測定部がエッジにかからないようにウェーハの表面にセ
ンサの測定部を対向させる必要が生じる。すなわち、ウ
ェーハの周辺部のセンサの測定部面積に依存した不感帯
を残してウェーハの平坦度を測定し、不感帯を除く部分
がチップに切り出される。
【0005】チップとして利用されるウェーハの有効面
積を上げるためには、ウェーハ周辺部にある不感帯の幅
を可能な限り狭くすることが必要である。具体的には、
面取り部の幅が0.5mmのウェーハをサイズ4mm×
4mmの静電容量センサで測定する場合を想定すると、
エッジから2.5mmより内側にある周辺部分ではデー
タの信頼性が低下する。3mmに設定されている現在の
エッジ除外ではこの方式も採用可能であるが、有効面積
の増加のためにエッジ除外が小さくなる傾向には対応で
きない。他方、光学式のセンサは、微小領域の測定に適
しており、エッジ近傍まで測定できる。しかし、径1〜
2μm程度の測定スポットを対象としているため、ウェ
ーハの全面を測定することは実際上不可能であり、ウェ
ーハ表面の数点をサンプリング測定せざるを得ない。そ
のため、得られた測定結果の信頼性、再現性が低い。こ
のような問題は、半導体ウェーハに限らず、表面形状が
重要視される光ディスク,ハードディスク等においても
生じる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、大面積及び小面
積の二つのエリアを測定できる機能をセンサにもたせる
ことにより、ウェーハのエッジ部近傍まで正確且つ短時
間に平坦度を測定することを目的とする。本発明の平坦
度測定センサは、その目的を達成するため、小面積のエ
リアを測定対象にするサブセンサを大面積のエリアを測
定対象にする静電容量式のメインセンサに一体化したこ
とを特徴とする。サブセンサは、メインセンサ及びサブ
センサの中心線が同一軸上にあるようにメインセンサに
一体化される。或いは、メインセンサの中心にサブセン
サが組み込まれる。メインセンサには、再現性の高い測
定結果が得られる静電容量式センサが使用される。サブ
センサとしては、メインセンサよりもサイズの小さい静
電容量式センサ、或いはスポット的に表面域を測定する
光学式センサが使用される。
【0007】
【実施の形態】本発明に従ったセンサは、図2に示すよ
うに大面積のエリアを測定するメインセンサ10に小面
積エリアを測定するサブセンサ20を一体化している。
メインセンサ10としては、従来と同様な構造をもつ静
電容量センサが使用される。具体的には、シールドケー
ス11に絶縁体12を介して測定電極13を装着させ
る。測定電極13は、引出し線14を介して検出回路に
接続されている。なお、測定電極13の周囲は、外乱を
遮断するため、アース線15に接続されたガードリング
16で取り囲んでいる。サブセンサ20には、メインセ
ンサ10と同様な構造をもつ小面積の静電容量センサ、
或いは微小エリアの測定に適した光学式センサ30(図
3)が使用される。メインセンサ10及びサブセンサ2
0を一体化したセンサは、図1で説明した場合と同様に
回転中のウェーハ1に対して半径方向に移動し、相対的
にみて螺旋状の軌跡を描きながらウェーハ1の表面全域
を走査する。
【0008】サブセンサ20は、メインセンサ10と同
じ直線に沿って移動させるため、メインセンサ10及び
サブセンサ20の中心線が一致するようにメインセンサ
10と一体化することが好ましい。すなわち、ウェーハ
1の全面を測定するためには、ウェーハ1の中心を通る
半径上でセンサを移動させながらウェーハ1をスキャン
する必要がある。メインセンサ10とサブセンサ20と
の間にオフセットがあると、ずれた方のセンサ10又は
20でウェーハ1の中心が測定できなくなる。或いは、
図4に示すようにメインセンサ10の中心にサブセンサ
20を組み込んでも良い。ウェーハ1のエッジ部近傍は
サブセンサ20で測定され、中心部はメインセンサで測
定される。面取り加工されたウェーハ1のエッジ部は、
図5に拡大して示すようにエッジEからベベリング起点
Bまでが傾斜面となっており、面取り部の幅E−Bは通
常0.5mm程度に設定されている。静電容量センサで
エッジ部を測定しようとすると、面取り部の傾斜状態が
測定結果に影響を及ぼさないように、測定電極13がベ
ベリング起点Bにかからない点Aが測定限界点に設定さ
れ、幅E−Aが不感帯となる。
【0009】このような面取り部をもつウェーハ1のエ
ッジ部近傍をサイズ4mm×4mmのセンサで測定する
場合、センサの中心距離2mmにエッジ部の幅E−B:
0.5mmを加えた2.5mmの幅をもつ不感帯が生じ
る。これに対し、サイズ4mm×4mmのメインセンサ
10にサイズ2mm×2mmのサブセンサ20を一体化
したセンサを使用すると、サブセンサ20の中心距離1
mmに面取り部の幅E−B:0.5mmを加えた1.5
mmの幅が不感帯となる。すなわち、サブセンサ20で
エッジ部近傍を測定することにより、不感帯E−Aの幅
が2.5mmから1.5mmに狭くなり、その分だけチ
ップとして切出し可能なウェーハ1の領域が広くなる。
サブセンサとしてスポット径の小さな光学式センサ30
(図3)を使用すると、測定限界点Aを更にベベリング
規定Bに近づけることができ、ウェーハ1の利用可能域
が広くなる。しかも、メインセンサ10でウェーハ1の
中心部を測定するため、測定時間が長くなることも抑え
られる。
【0010】サブセンサ20は、ウェーハ1の中心部を
測定する場合にも使用できる。すなわち、サブセンサ2
0は小面積のエリアを測定対象としているので、ウェー
ハ1の表面粗さを測定することにも利用される。この場
合、メインセンサ10及びサブセンサ20で得られた両
測定値を演算器に取り込み演算処理すると、一回の測定
によって平坦度及び粗さのデータが得られる。また、サ
ブセンサ20をメインセンサ10の中心に組み込んだセ
ンサ(図4)では、測定雰囲気(温度,空気の流れ等)
の変動の影響を受けることなく、同一点を同時に測定で
き、信頼性の高い測定結果が得られる。更には、平坦度
が測定されるウェーハ1を垂直面内で回転可能に支持
し、左右両側からウェーハ1の主面及び裏面に対向させ
たセンサでウェーハ1の表面を走査するとき、重力によ
るウェーハ1の撓み変形等の影響が排除され、信頼性の
高い測定値が得られる。このようにして、ウェーハ1の
エッジ部近傍をサブセンサ20で測定し、中心部をメイ
ンセンサ10で測定するとき、広い表面領域にわたって
ウェーハ1の平坦度が測定され、しかも測定時間も短縮
される。
【0011】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の平坦度
測定センサは、サブセンサをメインセンサに一体化した
構造をもち、小面積のエリアを対象とするサブセンサで
エッジ部近傍を測定している。そのため、サブセンサの
サイズに合わせて不感帯の幅を狭くすることができ、チ
ップに切り出されるウェーハの歩留が向上することを始
めとし、ウェーハ,ディスク等の有効利用可能な領域が
広くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ウェーハの両面にセンサを対向させた平坦度
測定器
【図2】 サブセンサをメインセンサに一体化した平坦
度測定センサ
【図3】 サブセンサとしての光学式センサをメインセ
ンサに一体化した平坦度測定センサ
【図4】 サブセンサをメインセンサの中心に組み込ん
だ平坦度測定センサ
【図5】 サブセンサを付設した長所を説明するための
【符号の説明】
1:ウェーハ 10:メインセンサ 20:サブセンサ 30:光
学式センサ(サブセンサ) E:ウェーハのエッジ B:べべリング起点 A:
測定限界点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・シー・アベ アメリカ合衆国マサチユーセツツ州ウエス トウツド,ウイルソンウエイ80 エイデイ イー・コーポレーシヨン内 Fターム(参考) 2F063 AA43 AA45 BA26 BC06 BD16 CA10 CA11 DA01 DA04 DB07 DC08 DD03 DD08 HA01 JA04 2F065 AA22 AA47 AA50 BB03 BB16 CC03 CC19 DD03 DD06 EE01 FF44 FF67 GG04 JJ01 2F069 AA54 AA57 BB17 CC07 DD15 DD20 GG04 GG06 GG07 GG52 GG59 GG63 JJ17 JJ25

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 小面積のエリアを測定対象にするサブセ
    ンサを大面積のエリアを測定対象にする静電容量式のメ
    インセンサに一体化させている平坦度測定センサ。
  2. 【請求項2】 メインセンサ及びサブセンサの中心線が
    同一軸上にある請求項1記載の平坦度測定センサ。
  3. 【請求項3】 メインセンサの中心にサブセンサが組み
    込まれている請求項1記載の平坦度測定センサ。
  4. 【請求項4】 サブセンサとして光学式センサを使用す
    る請求項1〜3の何れかに記載の平坦度測定センサ。
JP10358116A 1998-12-16 1998-12-16 平坦度測定センサ Pending JP2000180157A (ja)

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US09/286,712 US6255664B1 (en) 1998-12-16 1999-04-05 Sensor for measuring degree of flatness
EP99106238A EP1010965A3 (en) 1998-12-16 1999-04-13 Sensor for measuring degree of flatness

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