JP2000283728A

JP2000283728A - 薄板材の厚み変動測定方法および装置

Info

Publication number: JP2000283728A
Application number: JP9260999A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kubo; 圭司久保; Keiichi Yoshizumi; 恵一吉住; Yukio Imada; 行雄今田; Hiroyuki Takeuchi; 博之竹内; Koji Handa; 宏治半田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP3817962B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハなどの薄板材の厚み変動を高精度で能
率的に測定できるようにする。【解決手段】薄板材ｗの表面に測定光Ｌ₁ を照射し、
薄板材ｗの表面で反射した測定光Ｌ₁ を受光して薄板材
ｗの表面の変位を測定する光学式変位計２０を、薄板材
ｗの両面側方にそれぞれ配置しておき、それぞれの変位
計２０で測定された薄板材ｗの表面の変位から薄板材ｗ
の厚み変動を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄板材の厚み変動
測定方法および装置に関し、詳しくは半導体製造用のウ
エハなど、面方向における厚みの変動が少ないことが要
求される薄板材の厚み変動を測定する方法と、その方法
に用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用のウエハは、シリコンなど
の薄板材からなる。ウエハ表面に半導体素子や回路を作
製するには、写真製版技術や印刷技術、各種の微細加工
技術などが適用される。このようなウエハに対する加工
処理の際には、ウエハ表面の平坦度を高めることが重要
である。ウエハ表面の平坦度が劣ると、写真製版の際
に、素子や回路のパターンがウエハ表面に不鮮明に作成
されたり、ウエハ表面にパターン状に印刷される材料の
輪郭が不明確になったりする。特に、半導体素子や回路
の高密度化あるいは大型化が進むほど、上記問題は重要
になる。

【０００３】半導体製造工程では、ウエハの全面を平坦
な支持面に真空吸着などの手段で全面で保持して各種加
工を行うことが多い。このとき、ウエハの厚みに場所に
よるバラツキがあると、ウエハの裏面を平坦な支持面に
密着させて支持したときに、厚みのバラツキがそのまま
ウエハ表面の平坦度のバラツキとして表れる。そこで、
ウエハの厚みにバラツキすなわち場所による変動を生じ
させないことが要求される。ウエハの製造工程などで、
製造されたウエハの厚み変動が大きいか否かを評価する
には、ウエハの厚み変動を正確かつ能率的に測定するこ
とが必要になる。

【０００４】従来におけるウエハの厚み変動測定装置と
して、特開平１０−７０１６２号公報に示された技術が
ある。この技術では、円盤状のウエハを垂直に立てた状
態で回転させながら、ウエハの両面側方に配置された容
量変位センサで、センサに対するウエハ表面の変位を測
定し、左右のセンサで測定されたウエハ表面の変位から
ウエハの厚み変動の大きさを算出する。ウエハを回転さ
せながら、容量変位センサをウエハの半径方向に走査す
ることで、ウエハの全面に対する厚み変動の測定が可能
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のウエハ
厚み変動測定装置では、厚み変動の測定精度に限界があ
り、高精度あるいは高密度な半導体素子や回路の製造に
必要とされる高精度の厚み変動測定には十分に対応でき
ない。前記測定装置に用いられている容量変位センサ
は、センサとウエハ表面との間の静電容量を電気的に計
測して、センサに対するウエハの変位を測定する。その
ため、ウエハの材質や電気的特性が変わったり、同じウ
エハの場所によって電気的特性にバラツキがあると、容
量変位センサで測定されるウエハの厚み変動の精度を低
下させてしまう。ウエハの外周縁近くでは、正確な容量
が測定できず、厚み変動を評価できないため、ウエハの
外周縁部分、例えば外周から３mm程度の幅については半
導体製造に利用できないとされており、ウエハ材料が無
駄になっている。容量変位センサは、ウエハの導電特性
によっては測定が技術的に困難な場合がある。また、セ
ンサとウエハとの間の空間の環境条件によっても測定に
大きな影響が生じる。

【０００６】近年、半導体素子や回路の高密度化に合わ
せて、ウエハの厚み変動の測定を、０．０１μｍ以下の
精度で行うことが要求されているが、このような高精度
の厚み変動測定を容量変位センサで実現するのは原理的
に不可能に近い。従来の容量変位センサでは、０．０５
μｍ程度の精度が限界であるとされている。半導体装置
製造用のウエハ以外にも、磁気ディスク用の基板など、
厚み変動の精度として極めて高い精度が要求される技術
分野がある。

【０００７】本発明の課題は、ウエハなどの薄板材の厚
み変動を高精度で能率的に測定できるようにすることで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる薄板材の
厚み変動測定方法は、薄板材の表面に測定光を照射し、
薄板材の表面で反射した測定光を受光して薄板材の表面
の変位を測定する光学式変位計を、薄板材の両面側方に
それぞれ配置しておき、それぞれの変位計で測定された
薄板材の表面の変位から薄板材の厚み変動を求める。
〔薄板材〕厚み変動を高精度で測定することが要求され
る薄板材であれば、各種の材料および形状寸法からなる
ものに適用できる。導電材料でも絶縁材料でも構わな
い。場所によって材質あるいは電気的特性が異なる材料
でも良い。複数材料の積層体であっても良い。

【０００９】具体的には、シリコンなどの半導体ウエ
ハ、磁気ディスクの材料となる金属板、セラミック板、
樹脂板などが挙げられる。薄板材の形状は、前記ウエハ
などは円板状あるいは円盤状をなすものが多いが、円形
以外の形状であっても良い。薄板材の表面が、鏡面など
の光の反射性に優れた特性を有するものが好ましい。触
針反射器を用いる場合には、薄板材の表面は反射性のな
いものであっても構わない。〔厚み変動測定装置〕一対の光学式変位計を対向して備
え、光学式変位計の中間に薄板材を配置できる構造を備
えている。

【００１０】基本的には前記特開平１０−７０１６２号
公報に開示された装置構造が採用できる。薄板材を回転
自在に支持できれば、光学式変位計に対して薄板材を回
転させながら円周方向に場所を変えて測定を行うことが
できる。光学式変位計が、薄板材の回転半径方向に移動
自在であれば、薄板材の半径方向に場所を変えて測定を
行うことができる。薄板材の回転と光学式変位計の半径
方向移動を組み合わせれば、薄板材の全面に対して測定
を行うことができる。光学式変位計の本体は移動させ
ず、薄板材への測定光の照射位置および反射した光の受
光位置を変更する光学系を備えておいても同様の機能が
達成される。このような走査測定は、生産現場における
品質管理などを能率的に行うのに適している。

【００１１】一対の光学式変位計で測定されたそれぞれ
の変位計に対する薄板材の両面の変位を合計演算すれ
ば、薄板材の厚みの変動が求められる。このような演算
を行って薄板材の厚み変動を求める厚み変動算出手段と
しては、電子回路で構成することができる。マイクロコ
ンピュータ等の演算処理装置を用いて、演算処理手順を
プログラミングしておくことができる。〔光学式変位計〕被対象物に測定光を照射して、被対象
物の表面で反射した測定光を受光することで、被対象物
までの距離あるいは距離の変化を測定し、被対象物の表
面の変位を測定する機能を有する計測器あるいは計測装
置が使用される。

【００１２】具体的には、三角測量の原理を利用するも
のやレーザ光の干渉作用を利用するもの、ホログラフィ
技術を利用するものなどが知られている。測定光とし
て、単一波長の光を用いる方法と、複数波長の光を用い
る方法がある。光学式の三次元形状測定装置や形状認識
センサの技術が利用できる。光学式変位計として、以下
に説明する装置が使用できる。

【００１３】基準となる参照光と前記測定光とを含む出
力光を生成する光出力部と、前記出力光を、前記測定光
と参照光とに分岐するとともに、分岐された測定光を光
学レンズを介さずに薄板材の表面に照射し、薄板材の表
面で反射した測定光と前記参照光とを再び混合する光分
岐混合部と、前記光分岐混合部で混合された測定光と参
照光との混合光を受光し、演算処理して、変位計に対す
る薄板材の表面の変位を算出する受光演算部とを備えて
いる。

【００１４】上記装置では、変位計から薄板材の表面ま
での距離の違いによって測定光の行程は変化するのに対
し、参照光の行程は一定である。そこで、測定光と参照
光の行程差を測定することで、薄板材の表面の変位が求
められる。光出力部から出力される測定光と参照光の波
長を違えておくことで、同じ受光演算部に受光される測
定光と参照光との行程差を容易に検出することができ
る。

【００１５】光出力部では、レーザ発振器などを用いて
正確に波長が制御された参照光および測定光が生成され
る。光分岐混合部は、偏向ビームスプリッタやλ／４波
長板、ミラーなどの光学系で構成される。受光演算部
は、光電変換素子や電気信号の処理回路、演算回路など
で構成される。上記のような装置の具体的構造として、
本発明者らが先に発明し特許出願している特開平３−２
５５９０７号公報に開示された三次元形状測定装置の技
術が適用できる。

【００１６】前記光生成部と前記光分岐混合部との間
に、前記出力光を収束させて光分岐混合部に供給する収
束レンズを備えておくことができる。収束レンズは、薄
板材に照射される測定光を絞り込んで、薄板材の狭い範
囲のみに測定光を照射し、測定精度を高める機能があ
る。この収束レンズを、光分岐混合部と薄板材との間で
はなく、光生成部と光分岐混合部の間に配置すること
で、光分岐混合部から薄板材までの行程を短くして、変
位計と薄板材との間に介在する空気揺らぎの影響を低減
することができる。

【００１７】光分岐混合部と受光演算部との間に、混合
光を収束させて受光演算部に供給する収束光学系を備え
ておくことができる。収束光学系は、レンズやミラーな
どの光学部材で構成される。収束光学系は、受光演算部
の受光面に正確に混合光を受光させることで測定精度を
向上させる。通常、薄板材の表面には傾きがあるため、
薄板材の表面で反射した測定光は、受光演算部までの光
学経路に対して傾きあるいはズレを生じる。この傾きや
ズレで、受光演算部の受光面に正確に測定光が受光され
なくなる。収束光学系を備えていれば、測定光に傾きや
ズレがあっても受光面に確実に収束させることができ
る。〔触針反射器〕光学式変位計で薄板材の表面変位を測定
する場合、薄板材の表面の反射性が悪いと、測定光の反
射光が十分に得られず測定が困難になったり測定結果が
不正確になり易い。薄板材の表面に場所によって反射性
にバラツキがある場合には、測定結果にもバラツキが生
じ易くなる。

【００１８】触針反射器を備えておくことで、薄板材の
表面の反射性を原因とする上記問題が解消される。触針
反射器は、薄板材の表面に当接し、薄板材の表面の変位
に追随して移動し、前記測定光を反射する反射面を有す
る。触針反射器の一般的な構造は、微小な先端を有し、
ダイアモンドなどの硬質材料からなる接触子と、接触子
の背面に配置され、反射率の高い鏡面に仕上げられた反
射面とを有している。

【００１９】触針反射器を、薄板材の表面に追従させて
接離方向に移動可能にするには、バネ板などで構成され
弾力的に変形可能な支持腕に、針部および反射面を片持
式に支持して、バネ板の弾力的な変形により針部および
反射面を移動可能にしておくことができる。支持腕とし
て、薄板材の表面と平行に間隔をあけて配置された一対
の平行な板片からなる平行板状支持腕が使用できる。こ
のような、一対の平行な板片で構成される平行四辺形の
機構は、いわゆる平行リンク機構と呼ばれる構造であ
る。薄板材の表面の変位によって、接触子を支持する平
行板状支持腕を変形させると、一対の板片が平行を保っ
た平行四辺形を維持したままで変形する。平行板状支持
腕の先端に支持された接触子および反射面が、同じ姿勢
を保ったままで平行移動を行う。接触子および反射面の
姿勢が変わらなければ、測定光を正確に同じ方向に反射
させて、前記受光部で受光される測定光の傾きやズレを
低減することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】〔装置の全体構造〕図１の実施形
態は、半導体ウエハ用の厚み変動測定装置の全体構造を
示している。ウエハｗは、垂直に立てられた状態で円環
状の中空スピンドル１０に保持されており、中空スピン
ドル１０の回転駆動によってウエハｗは垂直面内で回転
する。ウエハｗの両面側方にそれぞれ光学式変位計２０
が配置されている。図では、表側のみが示されている
が、裏側にも表側と対称位置に光学式変位計２０が配置
されている。一対の光学式変位計２０は全体が、ウエハ
ｗの面と平行な方向に移動自在に取り付けられており、
光学式変位計２０による変位の測定位置は、ウエハｗの
半径上を左右に移動する。具体的には、光学変位計２０
の取付台２２を、ボールネジ２４の回転駆動によって直
線的に移動させる。〔光学式変位計〕図２に示すように、ウエハｗの両側の
光学式変位計２０、２０は、それぞれ測定光学系３０、
３０と受光部５０、５０とを有するとともに、一つのレ
ーザ出力装置４０から出力された光で動作する。

【００２１】レーザ出力装置４０は、周波数安定化Ｈｅ
−Ｎｅレーザが用いられ、参照光Ｌ₀と測定光Ｌ₁ とが
混合された出力光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ を出力する。レーザ出力装
置４０から出力された出力光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ は、複数のミラ
ー４２およびアイソレータ４４を経て、ビームスプリッ
タ４６で２方向に分割される。分割された出力光Ｌ₀ ＋
Ｌ₁ は、さらに複数のミラー４２を経て、ウエハｗの両
側の測定光学系３０、３０へと供給される。

【００２２】測定光学系３０では、図３に詳しく示すよ
うに、出力光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ が、収束レンズ３２で絞り込ま
れたあと、分岐混合部となる偏光ビームスプリッタ３４
に供給される。収束レンズ３２は、出力光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ を
絞り込むことで、測定光Ｌ₁ をウエハｗの表面位置に正
確に収束させて照射する。但し、この実施形態では、ウ
エハｗの表面に直接に収束させるではなく、触針反射器
６０の反射面に収束させている。偏光ビームスプリッタ
３４では、測定光Ｌ₁ はそのまま真っ直ぐに進み、参照
光Ｌ₀ は直角方向に反射して、両者が分岐される。この
ような分岐は、レーザ出力装置４０で出力される測定光
Ｌ₁ と参照光Ｌ₀ との偏光方向の違いによって生じる。

【００２３】測定光Ｌ₁ はλ／４波長板３７を通過した
あと、ウエハｗの表面に向かう。ウエハｗの表面には触
針反射器６０が当接しており、測定光Ｌ₁ は触針反射器
６０で反射されて、再び偏光ビームスプリッタ３４へと
戻される。偏光ビームスプリッタ３４を出た参照光Ｌ₀
は、λ／４波長板３６を通過したあと、参照ミラー３８
で反射して再び偏光ビームスプリッタ３４に戻る。偏光
ビームスプリッタ３４から参照ミラー３８までの距離
は、偏光ビームスプリッタ３４から触針反射器６０まで
の距離と同じに設定されている。

【００２４】参照光Ｌ₀ は偏光ビームスプリッタ３４を
直進する。測定光Ｌ₁ は偏光ビームスプリッタ３４で直
角方向に反射されて参照光Ｌ₀ と同じ方向に進むことに
なる。その結果、偏光ビームスプリッタ３４からは、参
照光Ｌ₀ と測定光Ｌ₁ との混合光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ が出力され
る。但し、それまでの光の行程が、測定光Ｌ₁ では触針
反射器６０までの距離によって変わり、参照光Ｌ₀ では
変わらないので、両方の光の行程差あるいは位相差が生
じている。

【００２５】偏光ビームスプリッタ３４から出力される
混合光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ は、複数のミラー５２、コリメートレ
ンズ５４、フォーカスレンズ５６を経て、受光部５０に
入力される。コリメートレンズ５４は、混合光Ｌ₀ ＋Ｌ
₁ を平行光にし、フォーカスレンズ５６は、混合光Ｌ₀
＋Ｌ₁ を受光部５０の受光面に収束させて、測定光Ｌ₁
がウエハｗの表面で反射することで生じる傾きやズレを
修正し、受光部５０の受光面に確実に入力させる。受光
部５０では、光信号を電気信号に変換したり、参照光Ｌ
₀ と測定光Ｌ₁ の波長や位相を電気的に分析し、そのデ
ータを演算処理することで、ウエハｗの表面位置あるい
はその変化を数値情報として得る。参照光Ｌ₀ と測定光
Ｌ₁ とを干渉させることで、前記した行程あるいは位相
の違いを拡大あるいは明確化させて干渉縞として現出さ
せれば、光電変換素子においてウエハｗの変位情報を電
気的信号として取り出し易くなる。

【００２６】ウエハｗの表面に沿って場所を変えて、上
記のような測定を行うことで、ウエハｗの場所による表
面位置の変動すなわち変位が求められる。ウエハｗの両
面に配置された光学式変位計２０、２０で、ウエハｗの
表面変位をそれぞれ測定する。ウエハｗの両面の表面変
位を合計したものが、ウエハｗの厚み変動を表す。な
お、厚み変動の測定では、ウエハｗの厚みそのものを測
定する必要はなく、面方向における厚みの違いやバラツ
キを厚み変動として測定すればよいが、左右の光学式変
位計２０、２０の間隔が判っていれば、両方の変位計２
０、２０に対するウエハｗの位置情報からウエハｗの厚
みを知ることができる。〔測定動作〕図４は、光学式変位計２０によるウエハｗ
の全面に対する表面変位の測定を行う方法を説明する。

【００２７】ウエハｗは前記したように垂直面内で１方
向に回転させる。これに対し、光学式変位計２０を、ウ
エハｗの外周Ａから中心Ｂに向かって半径方向に移動さ
せながら、表面変位の測定を行う。そうすると、ウエハ
ｗに対して、光学式変位計２０の位置は軌跡Ｓで示す渦
巻き線に沿って移動することになる。この軌跡Ｓ上で、
適宜の間隔をあけて、光学式変位計２０によるウエハｗ
の表面変位の測定を行えば、ウエハｗの全面に対する表
面変位の測定が能率的に行える。光学式変位計２０の移
動は、水平方向に直線的に半径Ａ−Ｂの距離だけ行えば
よいので、光学式変位計２０の作動機構が簡単になる。〔加減速過程〕なお、ウエハｗに対する表面変位の測定
は、ウエハｗの回転を開始して、回転速度が一定になっ
てから行ってもよいが、以下に説明する方法がより能率
的である。

【００２８】図５に示す動作線図は、１回の測定タクト
における、ウエハｗの回転速度（角速度ω）の変化(a)
と、光学式変位計２０の直線移動速度Ｖｘの変化(b) を
示している。中空スピンドル１０に保持されたウエハｗ
をモータなどで回転させるときには、ウエハｗおよび中
空スピンドル１０の回転部材などが有する慣性モーメン
トがあるため、回転開始時に直ちに所定の回転速度にす
ることはできず、回転速度ω＝０の状態から徐々に回転
速度ωが増加して、一定時間後に所定の速度に達する。
測定終了時に回転を止めたときも、回転速度ωは徐々に
低下して、一定時間経過後に０に戻って停止する。

【００２９】同様に、光学式変位計２０の直線移動につ
いても、移動の開始時には速度Ｖｘ＝０の状態から徐々
に速度が増える。移動の終了時は速度Ｖｘが徐々に低下
して０に戻る。したがって、ウエハｗの回転速度ωが一
定速度の間だけ測定を行うようにしていると、測定開始
前の加速時間および測定終了後の減速時間が、本来の測
定時間のほかに必要となり、測定タクトが長くなってし
まう。

【００３０】ウエハｗの回転速度ωが一定速度になって
から測定を行おうとすると、ウエハｗの回転速度ωが停
止状態から一定の速度に達するまでの加速時間は、測定
ができない時間になるから、当然、その分だけ測定タク
ト時間が延びるのである。そこで、図５に示す方法で
は、ウエハｗの回転開始と同時に光学式変位計２０の直
線移動を開始し、さらに光学式変位計２０による変位測
定（データ取り込み）も開始する。ウエハｗの回転速度
および光学式変位計２０の速度は徐々に増加する。光学
式変位計２０は、ウエハｗの外周位置Ａから移動を開始
する。

【００３１】ウエハｗの回転速度と光学式変位計２０の
直線移動速度あるいは移動位置を、ロータリエンコーダ
や位置センサなどのセンサで検出し、マイクロコンピュ
ータなどの演算手段で演算処理し、その結果にもとづい
てウエハｗおよび光学式変位計２０の駆動モータなどを
制御して、ウエハｗと光学式変位計２０との運動を同期
させれば、前記図４に示す渦巻き状の軌跡Ｓに沿って、
ウエハｗと光学変位計２０とを相対的に移動させること
ができる。軌跡Ｓの上に設定された所定位置毎に、光学
式変位計２０による変位測定を行う。

【００３２】図５(b) に示すように、光学式変位計２０
が、外周Ａから半径Ａ−Ｂの半ば近くになるまでは移動
速度Ｖｘを加速し、一定の速度（例えば、Ｖｘ＝８mm/s
ec）に達すると、直ちに減速して、中心位置Ｂで停止さ
せる。一定速度で維持する段階は必要ない。図５(a) に
示すように、ウエハｗの回転速度ωは、回転開始から、
光学式変位計２０の移動速度Ｖｘのピーク時点までは加
速し、最大速度（例えば、ω＝２４０rpm ）に達した
後、前記ピーク時点からは減速して、光学式変位計２０
の停止と同時に回転を停止させる。

【００３３】上記のような動作を行わせることで、一定
速度に達してから測定を開始し、測定を終了してから減
速停止を行う方法に比べて、測定タクトを大幅に削減す
ることができる。〔触針反射器〕前記実施形態では、図３に示されている
ように、測定光Ｌ₁ をウエハｗの表面で直接に反射させ
るのではなく、触針反射器６０で反射させることで、間
接的にウエハｗ表面の変位を測定している。

【００３４】図６〜８に示すように、触針反射器６０
は、光学式変位計２０のウエハｗ側の先端に取り付けら
れている基部６１と、接触子６２と反射面６４とを有す
る応動部６３とが、平行板状支持腕６５により連結され
ている。〔触針反射器〕図３〜５に示すように、触針反射器６０
は、光学式変位計２０のウエハｗ側の先端に取り付けら
れている基部６１と、接触子６２と反射面６４とを有す
る応動部６３とが、平行板状支持腕６５により連結され
ている。

【００３５】接触子６２は、ダイアモンドで作製され、
先端が１０μｍ程度の小さなものであり、先端をウエハ
ｗの表面に当接して、実質的に点接触で当接する。反射
面６４はガラスや金属の鏡面で構成され、測定光Ｌ₁ を
効率良く反射する。測定光Ｌ₁の照射方向に対して反射
面６４は正対し、その測定光Ｌ₁ の照射方向を延長した
先に接触子６２の先端が配置されている。

【００３６】平行板状支持腕６５は、図７に示すよう
に、バネ板などの弾力的に変形容易な材料からなる２枚
の板片６６、６６が上下に間隔をあけて平行に配置され
ている。基部６１と応動部６３とで固定された２枚の平
行な板片６６、６６は、平行四辺形のリンク機構、いわ
ゆる平行リンク機構を構成している。板片６６、６６
は、例えば、厚さが１０μｍ程度、長さが１０mm程度の
板バネ材で作製される。

【００３７】図８に示すように、板片６６、６６の平面
外形は、基部６１側が広く、応動部６３側が狭い台形状
をなし、この台形状の外形の中央に一回り小さな台形状
の切り抜き部６７が貫通している。残った部分の板片６
６、６６は、左右に間隔をあけて配置された細い帯部６
８、６８が、基部６１側では広く応動部６３側では狭く
なった「ハ」字形に配置された構造になっている。

【００３８】このような構造の触針反射器６０におい
て、光学式変位計２０に対して、ウエハｗの表面が上方
側に変位すると、接触子６２はウエハｗの表面に押され
て上方に移動し、平行板状支持腕６５を上方に押し上げ
る。前記した平行リンク機構を構成する上下の板片６
６、６６は、板片６６と板片６６とが平行状態を保った
ままで別個に上方側に反るように変形するので、応動部
６３は基部６１に対して実質的に平行状態を保ったまま
で上下動する。応動部６３に備えた反射面６４も平行移
動をするので、測定光Ｌ₁ に対して正対した状態のまま
で上下移動が行われる。その結果、ウエハｗの表面の変
位に関わらず、常に測定光Ｌ₁ の入射方向と同じ方向に
反射光を戻すことができる。

【００３９】ウエハｗの表面変位は上下両方向に生じる
可能性がある。触針反射器６０を予めウエハｗの表面に
軽く押し付けて、平行板状支持腕６５を弾力的に変形さ
せた状態で測定を行えば、上下両方向の表面変位に対し
て、接触子６２をウエハｗに確実に当接させることがで
きる。具体的には、平行板状支持腕６５が１００μｍ程
度の弾力変形をした状態で配置しておくことができる。

【００４０】前記したように、測定光Ｌ₁ の反射光の方
向が傾いたりズレたりすると、受光部５０の受光面で正
確に受光することが困難になるが、前記した平行リンク
機構を構成する平行板状支持腕６５を用いる触針反射器
６０であれば、反射光の傾きやズレを生じ難くすること
ができる。また、前記した左右の帯部６８、６８で構成
される平面「ハ」字形構造を有する平行板状支持腕６６
を備えていれば、応動部６８が「ハ」字形の左右方向に
傾くこと、あるいは、平行板状支持腕６５に捩じれが生
じることを有効に阻止でき、測定光Ｌ₁ の反射方向をよ
り適正に維持することができる。

【００４１】なお、上記反射光の傾きやズレを防止する
機能は、前記したフォーカスレンズ５６と共通する機能
である。したがって、触針反射器６０を備えていれば、
フォーカスレンズ５６は無くても目的の機能は達成され
る。但し、触針反射器６０に加えてフォーカスレンズ５
６も備えておけば、より高い機能を発揮させることがで
きる。

【００４２】また、触針反射器６０を使用することで、
反射面６４による高い効率での反射機能が発揮できる。
ウエハｗの表面が反射率の低い材料であったり、場所に
よって反射率が違うような構造でも、反射率が高く、し
かも常に一定である反射面６４で測定光Ｌ₁ を反射させ
れば、常に正確で安定した変位測定が可能になる。

【００４３】

【発明の効果】本発明にかかる薄板材の厚み変動測定方
法では、一対の光学式変位計で薄板材の両面における表
面の変位を測定して、その結果にもとづいて薄板材の厚
み変動を測定することにより、従来知られていた容量変
位センサを用いる方法などに比べて、正確で高精度な測
定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を表す測定装置全体の斜視図

【図２】測定機構の全体構造図

【図３】要部の詳細構造図

【図４】ウエハに対する測定動作を説明する模式図

【図５】ウエハおよび光学式変位計の経時的動作を示す
線図

【図６】触針反射器の斜視図

【図７】同上の側面図

【図８】同上の底面図

【符号の説明】

１０中空スピンドル２０光学式変位計３０測定光学系３２集束レンズ３４偏光ビームスプリッタ３８参照ミラー４０レーザ出力装置５０受光部５６フォーカスレンズ６０触針反射器Ｌ₀ 参照光Ｌ₁ 測定光ｗウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今田行雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者竹内博之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者半田宏治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F064 AA02 BB00 CC10 EE01 FF02 GG00 GG12 GG23 GG32 GG34 GG38 HH01 HH06 JJ01 2F065 AA06 AA30 BB03 BB16 CC03 CC19 DD06 FF13 FF49 FF52 FF66 FF67 GG05 HH04 HH13 JJ01 JJ05 JJ09 LL00 LL04 LL11 LL12 LL33 LL34 LL36 LL37 LL46 MM04 MM07 NN20 PP02 PP13 PP22 4M106 AA01 BA04 CA48 DH03 DH11 DH32 DH37 DH39 DJ06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄板材の表面に測定光を照射し、薄板材
の表面で反射した測定光を受光して薄板材の表面の変位
を測定する光学式変位計を、薄板材の両面側方にそれぞ
れ配置しておき、それぞれの変位計で測定された薄板材
の表面の変位から薄板材の厚み変動を求める薄板材の厚
み変動測定方法。
【請求項２】薄板材を回転自在に支持する薄板材支持
手段と、前記薄板材の両面側方にそれぞれ配置され、薄
板材の表面に測定光を照射し、薄板材の表面で反射した
測定光を受光して薄板材の表面の変位を測定する光学式
変位計と、前記それぞれの変位計で測定された薄板材の
表面の変位から薄板材の厚み変動を求める厚み変動算出
手段と、前記変位計の測定位置を薄板材の回転半径方向
に走査する測定走査手段とを備える薄板材の厚み変動測
定装置。
【請求項３】前記光学式変位計が、基準となる参照光
と前記測定光とを含む出力光を生成する光出力部と、前
記出力光を、前記測定光と参照光とに分岐するととも
に、分岐された測定光を光学レンズを介さずに薄板材の
表面に照射し、薄板材の表面で反射した測定光と前記参
照光とを再び混合する光分岐混合部と、前記光分岐混合
部で混合された測定光と参照光との混合光を受光し、演
算処理して、変位計に対する薄板材の表面の変位を算出
する受光演算部と、前記光生成部と前記光分岐混合部と
の間に配置され、前記出力光を収束させて光分岐混合部
に供給する収束レンズとを備える請求項２に記載の薄板
材の厚み変動測定装置。
【請求項４】前記光学式変位計が、基準となる参照光
と前記測定光とを含む出力光を生成する光出力部と、前
記出力光を、前記測定光と参照光とに分岐するととも
に、分岐された測定光を薄板材の表面に照射し、薄板材
の表面で反射した測定光と前記参照光とを再び混合する
光分岐混合部と、前記光分岐混合部で混合された測定光
と参照光との混合光を受光し、演算処理して、変位計に
対する薄板材の表面の変位を算出する受光演算部と、前
記光分岐混合部と前記受光演算部との間に配置され、前
記混合光を収束させて受光演算部に供給する収束光学系
とを備える請求項２または３に記載の薄板材の厚み変動
測定装置。
【請求項５】前記光学式変位計に配置され、前記薄板
材の表面に当接し、薄板材の表面の変位に追随して移動
し、前記測定光を反射する反射面を有する触針反射器を
備える請求項２〜４の何れかに記載の薄板材の厚み変動
測定装置。