JP2005203661A - Measuring method for sheet material, and measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造用ウエハや磁気ディスク用基板等の薄板材の測定方法および測定装置に関するものである。 The present invention relates to a measuring method and a measuring apparatus for a thin plate material such as a semiconductor manufacturing wafer and a magnetic disk substrate.
従来のウエハ等の薄板材の厚さムラ・反り測定装置(以下、平坦度測定装置という)においては、薄板材を水平または鉛直に保持して測定を行っていた。 In a conventional apparatus for measuring thickness unevenness / warpage of a thin plate material such as a wafer (hereinafter referred to as a flatness measuring device), the measurement is performed by holding the thin plate material horizontally or vertically.
図5は、従来の薄板材を鉛直に保持して測定を行う平坦度測定装置の概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a flatness measuring apparatus that performs measurement while holding a conventional thin plate material vertically.
図5において従来の平坦度測定装置は、架台1上に、ウエハ保持ステージ2とセンサー移動ステージ3とを備えている。
In FIG. 5, the conventional flatness measuring apparatus includes a
ウエハ保持ステージ2は、ダイレクトドライブモータ4と内周にウエハ5を保持する環状のスピンドル6とからなっており、スピンドル6はダイレクトドライブモータ4によってXY軸面内で回転駆動される。
The
センサー移動ステージ3は、モータ7とモータ7により回転するボールねじ8と光学式変位計であるウエハ平坦度測定センサー9とからなっており、モータ7を回転させることによりウエハ平坦度測定センサー9をX軸方向に移動させ、スピンドル6に取り付けられたウエハ5の表面の平坦度を測定していた。図5においては、片面側のみにウエハ平坦度測定センサー9を示しているが、ウエハ平坦度測定センサー9はウエハ5の両面側に備えている。
The
図6は、ウエハ5を保持するスピンドル6とスピンドル6にウエハ5を供給する移載部とを示す概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a
図6において、スピンドル6の移載アーム10と対向する面には、複数の保持爪11a、11bが内周縁に沿ってほぼ等間隔に取り付けられている。保持爪11a、11bの先端部は、スピンドル6の内周面から中心方向に突出し、先端面には直径300mm、厚さ0.775mmのウエハ5の厚さ方向の規正と中心位置の規正とを同時に行いながら外周縁を保持するため、例えばV字形状の溝が形成されている。ウエハ5は、図7で示すように、ウエハ5の外周近傍のダレ部13と保持爪11a、11bの溝表面とが接触することにより保持されている。2つの保持爪11aは固定になっており、1つの保持爪11bはスピンドル6の半径方向に可動するようになっている。
In FIG. 6, a plurality of holding claws 11 a and 11 b are attached to the surface of the
移載アーム10の先端は、複数の把持爪12を有する把持部により形成されており、ウエハ5の半径方向にスライド可能で、スプリング等の弾性部材により中心方向に向かって付勢されている。把持爪12の先端面は、保持爪11a、11bの先端面と同様に、例えばV字形状の溝が形成されており、ウエハ5の把持は保持爪11a、11bと同様にダレ部13と把持爪12の溝表面とが接触することにより把持されている。
The tip of the
上記構成の保持爪11a、11bと把持爪12を用いて、移載アーム10とスピンドル6との間でウエハ5の受け渡しを行っていた(例えば、特許文献1参照。)。
上記に示したような従来の方法では、ウエハの厚さ方向の規正と中心位置の規正を同一の保持爪によって行っており、保持爪の先端表面と接触するウエハのダレ部はウエハの外径精度に比べて形状精度が悪く、バラツキが大きいため、ダレ部でウエハを保持した場合、保持したウエハの中心位置にバラツキが発生し、測定データーの精度を悪化させてしまうという課題があった。 In the conventional method as described above, the wafer thickness direction adjustment and the center position adjustment are performed by the same holding claw, and the sagging portion of the wafer that contacts the tip surface of the holding claw is the outer diameter of the wafer. Since the shape accuracy is poor and the variation is large compared to the accuracy, when the wafer is held in the sag portion, there is a problem that the variation occurs at the center position of the held wafer and the accuracy of the measurement data is deteriorated.
また、保持爪の先端表面はウエハとの摩擦により変形してくる可能性があり、保持爪の先端表面のウエハと接する部分の形状が変形すると、保持したウエハの中心位置にバラツキが発生し、測定データーの精度を悪化させてしまうという課題があった。 In addition, there is a possibility that the tip surface of the holding claw may be deformed due to friction with the wafer, and if the shape of the portion of the holding claw tip surface that contacts the wafer is deformed, the center position of the held wafer will vary, There was a problem that the accuracy of the measurement data deteriorated.
上記課題を解決するために本発明は、薄板材を第一の保持爪に接触させて厚さ方向を規正した後、前記第一の保持爪に接触させた状態で前記薄板材を前記第一の保持爪がある方向へ移動させて第二の保持爪に接触させて前記薄板材の中心位置を規正し、前記第二の保持爪に接触させた状態で更に前記第二の保持爪と対向する位置にある第三の保持爪を前記薄板材に接触させて前記薄板材を保持し、前記保持された薄板材を回転させながら測定センサーを前記薄板材の径方向に移動させ、前記薄板材表面の変位を測定することにより、スピンドル内でのウエハの中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能であるため、高精度な測定を行うことが可能となる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method in which a thin plate material is brought into contact with a first holding claw and the thickness direction is regulated, and then the thin plate material is brought into contact with the first holding claw in the state where The holding claw is moved in a certain direction and brought into contact with the second holding claw to regulate the center position of the thin plate material, and is further opposed to the second holding claw in a state of being in contact with the second holding claw. A third holding claw in a position to contact the thin plate material to hold the thin plate material, and while rotating the held thin plate material, move the measurement sensor in the radial direction of the thin plate material, and By measuring the displacement of the surface, the variation in the center position of the wafer in the spindle can be reduced to half or less, so that highly accurate measurement can be performed.
本発明によれば、スピンドル内におけるウエハの厚み方向の姿勢規正は第一の保持爪で行い、ウエハの中心の位置規正は第二の保持爪で行うことにより、ウエハの中心の位置規正はより精度の高いウエハの外径部で行うことが可能であり、スピンドル内でのウエハの中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能であるため、高精度な測定を行うことが可能となる。 According to the present invention, the position adjustment in the thickness direction of the wafer in the spindle is performed by the first holding claw, and the position adjustment of the center of the wafer is performed by the second holding claw. It is possible to perform the measurement at the outer diameter portion of the wafer with high accuracy, and the variation in the center position of the wafer within the spindle can be reduced to half or less, so that highly accurate measurement can be performed.
さらに、ウエハの厚み方向の位置規正を行う保持爪とウエハの中心位置を規正する保持爪とを分けることにより、従来と比較して、経時的な磨耗による保持したウエハの中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能となり、保持爪の交換作業回数を従来の半分以下にすることが可能となる。 Furthermore, by separating the holding claw that adjusts the position of the wafer in the thickness direction and the holding claw that controls the center position of the wafer, the variation in the center position of the held wafer due to wear over time is halved compared to the conventional case. It becomes possible to make it below, and it becomes possible to make the frequency | count of replacement | exchange operation | work of a holding nail less than half of the past.
本発明の一実施の形態について、図1から図4を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の一実施の形態における平坦度測定装置は、図5に示す従来の平坦度測定装置と同様の装置を用いるが、スピンドル6の内周縁に設けられているウエハ5の保持部の構成が違っている。
The flatness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention uses the same apparatus as the conventional flatness measuring apparatus shown in FIG. 5, but the configuration of the holding portion of the
図1は、本発明の一実施の形態における保持部の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a holding unit according to an embodiment of the present invention.
図1において、スピンドル6の内周縁に沿ってスピンドル6の内周面から中心方向に突出した、保持爪11b、14a、14bが設けられており、保持爪11b、14bはスピンドル6の半径方向に可動するようになっている。保持爪11b、14bはそれぞれ回転軸15によりスピンドル6の内周方向に回転可能であり、弾性部材、例えばバネ16のようなものでスピンドル6の内周面から中心方向に向かって付勢されており、ストッパー17により所定の距離以上に中心方向に向かって突出しないように構成されている。
In FIG. 1, holding
図2は、保持爪14aの断面形状を示す図である。保持爪14aの先端形状は、図2(a)で示すように、ウエハ5の測定面と垂直な面を有しており、保持爪14aの先端面によりウエハ5を保持する。保持爪14aの先端形状は、ウエハ5の測定面と接触しないようにすることが可能であれば、図2(b)で示すような形状にしてもよい。
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of the holding claw 14a. As shown in FIG. 2A, the tip shape of the holding claw 14a has a surface perpendicular to the measurement surface of the
図3は、保持爪11b、14bの断面形状を示す図である。保持爪11b、14bの先端形状は、図3(a)で示すように、所定の角度をなしている接触面18a、18bで構成されたV字形状の溝を有しており、ウエハ5の外周近傍のダレ部13と保持爪11b、14bのV字形状の溝表面とが接触することにより保持する。保持爪11b、14bの先端形状は、図3(b)で示すような形状にしてもよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of the
次に、上記構成の保持爪を用いてウエハ5を保持する方法について、図4を用いて説明する。
Next, a method of holding the
図6に示す移載アーム10によってスピンドル6にウエハ5が供給される際には、図4に示すように、保持爪11bは図示していない外部のアクチュエーターによってスピンドル6の内周縁の外側に十分に開いた状態となっており、保持爪14bはスピンドル6の内周面から中心方向に向かってストッパー17の位置まで内側に閉じた状態となっている。
When the
この状態でウエハ5は、スピンドル6の中心位置OSから距離aだけ下がった位置OWにウエハ5の中心をあわせて供給される。この段階ではウエハ5は保持爪11b、14a、14bによっては保持されておらず、保持爪14aとウエハ5との鉛直方向の最短距離bは保持爪14bとウエハ5との鉛直方向の最短距離cより大きくなっており、距離cは距離aより小さくなっている。
次に、ウエハ5は移載アーム10によりスピンドル6の中心位置OSに向かって上昇し、保持爪14b先端面のV字形状の溝に接触する。ウエハ5は保持爪14b先端面のV字形状の溝に接触することにより、ウエハ5の厚み方向の姿勢が規正される。
Next, the
さらに、保持爪14bは可動式となっており、保持爪14bにより厚み方向の姿勢が規正された状態でウエハ5を上昇させ、ウエハ5は保持爪14a先端面に接触する。ウエハ5は保持爪14a先端面に接触することにより、ウエハ5の鉛直方向の位置が規正される。保持爪14aの位置は、ウエハ5が位置規正された際に、ウエハ5の中心がスピンドル6の中心位置OSになるように取り付けられている。
Further, the
次に、スピンドル6の内周縁の外側に開いていた保持爪11bをウエハ5に接触するまで内側に閉じる。
Next, the holding claws 11 b that have been opened outside the inner peripheral edge of the
以上の動作によりウエハ5の保持を行い、スピンドル6を回転させながら光学式変位計であるウエハ平坦度測定センサー9をX軸方向に移動させ、スピンドル6に取り付けられたウエハ5の表面の平坦度を測定する。
The
本発明の一実施の形態によれば、スピンドル6内におけるウエハ5の厚み方向の姿勢規正は保持爪11b、14bで行い、ウエハ5の中心の位置規正は保持爪11b、14aで行うことにより、ウエハ5の中心の位置規正はより精度の高いウエハ5の外径部で行うことが可能であり、スピンドル6内でのウエハ5の中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能であり、高精度な測定を行うことが可能となる。
According to one embodiment of the present invention, the posture adjustment in the thickness direction of the
さらに、ウエハ5の厚み方向の位置規正を行う保持爪14bとウエハの中心位置を規正する保持爪14aとを分けることにより、従来と比較して、経時的な磨耗による保持したウエハ5の中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能となり、保持爪の交換作業回数を半分以下にすることが可能となる。
Further, by separating the
なお、本発明の一実施の形態においては、ウエハ平坦度測定センサーは光学式変位計で説明したが、ウエハ表面の厚さや形状を測定可能なセンサーであればよく、例えば静電容量センサー等を用いてもよい。 In the embodiment of the present invention, the wafer flatness measurement sensor has been described as an optical displacement meter. However, any sensor capable of measuring the thickness and shape of the wafer surface may be used. For example, a capacitance sensor or the like may be used. It may be used.
本発明の薄板材の保持方法および測定装置は、半導体製造用ウエハや磁気ディスク用基板等の薄板材の保持等の用途にも適用できる。 The thin plate material holding method and measuring apparatus of the present invention can also be applied to applications such as holding thin plate materials such as semiconductor manufacturing wafers and magnetic disk substrates.
5 ウエハ
6 スピンドル
11b 保持爪
14a 保持爪
14b 保持爪
15 回転軸
16 バネ(弾性部材)
17 ストッパー
5
17 Stopper
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