JP2006284273A

JP2006284273A - ウェーハ厚さ測定装置

Info

Publication number: JP2006284273A
Application number: JP2005102314A
Authority: JP
Inventors: Shingo Koiwa; 真悟小岩
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】高抵抗率のウェーハをプレートに張付けた状態で高精度に測定できるウェーハ厚さ測定装置を提供する。
【解決手段】本ウェーハ厚さ測定装置は、平板状のセンサー較正用マスターワーク及びウェーハ貼付け用プレートが載置されるインデックステーブルと、センサーヘッドを備えた厚み測定センサー及び基準ピンが設けられたセンサー部と、センサーヘッドの先端をマスターワークあるいはウェーハに当接させ、基準ピンの先端を前記マスターワークあるいはプレートに当接させるセンサー当接機構を有し、センサーヘッド及び基準ピンの先端をマスターワークに当てて厚み測定センサーの較正を行い、厚み測定センサーの先端をウェーハに当接させ、基準ピンの先端をプレートに当接させて、両先端の後退量により、ウェーハの厚さを測定する。
【選択図】図４

Description

本発明はウェーハ厚さ測定装置に係り、特にポリッシング装置などでのウェーハ削り量を測定するのに適するウェーハ厚さ測定装置に関する。

ウェーハには高平坦度が要求されているため、ウェーハ製造時の研磨あるいは研削工程において、ウェーハの厚み測定が行われている。

その測定方法として、プレートとウェーハの段差を測定し、ウェーハ厚さを算出する方法、ウェーハを挟み込むように静電容量センサを２個設置し、これらセンサーからウェーハ表面までの距離を測定することで、ウェーハ厚さを算出、あるいは、レーザ光の干渉により、ウェーハ厚さを測定する方法がある（特許文献１参照）。

しかしながら、プレートとウェーハの段差を利用する方法は、人手作業のため、要求される測定精度を達成するのが難しい。また、静電容量センサーを用いた測定方法では、ウェーハとセンサー間に非導電体であるプレートが存在するため、ウェーハとセンサー間に電界が発生せず、測定することができず、ウェーハをプレートに張付けた状態での測定が不可能である。さらに、特許文献１の方法は、高抵抗率のウェーハでは、ウェーハ内でレーザ光が減衰してしまうため、厚さを測定することが不可能である。
特開２００２−１７６０８７号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ウェーハをプレートに張付けた状態で高精度に測定できるウェーハ厚さ測定装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るウェーハ厚さ測定装置は、装置基台と、この装置基台に回転可能に設けられ、平板状のセンサー較正用マスターワーク及びウェーハ貼付け用プレートが載置されるインデックステーブルと、このインデックステーブルの上方に配設され、センサーヘッドを備えた厚み測定センサー及び基準ピンが設けられたセンサー部と、このセンサー部に前記マスターワーク及び前記プレートが対向するようにインデックステーブルを回転させる回転機構と、前記センサーヘッドの先端を前記マスターワークあるいは前記ウェーハに当接させ、基準ピンの先端を前記マスターワークあるいは前記プレートに当接させるセンサー当接機構を有し、前記センサーヘッドの先端及び基準ピンの先端を前記マスターワークに当てて前記厚み測定センサーの較正を行い、前記厚み測定センサーの先端を前記ウェーハに当接させるとともに、前記基準ピンの先端を前記プレートに当接させて、前記基準ピンの先端に対する前記厚み測定センサーの先端の後退量により、ウェーハの厚さを測定することを特徴とする。

好適には、前記センサー当接機構は、前記マスターワーク及び前記プレートを昇降させる昇降機構である。

また、好適には、前記プレートを回転させる回転させるプレート回転機構を有する。

また、前記厚み測定センサーは、ウェーハの中心部及び周辺部に対応する位置に２個以上設けられる。

好適には、前記厚み測定センサーは、ウェーハの中心部に位置するセンサーと周辺部に位置するセンサーの離間距離の変更が可能である。

また、好適には、前記センサー部は、厚み測定センサーへの衝撃を吸収するセンサー逃げ機構に取付けられる。

本発明に係るウェーハ厚さ測定装置によれば、ウェーハをプレートに張付けた状態で、高精度に測定できるウェーハ厚さ測定装置を提供することができる。

以下、本発明に係るウェーハ厚さ測定装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るウェーハ厚さ測定装置の側面図、図２はその平面図、図３はその正面図である。

図１乃至図３に示すように、本発明の一実施形態に係るウェーハ厚さ測定装置１は、装置基台２を備え、この装置基台２の上面のほぼ中央部にはインデックステーブル３が設けられ、このインデックステーブル３は装置基台２の上面部に設けられたテーブル回転機構４に取付けられ、回転可能になっている。

また、装置基台２の上面の一端側でインデックステーブル３の周辺部近傍には、この周辺部近傍を跨ぐように門形のセンサー機構取付部材５が設けられ、このセンサー機構取付部材５には、測定位置となる位置にセンサー機構６が取付けられている。さらに、センサー機構６及びインデックステーブル３の下方で装置基台２上には、中心部厚み測定センサー（以下、単に中心センサーという）６１１、周辺部厚み測定センサー（以下、単に周辺センサーという）６１２の先端を例えば高抵抗半導体ウェーハであるウェーハｗに当接させるとともに、貼付け用プレートＰを昇降させる当接機構としてのワーク昇降機構７及び、貼付け用プレートＰを回転させるプレート回動機構８が設けられている。

さらに、ベース部２上にはインデックステーブル３を収容するようにして水受槽９が設けられており、この水受槽９はウェーハｗ及び貼付け用プレートＰは、前工程では水に浸した状態にあり、測定装置１への移載時、測定装置内部に水が流れ込むのを防止するためのものである。

インデックステーブル３は、ステンレス製で、円周上にセンサー較正用マスターワークＭ及び貼付け用プレートＰの直径よりも大きな直径を有する複数例えば５個の収容穴３１が凹接され、この収容穴３１の底部にはそれらの直径よりも小さな直径のワークセット円板挿入孔３２が穿設されており、そのうちの１個の収容穴３１には平板状のセンサー較正用マスターワークＭが収容され、４個の収容穴３１にはウェーハｗが貼付けられたプレートＰが収容されるようになっている。

図４及び図５に示すように、センサー機構６は、センサー部６１をインデックステーブル３の半径方向に水平移動及び回転させるセンサー部移動機構６２と、モータ取付部材６２１にカップリング部６２５を介して回転可能に取付けられ、さらに、センサー６１１、６１２への衝撃を吸収するセンサー逃げ機構６３と、センサー６１１、６１２及び基準ピン６１３、６１４間の距離を変えて、任意の大きさのウェーハの厚さ測定を可能にするセンサー距離調整機構６４と、センサーヘッド６１１ａ、６１２ａを備えたセンサー６１１、６１２及び基準ピン６１３、６１４が設けられたセンサー部６１を備えている。

センサー部移動機構６２は、センサー部駆動シリンダ６２２を備え、このセンサー部駆動シリンダ６２２は、エアシリンダであり、センサー機構取付部材５に取付けられ、モータ取付部材６２１を水平移動させることにより、センサー部６１を水平方向に移動させて、このセンサー部６１をインデックステーブル３の半径方向に移動可能にするものであり、また、ストッパー用シリンダ６２３を備え、このストッパー用シリンダ６２３はそのストッパー６２３ａを適宜進退させて、モータ取付部材６２１に設けられたストッパー係止部６２２ｂに係合して、センサー部６１の水平方向の動きを規制するものであり、さらに、センサー部回転モータ６２４を備え、このセンサー部回転モータ６２４はステッピングモータであり、センサー逃げ機構６３、センサー距離調整機構６４を介して、センサー部６１を回動させて、周辺センサー６１２によりウェーハｗの任意の周辺部の厚さを測定できるようになっている。

センサー逃げ機構６３は、円板状の逃げ機構板６３１にその円周上に１２０°の間隔で３個穿設され、断面が逆截頭円筒状の３個の係合孔６３２と、この係合孔６３２に係合する断面が逆截頭円筒状の３個の係合体６３３からなり、センサー逃げ機構６３の下方に設けられたセンサー距離調整機構６４及びセンサー部６１の重量をこの係合より支え、センサー距離調整機構６４及びセンサー部６１が水平を保つようになっている。

図４乃至図６に示すように、センサー逃げ機構６３には取付板６３４及び垂下する３本の取付棒材６３５を介してセンサー距離調整機構６４が取付けられ、このセンサー距離調整機構６４には、矩形平板状のセンサー取付板６４１が設けられ、このセンサー取付板６４１の上面中心部には中心センサー６１１を挿入するための中心センサー挿入孔６４２が穿設され、さらに、中心センサー取付孔６４３を備えた中心センサー取付具６４４が設けられている。

また、一側には周辺センサー６１２及び基準ピン６１３を挿入するための周辺センサー挿入長孔６４５が穿設され、さらに、周辺センサー取付孔６４６及び基準ピン取付穴６４７を備えた周辺センサー取付具６４８が設けられている。この周辺センサー取付具６４８はセンサー取付板６４１上に水平移動可能に設けられたセンサースライド板６４９に取付けられており、このセンサースライド板６４９はセンサー取付板６４１の両側部近傍に設けられたステッピングモータであるセンサースライド用モータ６５０とガイド６５１に橋設されており、センサースライド用モータ６５０の作動により、周辺センサー６１２を周辺センサー挿入長孔６４５に沿って水平方向に移動させることができるようになっている。

さらに、センサースライド板６４１には、センサースライド板６４９、周辺センサー６１２及び基準ピン６１３の位置を検出するスライド板位置検出センサー６５２、周辺センサー位置検出センサー６５３及び基準ピン位置検出センサー６５４が取付けられており、センサースライド板６４９、周辺センサー６１２及び基準ピン６１３の動きに応じて各々センサー取付板６４１に設けられ図５に示す位置検知片６５５に当接して、センサースライド板６４９、周辺センサー６１２及び基準ピン６１３の位置を検出できるようになっている。

また、他側には、センサー取付板６４１に２個の基準ピン挿入長孔６５６、及び２個の基準ピン取付穴６５７が設けられたセンサースライド板６５８が設けられ、これ以外は上記一側と同様であり同一部分には同一符号を付して、説明は省略する。

図６及び図７（ａ）に示すように、センサー部６１は、センサー取付板６４１の下面に設けられ、中心センサー挿入孔６４２、周辺センサー挿入長孔６４６及び基準ピン取付け穴６４５、６５７にそれぞれ挿入され、センサー取付板６４１の下面に突出する厚み測定センサー６１１、６１２、及び基準ピン６１３、６１４からなり、厚み測定センサー６１１、６１２はウェーハの直径上に配置され、基準ピン６１３は一側の周辺センサー６１１に近接して直径上に配置され、２本の基準ピン６１４はウェーハｗの外側のプレート上に位置するようになっている。

従って、センサー６１１、６１２及び基準ピン６１３、６１４は、センサー距離調整機構６４を作動させることにより、中心センサー６１１と、周辺センサー６１２間の距離及び基準ピン６１３と基準ピン６１４の距離を変更できるようになっている。

センサー６１１、６１２はセンサーヘッド６１１ａ、６１２ａを備えた接触式で、電気信号を用いた変位センサーであり、表示装置（図示せず）に測定値が表示されるようになっている。

図８に示すように、ワーク昇降機構７は本発明におけるセンサー当接機構をなし、マスターワークＭあるいは貼付け用プレートＰが載置されるワークセット円板７１を昇降させるものであり、このワークセット円板７１と、ボールネジ７２と、このボールネジ７２に螺合する昇降部材７３と、ボールネジ７２を回転させて昇降部材７３を昇降させるネジ回動モータ７４からなっている。本実施形態ではセンサー当接機構はワーク昇降機構の例で説明したが、センサー機構を昇降させる場合には、ワークセット円板を昇降させず、センサー機構を昇降させるようにしてもよい。

また、ワークセット円板７１を回転させるための円板回転機構８が設けられており、この円板回転機構８はいずれも昇降部材７３に取付けられた円板回転モータ８１と、この円板回転モータ８１により回転され、ワークセット円板７１が取付けられた回転軸８２と、この回転軸８２を支持する軸受８３からなっている。円板回転モータ８１を回転させることにより、４枚のウェーハｗが貼り付けられたプレートＰを回転させ、選択されたウェーハｗ_０の上方にセンサー機構６を対向させることができる。

本実施形態ではプレートに４枚のウェーハを貼り付け、円板回転機構を設ける例で説明したが、プレートに１枚のウェーハを貼り付ける枚葉式の場合には、円板回転機構を設ける必要はない。

次に本発明に係るウェーハ厚さ測定装置を用いたウェーハの厚さ測定方法について説明する。

図２及び図９（ａ）に示すように、インデックステーブル３にマスターワークＭ及び前工程で研磨されたウェーハｗが貼付されたプレートＰを載置し、マスターワークＭをセンサー部６１の下方に位置させる。

次に図８に示すワーク昇降機構７を作動させて、ワークセット円板７１とこのワークセット円板７１に載置されたマスターワークＭを上昇させて、図４及び図７に示すように、センサーヘッド６１１ａ、６１２ａの先端ｔ_１、ｔ_２及び基準ピン６１３、６１４の先端ｔ_３、ｔ_４に静かに当接させる。全ての先端が同時に水平平板状のマスターワークＭに当接することにより、先端ｔ_１、ｔ_２と先端ｔ_３、ｔ_４の高さに差がなくなり、中央センサー６１１、周辺センサー６１２の較正が行われる。

この較正終了後、再びワーク昇降機構７を作動させて、ワークセット円板７１とマスターワークＭを所定の位置に降下させ、図９（ｂ）に示すように、テーブル回転機構４を作動させてインデックステーブル３を回転（回動）させ、ウェーハｗ_１〜ｗ_７が貼り付けられた貼付け用プレートＰ１をセンサー部６１の下方に位置させる。

このとき、図７に示すように、中央センサー６１１、周辺センサー６１２がウェーハｗ_１の水平直径線ｄ上になるように、図４に示すセンサー部駆動シリンダ６２２を作動させて、モータ取付部材６２１を移動させ、さらに、プレート回動機構８を作動させてプレートＰ１を回動させる。

中央センサー６１１、周辺センサー６１２がウェーハｗ_１の水平直径線ｄ上にある状態で、ワーク昇降機構７を作動させて、プレートＰ１を上昇させ、先端ｔ_１、ｔ_２を半導体ウェーハｗ_１に、先端ｔ_３、ｔ_４をプレートＰ１に当接させる。このとき、これらの先端の当接位置は図７に示すように、先端ｔ_１、ｔ_２は水平直径線ｄ上に、先端ｔ_３、ｔ_４は、先端ｔ_１、ｔ_２近傍のプレートＰ１にある。

図７（ｂ）に示すように、この当接により、先端ｔ_１、ｔ_２とｔ_３、ｔ_４にウェーハｗ_１の高さだけ、高さの差ｈが生じ、この差がウェーハｗ_１として中央センサー６１１、周辺センサー６１２に読み取られる。

このとき、ウェーハｗ_１は中央センサー６１１、周辺センサー６１２により、中心部と周辺部の３箇所が測定されるので、高精度にウェーハｗ_１の厚さを計測することができる。

ウェーハｗ_１の計測後、ワーク昇降機構７を作動させて、プレートＰ１をわずかに降下させ、プレート回動機構８を作動させてプレートＰ１を回動させ、ウェーハｗ_２を中央センサー６１１、周辺センサー６１２の下方に位置させ、ウェーハｗ_１と同様にして、その厚さを測定する。以下、同様にして、ウェーハｗ_３〜ｗ_７の厚さを計測する。

プレートＰ１に貼り付けられたウェーハｗ_１〜ｗ_７の厚さの測定が完了したら、テーブル回転機構４を回転させて、再びマスターワークＭをセンサー部６１の下方に位置させ、上記同様に再び中央センサー６１１、周辺センサー６１２の較正を行う。

さらに、テーブル回転機構４を作動させて、プレートＰ２をセンサー部６１の下方に位置させ、同様にウェーハの厚さを測定し、さらに、同様にして、プレートＰ３、Ｐ４のウェーハの測定を行う。

上記ウェーハの厚さ測定過程において、センサー当接機構は、マスターワークＭ及びプレートＰを昇降させる昇降機構７であり、センサー部６１を昇降させる必要がないので、センサー６１１、６１２の精度を保つことができる。また、プレート回転機構を有するので、プレートＰに複数のウェーハが貼り付けられていても、その測定が可能である。さらに、センサー逃げ機構６３が設けられているので、センサー６１１、６１２への衝撃を吸収及び、センサー６１１、６１２を常に同一平面状態でマスターワークＭ、ウェーハｗあるいはプレートＰに当接させることができる。

また、大きさの異なるウェーハの厚さの測定する場合について説明する。

図１０に示すように、図４及び図６に示すセンサー部移動機構６２のセンサー部駆動シリンダ６２２を作動させて、モータ取付部材６２１、センサー逃げ機構６３を介してセンサー距離調整機構６４及びセンサー部６１をインデックステーブル３の中心方向に移動させ、より大きな直径のウェーハｗ_１１の水平直径線ｄ_１１を位置させる。しかる後、センサースライド用モータ６５０を作動させて、センサースライド板６４９、６５８をスライドさせ、先端ｔ_１をウェーハｗ_１１の中心部、先端ｔ_２を水平直径線ｄ_１１上の周辺部、先端ｔ_３が水平直径線ｄ_１１上のプレートＰ上、先端ｔ_４を先端ｔ２の近傍のプレートＰ上に位置させる。

このように位置させた後、上述と同様の過程を経て、ウェーハｗ_１１の厚さを測定することができる。

また、より直径が小さいウェーハの厚さを測定する場合は、インデックステーブルの周辺（反中心）方向に移動させることにより、センサー部をウェーハの水平直径線上に位置させる。

上記実施形態のウェーハ厚さ測定装置によれば、高抵抗率のウェーハをプレートに張付けた状態で、高精度に測定できるウェーハ厚さ測定装置が実現される。

本発明に係るウェーハ厚さ測定装置の縦断面図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置の平面図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置の正面図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置のセンサー機構の一部を断面で示す側面図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置のセンサー機構の他の側面図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置のセンサー距離調整機構の平面図。（ａ）本発明に係るウェーハ厚さ測定装置のセンサー及び基準ピン位置を示す概念図、（ｂ）は同高さを示す概念図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置のワーク昇降機構及びプレート回動機構一部を断面で示す側面図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置を用いたウェーハの厚さ測定方法の説明図。本発明に係るウェーハ厚さ測定装置のセンサー及び基準ピン位置を示す大直径ウェーハ測定時の概念図。

符号の説明

１ウェーハ厚さ測定装置
２装置基台
３インデックステーブル
４テーブル回転機構
５センサー機構取付部材
６センサー機構
６１センサー部
６１１中央部厚み測定センサー
６１２周辺部厚みセンサー
６１１ａ、６１２ａセンサーヘッド
６１３、６１４基準ピン
６２センサー部移動機構
６３センサー逃げ機構
６４センサー距離調整機構
７ワーク昇降機構
８プレート回動機構
８１円板回転モータ
９水受槽

Claims

装置基台と、
この装置基台に回転可能に設けられ、平板状のセンサー較正用マスターワーク及びウェーハ貼付け用プレートが載置されるインデックステーブルと、
このインデックステーブルの上方に配設され、センサーヘッドを備えた厚み測定センサー及び基準ピンが設けられたセンサー部と、
このセンサー部に前記マスターワーク及び前記プレートが対向するようにインデックステーブルを回転させる回転機構と、
前記センサーヘッドの先端を前記マスターワークあるいは前記ウェーハに当接させ、基準ピンの先端を前記マスターワークあるいは前記プレートに当接させるセンサー当接機構を有し、
前記センサーヘッドの先端及び基準ピンの先端を前記マスターワークに当てて前記厚み測定センサーの較正を行い、
前記厚み測定センサーの先端を前記ウェーハに当接させるとともに、前記基準ピンの先端を前記プレートに当接させて、
前記基準ピンの先端に対する前記厚み測定センサーの先端の後退量により、ウェーハの厚さを測定することを特徴とするウェーハ厚さ測定装置。
前記センサー当接機構は、前記マスターワーク及び前記プレートを昇降させる昇降機構であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ厚さ測定装置。
前記プレートを回転させるプレート回転機構を有することを特徴とする請求項１または２に記載のウェーハ厚さ測定装置。
前記厚み測定センサーは、ウェーハの中心部及び周辺部に対応する位置に２個以上設けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウェーハ厚さ測定装置。
前記厚み測定センサーは、ウェーハの中心部に位置するセンサーと周辺部に位置するセンサーの離間距離の変更が可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のウェーハ厚さ測定装置。
前記センサー部は、厚み測定センサーへの衝撃を吸収するセンサー逃げ機構に取付けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のウェーハ厚さ測定装置。