JP2009139092A - Capacitance type multipoint thickness measurement method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は静電容量式距離検出センサにより半導体ウエハーなどの被測定体の厚みを被測定体に対して非接触にて測定する静電容量式厚み多点測定方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic capacitance type multi-point measuring method and apparatus for measuring the thickness of an object to be measured such as a semiconductor wafer in a non-contact manner with respect to the object to be measured by an electrostatic capacitance type distance detection sensor.
従来、この種の静電容量式厚み多点測定方法として、図9、図10の如く、例えば、半導体ウエハーである、被測定体Wの測定部位P、この場合、P1、P2、P3を境にして対向する位置に所定の対向距離Gsを置いて一対の静電容量式距離検出センサS1・S2を配置し、被測定体Wに対向して接触状態又は非接触状態でアース電極Qを配置し、一対の静電容量式距離検出センサS1・S2のそれぞれが検出した静電容量C(=センサーの電極面積A×電極と被測定体間の誘電率ε/電極と被測定体との距離G)によるところの被測定体Wと一対の静電容量式距離検出センサS1・S2との距離G1・G2及び一対の静電容量式距離検出センサS1・S2間の対向距離Gsに基づいて被測定体の複数の測定部位Pの厚みt(=Gs−[G1+G2])を被測定体に対して非接触にて多点測定する構造のものが知られている。
Conventionally, as this type of capacitance type thickness multipoint measurement method, as shown in FIGS. 9 and 10, for example, a measurement site P of a measurement object W, which is a semiconductor wafer, in this case, P 1 , P 2 , P A pair of electrostatic capacitance type distance detection sensors S 1 and S 2 is arranged at a position opposed to each other with a predetermined facing
そして、これら従来構造においては、上記アース電極Qが被測定体Wに対して接触状態である接触式構造のもの、又は、上記アース電極Qが被測定体Wに対して非接触状態である非接触式構造のものが併存している。なぜならば、上記アース電極は被測定物と静電容量式距離検出センサとをほぼ同電位に保持し、被測定体と一対の静電容量式距離検出センサとの距離G1・G2の測定誤差を極力なくして正確な厚み測定を行うという目的で設けられているところ、被測定物がシリコンウエハーのような半導体ウエハーである場合においては、上記接触式構造であると金属イオンによる汚染やアース電極の接触によるキズ等の懸念があって上記非接触式構造のものが採択されることになり、一方、上記接触式構造の場合、上記アース電極が被測定物に常時接触しているので構造の簡素化やセンサーに対する被測定物の取り入れや取り出しなどの各種処理の扱いが容易であることから、表面の汚染やキズ等をそれほど考慮しなくてもよいような被測定物の場合には接触式構造が採択されているからである。
しかしながら上記のとおり、従来は、上記アース電極Qが被測定体Wに対して接触状態である接触式構造のもの、又は、上記アース電極Qが被測定体Wに対して非接触状態である非接触式構造のものが併存しているため、各種被測定物の測定条件に対する測定の融通性が低下することがあるという不都合を有している。 However, as described above, conventionally, the ground electrode Q is in a contact-type structure in contact with the measured object W or the non-contact state in which the ground electrode Q is not in contact with the measured object W. Since the contact-type structure coexists, there is a disadvantage that the flexibility of measurement with respect to the measurement conditions of various objects to be measured may be lowered.
本発明はこれらの不都合を解決することを目的とするもので、本発明のうちで、請求項1記載の方法の発明にあっては、被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定する静電容量式厚み多点測定方法において、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切り替えることを特徴とする静電容量式厚み多点測定方法にある。
The present invention is intended to solve these disadvantages. Among the present inventions, in the method invention according to
又、請求項2記載の装置の発明にあっては、被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定する静電容量式厚み多点測定装置において、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構を設けて構成したことを特徴とする静電容量式厚み多点測定装置にある。
Further, in the invention of the device according to
又、請求項3記載の発明は、上記アース電極は上記被測定体を載置可能な載置テーブルであることを特徴とするものであり、又、請求項4記載の発明は、上記切離機構は上記アース電極たる載置テーブルに接触状態で載置されている被測定体を該載置テーブル上より浮上させて非接触状態とする構造になっていることを特徴とするものであり、又、請求項5記載の発明は、上記被測定体を割出回転可能な割出機構を設けてなることを特徴とするものであり、又、請求項6記載の発明は、上記被測定体の外周端部を位置決め可能な位置決め部を備えてなることを特徴とするものである。
The invention described in
本発明は上述の如く、請求項1又は2記載の発明にあっては、被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定することになり、この際、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構を設けて構成しているから、半導体ウエハーなどの表面の金属イオンによる汚染やアース電極の接触によるキズを避けなければならない場合や表面の汚染やアース電極の接触によるキズをそれほど考慮しなくてもよいような場合などの被測定体の測定条件に応じて、上記アース電極と上記被測定体とを接触状態又は非接触状態に切り替えることができ、したがって、各種被測定物の測定条件に対する測定の融通性を向上することができる。 As described above, according to the first or second aspect of the present invention, a pair of capacitance-type distance detection sensors are provided with a predetermined facing distance at a position facing each other with the measurement site of the measurement object as a boundary. And a ground electrode opposite to the object to be measured, and the object to be measured and the pair of capacitance distances by the capacitance detected by each of the pair of capacitance type distance detection sensors. Based on the distance to the detection sensor and the facing distance between the pair of capacitance type distance detection sensors, the thickness of a plurality of measurement parts of the measurement object is measured at multiple points. Since a contact / separation mechanism that can switch the measured object to a contact state or a non-contact state according to the measurement conditions of the measured object is provided, contamination of the surface of a semiconductor wafer or the like by metal ions or a ground electrode Must avoid scratches caused by contact Depending on the measurement conditions of the object to be measured, such as when there is no need to consider so much contamination, surface contamination, or scratches due to contact with the earth electrode, the earth electrode and the object to be measured are in contact or non-contact. Therefore, the flexibility of measurement with respect to the measurement conditions of various objects to be measured can be improved.
又、請求項3記載の発明にあっては、上記アース電極は上記被測定体を載置可能な載置テーブルであるから、兼用により構造を簡素化することができ、又、請求項4記載の発明にあっては、上記切離機構は上記アース電極たる載置テーブルに接触状態で載置されている被測定体を該載置テーブル上より浮上させて非接触状態とする構造になっているから、切離機構の構造を簡素化することができ、又、請求項5記載の発明にあっては、上記被測定体を割出回転可能な割出機構を設けてなるから、被測定体の回転方向の位置決めを容易に行うことができ、又、請求項6記載の発明にあっては、上記被測定体の外周端部を位置決め可能な位置決め部備えてなるから、被測定体の表面への傷付けを防ぐことができる。
In the invention described in
図1乃至図8は本発明の実施の形態例を示し、1は機台であって、この場合、機台1上に移動ステージ2がガイドレール3a及び直線軸受部3bからなるガイド機構3により往復移動自在に設けられ、移動ステージ2にハンドル2aが設けられ、移動ステージ2と機台1との間に位置決め機構4が設けられ、かつ、移動ステージ2上に回転ステージ5が主軸6により回転自在に立設され、かつ、回転ステージ5は割出機構7により割出回転可能に設けられ、回転ステージ5上に接地されたアース電極8を兼ねる載置テーブル9を取り付け、これにより被測定体Wに対向してアース電極8を配置して構成している。
1 to 8 show an embodiment of the present invention.
また、この場合、上記機台1上に測定機体10が立設され、測定機体10に挿入溝部11により上アーム部10a及び下アーム部10bが形成され、上アーム部10a及び下アーム部10bの先端部にそれぞれ被測定体Wの測定部位Pを境にして対向する位置に所定の対向距離Gsを置いて一対の静電容量式距離検出センサS1・S2が配置され、かつ、回転ステージ5及びアース電極8を兼ねる載置テーブル9に上アーム部10a及び下アーム部10bが挿入可能な逃げ溝部Mを形成し、機台1に上記被測定体Wの外周端部W1を位置決め可能な位置決め部12を設け、この位置決め部12は位置決め台12a上に測定物Wの外周端部W1を位置決め可能な3個の位置決めピン12bを立設して構成している。
Further, in this case, the
この場合、上記位置決め機構4は、上記移動ステージ2の裏面に設けられた弾圧ボール4aと、弾圧ボール4aを押圧可能なバネ4bと、供給取出位置A、測定位置B(P1)、・C(P2)・D(P3)において、弾圧ボール4aの一部が没入係止して移動ステージ2を位置決め可能な没入凹球部4cが形成された位置決め板4dとからなり、位置決め板4dは機台1上に取り付けられ、また、上記割出機構7は上記移動ステージ2の上面に設けられた弾圧ボール7a及び弾圧ボール7aを押圧可能なバネ7bを設け、回転ステージ5の四つの割出位置において、弾圧ボール7aの一部が没入係止して回転ステージ5を位置決め可能な没入凹球部7cを回転ステージ5の底面に形成して構成している。
In this case, the
13は接離機構であって、上記アース電極8たる載置テーブル9と上記被測定体Wとを上記被測定体Wに応じて接触状態又は非接触状態に切替可能に形成され、この場合、上記切離機構13は上記アース電極8たる載置テーブル9に接触状態で載置されている被測定体Wを載置テーブル9上より浮上させて非接触状態とする構造になっており、すなわち、図4、図5の如く、回転ステージ5に複数個の載置ピン14を螺着立設し、載置ピン14に嵌合可能な嵌合穴15をアース電極8たる載置テーブル9に形成すると共に回転ステージ5の上面を押圧可能な調節ボルト16をアース電極8たる載置テーブル9に螺着し、調節ボルト16の正逆回動操作により上記アース電極8と上記被測定体Wとを接触状態又は非接触状態に切替可能に形成している。
13 is a contact / separation mechanism, which is formed so that the mounting table 9 as the
しかして、図4の如く、接離機構13の調節ボルト16を弛緩回動することにより調節ボルト16の先端部は回転ステージ5より離反する方向に移動し、アース電極8は調節ボルト16と嵌合穴15との嵌合摺動により自重降下し、被測定体Wは複数個の載置ピン14の上面に載置され、被測定体Wはアース電極8たる載置テーブル9より浮上し、これにより、上記アース電極8と上記被測定体Wとは僅かな隙間Tを存して非接触状態となり、又、図5の如く、接離機構13の調節ボルト16を締付回動することにより調節ボルト16の先端部は回転ステージ5を押圧し、アース電極8たる載置テーブル9は調節ボルト16と嵌合穴15との嵌合摺動により上昇し、載置ピン14の上端面はアース電極8の上面より没入位置し、被測定体Wはアース電極8たる載置テーブル9の上面に載置され、これにより、上記アース電極8と上記被測定体Wとは接触状態となり、したがって、接離機構13の調節ボルト16の正逆回動により上記アース電極8と上記被測定体Wとを接触状態又は非接触状態に切り替えるように構成している。
As shown in FIG. 4, the
また、この場合、被測定体Wの位置固定機構17として、上記載置ピン14に吸引穴17aを形成し、回転ステージ5に吸引穴17に連通して図外の負圧源に接続された吸引路17bを形成して構成している。
Further, in this case, as the
この実施の形態例は上記構成であるから、図1、図2、図3、図10の如く、取出供給位置Aにおいて、被測定物Wを載置テーブル9たるアース電極8上に載置し、移動ステージ2を前進移動させ、測定位置Bにおいて、被測定物Wの測定部位P1を境にして所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサS1・S2が位置され、一対の静電容量式距離検出センサS1・S2のそれぞれが検出した静電容量によるところの被測定体Wと一対の静電容量式距離検出センサS1・S2との距離G1・G2及び一対の静電容量式距離検出センサS1・S2間の対向距離Gsに基づいて被測定体の複数の測定部位P1の厚みt(=Gs−[G1+G2])が測定され、この状態で、回転ステージ5を所定角度回転させ、この角度回転位置において、一対の静電容量式距離検出センサS1・S2により厚みを検出し、回転ステージ5を所定角度回転させて多点測定し、その後、移動ステージ2を更に前進移動させ、測定位置Cにおいて、被測定物Wの測定部位P2を境にして所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサS1・S2が位置され、一対の静電容量式距離検出センサS1・S2により測定部位P2の厚みtを測定し、この状態で、回転ステージ5を所定角度回転させ、この角度回転位置において、一対の静電容量式距離検出センサS1・S2により厚みを検出し、回転ステージ5を所定角度回転させて多点測定し、その後、移動ステージ2を更に前進移動させ、測定位置Dにおいて、被測定体Wの中心位置の測定部位P3の厚みを測定し、これにより被測定体Wの厚みを多点測定することになる。
Since this embodiment is configured as described above, the object to be measured W is placed on the
この際、上記アース電極8と上記被測定体Wとを上記被測定体Wの測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構13を設けて構成しているから、半導体ウエハーなどの表面の金属イオンによる汚染やアース電極の接触によるキズを避けなければならない被測定体Wの測定条件にあっては、図4の如く、上記アース電極8と上記被測定体Wとを上記被測定体Wの測定条件に応じて非接触状態として測定することができ、また、表面の汚染やアース電極の接触によるキズをそれほど考慮しなくてもよいような被測定体Wの測定条件にあっては、図5の如く、上記アース電極8と上記被測定体Wとを上記被測定体Wの測定条件に応じて接触状態として測定することができ、したがって、各種被測定物Wの測定条件に対する測定の融通性を向上することができる。
At this time, since the
この場合、上記アース電極8は上記被測定体Wを載置可能な載置テーブル9であるから、兼用により構造を簡素化することができ、又、この場合、上記切離機構13は上記アース電極8たる載置テーブル9に接触状態で載置されている被測定体を該載置テーブル9上より浮上させて非接触状態とする構造になっているから、切離機構13の構造を簡素化することができ、又、この場合、上記被測定体Wを割出回転可能な割出機構7を設けてなるから、被測定体Wの回転方向の位置決めを容易に行うことができ、又、この場合、上記被測定体Wの外周端部W1を位置決め可能な位置決め部12備えてなるから、被測定体Wの表面への傷付けを防ぐことができる。
In this case, since the
尚、本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、載置テーブルをアース電極とせずに載置テーブルとは別途にアース電極を被測定体Wに対向して位置し、この別途に設けたアース電極と上記被測定体とを上記被測定体に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構を設ける構造とすることもあり、また、上記回転ステージをそのまま残して移動ステージ2を無くし、その代わりに、上記一対の静電容量式距離検出センサS1・S2を被測定体Wの半径方向に移動させて走査可能な走査機構を設ける構造とすることもあり、その他、アース電極8の構造や接離機構13の構造等は適宜変更して設計されるものである。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the grounding electrode is positioned opposite to the measurement object W separately from the mounting table without using the mounting table as a grounding electrode. There may be a structure to provide a contact / separation mechanism that can switch the ground electrode provided and the object to be measured to a contact state or a non-contact state according to the object to be measured. The
以上、所期の目的を充分達成することができる。 As described above, the intended purpose can be sufficiently achieved.
W 被測定体
P 測定部位
S1 静電容量式距離検出センサ
S2 静電容量式距離検出センサ
W1 外周端部
7 割出機構
8 アース電極
9 載置テーブル
12 位置決め部
13 接離機構
W measurement object P measurement site S 1 capacitance type distance detection sensor S 2 capacitance type distance detection sensor W 1 outer
Claims (6)
The capacitance-type thickness multipoint measuring device according to claim 2, further comprising a positioning portion that can position an outer peripheral end portion of the measurement object.
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