JP2023070862A - ウェハ厚さ測定装置および該方法 - Google Patents

ウェハ厚さ測定装置および該方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハの厚さを測定できるウェハ厚さ測定装置および該方法を提供する。【解決手段】本発明のウェハ厚さ測定装置Ｓは、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによる第１および第２干渉計基準測定結果、前記基準測定点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによる第１および第２距離計基準測定結果、前記ウェハの測定点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによる第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記測定点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによる第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づく基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づく変位との間の位相数を求めて、前記測定点でのウェハの厚さを求める。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハの厚さを測定するウェハ厚さ測定装置およびウェハ厚さ測定方法に関する。
例えば磁気ディスクの基板や集積回路の素材等となるウェハは、近年、記録密度の高密度化や回路の高集積化等のために、高い平坦度が要求されている。例えば、集積回路では、７ナノルールや５ナノルールが実現されている。この平坦度を求めるためには、例えば１０ナノメートル以下のオーダーで高精度にウェハの厚さを測定することが必要となる。このウェハの厚さを測定するウェハ厚さ測定装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
この特許文献１に開示されたウェハ厚さ測定装置は、光ヘテロダイン干渉測定装置によるウェハ厚さ測定装置であって、前記ウェハの高さ位置に対応して配置され前記ウェハの撓みによる傾斜角に実質的に対応する所定の角度で傾斜して配置され前記ウェハと等価の既知の一定の厚さを有する試料片と、前記ウェハの表面側の所定の基準位置から前記光ヘテロダイン干渉測定装置の測定点に対応する前記ウェハの表面位置までの距離に応じた検出信号を発生する第１の検出器と、前記ウェハの裏面側の所定の基準位置から前記光ヘテロダイン干渉測定装置の測定点に対応する前記ウェハの裏面位置までの距離に応じた検出信号を発生する第２の検出器と、前記試料片の前記表面あるいは裏面の変位量を多数の測定点において前記光ヘテロダイン干渉測定装置により測定し、このときに各前記測定点で得られる前記第１および第２の検出器の前記検出信号による検出値を各前記測定点対応にその測定点の前記変位量に対応して記憶するデータ採取／記憶手段とを備え、表裏が前記試料片の表裏の高さ範囲にある前記ウェハの任意の測定点において前記第１および第２の検出器の検出信号によるそれぞれの検出値を得て、このそれぞれの検出値からデータ採取／記憶手段により記憶された前記光ヘテロダイン干渉測定装置により測定された前記検出値に対応する前記変位量をそれぞれ得て、得られたそれぞれの変位量と前記試料片の厚さとに基づいて前記ウエハの厚さを算出する。
特開２０００－２３４９１２号公報
ところで、前記特許文献１に開示されたウェハ厚さ測定装置は、その［０００６］段落および［０００７］段落等の各記載によれば、基準となる厚さ一定の試料片の厚さから表裏のずれ量分を加減算することで測定すべきウェハの厚さを求めている。このため、前記特許文献１に開示されたウェハ厚さ測定装置における測定精度は、試料片の厚さの一定性に依存してしまう。高精度にウェハの厚さを測定しようとすると、高精度で厚さ一定の試料片が必要となってしまい、前記特許文献１に開示されたウェハ厚さ測定装置は、光干渉計（前記特許文献１では光ヘテロダイン干渉計）の性能を活かし切れていない。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハの厚さを測定できるウェハ厚さ測定装置およびウェハ厚さ測定方法を提供することである。
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるウェハ厚さ測定装置は、測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置された１対の第１および第２光干渉計と、前記測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置され、絶対距離を測定する１対の第１および第２距離計と、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計基準測定結果、前記基準測定点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計基準測定結果、前記測定対象のウェハにおける測定点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記測定点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める厚さ演算部とを備える。
このようなウェハ厚さ測定装置は、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めるので、第１および第２光干渉計での測定結果に基づきウェハの厚さを求めることができるから、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハの厚さを測定できる。上記ウェハ厚さ測定装置は、基準測定点が１点でよいので、任意の部材を基準片に利用できる。
他の一態様では、上述のウェハ厚さ測定装置において、前記既知な厚さをＷ０とし、前記位相数を整数Ｎとし、前記第１および第２光干渉計における測定光の波長をλとし、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位をＷｉｒｅｆとし、前記第１および第２距離計基準測定結果に基づき求めた基準厚さをＷｍｒｅｆとし、前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位をＷｉとし、前記第１および第２距離計測定結果に基づき求めた厚さをＷｍとした場合、前記厚さ演算部は、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））を最小とする整数Ｎを求めることによって前記位相数Ｎを求め、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗ０によって前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める。好ましくは、上述のウェハ厚さ測定装置において、前記基準片は、前記測定対象のウェハであり、前記基準測定点は、前記測定対象のウェハにおける所定の点であり、前記既知な厚さＷ０は、基準厚さＷｍｒｅｆであり、前記厚さ演算部は、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗｍｒｅｆによって前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める。
このようなウェハ厚さ測定装置は、第１および第２光干渉計での測定結果を用いた（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗ０によって前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求めることができるから、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハの厚さを測定できる。
他の一態様では、これら上述のウェハ厚さ測定装置において、前記厚さ演算部は、前記ウェハ厚さ測定装置を校正する際に、所定の第１校正片における第１校正点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計基準校正測定結果、前記校正する際に、所定の第２校正片における第２校正点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計基準校正測定結果、前記校正後であって前記測定対象のウェハの厚さを測定する前に、前記第１校正点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計校正測定結果、前記測定する前に、前記第２校正点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計校正測定結果、前記第１および第２干渉計基準測定結果、前記第１および第２距離計基準測定結果、前記第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記第１および第２距離計測定結果に基づいて前記位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める。
このようなウェハ厚さ測定装置は、校正片によって校正でき、第１および第２光干渉計や第１および第２距離計が例えば経年変化によって測定結果にドリフト（シフト）が生じた場合でも、それを補正（修正）したウェハの厚さを求めることができる。
他の一態様では、上述のウェハ厚さ測定装置において、前記既知な厚さをＷ０とし、前記位相数を整数Ｎとし、前記第１および第２光干渉計における測定光の波長をλとし、前記第１および第２干渉計基準校正測定結果に基づき求めた基準校正変位をＷｉｃｒｅｆとし、前記第１および第２距離計基準校正測定結果に基づき求めた基準校正厚さをＷｍｃｒｅｆとし、前記第１および第２干渉計校正測定結果に基づき求めた校正変位をＷｉｃとし、前記第１および第２距離計校正測定結果に基づき求めた校正厚さをＷｍｃとし、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位をＷｉｒｅｆとし、前記第１および第２距離計基準測定結果に基づき求めた基準厚さをＷｍｒｅｆとし、前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位をＷｉとし、前記第１および第２距離計測定結果に基づき求めた厚さをＷｍとした場合、前記厚さ演算部は、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（Ｗｍｃ－Ｗｍｃｒｅｆ）－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））を最小とする整数Ｎを求めることによって前記位相数を求め、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗ０によって前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める。好ましくは、上述のウェハ厚さ測定装置において、前記基準片は、前記測定対象のウェハであり、前記基準測定点は、前記測定対象のウェハにおける所定の点であり、前記既知な厚さＷ０は、基準厚さＷｍｒｅｆであり、前記厚さ演算部は、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗｍｒｅｆによって前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める。
このようなウェハ厚さ測定装置は、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗ０によって、補正後の厚さを求めることができる。
本発明の他の一態様にかかるウェハ厚さ測定方法は、測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置された１対の第１および第２光干渉計で、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点を測定して第１および第２干渉計基準測定結果を取得する干渉計基準測定工程と、前記測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置され、絶対距離を測定する１対の第１および第２距離計で、前記基準測定点を測定して第１および第２距離計基準測定結果を取得する距離計基準想定工程と、前記測定対象のウェハにおける測定点を前記第１および第２光干渉計で測定して第１および第２干渉計測定結果を取得する干渉計測定工程と、前記測定点を前記第１および第２距離計で測定して第１および第２距離計測定結果を取得する距離計測定工程と、前記干渉計基準測定工程で取得した第１および第２干渉計基準測定結果、前記距離計基準測定工程で取得した第１および第２距離計基準測定結果、前記干渉計測定工程で取得した第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記距離計測定工程で取得した第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める厚さ演算工程とを備える。
このようなウェハ厚さ測定方法、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めるので、第１および第２光干渉計での測定結果に基づきウェハの厚さを求めることができるから、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハの厚さを測定できる。上記ウェハ厚さ測定方法は、基準測定点が１点でよいので、任意の部材を基準片に利用できる。
本発明にかかるウェハ厚さ測定装置およびウェハ厚さ測定方法は、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハの厚さを測定できる。
実施形態におけるウェハ厚さ測定装置の構成を示すブロック図である。 前記ウェハ厚さ測定装置における第1ステージの構成を示す模式図である。 前記ウェハ厚さ測定装置における搬送部の構成を示す模式図である。 前記ウェハ厚さ測定装置における厚さの演算手法を説明するための図である。 前記ウェハ厚さ測定装置の動作を示すフローチャートである。 前記ウェハ厚さ測定装置の第１変形形態を説明するための図である。 前記ウェハ厚さ測定装置の第２変形形態を説明するための図である。
以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
実施形態におけるウェハ厚さ測定装置は、高精度に測定可能な光干渉計を主体に、例えば磁気ディスクの基板や集積回路の素材等のウェハの厚さを測定する装置である。このウェハ厚さ測定装置は、測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置された１対の第１および第２光干渉計と、前記測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置され、絶対距離を測定する１対の第１および第２距離計と、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計基準測定結果、前記基準測定点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計基準測定結果、前記測定対象のウェハにおける測定点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記測定点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める厚さ演算部とを備える。以下、このようなウェハ厚さ測定装置およびこれに実装されるウェハ厚さ測定方法について、より具体的に説明する。
図１は、実施形態におけるウェハ厚さ測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、前記ウェハ厚さ測定装置における第1ステージの構成を示す模式図である。図３は、前記ウェハ厚さ測定装置における搬送部の構成を示す模式図である。図４は、前記ウェハ厚さ測定装置における厚さの演算手法を説明するための図である。
なお、説明の便宜上、測定対象のウェハＷＡの一方面（一方主面）は、Ａ面と適宜に呼称され、このＡ面と表裏関係にあるウェハＷＡの多方面（他方主面）は、Ｂ面と適宜に呼称される。図１ないし図３に示す例では、ウェハＷＡが第１および第２ステージ４、５に載置された場合に、Ａ面は、上面であり、Ｂ面は、下面である。
実施形態におけるウェハ厚さ測定装置Ｓは、例えば、図１に示すように、Ａ面光干渉計１Ａと、Ｂ面光干渉計１Ｂと、Ａ面距離計２Ａと、Ｂ面距離計２Ｂと、演算制御部３と、第１ステージ４と、第２ステージ５と、搬送部６と、入力部７と、出力部８とを備える。
Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂは、図１ないし図３に示すように、測定対象のウェハＷＡを介して互いに対向するように配置された光干渉計である。すなわち、Ａ面光干渉計１Ａは、ウェハＷＡのＡ面に対向配置され、Ｂ面光干渉計１Ｂは、ウェハＷＡのＢ面に対向配置され、これらＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂは、ウェハＷＡの表裏で同一の測定点を測定するように配置される。厚み測定に関する光干渉計は、可干渉な２個の第１および第２光を、第１および第２光路を伝播させた後に、干渉させ、これら第１光路の第１光路長と第２光路の第２光路長との差に応じて生じる位相差に基づいて前記第１および第２光路長差を求めるものであり、前記第１光を参照光とし、前記第２光を測定光とし、前記第２光路に測定対象が無い場合に前記第１および第２光路長を等しくして前記第２光路に測定対象を配置することによって、前記測定対象の厚さ変化量（変位量）を前記第１および第２光路長差として検出し、前記測定対象の厚さ変化量を測定するものである。このような光干渉計は、例えば、ヘテロダイン光干渉計、ホモダイン光干渉計およびフィゾー光干渉計等の種々の装置が知られている。前記へテロダイン光干渉計は、周波数の異なる２つのレーザ光を干渉させてそれらの差の周波数を持つビート信号を生成し、この生成したビート信号の位相変化を検波するものであり、このビート信号の位相変化は、前記２つのレーザ光の間における光路長の差に対応し、したがって、測定対象の厚さ変化量（変位量）に関係する。このようなヘテロダイン光干渉計を用いた厚さ測定に関する装置は、例えば、特開２００８－１８０７０８号公報や特開２０１９－１６８３３９号公報等に開示されている。前記ホモダイン光干渉計は、前記へテロダイン光干渉計に対し、同一周波数とするために同一光源からのレーザ光を例えばビームスプリッタで２つに分配し、一方を参照光とし、他方を測定光とするものである。このようなホモダイン光干渉計を用いた厚さ測定に関する装置は、例えば、特開２０１０－１９７３７６号公報等に開示されている。前記フィゾー光干渉計は、測定光を、基準平面で反射する第１光路を伝播する第１測定光（参照光）と、測定対象の表面で反射する第２光路を伝播する第２測定光とに分配し、前記基準平面で反射した第１測定光と、前記測定対象の表面で反射した第２測定光とを干渉させるものである。このようなフィゾー干渉計を用いた厚さ測定に関する装置は、例えば、特開２０１６－０９５２７６号公報や特開２０１６－１７６７８４号公報等に開示されている。
Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂには、本実施形態では、ヘテロダイン光干渉計が用いられ、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂは、それぞれ、演算制御部３に接続され、演算制御部３の制御に従って測定し、その測定結果を演算制御部３へ出力する。
Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂは、図１ないし図３に示すように、測定対象のウェハＷＡ介して互いに対向するように配置され、絶対距離を測定する距離計である。すなわち、Ａ面距離計２Ａは、ウェハＷＡのＡ面に対向配置され、Ｂ面距離計２Ｂは、ウェハＷＡのＢ面に対向配置され、これらＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂは、ウェハＷＡの表裏で同一の測定点を測定するように配置される。このような距離計には、例えば、静電容量センサ、共焦点センサ、三角測量センサおよび分光干渉レーザ変位計等が用いられる。Ａ面距離計２Ａは、演算制御部３に接続され、演算制御部３の制御に従って当該Ａ面距離計２Ａの配置位置からウェハＷＡのＡ面までの距離を測定し、その測定結果を演算制御部３へ出力する。Ｂ面距離計２は、演算制御部３に接続され、演算制御部３の制御に従って当該Ｂ面距離計２Ｂの配置位置からウェハＷＡのＢ面までの距離を測定し、その測定結果を演算制御部３へ出力する。前記測定点でのウェハＷＡの厚さＴは、Ａ面距離計２Ａの配置位置とＢ面距離計２Ｂの配置位置との間の距離Ｌａｂから、Ａ面距離計２Ａで測定したウェハＷＡのＡ面までの距離ＬａとＢ面距離計２Ｂで測定したウェハＷＡのＢ面までの距離Ｌｂとを減算することによって求められる（Ｔ＝Ｌａｂ－（Ｌａ＋Ｌｂ））。
第１ステージ４は、演算制御部３に接続され、演算制御部３の制御に従って、測定対象のウェハＷＡの厚さ方向に直交する水平方向にウェハＷＡを移動する装置である。第１ステージ４は、ウェハＷＡの厚さ方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を設定した場合に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にウェハＷＡを移動することができるＸＹステージであってもよいが、本実施形態では、ウェハＷＡが半導体ウェハである場合に、一般に、半導体ウェハが円盤状の形状であることから、第１ステージ４は、ウェハＷＡを回転移動することができるとともに、前記回転の径方向にも移動することができる装置である。
このような第１ステージ４は、より具体的には、例えば、図２に示すように、ウェハＷＡの振動による影響を受けることなく、ウェハＷＡの測定点ＭＰにおける厚さを高精度にかつ高速に測定できるように、中央部材から径方向に延びる３個のアーム部材を備え、前記アーム部材の先端で、ウェハＷＡをその縁部（エッジ領域）において円周上の３箇所で３点支持する支持部４４と、前記支持部４４の中央部材に連結される回転軸４１と、回転軸４１を回転駆動する回転駆動部４２と、回転駆動部４２を所定の移動範囲内で直線移動する直線駆動部４３とを備えている。これら回転駆動部４２や直線駆動部４３は、例えばサーボモータ等のアクチュエータや減速ギヤ等の駆動機構を備えて構成される。
このような構成の第１ステージ４では、ウェハＷＡが支持部４４における３個のアーム部材の各先端に載せられて支持部４４によって３点支持される。そして、このようにウェハＷＡが第１ステージ４に載置された場合に、ウェハＷＡのＡ面およびＢ面がＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂによって測定することができるように、第１ステージ４がＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの配置位置に対して配設される。
このような構成の第１ステージ４では、演算制御部３の制御に従って回転駆動部４２が回転することで、回転軸４１を介して支持部４４が回転し、ウェハＷＡが回転軸４１（支持部４４の中央部材）を中心に回転する。そして、演算制御部３の制御に従って直線駆動部４３が回転駆動部４２を直線移動することで、ウェハＷＡが径方向に沿って移動する。このような回転駆動部４２によるウェハＷＡの回転移動と、直線駆動部４３によるウェハＷＡの直線方向の移動とを併用することによって、第１ステージ４の移動範囲内においてウェハＷＡの所望の測定点ＭＰを測定できる。
第２ステージ５は、演算制御部３に接続され、演算制御部３の制御に従って測定対象のウェハＷＡの厚さ方向に直交する水平方向にウェハＷＡを移動する装置であり、本実施形態では、第１ステージ４と同様に構成されている。ウェハＷＡが第２ステージ５に載置された場合に、ウェハＷＡのＡ面およびＢ面がＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂによって測定することができるように、第２ステージ５がＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの配置位置に対して配設される。
搬送部６は、演算制御部３に接続され、演算制御部３の制御に従って測定対象のウェハＷＡを第１および第２ステージ４、５の間で搬送する装置である。搬送部６は、より具体的には、例えば、図３に示すように、測定対象のウェハＷＡを掴むアーム部６４と、アーム部６４をＸＹ平面内で回転移動させる第１回転部６３と、第１回転部６３をＸＹ平面内で回転移動させる第２回転部６２と、第２回転部６２を第１および第２ステージ４、５の間で移動させる移動部６１とを備える搬送ロボット６により構成される。
入力部７は、演算制御部３に接続され、例えば、厚さ測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、測定対象のウェハＷＡの名称（例えばシリアル番号等）等のウェハ厚さ測定装置Ｓを動作させる上で必要な各種データをウェハ厚さ測定装置Ｓに入力する機器であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチやキーボードやマウス等である。出力部８は、演算制御部３に接続され、演算制御部３の制御に従って、入力部７から入力されたコマンドやデータ、および、測定結果等を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
なお、入力部７および出力部８からいわゆるタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部７は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部８は、表示装置である。このタッチパネルでは、前記表示装置の表示面上に前記位置入力装置が設けられ、前記表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、前記位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容としてウェハ厚さ測定装置Ｓに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易いウェハ厚さ測定装置Ｓが提供される。
演算制御部３は、ウェハ厚さ測定装置Ｓの各部を当該機能に応じて制御する回路であり、例えば、ウェハ厚さ測定装置Ｓの各部を当該機能に応じて制御するための制御プログラムやウェハＷＡの厚さをＡ面光干渉計１Ａ、Ｂ面光干渉計１Ｂ、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの各出力に基づいて求める演算プログラム等の各種の所定のプログラム、および、前記所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶する、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、前記所定のプログラムを読み出して実行することによって所定の演算処理や制御処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる前記ＣＰＵのワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ならびに、これらの周辺回路を備えたマイクロコンピュータ等によって構成される。演算制御部３は、機能的に、厚さ演算部３１およびステージ搬送制御部３２を備えている。
ステージ搬送制御部３２は、ウェハＷＡにおける複数の測定点ＭＰを測定するために、ウェハＷＡが厚さ方向に直交する水平方向に移動するように、第１ステージ４における回転駆動部４２および直線駆動部４３の各動作を制御し、第１および第２ステージ４、５の間でウェハＷＡを搬送するように、搬送部６における各部６１～６４を制御し、ウェハＷＡにおける複数の測定点ＭＰを測定するために、ウェハＷＡが厚さ方向に直交する水平方向に移動するように、第２ステージ５における回転駆動部および直線駆動部の各動作を制御するものである。
厚さ演算部３１は、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた第１および第２干渉計基準測定結果、前記基準測定点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた第１および第２距離計基準測定結果、測定対象のウェハＷＡにおける測定点を前記Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記測定点を前記Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハＷＡの厚さを求めるものである。
より具体的には、図４に示すように、ウェハＷＡの厚さＴが求められる。図４には、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた第１および第２距離計基準測定結果に基づき求めた基準厚さＷｍｒｅｆが示され、測定対象のウェハＷＡにおける測定点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた第１および第２距離計測定結果に基づき求めた厚さＷｍが示されている。基準厚さＷｍｒｅｆは、上述したように、Ａ面距離計２Ａの配置位置とＢ面距離計２Ｂの配置位置との間の距離から、Ａ面距離計２Ａで測定したウェハＷＡのＡ面までの距離（第１距離計基準測定結果）とＢ面距離計２Ｂで測定したウェハＷＡのＢ面までの距離（第２距離計基準測定結果）とを減算することによって求められ、同様に、厚さＷｍは、Ａ面距離計２Ａの配置位置とＢ面距離計２Ｂの配置位置との間の距離から、Ａ面距離計２Ａで測定したウェハＷＡのＡ面までの距離（第１距離計測定結果）とＢ面距離計２Ｂで測定したウェハＷＡのＢ面までの距離（第２距離計測定結果）とを減算することによって求められる。同様に、前記基準測定点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位Ｗｉｒｅｆが示され、前記測定点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位Ｗｉが示されている。ヘテロダイン光干渉計を用いた変位測定では、測定光のビート信号強度をＩｓとし、参照光のビート信号強度をＩｒとし、２つのレーザ光の周波数をそれぞれｆ１、ｆ２とし、測定光のビート信号と参照光のビート信号との位相差をφとし、基準光の波長をλｓとし、ヘテロダイン光干渉計と測定対象との間の変位をｚとすると、次式１ないし式４が成り立ち、変位ｚが求められる。ここで、測定光のビート信号および参照光のビート信号は、周波数ｆ１、ｆ２の光の干渉によって生成され、周波数ｆ１、ｆ２の光は、波長λｓの基準光を変調して生成したものである。また、周波数ｆ１、ｆ２の光を生成後、参照光は、周波数ｆ１、ｆ２の光をそのまま干渉させたもので、測定光は、周波数ｆ１、ｆ２のどちらか一方の光がウェハ表面で反射する光路を通った後に干渉したものとする。
式１；Ｉｓ∝Ｉ０×ｃｏｓ（△ωｔ－φ）
式２；Ｉｒ∝Ｉ０×ｃｏｓ（△ωｔ）
式３；△ω＝２π｜ｆ１－ｆ２｜
式４；φ＝（４π／λｓ）×ｚ
図４に示す基準変位Ｗｉｒｅｆおよび変位Ｗｉは、それぞれ、上記式４の位相φをＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで足し合わせ、０～２πの範囲で規格化し、さらに、λｓ／４πを乗算して変位ｚに変換することによって求められた。
なお、これら基準厚さＷｍｒｅｆ、厚さＷｍ、基準変位Ｗｉｒｅｆおよび変位Ｗｉそれぞれを表す丸印（○、●）の大きさは、測定精度を象徴的に表している。Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂによって測定される変位の測定精度は、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂによって測定される厚さの測定精度より高精度であり、例えば、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂによって測定される厚さの測定精度は、１０ｎｍ程度であり、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂによって測定される変位の測定精度は、１ｎｍ程度である。
光干渉計では、測定光の波長をλ（例えばヘリウムネオンレーザ光の波長λ＝６３２．８ｎｍ等）とすると、±λ／４（上記の例では±１５８．２ｎｍ等）の範囲でしか測定できないため、厚さがλ／２以上で異なるウェハＷＡを測定しても、図４に示すように、±λ／４の範囲での測定結果となる。このため、光干渉計を用いた変位の測定には、通常、或る点の厚さを測定して光位相接続することによって、前記或る点を基準とした相対的な変位が±λ／４の範囲を超えて求められている。本実施形態では、図４から分かるように、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位Ｗｉｒｅｆと前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位Ｗｉとの間の位相数を整数Ｎとし、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで求めた測定結果とＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで求めた測定結果との間の誤差をεとすると、次式５が成り立つ。
式５；｜ε｜＝Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））
したがって、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定精度がλ／４に対して１／２以下であれば、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））を最小とする整数Ｎを求めることによって前記位相数Ｎが求められる。前記位相数Ｎが求められれば、前記既知な厚さをＷ０とすると、前記測定点での測定対象のウェハＷＡの厚さＴは、次式６によって求められる。
式６；Ｔ＝（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗ０
ここで、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片を用いることによって、上記式６により、ウェハＷＡの厚さＴは、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定精度に影響されずに求めることができ、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定精度で測定できる。しかしながら、上述の算出方法から分かるように、位相数Ｎを求める際に、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定精度が排除されている。このため、前記基準片は、前記測定対象のウェハであり、前記基準測定点は、前記測定対象のウェハにおける所定の点であり、前記既知な厚さＷ０は、基準厚さＷｍｒｅｆであり、ウェハＷＡの厚さＴが次式７によって求められてよく、この場合でも、ウェハＷＡの厚さＴは、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定精度に影響されずに求めることができ、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定精度で測定できる。
式７；Ｔ＝（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗｍｒｅｆ
なお、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂは、測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置された１対の第１および第２光干渉計の一例に相当し、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂは、前記測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置され、絶対距離を測定する１対の第１および第２距離計の一例に相当する。
次に、本実施形態の動作について説明する。図５は、前記ウェハ厚さ測定装置の動作を示すフローチャートである。
例えば、図略の電源スイッチがオンされると、ウェハ厚さ測定装置Ｓが起動され、演算制御部３によって必要な各部の初期化が行われ、演算制御部３には、厚さ演算部３１およびステージ搬送制御部３２が機能的に構成される。
実施形態におけるウェハ厚さ測定装置Ｓでは、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂを用いた測定と、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂを用いた測定とは、同じ位置の測定点ＭＰに対し、実施される必要がある。このため、測定前に、正確に位置決めが実施される。まず、ＸＹ方向の位置決めでは、第１ステージ４の中心に、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂにおける各測定スポット（測定光の照射箇所（照射位置））が位置するように、機械的に調整される。同様に、第２ステージ５の中心に、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂにおける各測定スポットが位置するように、機械的に調整される。そして、ウェハＷＡを第１ステージ４に搬送した場合に、第１ステージ４の中心に、ウェハＷＡの中心が位置してクランプされるように、搬送部６が調整され、ウェハＷＡを第２ステージ４に搬送した場合に、第２ステージ４の中心に、ウェハＷＡの中心が位置してクランプされるように、搬送部６が調整される。回転方向の位置決めでは、ウェハＷＡのけがき位置を、例えば図略のカメラ等によって検出し、この検出したけがき位置が予め設定された初期位置に位置するように、第１ステージ４が駆動される。同様に、ウェハＷＡのけがき位置を、例えば図略のカメラ等によって検出し、この検出したけがき位置が予め設定された初期位置に位置するように、第２ステージ５が駆動される。けがき位置は、例えばウェハＷＡが半導体ウェハである場合、３００ｍｍ以上では、けがき位置を表すノッチと呼ばれる切り欠きが前記半導体ウェハに形成されており、２００ｍｍ以下では、ウェハの結晶方位を示すオリフラ（オリエンテーション フラット）が前記半導体ウェハに形成されており、このオリフラがけがき位置として利用できる。
このような位置決めの調整後に、例えば入力部７から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、図５において、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、演算制御部３のステージ搬送制御部３２によって、予め設定されたウェハＷＡの基準測定点ＭＰ０に、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定スポットが位置するように、第１ステージ４を駆動し、前記基準測定点ＭＰ０をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定する（Ｓ１）。これによって第１および第２干渉計基準測定結果が得られる。
次に、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、ステージ搬送制御部３２によって、予め設定されたウェハＷＡの各測定点ＭＰｋに、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定スポットが位置するように、第１ステージ４を駆動し、前記各測定点ＭＰｋをＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定する（Ｓ２）。これによって第１および第２干渉計測定結果が得られる。
より具体的には、例えば、本実施形態では、ステージ搬送制御部３２は、第１ステージ４の回転駆動部４２を制御することによってウェハＷＡを回転させつつ、第１ステージ４の直線駆動部４３を制御することによってウェハＷＡを直線方向に移動させる。このようなステージ搬送制御部３２による第１ステージ４を制御している間に、演算制御部３は、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定スポットが予め設定された所定の位置（測定点）ＭＰになるごとに、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定する。このような動作によって、複数の測定点ＭＰｋの軌跡が螺旋を描くように、ウェハＷＡにおける各測定点ＭＰｋで第１および第２干渉計測定結果が得られる。あるいは、例えば、ステージ搬送制御部３２は、第１ステージ４の回転駆動部４２を制御することによってウェハＷＡを回転させつつ、この間に、演算制御部３は、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定スポットが予め設定された所定の位置（測定点）ＭＰになるごとに、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定する。続いて、ウェハＷＡが１回転したところで、第１ステージ４の直線駆動部４３を制御することによってウェハＷＡを直線方向に所定の距離だけ移動させる。そして、この直線方向に所定の距離だけ移動したところで、上述と同様に、演算制御部３は、ウェハＷＡを回転させつつ、この間に、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定する。このような動作によって、半径の異なる円周上の各位置での各測定点ＭＰｋで第１および第２干渉計測定結果が得られる。
ウェハＷＡの基準測定点ＭＰ０は、ウェハＷＡ上に適宜に設定されてよいが、上述のように測定される各測定点ＭＰｋの最初の測定点ＭＰ１がウェハＷＡの基準測定点ＭＰ０とされてもよい。これにより処理Ｓ１および処理Ｓ２がスムーズに連続的に実行できる。
次に、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、ステージ搬送制御部３２によって、ウェハＷＡを第１ステージ４から第２ステージ５へ搬送する（Ｓ３）。
次に、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、ステージ搬送制御部３２によって、前記基準測定点ＭＰ０に、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定スポットが位置するように、第２ステージ５を駆動し、前記基準測定点ＭＰ０をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定する（Ｓ４）。これによって第１および第２距離計基準測定結果が得られる。
次に、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、ステージ搬送制御部３２によって、前記各測定点ＭＰｋに、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定スポットが位置するように、第２ステージ４を駆動し、前記各測定点ＭＰｋをＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定する（Ｓ５）。これによって第１および第２距離計測定結果が得られる。
次に、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、演算制御部３の厚さ演算部３１によって、処理Ｓ１で前記基準測定点ＭＰ０を前記Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた第１および第２干渉計基準測定結果、処理Ｓ４で前記基準測定点ＭＰ０を前記Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた第１および第２距離計基準測定結果、処理Ｓ２で各測定点ＭＰｋを前記Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた前記各測定点ＭＰｋの第１および第２干渉計測定結果、ならびに、処理Ｓ５で各測定点ＭＰｋを前記Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた前記各測定点ＭＰｋの第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位Ｗｉｒｅｆと前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位Ｗｉとの間の位相数Ｎを求めて、前記各測定点ＭＰｋでのウェハＷＡの各厚さＴｋを求める（Ｓ６）。本実施形態では、前記各測定点ＭＰｋそれぞれにおいて、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））を最小とする整数Ｎが求められ、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋ＷｍｒｅｆによってウェハＷＡの厚さＴが求められる。
そして、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、処理Ｓ６で求めた記各測定点ＭＰｋでのウェハＷＡの各厚さＴｋを出力部８に出力し、本処理を終了する（Ｓ７）。
以上説明したように、実施形態におけるウェハ厚さ測定装置Ｓおよびこれに実装されたウェハ厚さ測定方法は、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位Ｗｉｒｅｆと前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位Ｗｉとの間の位相数Ｎを求めるので、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂでの測定結果に基づきウェハＷＡの厚さＴを求めることができるから、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハＷＡの厚さＴを測定できる。上記ウェハ厚さ測定装置Ｓおよびウェハ厚さ測定方法は、例えば、数ナノメートルの精度でウェハＷＡの厚さを測定できる。上記ウェハ厚さ測定装置Ｓおよびウェハ厚さ測定方法は、基準測定点が１点でよいので、任意の部材を基準片に利用できる。
上記ウェハ厚さ測定装置Ｓおよびウェハ厚さ測定方法は、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂを用いた（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗ０、上述の例では（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗｍｒｅｆによって前記測定点ＭＰでの測定対象のウェハＷＡの厚さＴを求めることができるから、光干渉計の性能を活かして高精度にウェハＷＡの厚さＴを測定できる。
なお、上述の実施形態において、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、例えば、図６に示すように、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂを校正するための第１校正片ＣＢ１およびＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂを校正するための第２校正片ＣＢ２をさらに備え、これら第１および第２校正片ＣＢ１、ＣＢ２によって校正されてもよい。
図６は、前記ウェハ厚さ測定装置の第１変形形態を説明するための図である。このような第１変形形態におけるウェハ厚さ測定装置Ｓでは、より具体的には、予め適宜な部材が第１および第２校正片ＣＢ１、ＣＢ２として用意され、第１校正片ＣＢ１がＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定可能な位置に配置され、第２校正片ＣＢ２がＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定可能な位置に配置される。例えば、第１校正片ＣＢ１は、第１ステージ４の支持部４４における３個のアーム部材のうちのいずれか１つのアーム部材に、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定可能に取り付けられる。同様に、第２校正片ＣＢ２は、第２ステージ４の支持部における３個のアーム部材のうちのいずれか１つのアーム部材に、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定可能に取り付けられる。
そして、厚さ演算部３１は、ウェハ厚さ測定装置Ｓを校正する際に、第１校正片ＣＢ１における第１校正点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた第１および第２干渉計基準校正測定結果、前記校正する際に、第２校正片ＣＢ２における第２校正点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた第１および第２距離計基準校正測定結果、前記校正後であって測定対象のウェハＷＡの厚さＴを測定する前に、前記第１校正点を前記Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって得られた第１および第２干渉計校正測定結果、前記測定する前に、前記第２校正点を前記Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって得られた第１および第２距離計校正測定結果、前記第１および第２干渉計基準測定結果、前記第１および第２距離計基準測定結果、前記第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記第１および第２距離計測定結果に基づいて前記位相数Ｎを求めて、前記測定点での測定対象のウェハＷＡの厚さＴを求める。
より具体的には、前記第１および第２干渉計基準校正測定結果に基づき求めた基準校正変位をＷｉｃｒｅｆとし、前記第１および第２距離計基準校正測定結果に基づき求めた基準校正厚さをＷｍｃｒｅｆとし、前記第１および第２干渉計校正測定結果に基づき求めた校正変位をＷｉｃとし、前記第１および第２距離計校正測定結果に基づき求めた校正厚さをＷｍｃとすると、上述の式５と同様に、次式８が成り立つから、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（Ｗｍｃ－Ｗｍｃｒｅｆ）－（（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ）））を最小とする整数Ｎを求めることによって前記位相数Ｎが求められ、前記測定点ＭＰでの測定対象のウェハＷＡの厚さＴは、次式９によって求められる。あるいは、前記測定点ＭＰでの測定対象のウェハＷＡの厚さＴは、次式１０によって求められてもよい。
式８；｜ε｜＝Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（Ｗｍｃ－Ｗｍｃｒｅｆ）－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））
式９；Ｔ＝（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗ０
式１０；Ｔ＝（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗｍｒｅｆ
このようなウェハ厚さ測定装置Ｓでは、校正時として、例えば、出荷段階にメーカによって、あるいは、例えば、納品後測定開始前にユーザによって、第１校正片ＣＢ１における第１校正点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定することによって第１および第２干渉計基準校正測定結果が得られ、第２校正片ＣＢ２における第２校正点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定することによって第１および第２距離計基準校正測定結果が得られ、これら第１および第２干渉計基準校正測定結果ならびに第１および第２距離計基準校正測定結果が演算制御部３に記憶される。
そして、測定の際には、図５を用いて上述した処理Ｓ１の前に、第１校正点に、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定スポットが位置するように、第１ステージ４を駆動し、前記第１校正点をＡ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定する処理が実施される。これによって第１および第２干渉計校正測定結果が得られる。続いて、図５を用いて上述した処理Ｓ１ないし処理Ｓ３の各処理が順次に実施される。続いて、図５を用いて上述した処理Ｓ４の前に、第２校正点に、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定スポットが位置するように、第２ステージ５を駆動し、前記第２校正点をＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定する処理が実施される。これによって第１および第２距離計校正測定結果が得られる。続いて、図５を用いて上述した処理Ｓ４ないし処理Ｓ６の各処理が順次に実施される。この処理Ｓ６では、厚さ演算部３１は、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（Ｗｍｃ－Ｗｍｃｒｅｆ）－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））を最小とする整数Ｎを前記位相数Ｎとして求め、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗｍｒｅｆによって前記測定点ＭＰでのウェハＷＡの厚さＴを求める。そして、図５を用いて上述した処理Ｓ７が実施され、測定が終了される。
このようなウェハ厚さ測定装置Ｓおよびウェハ厚さ測定方法は、第１および第２校正片ＣＢ１、ＣＢ２によって校正でき、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１ＢやＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂが例えば経年変化によって測定結果にドリフト（シフト）が生じた場合でも、それを補正（修正）したウェハＷＡの厚さＴを求めることができる。上記ウェハ厚さ測定装置Ｓおよびウェハ厚さ測定方法は、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗ０、上述の例では（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗｍｒｅｆによって、補正後のウェハＷＡの厚さＴを求めることができる。
また、上述の実施形態では、ウェハ厚さ測定装置Ｓは、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂ用に、第１ステージ４を備え、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂ用に、第２ステージ５を備え、これら第１および第２ステージ４、５間でのウェハＷＡの搬送用に搬送部６を備えたが、第１および第２ステージ４、５を、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂ用ならびにＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂ用に、１つのステージに纏めてもよい。これによれば、第２ステージ５および搬送部６が省略でき、第２ステージ５の位置決めも省略できる。
図７は、前記ウェハ厚さ測定装置の第２変形形態を説明するための図である。このような第２変形形態におけるウェハ厚さ測定装置Ｓでは、より具体的には、例えば、図７に示すように、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１ＢならびにＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂは、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定スポットが図略のステージに載置されたウェハＷＡ上に位置するとともに、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定スポットが前記ウェハＷＡ上に位置するように、配置される。前記図略のステージは、例えば、図２に示す第１ステージ４と同構成である。そして、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂの測定スポットの位置と、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂの測定スポットの位置との位置関係が演算制御部３に記憶される。演算制御部３は、前記位置関係に基づいて、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定した測定点とＡ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定した測定点とが互いに一致するように、前記図略のステージを駆動する。
なお、図７に示すように、第１および第２校正片ＣＢ１、ＣＢ２が用いられてよく、この場合では、例えば、第１校正片ＣＢ１は、前記図略のステージの支持部における３個のアーム部材のうちのいずれか１つのアーム部材に、Ａ面光干渉計１ＡおよびＢ面光干渉計１Ｂで測定可能に取り付けられ、第２校正片ＣＢ２は、前記図略のステージの支持部における３個のアーム部材のうちのいずれか他の１つのアーム部材に、Ａ面距離計２ＡおよびＢ面距離計２Ｂで測定可能に取り付けられる。
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
Ｓ ウェハ厚さ測定装置
１Ａ Ａ面光干渉計（第１光干渉計の一例）
１Ｂ Ｂ面光干渉計（第２光干渉計の一例）
２Ａ Ａ面距離計（第１距離計の一例）
２Ｂ Ｂ面距離計（第２距離計の一例）
３ 演算制御部
４ 第１ステージ
５ 第２ステージ
６ 搬送部
３１ 厚さ演算部

Claims (5)

  1. 測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置された１対の第１および第２光干渉計と、
    前記測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置され、絶対距離を測定する１対の第１および第２距離計と、
    既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計基準測定結果、前記基準測定点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計基準測定結果、前記測定対象のウェハにおける測定点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記測定点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める厚さ演算部とを備える、
    ウェハ厚さ測定装置。
  2. 前記既知な厚さをＷ０とし、前記位相数を整数Ｎとし、前記第１および第２光干渉計における測定光の波長をλとし、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位をＷｉｒｅｆとし、前記第１および第２距離計基準測定結果に基づき求めた基準厚さをＷｍｒｅｆとし、前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位をＷｉとし、前記第１および第２距離計測定結果に基づき求めた厚さをＷｍとした場合、前記厚さ演算部は、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））を最小とする整数Ｎを求めることによって前記位相数Ｎを求め、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２））＋Ｗ０によって前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める、
    請求項１に記載のウェハ厚さ測定装置。
  3. 前記厚さ演算部は、前記ウェハ厚さ測定装置を校正する際に、所定の第１校正片における第１校正点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計基準校正測定結果、前記校正する際に、所定の第２校正片における第２校正点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計基準校正測定結果、前記校正後であって前記測定対象のウェハの厚さを測定する前に、前記第１校正点を前記第１および第２光干渉計で測定することによって得られた第１および第２干渉計校正測定結果、前記測定する前に、前記第２校正点を前記第１および第２距離計で測定することによって得られた第１および第２距離計校正測定結果、前記第１および第２干渉計基準測定結果、前記第１および第２距離計基準測定結果、前記第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記第１および第２距離計測定結果に基づいて前記位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める、
    請求項１または請求項２に記載のウェハ厚さ測定装置。
  4. 前記既知な厚さをＷ０とし、前記位相数を整数Ｎとし、前記第１および第２光干渉計における測定光の波長をλとし、前記第１および第２干渉計基準校正測定結果に基づき求めた基準校正変位をＷｉｃｒｅｆとし、前記第１および第２距離計基準校正測定結果に基づき求めた基準校正厚さをＷｍｃｒｅｆとし、前記第１および第２干渉計校正測定結果に基づき求めた校正変位をＷｉｃとし、前記第１および第２距離計校正測定結果に基づき求めた校正厚さをＷｍｃとし、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位をＷｉｒｅｆとし、前記第１および第２距離計基準測定結果に基づき求めた基準厚さをＷｍｒｅｆとし、前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位をＷｉとし、前記第１および第２距離計測定結果に基づき求めた厚さをＷｍとした場合、前記厚さ演算部は、Ｗｍ－Ｗｍｒｅｆ－（Ｗｍｃ－Ｗｍｃｒｅｆ）－（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））を最小とする整数Ｎを求めることによって前記位相数を求め、（（Ｗｉ－Ｗｉｒｅｆ）＋Ｎ×（λ／２）－（Ｗｉｃ－Ｗｉｃｒｅｆ））＋Ｗ０によって前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める、
    請求項３に記載のウェハ厚さ測定装置。
  5. 測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置された１対の第１および第２光干渉計で、既知な厚さの基準測定点を持つ基準片における前記基準測定点を測定して第１および第２干渉計基準測定結果を取得する干渉計基準測定工程と、
    前記測定対象のウェハを介して互いに対向するように配置され、絶対距離を測定する１対の第１および第２距離計で、前記基準測定点を測定して第１および第２距離計基準測定結果を取得する距離計基準想定工程と、
    前記測定対象のウェハにおける測定点を前記第１および第２光干渉計で測定して第１および第２干渉計測定結果を取得する干渉計測定工程と、
    前記測定点を前記第１および第２距離計で測定して第１および第２距離計測定結果を取得する距離計測定工程と、
    前記干渉計基準測定工程で取得した第１および第２干渉計基準測定結果、前記距離計基準測定工程で取得した第１および第２距離計基準測定結果、前記干渉計測定工程で取得した第１および第２干渉計測定結果、ならびに、前記距離計測定工程で取得した第１および第２距離計測定結果に基づいて、前記第１および第２干渉計基準測定結果に基づき求めた基準変位と前記第１および第２干渉計測定結果に基づき求めた変位との間の位相数を求めて、前記測定点での測定対象のウェハの厚さを求める厚さ演算工程とを備える、
    ウェハ厚さ測定方法。
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