JPH01161104A - マルチプローブ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業」二の利用分野〉 この発明はマルチプローブ測定装置に関する。

〈従来の技術〉 ２つの距離ゲージプローブを半導体ウェファ等の被ａｔ
！Ｉ定物の両サイトに配置して、その厚みを測定する容
産型厚みｎｌす定システムが、本出願人により米国特許
３９９０００５号及び特公昭６］−５５０４３号におい
て提案されている。

この提案済みのものは、半導体ウェファ等が非接地であ
るか或は非常に高いインピーダンスを示し誤差によりそ
の電位がコントロール不能である場合にも、厚みや他の
性質を高精度でｎ＋す定できる装置を提供するものであ
る。その一つの実施例においては、非接地ウェファに起
因する誤差の根元を逆位相の交流励振をプローブに与え
ることにより補償している。この方法によれば、ウェフ
ァがプローブ間の中央に位置している限り」−記した誤
差の原因を排除できる。

〈発明か解決しようとする課題〉 しかし、測定誤差にはウェファの中央位置からのずれに
対応する誤差があり、このような誤差は上記した従来の
提案済みの技術では補償することが出来なかった。

この誤差は中央位置からのずれと本質的に非線形の関係
を有するものであり、線形よりも高次数（典型的には２
次）の誤差成分を有している。

本発明はこのような中央位置からのずれを補償するシス
テムを提供することを目的とするものである。

〈発明の概要〉 即ち本発明は厚さ信号に含まれる中央位置からのずれの
関数としての高次数の誤差成分を実質的に減少させるよ
うに、プローブ出力に所定の信号を補いオフセラ１−誤
差の補償を行おうとするものである。

本発明は特に半導体の厚みゲージの分野におけるウェフ
ァ位置のオフセットによる誤差の補償に好適であるが、
他の分野にも適用可能である。即ち、複数の距離プロー
ブを対象物に離間させて配置し、そのプローブの出力信
号が対象物とプローブ間における所定位置（通常は中央
位置）からの差を反映し且つ高次関数である誤差を含む
との様な分野にも適用ｉ＋］’能である。

〈実施例〉 以ド木発明の実施例を図面に県づいて説明する。

本発明はマルチプローブシステムを対象とするものであ
る。マルチブローブシステｌ＼は、測定対象物との距離
をプローブにより検出し、この検出値に処理を加えて信
号を１Ｈるものであるか、このイー号にはプローブにお
むづる被測定対象物との距離のずれの高次関数に従って
変化する。ヒ（差が含まれており、この高次数的な誤差
を補償回路により更正する。

第１図に本発明を厚みａｌｌＩ定シスナシステムした実
施例を示す。

第１のプローブ１２と第２のプローブ１４はオシレータ
１６により駆動され、半導体ウェファ１８の両面側に対
面して配置されており、夫々ゾローブ１２と半導体ウェ
ファ」−８、プローブ１４と半導体つ」二）７１８まで
の距１Ｉｌ１１．を測定するように構成されている。プ
ローブ１２．１４の出力信号は夫々リニアライザ回路２
０、リニアライザ回路２２に送信される。リニアライザ
回路２０．２２はプローブ１２．１４の１つＣ出力に作
用して、これを測定距離に比例した信号にリニアライス
するように構成されている。

リニアライザ回路２０．２２の出力は引算回路２４、加
算回路２６に夫々人力される。引算回路２４の出力はプ
ローブ１２．１−４により検出された距離の差を表して
おり、即ち半導体ウェファ１８の位置のずれ、プローブ
］−２とプローブ１４との間の中央位置からの半導体ウ
ェファ１８の位置のずれを表している。この引算回路２
４の出力は累乗回路２８に送４４されるように構１戊さ
れている。

この累乗回路２８は引算回路２４からの差信吟を累乗す
るもので、この実施例では差信号を２乗するように構成
されている。この累乗回路２８からの出力はスケーリン
グ回路：３０に送られ、ここで所定の定数を掛けるよう
に構成されている。加算回路２６とスケーリング回路３
０とからの出力は更に加算回路コ３２において加算され
て、メータ３３−／− ４（または他の回路）に供給される。このメータ３４は
表示装置であっても良い。加算回路３２からの出力信号
は半導体ウェファ］−８の厚さを示しており、この出力
においては半導体ウェファ］８のプローブ１−２．１４
間の中央位置からのずれにより生じる高次数の誤差は補
＋Ｈされている。スケーリング回路；３０ば典型的には
、ウェファの直径等の条件を決定する特定のキャパシタ
ンスのセラ１〜のためにシステムのギヤリフレーション
を見越しておくためのものであり、異なるウェファ直径
については再調整の必要がある。

第２図にこの誤差のグラフを示す。曲線３６は非直線性
を示しており、中心位ｉｉ’ｉ、からのずれと厚み出力
との間は実（Ｃτ的に２次級数的な関係を示している。

引算回路２４はこの中心からのすれを示す信シ）を出力
し、累乗回路２８はこの出力を曲線３６に近似した非線
形関数に変換する。第３図から分かるように、距＠Ａと
Ｂはプローブ１２．１４の容量プレー１〜３８．４０と
゛１′、導体ウェファ１８間の間隙である。

実際の適用では、半導体ウェファ１８は接地されないた
め、半導体ウェファ１８と容量プレー１〜３８．４０と
実際のポテンシャルが不明であり、この点から他の誤差
が生して来る。この誤差を補償するための回路の−・例
として第４図に示す（そして１）η記した特公昭６１−
５５０４　：３号及び米国特許３９９０００５号に示す
）回路が用いられる。

特に、第４図の回路はプローブ１２．１４の容量プレー
ト３８と容量プレート４０に位相の異なる（この実施例
でば］−８０度）励振を付与するように動作する。これ
により、半導体ウェファ１８の電位を回路のコモン、グ
ランド又は予め定められた実質的に一定の電位に設定す
ることができる。

これを実現する回路はトランジスタ５８とトランジスタ
６０を有する発振回路５６を備えている。

トランジスタ５８とトランジスタ６０は互いにそのベー
スが結合されており、かつそのコレクタがトランス６２
の第１と第２のコイルを通じて結合され、１〜ランジス
タ５８．６０のエミッタ間に直列に接続された他のトラ
ンスフォーマコイルにフイードハックを供給するように
構成されている。

そしてコレクタはまた更に並列のキャパシタ６４．６６
を通して結合されている。キャパシタ６６は可変であり
、このキャパシタンスを調整することにより周波数を変
えるようになっている。ベースバイアス抵抗６８は電源
入力ターミナル７０に接続されている。同様にトランス
６２のコレクタ回路コイルの中間結合点はチョークコイ
ル７４を介して電源人力ターミナル７０に接続している
。

トランス６２の２次コイルはその一端において接地され
ており、他端は発振器の出力になっている。この出力は
２つに分割されケーブル７６とケーブル７８を通って各
プローブ［こ通している。ケーブル７６を通じたＡＣ励
振はトランス８０の一時コイルに供給され、一方このコ
イルの他端は接地されている。１ヘランス８０の２次コ
イルは第１と第２のコイルを有しており、その各コイル
の一端がプローブ８４に接続されている。そして、他端
側はキャパシタ８６．８８を介してＡＣ接地されている
。プローブ８４のＩ）　Ｃ出力信号はリニアライザ９０
は通って加算回路１１２、引算回路１１０に送られる。

プローブ８４はｉＸ」配した特公昭６１．　５５０４３
号及び米国特許３９９０００５号に示すものと同一のデ
ザインで良い。

ケーブル７８に表れる信号は同様に１〜ランス１００の
１次コイルを介してプローブ回路に送られる。トランス
１００の２次コイルは第１と第２のコイルから構成され
ており、これらの一端はプローブ１０４に接続し、距離
Ｂの容量近接ゲージングを行う。２次コイルの他端はキ
ャパシタ１０！３とキャパシタ１０６を介してＡＣ接地
されている。

そして、リニアライザ１０８を通して供給されるＤＣ信
号はこれらに阻止される。リニアライザ９０．１０８へ
のシングルライン人力はキャパシタ８６．１．０５を回
避することにより得られ、下記する回路を用いるのが良
い。

リニアライザ９０とリニアライザ１’０８の出力は」−
記したように夫々引算回路１］−〇と加算１１１】路１
１２に供給される。引算回路」１０の出力は更に累乗回
路上１４に送られ、その出力は今度はスケールファクタ
回路１１６に送られる。加算回路１１８は加算回路１１
２とスケールファクタ回路１１６の出力を受け、加算出
力をメータ１２０等の指示装置或は他の応用機器に出力
する。

以上により第４図に示す発明は被測定対象物の非接地に
よる効果と、対象物のゲージ間の位置のオフセットに起
因する誤差或は複数のプローブと被ｌｌＩす定対象物の
間の距離の不等性に起因する誤差の両方の補償を実現す
る。この発明はまた、他の構成に用いることも可能であ
る。例えば上記した特公昭６１−５５０／１３号及び米
国特許３９９０００５号において要素１２６に代えて本
発明の引算回路２４乃至メータ３４を使用することも可
能である。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、非測定対象物のプ
ローブ間における位置のずれを効果的に補償できるから
、精度の高い測定か可能になる。

【図面の簡単な説明】

＝１２− 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
オフセラ１へ誤差を示すグラフ、第３図はプローブ間隔
の説明冒、第４図は本発明の他の実施例の回路図である
。 １２ニブローブ、１４ニブローブ、１６：オシレータ、
１８−半導体ウェファ、２０：リニアライザ回路、２２
：リニアライザ回路、２４：引算回路、２６：加算回路
、２８：累乗回路、３０：スケーリング回路、３２：加
算回路、３４：メータ、３６：曲線、３８：容量プレー
ト、４０：容ｔブレー１〜．５６：発振回路、５８：１
−ランジスタ、６０：トランシスタ、６２ニドランス、
６４：キャパシタ、６６：キャパシタ、６８：ベースバ
イアス抵抗、７ｏ：ｔＭ電源入力ターミナル７４ニチヨ
ークコイル、７６：ケーブル、７８：ケーブル、８０ニ
ドランス、８４ニブローブ、８６：キャパシタ、８８：
キャパシタ、９０：リニアライザ、１００：Ｉヘランス
、１０４ニブローブ、１０５：キャパシタ、１０６：キ
ャパシタ、」ｏ８：リニアライザ、］１０：引算回路、
１１２：加算回路、１」４：累乗回路、」」６：スケー
ルファクタ回路、１１８二加算回路、１２ｏ：メータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被測定対象物との距離に対応する信号を出力する複
   数の距離測定プローブと、 該距離測定プローブからの信号を処理し、各距離測定プ
   ローブと被測定対象物との距離の関数に対応する出力を
   提供する処理手段とを備え；該出力が、距離測定プロー
   ブと被測定対象物との間隙における差に対応し、線形よ
   りも速く変化する誤差関数を有し、 前記処理手段が前記出力の線形より高次数の誤差関数を
   補償する手段を備えた、 ことを特徴とするマルチプローブ測定装置。 ２）処理手段が複数の距離測定プローブの出力を加算す
   る手段を含む特許請求の範囲第１項に記載のマルチプロ
   ーブ測定装置。 ３）処理手段が更に； 複数の距離測定プローブの出力の差信号を出力する手段
   と、 該差信号を１以上に増大する手段と、 該増大された信号と各距離測定プローブの出力の和とを
   結合し、システムの出力を作成する手段と、 を含む特許請求の範囲第２項に記載のマルチプローブ測
   定装置。 ４）増大する手段が２乗する手段を含む特許請求の範囲
   第３項に記載のマルチプローブ測定装置。 ５）増大した信号をスケーリングする手段を含む特許請
   求の範囲第３項に記載のマルチプローブ測定装置。 ６）距離測定プローブが被厚み測定対象物の対向する面
   に向けて配置された第１と第２のプローブを有し、 処理手段が被厚み測定対象物の厚さに対応する信号を出
   力する手段を含む、 特許請求の範囲第１項に記載のマルチプローブ測定装置
   。 ７）複数の距離測定プローブの出力を加算する手段と、 複数の距離測定プローブの出力を引算する手段と、 該引算する手段からの出力を二乗し、又スケーリングす
   る手段と、 該二乗されスケーリングされた出力と前記加算する手段
   の出力を結合する手段と、 を備えた特許請求の範囲第６項に記載のマルチプローブ
   測定装置。 ８）各距離測定プローブの出力を線形化する手段を含む
   特許請求の範囲第１項に記載のマルチプローブ測定装置
   。 ９）複数の距離測定プローブの出力を線形化する手段を
   含む特許請求の範囲第３項に記載のマルチプローブ測定
   装置。 １０）複数の距離測定プローブの出力を線形化する手段
   を含む特許請求の範囲第７項に記載のマルチプローブ測
   定装置。 １１）被測定対象物が複数の距離測定プローブに関し、
   回路のコモン点に対して充分なインピーダンスを有し、 距離測定プローブの出力について該インピーダンスに起
   因する被測定対象物の電位を補償する手段を備えた、 特許請求の範囲第１項に記載のマルチプローブ測定装置
   。 １２）インピーダンスを補償する手段が距離測定プロー
   ブに互いに位相のずれた励振を生じさせる手段を含む特
   許請求の範囲第１１項に記載のマルチプローブ測定装置
   。 １３）距離測定プローブが容量形プローブであり、前記
   位相のずれた励振が被測定対象物の電位を距離測定プロ
   ーブの容量要素に関して実質的に中間に維持し、 該距離測定プローブが前記位相の異なる励振信号に対応
   して励振される容量要素を含む、 特許請求の範囲第１２項に記載のマルチプローブ測定装
   置。