JPH07167626A - 厚み検出装置及び厚み検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 物品の厚みを光学的に検出する厚み検出装置
及び厚み検出方法に関し、半導体ウエハに被着される膜
の厚み等を迅速且つ正確に行うことのできる装置及び方
法を提供する。 【構成】 被測定物８表面に対して所定の傾きを有する
複数の光源１と、同様な傾きを有し形状の異なる複数の
スリット３を備えるスリット板２と、スリット３の形状
に対応する像を被測定物８表面に結像するための投影縮
小レンズ５とを具備し、ステージ４上に載置される被測
定物８表面との距離を変化させると共に、異なる形状の
スリット３を通過させるように光源１を複数回点灯さ
せ、複数回点灯される光源１からの光によってスリット
３を通過する像を投影縮小レンズ５を介して、被測定物
８表面に結像させ、結像される像のうち最も焦点の合っ
た光源１の位置を認識することにより、被測定物８の厚
みを検出する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物品の厚みを検出する
ための装置及び方法に関するものであり、例えば半導体
製造において半導体基板等に被着される各種膜の厚み、
或いはプリント基板、ＩＣパッケージ、リードフレーム
の厚み、更に半導体ウエハ等の反り等を検出して、所定
範囲内の膜厚或いは所定内の反りかどうかを判断するも
のである。

【０００２】半導体基板等に被着される各種膜は、その
膜厚が設定されているが、製造工程における種々の条件
がばらつくこと等によって厚みにもばらつきが生じ、こ
れが所定範囲を逸脱するような場合には、製造された半
導体装置が不良となることがある。従って、このような
厚みを迅速に検出して、所定範囲となっているか否かを
正確に判断する必要がある。

【０００３】

【従来の技術】従来の厚み検出装置及びこれを用いた検
出方法を図５によって説明する。従来の厚み検出装置
は、図５に示すように、被測定物２９に光を照射する光
源２１、光源２１と被測定物２９との間に介在され、光
源２１からの光を所定の形状にするスリット板２２、被
測定物２９によって反射される反射光を受光する光検知
器２３、及び被測定物２９の入射側、出射側に設けられ
る一対のミラー２４ａ，２４ｂからなる光学系２５と、
光学系２５に対して相対的に上下動可能な被測定物載置
台２６（以下ステージと称する）と、ステージ２６を上
下動させるためのステージ移動機構２７と、光検知器２
３とステージ移動機構２７に接続されて光検知器２３の
中央部分に像が写し出された時のステージ２６の移動量
を認識して被測定物２９の厚みを算出する演算処理部２
８とを有している。

【０００４】尚、上記光学系２５における光源２１、ス
リット板２２、光検知器２３、ミラー２４ａ，２４ｂの
位置関係は常に一定となるように固定されている。この
ような厚み検出装置において、光源２１からの光は、所
定形状のスリットを有するスリット板２２、及びミラー
２４ａを介して被測定物２９表面に入射される。被測定
物２９で反射された光は、ミラー２４ｂを介して光検知
器２３に入る。

【０００５】光検知器２３は、光源２１から被測定物２
９までの距離の変化によって，映し出される像の位置が
水平方向に変化するようになっており、まず光学系２５
と被測定物２９との距離を相対的に変化させることによ
って、光検知器２３の中央部分に像が映し出される位置
を見つける。そして演算処理部２８において、光検知器
２３の中央部分に像が映し出された時のステージ２６の
移動量によって被測定物２９の厚みを検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の厚み検出装
置及びその検出方法によれば、光学系２５と被測定物２
９を載置するステージ２６とを相対的に上下移動させる
ことによって、光検知器２３の中央部分に像が映し出さ
れる点を見つけなければならない。従って、図５に示す
例ではステージ移動機構２７が設けられているが、この
ようにステージ２６或いは光学系２５の少なくとも一方
を移動させるための機構が必要となり、その構成は複雑
なものとなる。

【０００７】また、像が光検知器２３の中央部分に映し
出される位置を認識してその時の光学系２５或いはステ
ージ２６の移動量によって厚みを算出するという処理が
必要であり、特に所定の厚みの範囲内であるか否かとい
うデジタル的な判定を行うような場合には、時間を要す
ることになる。本発明は、上記課題を解決して、特に被
測定物の厚みが許容範囲かどうかを検出するようなデジ
タル的な厚み検出をを迅速に且つ正確に行うことを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、被測定物８の厚みを光学的に検出する厚み
検出装置において、前記被測定物８の上方に位置し、該
被測定物８表面に対して所定の傾きを有するように設置
される複数の光源１と、該複数の光源１に対応して同様
な傾きを有すると共に、それぞれ形状の異なる複数のス
リット３を備えるスリット板２と、該スリット板２と前
記被測定物８との間に位置し、前記スリット板２におけ
るスリット３の形状に対応する像を前記被測定物８表面
に結像するための投影縮小レンズ５とを少なくとも具備
することを特徴としている。

【０００９】また、ステージ４上に載置される被測定物
８の厚みを光学的に検出する厚み検出方法において、前
記被測定物８表面との距離を変化させると共に、異なる
形状のスリット３を通過させるように光源１を複数回点
灯させ、複数回点灯される光源１からの光によってスリ
ット３を通過する像を投影縮小レンズ５を介して、被測
定物８表面に結像させ、該結像される像のうち最も焦点
の合った光源１の位置を認識することにより、被測定物
８の厚みを検出することを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記本発明の厚み検出装置及び厚み検出方法に
よれば、光源１と被測定物８との距離の違いによって、
被処理物８表面に映し出される像の焦点位置が異なるこ
とと、スリット板２の複数のスリット３の形状をそれぞ
れ異ならせていることにより、異なる位置の光源を点灯
させて、最も明確に映し出された像の形状からその時の
光源を容易に認識することができる。

【００１１】従って、被測定物表面に対して最も焦点が
合った光源を認識することにより、被測定物の厚みを簡
単に検出することができる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の厚み検出装置及び厚み検出
方法の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例を説
明するための厚み検出装置構成図であり、傾きをもって
設置される複数の光源１、複数の光源１に対応する複数
のスリット３を有するスリット板２、被測定物８を載置
するステージ４、光源１とステージ４との間に介在され
る投影縮小レンズ５、被測定物８の表面に映し出される
像を撮像するカメラ６、及びカメラ６により撮像された
像の形状或いは色等を認識して被測定物８の厚みを検出
する処理部７からなっている。

【００１３】光源１から出射されスリット板２によって
所定形状とされた光は、投影縮小レンズ５を介してステ
ージ４上の例えばＩＣパッケージ等の被測定物８の表面
に到達するが、被測定物８表面の光源１に対する高さに
よって、焦点があって明確に像が写し出される場合と、
焦点が合わず像がぼやける場合とが生ずる。本発明は、
上記の現象を利用するものであり、複数の光源１を被測
定物８の表面に対して傾きをもたせることで、それぞれ
の光源１が被測定物８からの距離を異ならせるよう設置
して、被測定物８に対して最も焦点が合う光源１を見つ
けることで被測定物８の厚みを検出するものである。

【００１４】尚、図１において光源１は一部省略して示
しており、実際はスリット板２のスリット３の数と光源
１の数は一致している。図１において、複数の光源１を
順に点灯させていく。まず、左端の光源１を点灯させた
場合、光源１と投影縮小レンズ５との距離は短いため、
スリット板２を介して投影縮小レンズ５によって映し出
される像は、図に斜線で示すように投影縮小レンズ５に
対して遠い位置で焦点を合わせることになる。

【００１５】更に順に光源を点灯させていき、中央の光
源１を点灯させた場合、スリット板２を介して投影縮小
レンズ５によって映し出される像はちょうど被測定物８
の表面で焦点を合わせる。そして右端の光源１を点灯さ
せた場合、この光源１と投影縮小レンズ５との距離は長
いため、スリット板２を介して投影縮小レンズ５によっ
て映し出される像は、図に示すように投影縮小レンズ５
に対して近い位置で焦点を合わせることになる。

【００１６】以上のように、投影縮小レンズ５に対して
光源１が近い位置にある場合には、投影縮小レンズ５か
ら遠い位置で焦点を合わせ、逆に光源１が遠い位置にあ
る場合には投影縮小レンズ５から近い位置で焦点を合わ
せることになる。本実施例場合は、中央の光源が被測定
物８表面で焦点が合うような厚みの被測定物であった。

【００１７】このように、複数の光源１を順に点灯させ
る間、カメラ６は被測定物８表面に映し出された像を常
時撮像しており、その中で処理部７が、焦点が合って最
も明確に映し出され像を認識して、その時の光源１の位
置から被測定物８の厚みを検出する。本実施例におい
て、予め正常な厚みである際に映し出される像を設定し
ておくことによって、これ以外の像が明確に映し出され
た場合に許容範囲外であるというデジタル的な判定も容
易に行うことができる。

【００１８】尚、焦点の合致は映し出される像の範囲
（大きさ）或いは像中心における光の強度で判断するこ
とができる。図２は、スリット板２の具体的構成を示す
ものであり、図２（ａ）は複数のスリットの形状をそれ
ぞれ異ならせたものであり、図２（ｂ）は複数のスリッ
トにそれぞれ異なる色のフィルタを被覆したものであ
る。

【００１９】このようなスリット板を、図１において説
明した中央の光源が焦点を合わせる本実施例に適用する
と次のとおりになる。まず図２（ａ）のスリット板２ａ
では、中央部に位置するドーナツ形のスリット３ａを介
した像が最も焦点の合った状態で被測定物８の表面に映
し出されることになる。処理部７は予め各スリットの形
状とその焦点位置とを記憶しているため、カメラ６によ
って撮像された像の中でドーナツ形の像が最も明確であ
ったことを処理部７が認識することで、被測定物８の厚
みを容易に検出することができる。

【００２０】また、図２（ｂ）のスリット板３ａを使用
した場合も同様に、処理部７が各スリット３ｂに対応す
る色とその焦点位置を記憶しているため、中央にある紫
色の像が最も明確に被測定物８表面に映し出されたこと
を認識すると、これによって被測定物８の厚みを検出す
るこができる。本実施例においては、被測定物８の表面
に映し出される像をカメラ６によって撮像して、処理部
によってその厚みを検出しているが、被処理部８に映し
出される像は人間の目によっても、その形状及び明確度
を認識することは可能であるため、目視によっても厚み
を検出することはできる。

【００２１】また、本実施例では、９個のスリットを設
けたスリット板を使用しているが、スリットは、そのピ
ッチを短くして数を多くするほど精度の良い厚み検出を
行うことができる。次に、被測定物の厚みが許容範囲内
であるか否かというデジタル的な検出を行うのにより好
適な方法について図１を用いて説明する。

【００２２】本方法の場合、特にスリット板２のスリッ
ト３のピッチを短くしておく必要がある。前実施例にお
いては、複数の光源１を順に点灯させたが、本実施例で
は複数の光源１を同時に点灯させる。被測定物８の厚み
の良、不良を判断する場合には、ある許容範囲がある
が、例えば、図２（ａ）に示すスリット板２ａで菱形か
ら逆三角形における厚みが許容範囲であるとする。

【００２３】複数の光源１を同時に点灯させた時に、菱
形、ドーナツ形或いは逆三角形の像が明確に被処理物８
表面に映し出された場合には、正常な厚みであると判断
することができる。これに対して、三角形或いは十字形
の像が被測定物８表面に映し出された場合には、被測定
物８の厚みが許容範囲内でないと判断することができ、
これは不良として排除する等の処理を行うことができ
る。

【００２４】被測定物８に映し出される像は、カメラ６
によって撮像して処理部７でその像を判断しても良く、
また目視によって判断することも可能である。以上のよ
うな本実施例によれば、特に被測定物の厚みが許容範囲
であるか否かというデジタル的な検出を迅速に且つ正確
に行うことが可能となる。図３は、複数の光源とスリッ
ト板とを枠体によって一体とした実施例である。

【００２５】図３において、複数の光源９と形状の異な
る複数のスリット１１を有するスリット板１０は所定の
傾きをもって、樹脂等からなる枠体１２によって一体化
されている。この枠体１２は、遮光性のある樹脂を用い
て形成されており、隣接する光源の光が入ることによる
精度の低下を防止している。また、スリット板１０の出
射部に同一のレンズ１３を設けることによって、いずれ
の光源からの光も同じ広がりをもって、図示せぬ投影縮
小レンズへと送られるため、更に精度を向上させること
ができる。

【００２６】以上説明した一体型の光源を使用すれば、
個別の光源を設置するのに比較して、その取扱いが容易
になると共に、位置精度も良好なものとなる。更に、枠
体の材料を考慮することにより隣接する光源間の遮光作
用を有するものとなり、より確実な検出を行うことがで
きる。尚、スリット板１０は、異なる色のフィルターを
被覆した複数のスリットを有するものであってもよい。

【００２７】図４は、円形のスリット板を用いる実施例
を説明するための図である。図１において説明した実施
例は、複数の光源を有するものであったが、本実施例は
１個の光源を上下動させることによって被測定物との距
離を変化させるものである 図４（ａ）の平面図に示すように、本実施例では異なる
形状のスリット１６が周囲部分に複数形成され上下動及
び回転動可能な円形のスリット板１５、及び図４（ｂ）
に示す上下動可能な光源１４を用いる。

【００２８】まず、光源１４を所定の高さに設定すると
共に、スリット板１５を光源１４に応じた高さにして、
所定形状、例えば丸形のスリットが光源１４の直下に位
置するように回転させた状態にする。この状態で光源１
４を点灯することにより、図示しないがスリット１６を
通過する光を投影縮小レンズに送り、被測定物表面に結
像する。（図１参照） その後、光源１４を被測定物表面に対して段階的に上昇
させると共に、これに合わせてスリット板１５を異なる
形状のスリット１６が光源直下に位置するように回転及
び上昇させながら、繰り返し光源１４を点灯することに
よって、同様に被測定物表面への結像を行っていく。

【００２９】このように、被測定物に対する光源１４の
高さ、及びスリット形状を変えながら複数回の点灯を行
う際に、前実施例と同様にカメラ等によって被測定物に
映し出される像を撮像して、最も明確に映った像から光
源１４の高さを認識して、被測定物の厚みを検出する。
本実施例よれば、特に精度向上のために短いピッチで光
源の高さを変えて厚み検出を行うような場合にも、１個
の光源でよく、且つスリット板も一方向（幅方向）に広
がることがないため、装置の大型化を抑えることができ
る。

【００３０】本実施例においては、円形のスリット板を
用いたが、周囲部分に異なる形状或いは異なる色のフィ
ルターを被覆したスリットを設けていればよく、その形
状は限定されるものではなく適宜設定されるものであ
る。以上説明した実施例は、被測定物の厚みを検出する
ものであったが、半導体ウエハ等において、１枚の中で
複数箇所の厚みを検出することによって反りやうねりの
検出を行うことも可能である。

【００３１】

【効果】以上説明した本発明によれば、被測定物表面に
最も明確に映し出される像の形状、或いは色等を認識す
ることによって、被測定物表面に対して焦点の合う光源
を検出することができるため、複雑な処理を必要とせ
ず、被測定物の厚みを迅速且つ正確に検出することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の厚み検出装置及び厚み検出方法を説明
する基本構成図である。

【図２】本発明におけるスリット板構造を説明するため
の平面図である。

【図３】一体型光源を用いる本発明の実施例をするため
の断面図である。

【図４】円形スリット板を用いる本発明の実施例を説明
するための図である。

【図５】従来の厚み検出装置及び厚み検出方法を説明す
るための図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物（８）の厚みを光学的に検出す
   る厚み検出装置において、 前記被測定物（８）の上方に位置し、該被測定物（８）
   表面に対して所定の傾きを有するように設置される複数
   の光源（１）と、 該複数の光源（１）に対応して同様な傾きを有すると共
   に、それぞれ形状の異なる複数のスリット（３）を備え
   るスリット板（２）と、 該スリット板（２）と前記被測定物（８）との間に位置
   し、前記スリット板（２）におけるスリット（３）の形
   状に対応する像を前記被測定物（８）表面に結像するた
   めの投影縮小レンズ（５）とを少なくとも具備すること
   を特徴とする厚み検出装置。
2. 【請求項２】 前記被測定物（８）表面に結像された像
   を撮像するカメラ（６）と、該カメラ（６）によって撮
   像された複数の像のうち、最も焦点の合った像を認識し
   て、この時の像の形状から光源（１）の位置を検出して
   被測定物（８）の厚みを検出する処理演算部（７）とを
   有することを特徴とする請求項１記載の厚み検出装置。
3. 【請求項３】 前記形状の異なる複数のスリット
   （３）を有するスリット板（２）に代わり、異なる色の
   フィルターを被覆する複数のスリットを有するスリット
   板を備えることを特徴とする請求項１及び請求項２記載
   の厚み検出装置。
4. 【請求項４】 ステージ（４）上に載置される被測定物
   （８）の厚みを光学的に検出する厚み検出方法におい
   て、 前記被測定物（８）表面との距離を変化させると共に、
   異なる形状のスリット（３）を通過させるように光源
   （１）を複数回点灯させ、 複数回点灯される光源（１）からの光によってスリット
   （３）を通過する像を投影縮小レンズ（５）を介して、
   被測定物（８）表面に結像させ、 該結像される像のうち最も焦点の合った光源（１）の位
   置を認識することにより、被測定物（８）の厚みを検出
   することを特徴とする厚み検出方法。