JPH10253347A - 表面測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被測定物の表面の概形と、表面粗さの双方の測
定を容易且つ迅速に行うことができる表面測定装置を提
供する。 【解決手段】接触端２６ａの変位を検知し、この変位量
に応じた信号に基づいて、変位量を知り、その変位量の
所定桁以上の数値に基づいて、表面１ｂの概形を検出
し、前記変位量の所定桁未満の数値に基づいて、表面１
ｂの粗さを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の表面を
測定する表面測定装置に係わり、特に被測定物の設置及
び位置合わせを容易にすることができる表面測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体材料に回路を形成したい
わゆる半導体チップを製造する過程では、品質管理のた
めに、半導体ウェーハの表面の粗さ、表面のうねり、乃
至これに基づく厚みを測定する工程がある。この工程で
は、従来、次のような表面粗さ測定装置と平面度測定装
置乃至膜厚測定装置を用いている。

【０００３】表面粗さ測定装置は、半導体ウェーハが設
置されるテーブルと、測定部とを備え、測定部は、半導
体ウェーハの表面に接触する触針と、触針の接触端が変
位自在なるように支持する支持部と、変位を検知する差
動トランス等の変位検知部とを備えており、作業員が半
導体ウェーハをテーブルに設置した後、接触端を半導体
ウェーハの表面に接触させて、半導体ウェーハの表面に
沿って移動させたときの前記変位に基づいて、表面の粗
さを測定するものである。

【０００４】また、平面度測定装置、膜厚測定装置に
は、共に、半導体ウェーハが設置されるテーブルと、Ｃ
ＣＤカラーカメラで撮影した半導体ウェーハの表面の画
像に基づいて、測定を行う測定部とを備えるものなどが
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな表面の測定を行う表面測定装置では、テーブルへの
半導体ウェーハの設置作業、及び半導体ウェーハ上の測
定位置の位置合わせ作業を作業員が行っているため、測
定位置を正確に行うことが難しく、例えば、同一位置の
繰り返し測定が困難であった。また、その繰り返し測定
等のために設置及び位置合わせを高精度に行おうとすれ
ば、それら作業が大変煩雑となっていた。

【０００６】本発明は、そのような事情に鑑みてなさ
れ、被測定物の設置及び位置合わせを容易にすることが
できる表面測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
るために、被測定物を収納する収納部と、被測定物を載
置し所望位置に移動することができる移動テーブルと、
前記収納部から被測定物を取り出して前記移動テーブル
に搬送すると共に前記移動テーブル上の被測定物を前記
収納部に搬送する搬送部と、前記被測定物の表面を測定
する測定部とを設けたことを特徴とする。

【０００８】即ち、搬送部により被測定物が移動テーブ
ルに設置され、移動テーブルにより、高精度に位置決め
される。また、別の発明として、被測定物の表面を測定
する測定部と、該測定部と前記被測定物とを相対移動さ
せる相対移動機構と、変位検知部とを備え、前記測定部
は、前記被測定物の表面に接触する接触体を有し、前記
変位検知部は、前記接触体の接触端の変位を検知し、こ
の変位量に応じた信号を出力する表面測定装置におい
て、前記変位検知部から出力された信号に基づいて、前
記変位量を知り、該変位量の所定桁以上の数値に基づい
て、前記表面の概形を検出し、前記変位量の所定桁未満
の数値に基づいて、前記表面の粗さを検出する演算検出
部を備えることを特徴とするものがある。これによれ
ば、表面の概形と表面の粗さの双方を迅速に検出する。

【０００９】更に別の発明として、設置部と、該設置部
に設置された被測定物の表面を測定する測定部とを備え
る表面測定装置において、被測定物を吸引する吸引部を
有する基盤と、該基盤に重ねられた背面板とを備え、該
背面板は、その表面からその裏面へ貫通された多数の通
気孔と、前記被測定物を吸着する多数の吸着凹部とを有
し、前記吸引部は、通気性を有する多孔部である。これ
によれば、板状の被測定物を歪めずに設置する作業を容
易に行うことができ、設置後、吸引部の吸引を停止して
も、被測定物の位置ずれを防ぐことができるので、駆動
エネルギーの低減を図ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る表面測定装置の好ましい実施の形態について詳説す
る。尚、図２では、発明の説明のために半導体ウェーハ
１の厚みｔ及び表面１ｂのうねりＬ１、表面１ｂの粗さ
を、相対的に大きく描写している。図１に示すように、
表面測定装置１００は、被測定物としての薄板状の半導
体ウェーハ１の図２の裏面１ａを吸引して水平に吸着保
持する設置部であり且つ移動テーブルである吸着テーブ
ル１０と、その表面１ｂを測定する測定部２０と、図１
の測定部２０と吸着テーブル１０とを相対移動させる相
対移動機構５０とを備えている。

【００１１】測定部２０は、図２に示すように、半導体
ウェーハ１の表面１ｂに接触する接触体２５と、接触体
２５の接触端２６ａを変位自在に支持する支持部３０
と、接触体２５の接触端２６ａの変位を検知する変位検
知部３５と、演算検出部４０とを備えている。接触体２
５は、下方の尖端が半導体ウェーハ１の表面１ｂに接触
する接触端２６ａとなる触針２６と、先端に触針２６の
上端が固着された揺動アーム２８とを有しており、揺動
アーム２８は、横設された棒状を成し、触針２６が自重
により下方に移動自在且つ半導体ウェーハ１との接触に
より上方に移動自在な位置に、支持部３０に対して揺動
自在に支持される軸２８ａを有する。

【００１２】支持部３０は、接触体２５と変位検知部３
５を収納するケース３１と、演算検出部４０を収納する
ケース３２と、それらを連通させて結合する結合部３３
とを有しており、ケース３１は、触針２６を配置させる
貫通孔３１ａを形成する孔部３１ｂと、接触体２５の軸
２８ａを回転自在に支持する軸受３１ｃとを有してい
る。

【００１３】変位検知部３５は、揺動アーム２８の基端
部の変位量を電気信号として出力する差動トランスであ
る。演算検出部４０は、表面形状検出部４１と粗さ検出
部４３を備えており、表面形状検出部４１は、変位検知
部３５からの電気信号に基づいて接触端２６ａの変位量
ｚを検出し、その変位量ｚの所定桁以上の数値に基づい
て、表面１ｂの表面形状であるうねりＬ１を検出する。
この桁は、変位量ｚの数値を精密に評価できるように二
進数の桁としている。

【００１４】また、粗さ検出部４３は、変位量ｚの所定
桁未満の数値に基づいて、表面１ｂの粗さを検出する。
図１に示すように、相対移動機構５０は、吸着テーブル
１０を水平なＹ軸方向に移動駆動させるＹ軸方向移動駆
動部６５と、Ｙ軸方向移動駆動部６５を水平且つＹ軸に
直交するＸ軸方向に移動駆動させるＸ軸方向移動駆動部
５５と、測定部２０を鉛直なＺ軸方向に移動駆動させる
Ｚ軸方向移動駆動部６０とを備えている。

【００１５】Ｘ軸方向移動駆動部５５は、移動板５６
と、移動板５６に螺合した螺子棒５７と、螺子棒５７を
回転させ移動板５６を移動させるモータ５８とを有して
おり、Ｙ軸方向移動駆動部６５は、移動体６６と、移動
体６６に螺合した螺子棒６７と、螺子棒６７を回転させ
移動体６６を移動させるモータ６８とを有している。Ｚ
軸方向移動駆動部６０は、本体６１と、測定部２０の支
持部３０のケース３２が取り付けられ、本体６１に対し
てＺ軸方向に昇降される取付け部６３とを有している。

【００１６】また、本実施形態の表面測定装置１００
は、複数枚の半導体ウェーハ１、或いは回路を有する半
導体ウェーハ２、並びにその回路の通電検査を行う多数
の触針を有する回路検査カード１０１（所謂プローブカ
ード）を収納する収納部７０と、搬送部７１と、吸着テ
ーブル１０との間で回路検査カード１０１が着脱される
取付部８０と、取付部８０の内部が見える位置に設けら
れた顕微鏡９０とを備えている。

【００１７】搬送部７１は、収納部７０から半導体ウェ
ーハ１、若しくは半導体ウェーハ２、若しくは回路検査
カード１０１を取り出す動作及び収納させる動作を行う
取出収納機構７２と、取出収納機構７２から半導体ウェ
ーハ１、若しくは半導体ウェーハ２、若しくは回路検査
カード１０１を受け取り、吸着テーブル１０に載置する
動作、及び吸着テーブル１０から半導体ウェーハ１、若
しくは半導体ウェーハ２、若しくは回路検査カード１０
１を撤去し、取出収納アーム７２に受け渡す動作をする
載置撤去アーム７４とを有している。

【００１８】表面測定装置１００を用いた半導体ウェー
ハ１の表面測定方法について説明する。まず、搬送部７
１の取出収納アーム７２、載置撤去アーム７４を駆動し
て、これらにより半導体ウェーハ１を吸着テーブル１０
に載せる。よって、作業員が載せる場合に比して、半導
体ウェーハ１を高精度且つ容易に位置決めすることがで
きる。

【００１９】そこで、吸着テーブル１０は、変形し易い
薄板の半導体ウェーハ１の図２に示す裏面１ａを高精度
に水平に吸着保持する。そこで、半導体ウェーハ１を固
定する。よって、表面測定装置１００では、従来に比し
て半導体ウェーハ１の設置を容易にすることができる。
次に、図１の相対移動機構５０のＸ軸方向移動駆動部５
５とＹ軸方向移動駆動部６５とを駆動して、測定部２０
を図中矢印Ａ、Ｂ方向及び図中矢印Ｃ、Ｄ方向に移動さ
せ、その触針２６の接触端２６ａを、半導体ウェーハ１
の表面１ｂの測定経路Ｒ１の測定開始位置Ｐ１に対して
鉛直上方に位置させる。

【００２０】次に、Ｚ軸方向移動駆動部６０を図中矢印
Ｅ、Ｆ方向に駆動することで、図２に示すように、触針
２６の接触端２６ａを、測定開始位置Ｐ１に接触させる
と共に、ケース３１の貫通孔３１ａからの触針２６の突
き出し量を所定量とし、触針２６の変位量ｚをその高さ
位置Ｌｅでゼロに設定する。触針２６の接触端２６ａ
は、その高さ位置Ｌｅから上下に等しく所定量、移動可
能であり、この所定量は、半導体ウェーハ１の表面１ｂ
の最大高低差よりも大きい。

【００２１】そこで、図１のＸ軸方向移動駆動部５５を
駆動して、図２に示すように吸着テーブル１０と共に半
導体ウェーハ１の表面１ｂの測定開始位置Ｐ１を図中矢
印Ａ方向に移動させる。これにより、触針２６の接触端
２６ａが、図中二点鎖線に示すように測定経路Ｒ１上を
移動する。すると、測定経路Ｒ１の高さ変化に応じて触
針２６の接触端２６ａが変位し、この変位量ｚを変位検
知部３５が電気信号に変え、演算検出部４０の表面形状
検出部４１が、この電気信号に基づいて変位量ｚを検出
し、その変位量ｚの所定桁以上の数値に基づいて、その
測定経路Ｒ１上の表面１ｂの表面形状であるうねりＬ１
を検出する。また、粗さ検出部４３は、変位量ｚの所定
桁未満の数値に基づいて、その測定経路Ｒ１上の表面１
ｂの粗さを検出する。これにより、その測定経路Ｒ１の
うねりＬ１と表面１ｂの粗さの双方を迅速に検出するこ
とができるので、製造工程における半導体ウェーハ１の
表面１ｂのうねりＬ１、乃至これに基づく厚みｔと、表
面１ｂの粗さについての品質管理を容易且つ迅速に行う
ことができる。

【００２２】また、図１のＹ軸方向移動駆動部６５を駆
動して、半導体ウェーハ１の測定経路Ｒ１に対して触針
２６の接触端２６ａを図中矢印Ｃ、Ｄ方向に移動させる
ことで、測定経路Ｒ１を別の測定経路Ｒ２に変更するこ
とができる。また、Ｙ軸方向移動駆動部６５とＸ軸方向
移動駆動部５５を共に駆動することで、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向以外の方向の、直線乃至曲線の測定経路（図示略）
を測定することができる。

【００２３】また、吸着テーブル１０を、複数の半導体
ウェーハ１を並べて設置できる構成とすれば、測定部２
０を一方の半導体ウェーハ１から他方の半導体ウェーハ
１に移動させることで、複数の半導体ウェーハ１の測定
を行うことができる。尚、本実施形態では、図２の演算
検出部４０において、表面形状検出部４１と粗さ検出部
４３とをそれぞれ設ける回路構成としたが、表面形状検
出部４１と粗さ検出部４３の演算手順と同様の演算手順
を行わせるプログラムが予め記憶された一つの中央処理
装置で演算処理する構成としてもよく、この場合、この
プログラムを含めた中央処理装置が表面形状検出部４１
であり且つ粗さ検出部４３である。

【００２４】また、本発明は、測定部２０に代えて、Ｃ
ＣＤカラーカメラで撮影した半導体ウェーハ１の表面の
画像に基づいて、測定を行う平面度測定装置若しくは膜
厚測定装置の測定部に代えてもよく、更にそれらを並設
したものを含む。また、本発明は、吸着テーブル１０に
代えて、特願平９−０２１２５２号明細書に記載の保持
部を用いてもよい。この保持部を図を用いずに簡単に説
明すると、板状の被測定物を吸引する吸引部を有する基
盤と、該基盤に重ねられた背面板とを備え、該背面板
は、その表面からその裏面へ貫通された多数の通気孔
と、前記被測定物を吸着する多数の吸着凹部とを有し、
前記吸引部は、通気性を有する多孔部である。これによ
れば、板状の被測定物を歪めずに設置する作業を容易に
行うことができ、設置後、吸引部の吸引を停止しても、
被測定物の位置ずれを防ぐことができるので、駆動エネ
ルギーの低減を図ることができる。

【００２５】また、吸引部を複数設ければ、大きな被測
定物も、小さな被測定物も、設置できる。また、図２の
半導体ウェーハ１の表面１ｂが酸化膜を有する場合に
は、測定部２０に膜厚測定装置を設けてもよく、これに
より、表面１ｂのうねりＬ１と表面１ｂの粗さと共に、
表面１ｂの膜厚を検出することができる。膜厚測定装置
としては、レーザ光線を半導体ウェーハ１の酸化膜に向
けて射出し、その反射光線の干渉に基づいて、酸化膜の
膜厚を測定するものなどがある。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
搬送部により被測定物が設置部に設置され、移動テーブ
ルにより、高精度に位置決めされるので、被測定物の設
置及び位置合わせを容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面測定装置の一実施形態を示す図

【図２】図１の表面測定装置の接触体を示す図

【符号の説明】

１…半導体ウェーハ（被測定物） １ｂ…表面 １０…吸着テーブル（移動テーブル） ２０…測定部 ７０…収納部 ７１…搬送部 １００…表面測定装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を収納する収納部と、 被測定物を載置し所望位置に移動することができる移動
   テーブルと、 前記収納部から被測定物を取り出して前記移動テーブル
   に搬送すると共に前記移動テーブル上の被測定物を前記
   収納部に搬送する搬送部と、 前記被測定物の表面を測定する測定部とを設けたことを
   特徴とする表面測定装置。