JPH1047949A - ウエハー形状測定装置 - Google Patents

ウエハー形状測定装置

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JPH1047949A
JPH1047949A JP20262496A JP20262496A JPH1047949A JP H1047949 A JPH1047949 A JP H1047949A JP 20262496 A JP20262496 A JP 20262496A JP 20262496 A JP20262496 A JP 20262496A JP H1047949 A JPH1047949 A JP H1047949A
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善秋 三上
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雄三郎 大隅
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ウエハーに重力による撓みを発生させることな
く保持し、センサーを1回走査させることで、ウエハー
本来の平面度、反り、厚み等の形状を正確に測定できる
ようにする。 【解決手段】被測定物であるウエハーの周縁部を保持す
る保持機構を備えた環状ホルダーと、該環状ホルダーを
回転自在に鉛直に静圧支持してなる固定部材と、上記環
状ホルダーに保持したウエハーの形状を測定する検出部
材と、該検出部材をウエハー上で走査させる静圧方式の
スライド装置によりウエハー形状測定装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハー
等の平板状をした薄肉のウエハー形状(平坦度、反り、
厚み)を測定するために使用するウエハー形状測定装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程等において
使用されているウエハー形状測定装置は、図7に示すよ
うなシリコンウエハー100の中央部を真空チャック等
の保持部材101でもって保持させ、該保持部材101
の回転軸102を転がり式の回転軸受103を介して回
転させることによりウエハー100を水平面上で回転さ
せるとともに、コ字状部の先端に2つのセンサー110
をそれぞれ備えるアーム111を転がり式の直動軸受1
12を介して移動させることにより上記センサー110
でもってウエハー100を挟むように走査させ、ウエハ
ー100の平坦度、反り、厚み等の形状を測定するよう
にしたものがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図7に示す
ウエハー形状測定装置では以下のような課題があった。
【0004】1)自重撓みによる誤差 ウエハー100の中央部を保持して水平面上で回転させ
る構造であることから、ウエハー100の周縁部が自重
により撓み測定誤差を生じるといった課題があった。特
に、この現象はウエハー100が大口径になるほど顕著
となり、反りの測定において大きな誤差要因となってい
た。
【0005】2)ウエハー100の保持方法による誤差 ウエハー100の中央部を保持するようにした構成であ
ることから、保持部材101との接触面積が大きすぎる
とその平面度に倣ってウエハー100に反りが発生し、
逆に、保持部材101との接触面積が小さすぎると回転
時にウエハー100の周縁部が振動するというように正
確な測定ができなかった。
【0006】3)保持部材101との当接部分における
ウエハー100の厚み測定できない。
【0007】ウエハー100の中央部を保持部材101
で保持した構造であることから、厚み測定等においては
保持部材101との当接部分におけるウェハー100の
厚みを測定することができず、一度、保持部材101の
位置をずらした上で再度測定し直さなければならない、
というように手間がかかり非効率的であった。しかも、
保持部材101の位置をずらして測定し直す場合、自重
による撓みが大きくなることから、正確な測定ができな
くなるといった課題もあった。
【0008】4)転がり式軸受103、112による誤
差 保持部材101の回転機構やセンサー110の直動機構
に使用されている転がり式の軸受103、112は、回
転要素である球や円筒コロが接触面と点接触あるいは線
接触しているために微振動が発生し易く測定誤差の要因
となっていた。
【0009】このように、シリコンウエハー100等の
平板状をした薄肉の被測定物を水平面上で回転させて測
定する従来のウエハー形状測定装置ではさまざまな測定
誤差要因があり、測定精度を向上させることが非常に難
しいものであった。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、被測定物であるウエハーの周縁部を保持する
保持機構を備えた環状ホルダーと、該環状ホルダーを回
転自在に鉛直に静圧支持してなる固定部材と、上記環状
ホルダーに保持したウエハーの形状を測定する検出部材
と、該検出部材をウエハー上で走査させる静圧方式のス
ライド装置とからウエハー形状測定装置を構成したもの
である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。図1は本発明に係るウエハー形状測定装置の一例を
示す斜視図であり、被測定物であるウエハーの周縁部を
保持する保持機構を備えたリング状の環状ホルダー1
と、該環状ホルダー1の周縁部を静圧支持する3つの固
定部材2と、上記環状ホルダー1の外周面に刻設する溝
1aにワイヤ7を張架させ、環状ホルダー1の回転およ
び停止を制御するスピンドルモータ5及びプーリー6
と、上記ウエハーの形状を測定する検出部材としてのセ
ンサー4と、該センサー4をウエハー上で走査させるス
ライド装置3とから構成してある。
【0012】次に、図1に示すウエハー形状測定装置の
各構成部材について詳細に説明する。
【0013】図2は本発明に係るウエハー形状測定装置
の測定部を示す斜視図であり、図3は図2のX−X線断
面図である。
【0014】上記環状ホルダー1は、ウエハーの外径と
同等またはそれより大きな内径を有する内孔11を有
し、該内孔11にはウエハーを保持するためのフランジ
部12を等間隔に3つ突設させてある。また、上記フラ
ンジ部12に対応する環状ホルダー1の表面にはクリッ
プ等のクランプ部材13を配置してあり、上記環状ホル
ダー1のフランジ部12とクランプ部材13とでウエハ
ーの周縁部を挾持して保持するようにしてある。
【0015】このように、ウエハーの周縁部を3点で保
持することによりセンサー4をウエハー上で1回走査さ
せるだけでウエハーの全面を測定することが可能とな
る。
【0016】なお、図1に示す環状ホルダー1ではウエ
ハーを保持するフランジ部12とクランプ部材13をそ
れぞれ3つずつ設けた例を示したが、ウエハーを正確に
保持できれば3つ以上設けたものであっても構わない。
また、ウエハーの周縁部における厚みについて測定する
必要がない時には、ウエハーをより確実に保持するため
に環状ホルダー1の内孔11に沿ってリング状のフラン
ジ部12を突設させても良い。
【0017】さらに、上記環状ホルダー1を静圧支持す
る3つの固定部材2は、基台50の凸壁部51に等間隔
に配設してあり、各固定部材2の凹部21に環状ホルダ
ー1の周縁部を把持させて環状ホルダー1を鉛直に保持
するようにしてある。また、上記固定部材2の凹部21
の内壁面21aには環状ホルダー1との間隙に圧縮流体
を噴出するための供給孔23と、該供給孔23より噴出
された圧縮流体により環状ホルダー1との間隙に静圧流
体層を形成するための圧力発生溝22を形成してあり、
上記固定部材2の供給孔23に圧縮流体を供給すること
により環状ホルダー1を鉛直面上で回転自在に静圧支持
するようにしてある。
【0018】このように、本発明では環状ホルダー1に
より保持するウエハーを鉛直に配置してあることから、
ウエハーに重力による撓みを生じることがなく、ウエハ
ー本来の形状測定を可能とすることができる。しかも、
環状ホルダー1と固定部材2の凹部21との間には静圧
流体層を形成して環状ホルダー1を静圧支持してあるこ
とから、ウエハーの形状測定に悪影響を与えるような微
振動を生じることなく、小さな駆動力で環状ホルダー1
を滑らかに回転させることができる。
【0019】一方、ウエハーの形状を測定するセンサー
4は、基台50の凸壁部51に環状ホルダー1とともに
並設するスライド装置3に取着してあり、該スライド装
置3の構造は図4(a)、(b)に示すように、角柱状
の固定部31と、該固定部31を囲繞する可動部32、
および該可動部32に設けた前記環状ホルダー1の直径
と同等あるいはそれよりも長い窪みを有するコ字状の支
持部材33とからなり、上記支持部材33の先端にセン
サー4を取着してある。また、上記固定部31と可動部
32との間には若干の隙間を設けてあり、上記可動部3
2の内壁面32aには固定部31と可動部32との隙間
に圧縮流体を噴出するための供給孔35と、該供給孔3
5より噴出された圧縮流体により静圧流体層を形成する
ための圧力発生溝34を形成してある。
【0020】そして、上記可動部32の供給孔35に圧
縮流体を供給して可動部32を固定部31上で静圧支持
するとともに、リニアモータなどの駆動手段(不図示)
により可動部32を移動させ、支持部材33の先端に取
着するセンサー4でウエハーを保持した環状ホルダー1
を挟み込むことにより、ウエハーの平坦度や反り、さら
には厚みを1回の走査で測定することができる。
【0021】なお、図1に示すウエハー形状測定装置に
は、ウエハーを収納するためのウエハマガジン10と、
該ウエハマガジン10からのウエハーの取り出しと収納
を行うとともに、ウエハーを所定位置まで移動させるた
めの真空吸引方式の搬送アーム8、ならびに基台50の
凸壁部51に配置され、上記搬送アーム8とのウエハー
の受け渡しを行うとともに、環状ホルダー1まで搬送す
るための真空吸引方式の搬送アーム9を具備させてあ
る。
【0022】次に、図1に示すウエハー形状測定装置に
よるウエハーの測定手順を示す。
【0023】まず、搬送アーム8によりウエハマガジン
10からウエハーを取り出して環状ホルダー1の前方ま
で移動させたあと垂直に反転させる。そして、上記ウエ
ハーを搬送アーム9に受け渡したあと、鉛直に配置する
環状ホルダー1のフランジ部12と当接するまで搬送し
たあと、クランプ部材13でもってウエハーの周縁部を
挾持し、ウエハーを環状ホルダー1の中央に保持させ
る。この時、環状ホルダー1と固定部材2の凹部21と
の間には圧縮流体を供給し、予め環状ホルダー1を回転
自在に鉛直に静圧支持してある。
【0024】そして、ウエハーを保持した環状ホルダー
1をスピンドルモータ5により回転させるとともに、静
圧支持したスライド装置3の可動部32を移動させ、支
持部材33の先端に取着するセンサー4をウエハー上で
走査させることによりウエハーの平坦度、反り、厚み等
の形状を測定することができる。
【0025】このように、本発明に係るウエハー形状測
定装置は、ウエハーを鉛直に保持するようにしてあるこ
とから重力による撓みを生じることがなく、ウエハー本
来の形状を測定することができる。また、環状ホルダー
1の内径はウエハーの外径と同等またはそれより大きく
し、ウエハーの周縁部を保持するようにしてあることか
ら、センサー4を1回走査させるだけでウエハーの全面
を測定することができ、測定時間を大幅に短縮すること
ができる。
【0026】しかも、環状ホルダー1およびスライド装
置3の可動部32は共に静圧軸受機構にて回転および移
動させるようにしてあることから、従来の転がり式軸受
のような摩耗や摺動抵抗によるガタ付きを生じることが
なく、ウエハーおよびセンサー4に微振動を発生させる
ことがない。その為、ウエハーを保持する環状ホルダー
1を小さな力で滑らかに回転させることができるととも
に、ウエハー本来の形状を正確に測定することができ
る。
【0027】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。図5は本発明に係るウエハー形状測定装置の測定
部の他の例を示す斜視図であり、図6は図5のZ−Z線
断面図である。
【0028】この測定部は、ウエハーの保持機構を真空
吸引構造としたもので、環状ホルダー1の表面に環状の
リング溝1bを刻設するとともに、環状ホルダー1のフ
ランジ部12に吸引口1cを穿設し、該吸引口1cは上
記環状ホルダー1のリング溝1bと貫通孔1dを介して
連通させてある。また、上記環状ホルダー1を静圧支持
する3つの固定部材2には上記環状ホルダー1のリング
溝1bを覆うようなリング体24を設けてあり、該リン
グ体24に設けた排気孔25より真空ポンプ(不図示)
でもって真空吸引することで、環状ホルダー1のフラン
ジ部12に保持したウエハーを吸着保持するようにして
ある。
【0029】このように、ウエハーの保持機構を真空吸
引構造とすることにより、図1に示すクランプ方式に比
べてさらにウエハーの傷付きを抑えることができるとと
もに、ウエハーの測定を完全に自動化することができ
る。
【0030】なお、本発明に係るウエハー形状測定装置
において、ウエハーの保持機構としては、上述したもの
以外にウエハーを傷付けることなく保持することができ
れば、どのような保持機構をもったものでも良いことは
言うまでもない。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被測定
物であるウエハーの周縁部を保持する保持機構を備えた
環状ホルダーと、該環状ホルダーを回転自在に鉛直に静
圧支持してなる固定部材と、上記環状ホルダーに保持し
たウエハーの形状を測定する検出部材と、該検出部材を
ウエハー上で走査させる静圧方式のスライド装置とから
ウエハー形状測定装置を構成したことにより、ウエハー
に重力による撓みを生じることがない。また、環状ホル
ダー1の内径はウエハーの外径と同等またはそれより大
きくし、ウエハーの周縁部を保持するようにしてあるこ
とから、センサーを1回走査させるだけでウエハーの全
面を測定することができ、測定時間を大幅に短縮するこ
とができる。
【0032】しかも、環状ホルダーおよびスライド装置
の可動部は共に静圧軸受機構にて回転および移動させる
ようにしてあることから、従来の転がり式軸受のような
摩耗や摺動抵抗に伴うガタ付きを生じることがなく、ウ
エハーおよびセンサーに微振動を発生させることがな
い。その為、ウエハーを保持する環状ホルダーを小さな
力で滑らかに回転させることができるとともに、ウエハ
ー本来の形状を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るウエハー形状測定装置の一例を示
す斜視図である。
【図2】図1の測定部を示す斜視図である。
【図3】図2のX X線断面図である。
【図4】図1のスライド装置を示す図であり、(a)は
斜視図、(b)はそのY−Y線断面図である。
【図5】本発明に係るウエハー形状測定装置における測
定部の他の例を示す斜視図である。
【図6】図5のZ Z線断面図である。
【図7】従来のウエハー形状測定装置の概略を示す正面
図である。
【符号の説明】
1・・・環状ホルダー、 2・・・固定部材、 3・・
・スライド装置、4・・・センサー、 5・・・スピン
ドルモータ、 6・・・プーリー、7・・・ワイヤー、
8・・・搬送アーム、 9・・・搬送アーム、10・
・・ウエハマガジン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物であるウエハーの周縁部を保持す
    る保持機構を備えた環状ホルダーと、該環状ホルダーを
    回転自在に鉛直に静圧支持してなる固定部材と、上記環
    状ホルダーに保持したウエハーの形状を測定する検出部
    材と、該検出部材をウエハー上で走査させる静圧方式の
    スライド装置とからなり、前記ウエハーを鉛直に保持し
    て形状を測定するようにしたことを特徴とするウエハー
    形状測定装置。
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