JP2003075125A - ウエハの厚み測定方法および厚み測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚みが３０〜５０μｍの可撓性の
シリコンウエハであっても、透明な保護フィルムが積層
されているウエハであってもそのウエハ厚み、厚み分布
を高い精度で測定できる厚み測定装置の提供。 【解決手段】 投光手段と、２次元受光素子を備
える受光手段と信号処理手段を有する備えた光式センサ
１０，１０一対を被測定対象物が通過できる距離をもっ
て上下に固定した測定ステ−ジＡに、吸引機能を有する
搭載台３６に載せられた被測定対象物を移動し、投光手
段よりスリットビ−ムを被測定対象物の検出域に投光
し、検出域からの反射光を２次元受光素子（ＣＣＤ）２
０に受光し、該２次元受光素子上の受光量分布のうち前
記投光手段に近い側にある第２の投光分布とから、検出
域にある被測定対象物の厚さ、高さまたは段差を信号処
理手段２９で算出する厚み測定装置１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚みが２０〜１５
０μｍと薄厚の可撓性ウエハの肉厚および厚み分布、並
びに、保護樹脂フィルムによりデバイスパタ−ンが保護
されている薄厚ウエハのウエハ部分の厚みおよび厚み分
布を測定できるウエハの厚み測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板の製造において、得られる半
導体基板の製造失敗の原因を究明しやすくするため製造
の前工程、後工程等における次工程に進む前に加工され
た基板をテストし、評価することが行なわれる。ウエハ
の厚みを測定することもその一例である。ウエハの厚み
測定装置としては、静電容量式厚み計が一般に使用され
ている（特開平５−６７６６０号）。一般にウエハ（基
板）の厚みは、基板の中心点の厚み、基板の中心点
を通る２つの直角交差線上の定められた９点の位置の厚
さ、基板の中心点を通る４本の交差線により形成され
る断面形状を示す厚み分布が測定される。

【０００３】基板の径が２００ｍｍから３００ｍｍと拡
径するにつれ、より多くのチップを採取できるように基
板の周縁近傍まで、例えば１ｍｍ近傍までデバイス模様
を印刷し、形成することが試みられている。

【０００４】また、スマ−トカ−ド、フラッシュメモリ
−カ−ドのように厚みが３０〜１５０μｍ、好ましくは
５０〜１２０μｍの薄厚基板も提案され、一部実用化さ
れている。更に、デバイス面を保護樹脂フィルムで被覆
し、基板裏面をバックグラインド（裏面研削）し、洗浄
後、さらに研削面を研磨（特開２０００−２５４８５７
号）した基板、基板裏面をバックグラインド（裏面研
削）し、洗浄後、さらに研削面をエッチング（特開平１
１−２６５８６９号）した基板、フレ−ムに貼設された
粘着テ−プ上に保護樹脂フィルムでデバイス面が保護さ
れたウエハを貼付し、ついで保護樹脂フィルムを剥離し
た基板等の基板の厚みを測定することも試みられてい
る。

【０００５】前記静電容量式厚み計では、ウエハ周縁部
の３ｍｍ近傍の厚みは測定困難で、３００ｍｍ径のウエ
ハでは２９５〜２９７ｍｍ幅の厚み範囲しか測定できな
い。また、可撓性ウエハや樹脂フィルム貼付ウエハで
は、ウエハ厚み測定に誤差が生じ易いことが判明した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、樹脂フ
ィルムや紙の厚みを測定するのに用いられている光式変
位センサとも光式厚さセンサとも呼ばれる光式センサを
基板の厚みの測定に利用できないかと種々の光式センサ
を検討したところ、投光手段と、受光手段と信号処理手
段を有する備えた光式センサであり、前記投光手段は投
光手段と受光手段との並び方向に対して垂直方向に細長
く伸びたスリットビ−ムを被測定対象物の検出域に投光
するものであり、前記受光手段は、前記検出域からの反
射光を集光する集光レンズと、該集光レンズを介して受
光する２次元受光素子とを有するものであり、前記信号
処理手段は、前記受光手段の２次元受光素子上の受光量
分布のうち前記投光手段に近い側にある第２の受光分布
とから、検出域にある被測定対象物のの厚さ、高さまた
は段差を算出するものである信号処理手段を備える光式
センサ（特開２０００−２８３１７号、同２０００−９
７６２９号、同２０００−９７６３０号、同２０００−
９３６３４号、同２０００−９３６３５号公報参照）、
例えば、オムロン株式会社のＺ３００−Ｓ２（商品名）
は、不透明物も透明物も厚みが測定でき、しかもウエハ
の周縁部０．５ｍｍ近傍まで（３００ｍｍウエハの２９
９ｍｍ幅）測定できることを見出し、この光式センサを
利用し、基板の厚み測定に適した構造に設計した厚み測
定装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、投
光手段と、受光手段と信号処理手段を有する備えた光式
センサであり、前記投光手段は投光手段と受光手段との
並び方向に対して垂直方向に細長く伸びたスリットビ−
ムを被測定対象物の検出域に投光するものであり、前記
受光手段は、前記検出域からの反射光を集光する集光レ
ンズと、該集光レンズを介して受光する２次元受光素子
とを有するものであり、前記信号処理手段は、前記受光
手段の２次元受光素子上の受光量分布のうち前記投光手
段に近い側にある第２の投光分布とから、検出域にある
被測定対象物の厚さ、高さまたは段差を算出する信号処
理手段である光式センサを用いて、被測定対象物である
ウエハの厚みを測定する厚み測定装置であって、該厚み
測定装置は、厚み測定装置の基台上に設けた移動台に立
設した支持体に前記一対の光式センサを被測定対象物が
通過できる距離をもって上下に固定した測定ステ−ジ、
前記測定ステ−ジの移動台を前後方向に移動させるサ−
ボ機能を有する移動機構、上下に流体通路を有する支持
管を前記測定ステ−ジの前位置に立設し、該支持管の上
部フランジ部に支持管の流体通路に連通する流体通路を
有する円盤状下プレ−トを固定し、円盤状下プレ−トの
上面に前記光式センサが通過できる切り欠き部を少なく
とも８箇所等間隔に設けた円筒状支持体を固定して設
け、底部に流体通路室を有する円盤状枠プレ−トを前記
円筒状支持体の上部に固定し、該円盤状枠プレ−ト内に
光式センサの投光部より投光された光が被測定対象物に
達し、その反射光が光式センサに達するように少なくと
も４条の溝が円盤状枠プレ−トの軸心で交差して形成さ
れるように吸引部材を敷設して被測定対象物搭載台を形
成し、円盤状下プレ−トの流体通路と円盤状枠プレ−ト
の流体通路室を管で連通させ、支持管の流体通路に減圧
空気供給管と加圧空気供給管が切替えられる切替えバル
ブを有する管が結合されている被測定対象物搭載ステ−
ジ（但し、被測定対象物搭載ステ−ジを構成する支持管
の軸心、円盤状下プレ−トの軸心、円筒状支持体の軸心
および円盤状枠プレ−トの軸心は同一鉛直線上に存在す
る。）、および、前記支持管を水平方向に回動させるサ
−ボ機能を有する回動機構、とを備えることを特徴とす
るウエハの厚み測定装置を提供するものである。

【０００８】本発明の請求項２は、投光手段と、受光手
段と信号処理手段を有する備えた光式センサであり、前
記投光手段は投光手段と受光手段との並び方向に対して
垂直方向に細長く伸びたスリットビ−ムを被測定対象物
の検出域に投光するものであり、前記受光手段は、前記
検出域からの反射光を集光する集光レンズと、該集光レ
ンズを介して受光する２次元受光素子とを有するもので
あり、前記信号処理手段は、前記受光手段の２次元受光
素子上の受光量分布のうち前記投光手段に近い側にある
第２の投光分布とから、検出域にある被測定対象物の厚
さ、高さまたは段差を算出する信号処理手段である光式
センサを用い、前後移動および回転駆動可能な支持体に
軸承された搭載台に被測定対象物を載せ、光式センサの
投光部より被測定対象物の検出域に投光し、その反射光
を２次元受光素子で受光し、その受光量分布のうち前記
投光手段に近い側にある第２の投光分布とから、検出域
にある被測定対象物の厚さを信号処理手段より算出させ
ることを特徴とする、ウエハの厚み測定方法を提供する
ものである。

【０００９】被測定対象物であるウエハを搭載ステ−ジ
に載置し、バキュ−ムで固定するので、被測定対象物が
３０〜１５０μｍと薄厚のウエハであっても撓むことが
なく、高精度て厚みを測定できる。また、搭載ステ−ジ
の被測定対象物搭載台は回転駆動で位置合わせを、測定
ステ−ジはサ−ボ機構を有するリニア駆動で位置合わせ
を行なうので、位置合わせが自動化でき、かつ、予め、
光式センサの光軸が被測定対象物搭載台の軸芯と一致し
た位置を０点と決めておけば、光式センサの信号処理手
段で算出される厚み分布のウエハの中心点位置はこの０
点に一致することとなり、デ−タ処理が容易となる。

【００１０】さらに、ウエハ厚み測定後は、加圧空気を
被測定対象物搭載台下面の流体通路室に供給すればウエ
ハを搭載ステ−ジから容易に外すことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の光式センサを備えたウエハの厚み測
定装置の平面図、図２はウエハの厚み測定装置の正面
図、図３はウエハの厚み測定装置の側面図、図４は本発
明に用いる光式センサの構成を示すブロック図、図５は
光式センサのアプリケ−ションメニュ−の図、図６は光
式センサと被測定対象物までの距離および各部の関係を
示す図、図７は２個の光式センサを用い、裏面研削され
たウエハの厚みを測定している状態を示す図、および図
８は裏面研削されたウエハのデバイス面に貼付された透
明の保護樹脂フィルムが光式センサの２次元受光素子Ｃ
ＣＤ上で表した受光量分布を示す図である。

【００１２】本発明のウエハの厚み測定装置１は主とし
て、一対の光式センサを備える測定ステ−ジＡ、被測定
対象物搭載ステ−ジＢ、該測定ステ−ジを被測定対象物
搭載ステ−ジ側へ移動、または測定ステ−ジを被測定対
象物搭載ステ−ジ側へ遠ざけるサ−ボ機能を有する前後
移動機構Ｃ、および被測定対象物搭載ステ−ジを回動さ
せるサ−ボ機能を有する回動機構Ｄよりなる。

【００１３】図１、図２および図３に示すように、測定
ステ−ジＡは、基台２上に設けた移動台５０に立設した
支柱３に固定した支持フレ−ム４に２次元ＣＣＤを備え
る光式センサ１０，１０を厚さ測定装置の被測定対象物
が通過できる距離を隔てて上下に固定する構造をとる。

【００１４】被測定対象物搭載ステ−ジＢは、上下に流
体通路３１ａを有する支持管３１を中央に円筒状空所を
有するガイド３０を通して立設し、該支持管の上部フラ
ンジ部３１ｂに支持管の流体通路３１ａに連通する流体
通路３２ａ（３２ｂは栓である）を有する円盤状下プレ
−ト３２を固定し、円盤状下プレ−トの上面に前記光式
センサ１０が通過できる切り欠き部３３ａを少なくとも
８箇所等間隔に設けた円筒状支持体３３を固定して設
け、底部に流体通路室３５ａを有する円盤状枠プレ−ト
３５を前記円筒状支持体の上部に固定し、該円盤状枠プ
レ−ト３５内に光式センサ１０の投光部（投光素子）１
３より投光された光が被測定対象物に達し、その反射光
が光式センサ１０の２次元受光素子ＣＣＤ２０に達する
ように少なくとも４条の溝３６ａ，３６ａ…が円盤状枠
プレ−トの軸心Ｏで交差して形成されるように吸引部材
８個３６ｂ，３６ｂ…を敷設して被測定対象物搭載台３
６を形成し、円盤状下プレ−トの流体通路３２ａと円盤
状枠プレ−ト３５の流体通路室３５ａを管３４，３４で
連通させ、支持管の流体通路３１ａに減圧空気供給管３
７と加圧空気供給管３８が切替えられる切替えバルブ３
９を有する管４０がロ−タリ−ジョイント４１を介して
結合されている構造を取っている。

【００１５】被測定対象物搭載ステ−ジＢの前記被測定
対象物搭載ステ−ジを構成する支持管の軸心、円盤状下
プレ−トの軸心、円筒状支持体の軸心および円盤状枠プ
レ−トの軸心は同一鉛直線上Ｚに存在する。

【００１６】被測定対象物搭載台３６を形成する吸引部
材３６ｂの材質としては、ポリ（テトラフロロエチレ
ン）、ポリ（トリフロロモノクロロエチレン）、ナイロ
ン、ポリアセタ−ル、ポリスルホン等の樹脂燒結体が挙
げられる。このものは連通する微細な空隙を有し、表面
が平滑な成形体である。

【００１７】よって、支持管３１の流体通路３１ａを減
圧すれば、被測定対象物搭載台３６上に載置された被測
定対象物は搭載台３６上に減圧（バキュ−ム）固定され
る。逆に、支持管３１の流体通路３１ａに加圧空気を供
給すれば、被測定対象物搭載台３６上に載置された被測
定対象物は浮き上がる。これら８個の吸引部材３６ｂ
は、光式センサの投光素子から照射された光が被測定対
象物に入射し、その反射光が光式センサの受光素子に到
るように０．５〜３ｍｍの隙間をもって交差した４条の
線状溝３６ａを形成するよう敷設される。

【００１８】搭載されるウエハの軸芯Ｏを搭載台３６の
軸心Ｚに一致させやすいように、ウエハに付されている
ノッチまたは切り欠きまたはトンボ（目印）位置に符号
させてウエハを載置するよう円盤状枠プレ−ト３５の枠
上面には、トンボ（目印）を付してもよい。また、ウエ
ハ芯出装置（位置合わせ機構）を搭載ステ−ジＢに付属
させてもよい。

【００１９】移動機構Ｃは測定ステ−ジＡを被測定対象
物搭載ステ−ジＢ側へ移動または測定ステ−ジＡを被測
定対象物搭載ステ−ジＢ側から遠ざけるものである。こ
の移動機構Ｃは、移動台５０の下面に設けられた案内部
材５０ａが基台２上に設けられたレ−ル５１，５１上を
移動する構造となっている。図１、図２および図３で
は、ボ−ルネジ５２に螺合した螺合体５３が固定部材５
４により移動台５０下面に固定され、サ−ボモ−タ５５
の回転駆動をボ−ルネジの軸に設けたプ−リ−が受けて
ボ−ルネジ５２を回転駆動させて移動台５０を直線位上
に移動させる構造を取っている。移動台５０の移動機構
の駆動は、リニアサ−ボ機構を備えたリニアモ−タ駆動
であっても、油圧シリンダ駆動であってもよい。

【００２０】被測定対象物搭載ステ−ジＢの搭載台３６
を回動させるサ−ボ機能を有する回動機構Ｄは、位置を
検出するパルス信号を発するサ−ボ機構６１を備えるモ
−タの軸６０ａに設けたプ−リ６２が軸の回転駆動をベ
ルト６３により前記搭載ステ−ジＡの支持管３１の下方
に設けたプ−リ４３に伝達することにより行なう構造を
取っている。

【００２１】光式センサ１０は、図４および図７に示す
ように、投光手段１１と、受光手段１７と信号処理手段
２５を有する備えた光式センサである。前記投光手段１
１は、光ビ−ムを被測定対象物１８の検出域に投光する
ものであり、駆動回路１２によって駆動される発光ダイ
オ−ドやレ−ザダイオ−ド等の投光素子１３と、投光素
子より照射された光を平行光とする１４、投光手段１１
と受光手段１７との並び方向（Ｘ軸方向）に対して垂直
方向（Ｙ軸方向）に細長く伸びたスリットを有するスリ
ット板１５およびシリンドリカルレンズ１６を有してい
る。シリンドリカルレンズ１６はスリット板１５のスリ
ットを通過した狭いスリット状の光を更にＸ軸方向に収
束させる。

【００２２】受光手段１７は、前記検出域からの反射光
を集光する集光レンズ１９と、該集光レンズを介して受
光する２次元の受光素子２０、例えばＣＣＤとＣＣＤド
ライバ２１を有するものである。２次元の受光素子２０
は、ＣＣＤに限らず、ＢＢＤ、ＣＰＤ等の他の固体撮像
デバイスやビジコン撮像管を用いてもよい。実施例では
２５６画素Ｘ２５６画素のＣＣＤを用いた。

【００２３】ＣＣＤ２０には図４に示すようにＣＣＤド
ライバ２１が接続され、各画素信号はＣＣＤドライバ２
１によって読み出される。読み出された信号は、増幅器
２２によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器２３によってＡ／
Ｄ変換されて画像メモリ２４に転送される。画像メモリ
２４は転送された一画面分の画像信号を記憶するもので
ある。画像メモリ２４には演算処理手段２５が接続さ
れ、演算処理手段２５はピ−ク位置算出のためのレジス
タやマイクロコンピュ−タを有し、画像メモリ２４のデ
−タに基づいてピ−ク位置を検出し、被測定対象物１８
までの距離や被測定対象物の検出物体の厚み等を検出す
る。

【００２４】前記増幅器２２の出力端には映像信号を外
部に出力するためのバッファアンプ２６およびビデオ出
力端子２７が接続されている。これら増幅器２２、Ａ／
Ｄ変換機２３、画像メモリ２４および演算処理手段２
５、バッファアンプ２６およびは、受光素子２０に得ら
れる受光量分布に基づいて、被測定対象物１８までの距
離や被測定対象物の検出物体の厚み等を算出する信号処
理手段２９を構成する。

【００２５】ビデオ出力端子２７には画像表示手段２８
が接続され、操者は画像表示手段２８の画面でＣＣＤ２
０から出力されるモニタ画像を見ることができる。

【００２６】受光素子ＣＣＤ２０は周期的に電荷蓄積時
間と電荷転送時間を繰返しており、電荷蓄積時間で蓄積
された電荷が画像メモリ２４に転送されるので、投光時
間のパルス幅を変化させることにより投光レベル（感
度）を調整できる。感度調整はＣＣＤのダイナミックレ
ンジの範囲内で出力が直線的に得られる高いレベルとす
ることで、ピ−ク位置の検出を正確に行なうことができ
る。

【００２７】ピ−ク位置が検出できれば、その位置は被
測定対象物の検出体までの距離に対応するので、被測定
対象物までの距離が近ければ画像表示パネル２８でモニ
タされるピ−ク位置は左方向に移動し、距離が短かけれ
ば右方向に移動する。従って、被測定対象物１８を搭載
台３６の所定位置に配置した際にその反射光がほぼモニ
タが画像の中心位置にピ−クが得られるように光式セン
サ１０を取り付ける。言いかえれば、被測定対象物１８
をＣＣＤのほぼ中心位置となるようにセンサヘッドを固
定する。また、画像表示パネル２８からＣＣＤの受光状
態を確認できることは、検出物体が変化したとき、正常
なレベルの反射光が得られているか否か、および光式セ
ンサの取付位置が適切か否か常に確認できる。

【００２８】ピ−ク位置が検出できれば、その位置は検
出物体までの距離に対応しているので、ピ−ク位置より
検出物体までの距離を算出することができる。図５にオ
ムロン株式会社の光式センサＺ３００−Ｓ２（商品名）
のアプリケ−ション メニュ−の一例を示す。例示した
検出物体までの距離、段差、不透明物体の厚み、透明体
の厚みの他に、検出物体に設けられた孔の深さ、突起物
の高さ等も測定できる。

【００２９】図６は不透明の検出物体１８の表面までの
距離を測定する例示である。受光レンズ１９の中心から
の投光軸までの距離をＫ、投光軸とこの線分に交差する
点からの検出物体１８までの距離をＬとし、受講レンズ
１９の中心からＣＣＤまでの投光軸に平行な線分をＤと
する。また、ＣＣＤ２０と線分Ｄとの交点からＣＣＤ２
０の端部までの距離をＪ、端部から反射光の結像位置ま
での距離をＥとする。反射光軸と投光軸、線分Ｋからな
る三角形および、反射光軸と線分Ｄ、ＣＣＤ２０の受光
面上でこれらを結ぶ線分でなす三角形は相似するので、
次の関係式が成り立つ。 Ｌ：Ｋ＝Ｄ：Ｊ−Ｅ よって、検出物体１８までの距離Ｌは、Ｌ＝Ｋ／Ｄ／
（Ｊ−Ｅ）で算出される。そして光式センサ１０におい
て線分Ｋ，Ｄ，Ｊの距離は定数であるので、ＣＣＤの受
光分布により定まるＥに基づいて光式センサから検出物
体１８までの距離Ｌが算出される（特開２０００−２８
３１７号公報参照）。なお、ＬとＫの交点から光式セン
サ１０のケ−ス前面までの距離をＱとすると物体までの
距離は、Ｌ−Ｑと考えられる。

【００３０】従って、光式センサ１０から搭載台３６ま
での距離Ｌ_１が判明すれば、被測定対象物１８の厚みｔ
はＬ_１−Ｌとして算出される。なお、光式センサ１０か
ら搭載台３６までの距離Ｌ_１は光式センサ１０で測定で
きる。

【００３１】図７は、被測定対象物１８が裏面研削され
たデバイス基板である例を示すものである。不透明のシ
リコン基板１８ａのデバイス面表面を透明の保護樹脂フ
ィルム１８ｂで被覆した裏面研削盤１８を、保護樹脂フ
ィルム１８ｂ側が上向きとなるように搭載ステ−ジＢの
搭載台３６に載せる。被測定対象物１８の保護樹脂フィ
ルム１８ｂは透明体であるので、その表面と裏面とから
同時に反射光が得られ、図８に示す平行な２本のピ−ク
画像が画像表示パネル２８に表示される。この受光パタ
−ンの間隔に基づいて透明樹脂フィルム１８ｂの厚みｔ
_２が算出される（特開２０００−２８３１７号、同２０
００−９７６３５号公報参照）。

【００３２】被測定対象物１８が透明体の場合、透明体
の屈折率と空気の屈折率が異なるので、より正確な透明
体の厚みを表示させるには、測定対象の透明体の屈折率
ｎが既知であるときは予め演算処理手段２５のマイクロ
コンピュ−タのメモリ内にその屈折率ｎの値を記憶させ
ておき、測定された厚さｔ_２を補正（キャリブレ−ショ
ン）して次式に示される実際の厚さｔ'_２を算出する
（特開２０００−２８３１７号公報参照）。 ｔ'_２＝ｔ_２ｘ｛（ｎ^２−ｓｉｎ^２θ）／（１−ｓｉｎ
^２θ）｝^１／２ また、厚みが既知Ｔ_０の同一材質でできた透明体の厚み
を光式センサ１０で測定し、測定結果Ｔ_ｉから補正係数
αを式 α＝Ｔ_０／Ｔ_ｉ より求め、この値αをキャリ
ブレ−ション係数としてマイクロコンピュ−タの記録部
に記憶させ、演算処理部２４が光式センサ１０で測定さ
れた厚みｔ_２に補正係数αを掛けて透明体１８ｂの実際
の厚みを算出する（キャリブレ−ション）ようにしても
よい。

【００３３】裏面研削盤１８の不透明なシリコン基板１
８ａの厚さｔ₁は、裏面研削盤１８の厚さｔ₀より透明体
の樹脂フィルムの厚みｔ'_２を差し引く（ｔ_１＝ｔ_０−
ｔ' _２）ことにより求められる。裏面研削盤１８の厚さ
ｔ₀は、搭載台３６表面と上側の光式センサ１０間の距
離Ｌ_０から透明体の樹脂フィルム表面と上側の光式セン
サ１０間の距離Ｌを差引くことにより求められる。

【００３４】この光式センサ１０は、オムロン株式会社
より光式センサＺ３００−２Ｓ（商品名）として市販さ
れている。この光式センサＺ３００−２Ｓを２台備えた
図１、図２および図３に示す厚み測定装置１を用いて裏
面研削基板１８の厚みを測定する手順を次に記述する。
原点復帰は、測定ステ−ジＡにおける原点を、光式セン
サの光軸が搭載ステ−ジＢの搭載台３６の軸心Ｇと一致
した位置 ０．０００ｍｍとする。また、搭載ステ−ジ
Ｂの搭載台３６の回転軸Ｇの座標を０．０００度とす
る。

【００３５】搭載ステ−ジＢの軸芯Ｚと被測定対象物１
８の軸芯が一致するように透明樹脂フィルムの厚みが既
知の被測定対象物（基準検出体）１８を搭載台３６上に
載せ、支持管３１の流体通路３１ａをバキュ−ム吸引し
て被測定対象物１８の位置合わせを行ない、ついで、ボ
−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５５で回転駆動させて移動
台５０を搭載ステ−ジＢ側へ前進移動させ、光式センサ
の光軸が搭載ステ−ジＢの搭載台３６の軸心Ｇと一致し
た位置（図１で仮想線で示す測定ステ−ジＡの位置）で
停止させる。

【００３６】電源を入れ、画像表示盤２８に表示された
光式センサ１０のメニュより設定を選択し、上段の光式
センサ１０は透明体厚みのメニュを選択した後、ＣＣＤ
モ−ド（１／１０／６０）のいずれか、例えばモ−ド１
０を選択し、デ−タ転送速度をノ−マルと選択し、測定
領域（表面に対する測定領域、ついで測定領域の右下位
置、２面に対する測定領域の左上位置、右下位置の指
定）を設定する。

【００３７】ついで、光の屈折率を考慮したキャリブレ
−ション値を設定する画面が表示されたらＥＮＴキィを
押し、表面の位置を入力し、ＥＮＴキィを押すと２面
（透明樹脂フィルムの裏面）の測定画面が表示され２面
に対する測定が行なわれる。ついで透明樹脂フィルムの
厚みを入力し、ＥＮＴキィ押すと実行確認画面が表示さ
れ、キャリブレ−ションが設定され、設定内容を確認す
る画面が表示され、設定内容を確認したら登録を選ぶ。
設定内容を確認後、表面、２面それぞれの測定値をＯＵ
Ｔ１、ＯＵＴ２に割り当てて設定を完了する。

【００３８】下段の光式センサ１０は厚みのメニュを選
択した後、ＣＣＤモ−ド（１／１０／６０）のいずれ
か、例えばモ−ド１０を選択し、デ−タ転送速度をノ−
マルと選択し、ついで、測定領域を設定、厚みを入力し
た後、設定内容を確認後、センサ０の測定値をＯＵＴ１
に、センサ１の測定値をＯＵＴ２に割り当てて設定を完
了する。

【００３９】ついで、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５
５で逆方向に回転駆動させて移動台５０を搭載ステ−ジ
Ｂ側から図１で実線で示す測定ステ−ジＡ側へと後退移
動させ、停止する。測定支持管３１の流体通路３１ａの
バキュ−ムを解放して大気圧に戻した後、流体通路３１
ａ内に加圧空気を瞬時供給してキャリブレ−ションの測
定に供した基準検出体１８を浮き上がらせ、手で搭載台
３６上から取り去る。

【００４０】厚みを測定すべき被測定対象物１８を、搭
載ステ−ジＢの軸芯Ｚと被測定対象物１８の軸芯が一致
するように透明樹脂フィルム側を上に向けて搭載台３６
上に載せ、支持管３１の流体通路３１ａをバキュ−ム吸
引して被測定対象物１８の位置合わせを行ない、つい
で、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５５で回転駆動させ
て移動台５０を前進移動させて厚み測定ステ−ジＡを搭
載ステ−ジＢ側へと移動させ、光式センサの光軸が搭載
ステ−ジＢの搭載台３６の軸心Ｇと一致した位置で停止
させる。

【００４１】画像表示パネル２８に表示された光式セン
サ１０のメニュより測定を選択するとマイクロコンピュ
タの記憶部に記憶されている測定プログラムに従って、
被測定対象物１８の厚み測定、厚み算出が自動的になさ
れる。先に、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５５で回転
駆動させて厚み測定ステ−ジＡをさらに前進移動させ、
光式センサの光軸が搭載ステ−ジＢの搭載台３６に載せ
られた被測定対象物１８の後側外周より若干外（１〜２
ｍｍ）となったら移動台５０を停止させ、ついで、前記
設定メニュ−で定められた測定領域に従いボ−ルネジ５
２をサ−ボモ−タ５５で回転駆動させて測定ステ−ジＡ
を順次後退移動させ、光式センサの光軸が被測定対象物
１８の前側外周より若干手前（１〜２ｍｍ）となったら
移動台５０を停止させ、１ライン３００ｍｍ幅の厚み測
定が行なわれ、記録、表示される。

【００４２】ついで、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５
５で回転駆動させて測定ステ−ジＡを搭載ステ−ジＢ側
から図１で実線で示す測定ステ−ジ側Ａへとさらに後退
移動させ、停止し、支持管３１をサ−ボモ−タ６０で９
０度時計廻り方向に回転させ、停止させる。

【００４３】ついで、前記と同様に、ボ−ルネジ５２を
サ−ボモ−タ５５で回転駆動させて厚み測定ステ−ジＡ
側を搭載ステ−ジＢ側へと前進移動させ、光式センサの
光軸が搭載ステ−ジＢの搭載台３６に載せられた被測定
対象物１８の後側外周より若干外（１〜２ｍｍ）となっ
たら停止させ、ついで、前記設定メニュ−で定められた
測定領域に従いボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５５で回
転駆動させて測定ステ−ジＡを順次前進移動させ、光式
センサの光軸が被測定対象物１８の前側外周より若干手
前（１〜２ｍｍ）となったら停止させ、前記ラインと直
交する別の１ライン３００ｍｍ幅の厚み測定が行なわ
れ、記録、表示される。

【００４４】ついで、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５
５で回転駆動させて搭載ステ−ジＢ側から遠ざかるよう
に図１で実線で示す測定ステ−ジ側へとさらに後退移動
させ、停止する。

【００４５】かかる操作で被測定対象物のウエハのセン
タ−厚み、ウエハ９点の位置厚み（ＴＶ９）が測定され
る。ウエハのクロスセクション（ウエハの４箇所の断面
形状）もプログラミングされているときは、支持体３１
を４５度時計の逆方向に回転させることにより搭載台３
６上の被測定対象物１８を時計の逆方向に４５度回転さ
せ、ついで、前記と同様に、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ
−タ５５で回転駆動させて厚み測定ステ−ジＡを搭載ス
テ−ジＢ側へと前進移動させ、光式センサの光軸が搭載
ステ−ジＢの搭載台３６に載せられた被測定対象物１８
の後側外周より若干外（１〜２ｍｍ）となったら停止さ
せ、ついで、前記設定メニュ−で定められた測定領域に
従いボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５５で回転駆動させ
て測定ステ−ジＡを順次前進移動させ、光式センサの光
軸が被測定対象物１８の前側外周より若干手前（１〜２
ｍｍ）となったら停止させ、前記ラインとは別の１ライ
ン３００ｍｍ幅の厚み測定が行なわれ、記録、表示され
る。

【００４６】ついで、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５
５で回転駆動させて測定ステ−ジＡを搭載ステ−ジＢ側
より遠ざかる後退移動させ、図１で実線で示す測定ステ
−ジＡ位置となったら移動台５０を停止する。支持体３
１を４５度時計の逆方向に回転させることにより搭載台
３６上の被測定対象物１８を時計方向に９０度回転さ
せ、ついで、前記と同様に、ボ−ルネジ５２をサ−ボモ
−タ５５で回転駆動させて厚み測定ステ−ジＡ側を前進
移動させ、光式センサの光軸が搭載ステ−ジＢの搭載台
３６に載せられた被測定対象物１８の後側外周より若干
外（１〜２ｍｍ）となったら停止させ、ついで、前記設
定メニュ−で定められた測定領域に従いボ−ルネジ５２
をサ−ボモ−タ５５で回転駆動させて測定ステ−ジＡを
順次前進移動させ、光式センサの光軸が被測定対象物１
８の前側外周より若干手前（１〜２ｍｍ）となったら停
止させ、前記ラインと直交する別の１ライン３００ｍｍ
幅の厚み測定が行なわれ、記録、表示される。ついで、
ボ−ルネジ５２をサ−ボモ−タ５５で回転駆動させて測
定ステ−ジＡを図１で実線で示す測定ステ−ジＡ位置ま
で後退移動させ、停止する。これによりクロスセクショ
ンの測定が終了する。プログラムは画面を被測定対象物
の回転中心Ｏで接合し、ウエハの平均形状を表示する。
結果は、プリンタで出力することもできる。

【００４７】以上、被測定対象物が透明体と不透明体と
の積層物それぞれの厚みの測定方法について記述した
が、被測定対象物が透明体単独または不透明体単独であ
ってもその厚みを測定できることは勿論である。さら
に、透明体の複層積層物であってもそれぞれの透明対の
厚みをそれぞれのピ−ク画像のピ−ク間距離から求める
ことができるのは勿論のことである（特開２０００−２
８３１７号公報参照）。

【００４８】また、実施例の厚み測定方法では、測定ス
テ−ジＡを直線前後移動させて搭載ステ−ジＢ側に近づ
けたり、搭載ステ−ジＢ側から遠ざける移動の例で記述
したが、測定ステ−ジＡを固定位置とし、搭載ステ−ジ
Ｂを直線前後移動させて測定ステ−ジＡ側に近づけた
り、測定ステ−ジＡ側から遠ざける前後移動を行なって
もよい。

【００４９】

【発明の効果】本発明の厚み測定装置１は、被測定対象
物１８を平面が面一の搭載台３６にバキュ−ム固定して
厚みを測定するので、可撓性の被測定対象物であっても
基準面の搭載台表面上で被測定対象物は撓むことがない
ので、厚みを高精度に測定できる。

【００５０】また、光式センサ１０は２次元受光素子Ｃ
ＣＤを用いて検出ポイントを１０または６０ラインに分
割して測定し、画素毎の平均化デ−タを出すことができ
るのでデ−タのバタツキがない。なお、１次元受光素子
ＣＣＤを用いる光式センサではＣＣＤ上のバタツキがそ
のまま出力されてしまう。また、従来の光ビ−ムを検知
領域に照射し、それと一定距離隔てて配置された位置検
出素子（ＰＳＤ）に得られる反射光の受光位置に基づい
て被測定対象物までの距離を検知する光式変位センサで
は、被測定対象物が透明体のときは表面の反射光の他に
裏面または背景（ここでは搭載台またはシリコンウエハ
等）からの反射光によりＰＳＤが反射光の位置を誤認識
するため正確な表面までの距離を測定できなかったが、
本発明の２次元受光素子ＣＣＤ利用厚み測定装置は、表
面および裏面の反射光を区別して検出でき、厚みを高精
度に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光式センサを備えたウエハの厚み測
定装置の平面図である。

【図２】 ウエハの厚み測定装置の正面図である。

【図３】 ウエハの厚み測定装置の側面図である。

【図４】 本発明に用いる光式センサの構成を示すブロ
ック図である。

【図５】 光式センサのアプリケ−ションメニュ−の図
である。

【図６】 光式センサと被測定対象物までの距離および
各部の関係を示す図である。

【図７】 ２個の光式センサを用い、裏面研削されたウ
エハの厚みを測定している状態を示す図である。

【図８】 裏面研削されたウエハのデバイス面に貼付さ
れた透明の保護樹脂フィルムが光式センサの２次元受光
素子ＣＣＤ上で表した受光量分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 厚み測定計 ２ 基台 Ａ 測定ステ−ジ Ｂ 搭載ステ−ジ Ｃ 前後方向移送機構 Ｄ 搭載台回動機構 １０ 光式センサ １８ 被測定対象物 ２０ ２次元受光素子 ３１ 支持管 ３６ 搭載台 ５０ 移動台

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA06 AA20 AA22 AA24 AA25 AA30 BB02 BB03 BB22 BB23 CC02 CC19 FF04 FF09 FF41 FF61 FF65 FF67 GG06 GG07 GG12 HH03 HH05 HH12 JJ03 JJ05 JJ08 JJ19 JJ26 LL08 LL28 MM03 MM04 NN01 NN15 PP12 PP22 QQ03 QQ24 QQ26 QQ29 QQ31 QQ42 RR06 RR09 4M106 AA01 BA10 CA48 CA50 DH03 DH12 DH31 DH38 DJ02 DJ04 DJ06 DJ20 DJ21

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光手段と、受光手段と信号処理手段を
   有する備えた光式センサであり、前記投光手段は投光手
   段と受光手段との並び方向に対して垂直方向に細長く伸
   びたスリットビ−ムを被測定対象物の検出域に投光する
   ものであり、前記受光手段は、前記検出域からの反射光
   を集光する集光レンズと、該集光レンズを介して受光す
   る２次元受光素子とを有するものであり、前記信号処理
   手段は、前記受光手段の２次元受光素子上の受光量分布
   のうち前記投光手段に近い側にある第２の投光分布とか
   ら、検出域にある被測定対象物の厚さ、高さまたは段差
   を算出する信号処理手段である光式センサを用いて、被
   測定対象物であるウエハの厚みを測定する厚み測定装置
   であって、該厚み測定装置は、 厚み測定装置の基台上に設けた移動台に立設した支持体
   に前記一対の光式センサを被測定対象物が通過できる距
   離をもって上下に固定した測定ステ−ジ、 前記測定ステ−ジの移動台を前後方向に移動させるサ−
   ボ機能を有する移動機構、 上下に流体通路を有する支持管を前記測定ステ−ジの前
   位置に立設し、該支持管の上部フランジ部に支持管の流
   体通路に連通する流体通路を有する円盤状下プレ−トを
   固定し、円盤状下プレ−トの上面に前記光式センサが通
   過できる切り欠き部を少なくとも８箇所等間隔に設けた
   円筒状支持体を固定して設け、底部に流体通路室を有す
   る円盤状枠プレ−トを前記円筒状支持体の上部に固定
   し、該円盤状枠プレ−ト内に光式センサの投光部より投
   光された光が被測定対象物に達し、その反射光が光式セ
   ンサに達するように少なくとも４条の溝が円盤状枠プレ
   −トの軸心で交差して形成されるように吸引部材を敷設
   して被測定対象物搭載台を形成し、円盤状下プレ−トの
   流体通路と円盤状枠プレ−トの流体通路室を管で連通さ
   せ、支持管の流体通路に減圧空気供給管と加圧空気供給
   管が切替えられる切替えバルブを有する管が結合されて
   いる被測定対象物搭載ステ−ジ（但し、被測定対象物搭
   載ステ−ジを構成する支持管の軸心、円盤状下プレ−ト
   の軸心、円筒状支持体の軸心および円盤状枠プレ−トの
   軸心は同一鉛直線上に存在する。）、 および、 前記支持管を水平方向に回動させるサ−ボ機能を有する
   回動機構、とを備えることを特徴とするウエハの厚み測
   定装置。
2. 【請求項２】 投光手段と、受光手段と信号処理手段を
   有する備えた光式センサであり、前記投光手段は投光手
   段と受光手段との並び方向に対して垂直方向に細長く伸
   びたスリットビ−ムを被測定対象物の検出域に投光する
   ものであり、前記受光手段は、前記検出域からの反射光
   を集光する集光レンズと、該集光レンズを介して受光す
   る２次元受光素子とを有するものであり、前記信号処理
   手段は、前記受光手段の２次元受光素子上の受光量分布
   のうち前記投光手段に近い側にある第２の投光分布とか
   ら、検出域にある被測定対象物の厚さ、高さまたは段差
   を算出する信号処理手段である光式センサを用い、 前後移動および回転駆動可能な支持体に軸承された搭載
   台に被測定対象物を載せ、光式センサの投光部より被測
   定対象物の検出域に投光し、その反射光を２次元受光素
   子で受光し、その受光量分布のうち前記投光手段に近い
   側にある第２の投光分布とから、検出域にある被測定対
   象物の厚さを信号処理手段より算出させることを特徴と
   する、ウエハの厚み測定方法。