JP2003097935A

JP2003097935A - 距離検出装置および厚さ検出装置

Info

Publication number: JP2003097935A
Application number: JP2001286972A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okuyama; 哲雄奥山; Shiro Murai; 史朗村井; Kunihiro Saida; 国廣斎田
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】距離を測定する測長手段に切粉や研削液など
がかからないようにして、その測定精度を向上させる。【解決手段】厚さ検出装置１は、第１距離検出装置２
および第２距離検出装置３を備えている。第１距離検出
装置２および第２距離検出装置３は、ハウジング１１を
備えており、ハウジング１１にはハウジング１１に対し
て移動可能であるとともに、測定面ＷＡに対してエアを
噴出して浮遊する浮遊型検出子１２を有している。ハウ
ジング１１の上方には、浮遊型検出子１２との距離を測
定する渦電流センサからなる距離センサ３０が設けられ
ている。距離センサ３０で浮遊型検出子１２との距離を
測定することにより、ウェーハＷの厚さを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ、
窒化物膜や高分子膜などの絶縁物質が表面に形成された
ウェーハ、酸化物ウェーハ、セラミックスガラス、高分
子の板、ガラスとセラミックスの複合材料などの被測定
物の厚さを検出するための距離検出装置および厚さ検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、シリコンウェーハを研削加工
した後、または研削加工を行っている間に、ウェーハが
所定の厚さとなっているか否かを確認するために、ウェ
ーハを被測定物とした厚さ測定が行われる。このような
厚さの測定は、従来、接触式センサを用いて行われてい
たが、接触式センサでは、ウェーハの触針を接触させて
厚さの測定を行っているため、ウェーハを損傷させてし
まうなどの不具合が生じうるものであった。また、接触
式センサでは、ウェーハの表面の微妙な凹凸を信号とし
て捉えているが、ウェーハの表面には切粉などが付着し
ていることから、その切粉などの付着分を取り除いた平
均値で厚さを求めるしかなく、高い精度で測定すること
ができなかった。さらには、ウェーハの研削中にその厚
さを測定する場合、研削の最終段階では、測定をやめな
ければウェーハの表面に傷が残ってしまう。そのため、
通常のスパークアウト時には、触針をウェーハから離さ
なければならなかった。

【０００３】かかる不具合を防止するため、非接触式の
センサを用いたウェーハの厚さを測定する装置として、
特開平１０−２０２５２０号公報において、ウェーハの
厚み加工量測定装置が開示されている。この測定装置
は、ウェーハの表面を臨む第１の穴に設置され、ウェー
ハの表面までの距離を非接触で測定する第１の測長手段
と、ウェーハの裏面と一定の距離にある基準面を臨む第
２の穴に設置され、基準面までの距離を非接触で測定す
る第２の測長手段を有する。そして、これらの第１の測
長手段および第２の測長手段でそれぞれ測定されたウェ
ーハの表面までの距離とウェーハの裏面までの距離の変
化量の差から、ウェーハの厚み加工量を測定するという
ものである。また、第１の測長手段および第２の測長手
段としては、容量センサまたは渦電流センサを用いてい
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報に開
示された測定装置は、容量センサまたは渦電流センサを
用いており、これらのセンサがいずれもウェーハの加工
面になどを臨む位置に設けられている。したがって、ウ
ェーハを研磨加工する際に生じる切粉や研削液などが容
量センサや渦電流センサにかかったりすることがある。
このような場合には、容量センサや渦電流センサによる
測定精度を低下させたり、さらには測定不可能となる事
態が生じうることもあった。また、長期間の使用によ
り、切粉がセンサに吸着し、堆積してしまい、この切粉
の堆積が測定誤差の原因になるものであった。さらに
は、渦電流センサを用いる場合には、被測定物が渦電流
の導体となる金属などであることが必要となる。このた
め、ウェーハとの距離を測定する際にはウェーハ自体が
導体であるか、あるいはウェーハに導体を取り付けるこ
とが必要となる。導体とはなりえないウェーハとの距離
を測定する測長手段として、渦電流センサを使用するこ
とができないという問題があった。

【０００５】そこで、本発明の課題は、距離センサに切
粉や研削液などがかからないようにして、その測定精度
を向上させ、しかも被測定物が導体でなければならない
などの制約がなく、あらゆるセンサを用いることができ
る距離検出装置および厚さ検出装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明のうちの請求項１に係る発明は、ハウジングと、前記
ハウジングに収容され、前記ハウジングに対して移動可
能であるとともに、被測定物の測定面に対してエアを噴
出するエア噴射口が形成され、前記エア噴射口からエア
を噴射することにより、前記ウェーハまたは前記ウェー
ハ保持テーブルの測定面に対して非接触状態で所定距離
を維持する浮遊型検出子と、前記ハウジング内に設けら
れ、前記浮遊型検出子の移動方向に対する前記ハウジン
グと前記浮遊型検出子の距離を測定する距離センサと、
を備えることを特徴とする距離検出装置である。

【０００７】請求項１に係る発明においては、距離セン
サを用いているが、距離センサは被測定物との間の距離
を直接測定しておらず、浮遊型検出子との距離を測定す
ることで被測定物の厚さを検出する。このため、被測定
物が研削中のウェーハである場合であっても、ウェーハ
の研削時に生じた切粉や研削液などが距離センサにかか
ることがない。したがって、測定精度の低下や測定不能
となる事態を起こさないようにすることができる。ま
た、距離センサはハウジング内に設けられていることか
ら、距離センサ対する切粉の吸着を防止できるので、切
粉の堆積による精度の低下を好適に防止することができ
る。しかも、噴射孔が噴射されるエアによって被測定物
の測定面の切粉などのごみを吹き飛ばすことができるの
で、精度の高い測定を行うことができる。さらには、距
離センサは、被測定物との距離を直接測定することな
く、浮遊型検出子との距離を測定するものである。した
がって、浮遊型検出子を導体とすることにより、渦電流
センサを距離センサとして用いることができる。このよ
うにして、距離センサとして用いるセンサに対する制約
を無くすことができる。

【０００８】請求項２に係る発明は、非使用時における
前記浮遊型検出子をハウジングの内側の方向に退避させ
る浮遊型検出子退避手段が設けられていることを特徴と
する請求項１に記載の距離検出装置である。

【０００９】請求項２に係る発明では、距離検出装置を
使用しない際には、浮遊型検出子退避手段により浮遊型
検出子をハウジングの内側の方向に退避させている。こ
のため、非使用時における浮遊型検出子をの全部あるい
は大部分をハウジング内に収容しておくことができるの
で、浮遊型検出子の損傷を効果的に防止することができ
る。ここで、浮遊型検出子退避手段としては、ハウジン
グの内部に設けられた真空保持手段、圧縮空気保持手
段、電磁気保持手段などを用いることができる。

【００１０】請求項３に係る発明は、前記ハウジングに
おける前記被測定物の測定面に対向する面に、前記エア
噴射孔から噴射されるエアの逃げ溝が形成されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離測
定装置である。

【００１１】請求項３に係る発明においては、前記浮遊
型検出子における前記被測定物の測定面に対向する面
に、エア噴射口から噴射されるエアの逃げ溝が形成され
ている。この逃げ溝が形成されていることにより、エア
噴射口が噴射されるエアがハウジングと測定面の間から
外部に漏れ出さないようにすることができるので、エア
の流れを安定させることができる。したがって、浮遊型
検出子が浮遊する高さを、エアの噴射量に対して安定さ
せることができる。

【００１２】請求項４に係る発明は、前記距離センサ
が、渦電流センサであることを特徴とする請求項１から
請求項３のうちのいずれか１項に記載の距離測定装置で
ある。

【００１３】請求項４に係る発明においては、距離セン
サとして渦電流センサを用いている。このため、浮遊型
検出子との間の離間距離を、高い精度をもって測定する
ことができる。

【００１４】請求項５に係る発明は、前記距離センサ
が、静電容量センサであることを特徴とする請求項１か
ら請求項３のうちのいずれか１項に記載の距離測定装置
である。

【００１５】請求項５に係る発明においては、距離セン
サとして容量センサを用いている。このため、浮遊型検
出子における距離センサと対向する位置に、金属製など
の導体を用いる必要はなく、種々の素材のものを用いる
ことができる。

【００１６】請求項６に係る発明は、前記被測定物を測
定する位置から退避させるための距離検出装置退避手段
に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請
求項５のうちのいずれか１項に記載の距離検出装置であ
る。

【００１７】請求項６に係る発明によれば、距離検出装
置が距離検出装置退避手段に取り付けられている。その
ため、たとえば被測定物が研削加工された後のウェーハ
である場合、被測定物の測定位置が研削位置と同じであ
っても、研削時には距離検出装置を退避させておくこと
ができる。したがって、距離検出装置による距離検出を
行う位置において、距離検出装置がウェーハの研削など
の他の作業の邪魔にならないようにすることができる。

【００１８】請求項７に係る発明は、保持テーブル上に
載置された被測定物の厚さを検出するにあたり、前記被
測定物の測定面に対向する位置、および前記保持テーブ
ルの基準面に対向する位置に請求項１から請求項６のう
ちのいずれか１項に記載の距離検出装置がそれぞれ配置
されており、前記被測定物の測定面に対向する位置で前
記距離センサによって測定された前記浮遊型検出子との
距離と、前記保持テーブルの基準面に対向する位置で前
記距離センサによって測定された前記浮遊型検出子との
距離と、前記被測定物の測定面に対向する位置における
前記浮遊型検出子および前記保持テーブルの基準面に対
向する位置における前記浮遊型検出子の前記被測定物の
厚さ方向に対する離間距離と、により、前記被測定物の
厚さを算出することを特徴とする厚さ検出装置である。

【００１９】請求項７に係る発明によれば、請求項１か
ら請求項６に記載の距離検出装置を用いて、被測定物の
厚さの検出を好適に行うことができる。

【００２０】請求項８に係る発明は、前記被測定物の測
定面に対向する位置、および前記保持テーブルの基準面
に対向する位置にそれぞれ配置される距離検出装置は、
前記被測定物の測定面に対向する位置に配設された第１
距離検出装置および前記保持テーブルの基準面に対向す
る位置に配設された第２距離検出装置よりなることを特
徴とする請求項７に記載の厚さ検出装置である。

【００２１】請求項８に係る発明では、第１距離検出装
置および第２距離検出装置がそれぞれ被測定物の測定面
および基準面の上に載置されている。したがって、第１
距離検出装置および第２距離検出装置でそれぞれ距離セ
ンサで検出される浮遊型検出子との離間距離より、被測
定物の厚さを算出することにより検出することができ
る。

【００２２】請求項９に係る発明は、前記被測定物の測
定面に対向する位置、および前記保持テーブルの基準面
に対向する位置にそれぞれ配置される距離検出装置は、
前記保持テーブルの基準面に対して平行に移動可能な移
動機構に固定された距離検出装置であることを特徴とす
る請求項７に記載の厚さ検出装置である。

【００２３】請求項９に係る発明は、１つの距離検出装
置によって、被測定物の厚さを測定することができる。
このため、厚さ測定装置の構造の簡易化およびコスト低
減に寄与することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明の
第１の実施形態に係る厚さ検出装置の斜視図である。図
１に示すように、本発明に係る厚さ検出装置１は、第１
距離検出装置２と第２距離検出装置３を備えている。第
１距離検出装置２および第２距離検出装置３は、直線状
の支持アーム４の両端部にそれぞれ取り付けられてお
り、その高さは同じ高さとされている。したがって、第
１距離検出装置２および第２距離検出装置３のウェーハ
Ｗの厚さ方向の離間距離は０である。支持アーム４は、
本発明の距離検出装置退避手段である移動アーム５に接
続されており、移動アーム５は図示しないアクチュエー
タによって水平方向に旋回可能に保持されている。

【００２５】厚さ検出装置１の下方には、本発明の保持
テーブルであるウェーハ保持テーブル６が設けられてい
る。このウェーハ保持テーブル６上に研削加工された本
発明の被測定物である半導体ウェーハ（以下「ウェー
ハ」という）Ｗが載置されている。ウェーハ保持テーブ
ル６には、図示しない真空吸着装置が設けられており、
この真空吸着装置でウェーハＷを真空吸着することによ
って保持している。

【００２６】ウェーハ保持テーブル６に真空保持される
ウェーハＷの上方には、第１距離検出装置２が配置され
ており、ウェーハ保持テーブル６の上方であって、ウェ
ーハＷが載置されている位置から外れる位置に、第２距
離検出装置３が配置されている。第１距離検出装置２お
よび第２距離検出装置３は、いずれも鉛直方向に真下を
向いて配設されており、それぞれウェーハＷとの間の距
離およびウェーハ保持テーブル６との間の距離を測定し
ている。支持アーム４に保持される厚さ検出装置１は、
本発明の距離検出装置退避手段である移動アーム５を旋
回移動させることにより、ウェーハ保持テーブル６上か
ら退避できるようになっている。

【００２７】第１距離検出装置２および第２距離検出装
置３は、いずれも同一の構成を有しているので、その一
方である第１距離検出装置２を例に挙げて、その構成に
ついて説明する。図２の（ａ）は第１の実施形態に係る
距離検出装置の側断面図、（ｂ）はその底面図である。
図２に示すように、距離検出装置２は、支持アーム４の
一端に固定される円筒形状のハウジング１１を備えてい
る。ハウジング１１の内部には、上方位置に大径の上方
空洞部１１Ａが形成され、その下方には上方空洞部１１
Ａより一回り径の小さい下方空洞部１１Ｂが形成されて
いる。また、ハウジング１１の上には上蓋１１Ｃが設け
られており。上方空洞部１１Ａの上方は上蓋１１Ｃによ
り覆われている。

【００２８】ハウジング１１の内部には、浮遊型検出子
１２が設けられている。浮遊型検出子１２は金属製の頭
部１３を備えており、頭部１３の下方には円筒形状の胴
部１４が設けられている。胴部１４の上端面は、頭部１
３と密着した状態で固定されている。浮遊型検出子１２
における頭部１３はハウジング１１の上方空洞部１１Ａ
に収容されており、胴部１４は下方空洞部１１Ｂに収容
されている。

【００２９】頭部１３は、ハウジング１１に形成された
上方空洞部１１Ａよりも径が小さく、下方空洞部１１Ｂ
よりも径が大きいフランジ１３Ａを備えている。したが
って、浮遊型検出子１２が下方に移動する際、フランジ
１３Ａがハウジング１１に引っ掛かって、それ以上の下
方への移動を防止している。

【００３０】また、ハウジング１１における支持アーム
４の反対側位置にはエア供給口１５が設けられている。
エア供給口１５は、エアポンプＰ１に接続されており、
このエアポンプＰ１から所定量のエアが供給される。ハ
ウジング１１におけるエア供給口１５が設けられている
位置には、エア供給路１６が形成されており、エア供給
路１６における下方空洞部１１Ｂの出口位置には、絞り
部１７が設けられている。

【００３１】浮遊型検出子１２には、高さ方向ほぼ中央
位置にエア導入口１８が形成されている。エア導入口１
８は、ハウジング１１に形成された絞り部１７の出口よ
りも大径であり、絞り部１７から噴出されるエアを浮遊
型検出子１２内に導入する。エア導入口１８は、浮遊型
検出子１２の半径方向に沿って形成されたエア導入路１
９に連通している。また、浮遊型検出子１２における中
央位置には、高さ方向に沿って主エア流路２０が形成さ
れている。エア導入路１９は、主エア流路２０の高さ方
向中央位置において主エア流路２０と連通している。主
エア流路２０の下端部には、エア噴射口２１が形成され
ている。エア噴射口２１は、主エア流路２０よりも小径
であり、主エア流路２０を流れたエアは、エア噴射口２
１からウェーハＷの表面に向けて噴射される。エア噴射
口２１からエアがウェーハＷの表面に向けて噴射される
ことにより、浮遊型検出子１２は、ウェーハＷに対して
非接触状態となる。また、エアポンプＰ１から噴射され
るエアの噴射圧を一定にすることにより、浮遊型検出子
１２は、ウェーハＷの表面に対して所定間隔を維持して
浮遊する。

【００３２】また、主エア流路２０におけるエア導入路
１９の対向位置には、分流エア流路２２が形成されてい
る。分流エア流路２２は、主エア流路２０の側方に高さ
方向に沿って形成された側方エア流路２３と連通してい
る。エア導入路１９から導入されたエアは、その大半が
主エア流路２０に流入し、その少量が分流エア流路２２
に流入する。側方エア流路２３の高さ上方位置、中央位
置、および下方位置には、それぞれハウジング１１の下
方空洞部１１Ｂと連通する副エア流路２４，２５，２６
が形成されている。副エア流路２４，２５，２６から流
出したエアは、ハウジング１１の下方空洞部１１Ｂと浮
遊型検出子１２の間のわずかなクリアランスに導入され
る。こうして、ハウジング１１と浮遊型検出子１２の接
触を防ぎながら、浮遊型検出子１２がハウジング１１に
対する上下方向の移動が円滑になるようにしている。

【００３３】さらに、浮遊型検出子１２の下端部には、
エア噴射口２１の周囲を囲むようにして逃げ溝２７が形
成されている。逃げ溝２７は、上下方向に沿って形成さ
れた排出エア流路２８と連通している。排出エア流路２
８は胴部１４を抜けて、頭部１３にまで伸びている。そ
して、頭部１３における排出エア流路２８の出口位置に
は、エア排出口２９が形成される。排出エア流路２８を
流れたエアは、エア排出口２９から排出されるようにな
っている。

【００３４】他方、ハウジング１１の上方空洞部１１Ａ
において、浮遊型検出子１２における頭部１３の上方位
置には、距離センサ３０が配設されている。距離センサ
３０は、渦電流センサであり、この距離センサ３０によ
って、ハウジング１１と、浮遊型検出子１２の移動方向
に対する浮遊型検出子１２の頭部１３との距離を測定し
ている。

【００３５】また、ハウジング１１の上方空洞部１１Ａ
には、本発明の浮遊型検出子退避手段である真空保持手
段３１が設けられている。真空保持手段３１は、距離セ
ンサ３０の下端位置よりもわずかに下方位置まで延在し
ており、その下端面には真空エア吸引口３２が形成され
ており、真空保持手段３１の内部には、真空エア吸引口
３２と外部を繋ぐエア流路３３が形成されている。さら
に、真空保持手段３１は、ハウジング１１の外に設けら
れたエアポンプＰ２に接続されており、エアポンプＰ２
によって真空吸引がなされる。この真空吸引力により、
浮遊型検出子１２の頭部１３が吸引保持され、非使用時
における浮遊型検出子１２は、ハウジング内方向である
上方向に移動した状態で真空保持されるようになってい
る。

【００３６】たとえば厚さ検出装置１が移動アーム５に
より、ウェーハ保持テーブル６上から退避させられてい
るときなど、ウェーハＷの厚さの測定を行っていないと
きには、真空保持手段３１によって浮遊型検出子１２を
真空保持しておく。こうして、浮遊型検出子１２をハウ
ジング１１の内部に収容しておくことにより、浮遊型検
出子１２の損傷などを防止することができる。

【００３７】次に、本発明に係る厚さ検出装置によって
ウェーハの厚さを検出する際の原理について、図２から
図５を参照して説明する。図３は、厚さ検出装置によっ
てウェーハの厚さの検出を行っている状態を示す側断面
図、図４は、浮遊型検出子から噴出されるエアの流れを
示す説明図、図５は、厚さ検出方法を説明するための説
明図である。

【００３８】図３に示すように、ウェーハ保持テーブル
６上には、研削されたウェーハＷが載置されて真空保持
されている。ウェーハＷの上方位置には、第１距離検出
装置２が配置されており、ウェーハ保持テーブル６の上
方には、第２距離検出装置３が配置されている。ここ
で、ウェーハＷにおける表面（以下「測定面」という）
ＷＡが第１距離検出装置２と向き合っており、ウェーハ
保持テーブル６の表面におけるウェーハＷが保持されて
いる面を外れた部分（以下「基準面」という）６Ａとが
第２距離検出装置３と向き合っている。このとき、移動
アーム５は、ウェーハ保持テーブル６の表面に対して平
行に配置されている。したがって、第１距離検出装置２
と第２距離検出装置３は、ウェーハ保持テーブル６にお
ける基準面６Ａからの離間距離が一定となっている。

【００３９】このように、厚さ検出装置１、ウェーハ
Ｗ、およびウェーハ保持テーブル６が配置されたら、第
１距離検出装置２および第２距離検出装置３によって、
ウェーハＷの厚さの検出が開始される。

【００４０】厚さ検出装置１が所定の位置に配置された
ら、第１距離検出装置２および第２距離検出装置３のそ
れぞれにおいて、エアポンプＰ１，Ｐ１からエアを噴出
する。エアポンプＰ１からエアが噴射された際の距離検
出装置２の作用を図２を用いて説明すると、エアポンプ
Ｐ１から噴出されたエアは、ハウジング１１内に供給さ
れ、浮遊型検出子１２の胴部１４内に導入される。この
とき、浮遊型検出子１２は、ウェーハＷの厚さにより上
下方向に移動するが、その移動量は数百μｍと微小量で
ある。これに対して、ハウジング１１に形成された絞り
部１７の開口面積は小さく、胴部１４に形成されたエア
導入口１８の開口面積は大きい。このため、浮遊型検出
子１２が数百μｍ程度上下に移動しても、絞り部１７か
ら排出されるエアは、胴部１４のエア導入口１８に確実
に導入される。

【００４１】エア導入口１８から胴部１４内に導入され
たエアは、エア導入路１９を介して主エア流路２０に導
かれる。主エア流路２０に導かれたエアの大部分は、主
エア流路２０を通って下方に移動し、エア噴射口２１か
ら噴射される。また、主エア流路２０に導かれたエアの
うちの一部は、分流エア流路２２へと流入する。分流エ
ア流路に流入したエアは、側方エア流路２３を経て副エ
ア流路２４，２５，２６へと流入する。そして、それぞ
れの副エア流路２４，２５，２６からハウジング１１の
下方空洞部１１Ｂに向けて流れ出し、ハウジング１１と
浮遊型検出子１２の胴部１４との接触を防止し、浮遊型
検出子１２が接触抵抗を受けることなく、浮遊できるよ
うにしている。

【００４２】また、第１距離検出装置２において、図４
に示すように、エア噴射口２１から噴射されるエアＡ
は、ウェーハＷの測定面ＷＡに向けて噴射される。エア
噴射口２１から測定面ＷＡにエアＡが噴射されることに
より、浮遊型検出子１２は、その反作用を受けて上方に
移動する。エア噴射口２１から噴射されたエアＡは、測
定面ＷＡにはね返って上方に流れる力を受けるが、さら
にエア噴射口２１から噴射されるエアＡの影響を受け
て、側方に流れる。側方に流れたエアＡには、上方に向
けた力が働いているので、実線で示すように、エア噴射
口２１の周りに形成された逃げ溝２７に流入する。そし
て、仮想線で示すように、側方へ流れ出すエアＡはほと
んどない。したがって、測定面ＷＡにはね返ったエアＡ
は、第１距離検出装置２と測定面ＷＡの間から流出する
ことがないので、安定した気流状態を形成することがで
きる。また、エア噴射口２１からエアを噴射しているの
で、測定面ＷＡ上における切粉や切り屑はこのエアで吹
き飛ばされる。したがって、測定面ＷＡ上がきれいにな
るので、その分、測定精度を向上させることができる。
逃げ溝２７に流入したエアＡは、図２に示す排出エア流
路２８へと流れ込み、そのまま上方へと移動し、頭部１
３に形成されたエア排出口２９から排出される。

【００４３】こうして、図３に示すように、測定面ＷＡ
との間で間隔をおいて浮遊型検出子１２が浮遊したら、
ハウジング１１に設けられた距離センサ３０によって、
浮遊型検出子１２の頭部１３との離間距離Ｓ１を測定す
る。また、第２距離検出装置３においても、第１距離検
出装置２と同様にしてエア噴射口２１からエアが噴射さ
れる。そして、浮遊型検出子１２を浮遊させて、距離セ
ンサ３０によって、浮遊型検出子１２の頭部１３との離
間距離Ｓ２を測定する。

【００４４】ここで、測定面ＷＡおよび基準面６Ａはと
もに平坦な面であり、測長装置２，３における浮遊型検
出子１２の質量も変わることがない。したがって、エア
ポンプＰ１から噴射されるエアの噴射圧が一定であれ
ば、図３に示す第１距離検出装置２における浮遊型検出
子１２と測定面ＷＡの離間距離δ１は一定である。同様
に、第２距離検出装置３における浮遊型検出子１２と基
準面６Ａとの離間距離δ２も一定である。

【００４５】かかる条件の下で、ウェーハＷの厚さ測定
をする際には、既知の厚さのウェーハに厚さを測定した
ときの第１距離検出装置２の距離センサ３０で測定され
た離間距離Ｓ１と、第２距離検出装置３の距離センサ３
０で測定された離間距離Ｓ２を基準として、測定対象と
なるウェーハの厚さを測定する。

【００４６】たとえば、図５（ａ）に模式的に示すよう
に、既知の厚さ、たとえば２００μｍの厚さのウェーハ
ＷＢの厚さｄを測定した際の第１距離検出装置２におけ
る距離センサ３０で測定された浮遊型検出子１２との離
間距離Ｓ１が５００μｍであり、第２距離検出装置３に
おける距離センサ３０で測定された浮遊型検出子１２と
の離間距離Ｓ２が４５０μｍであったとする。

【００４７】次に、図５（ｂ）に示すように、厚さ測定
の対象となるウェーハＷ１をウェーハ保持テーブル６に
載置したときに、第１距離検出装置２における距離セン
サ３０で測定された浮遊型検出子１２との離間距離Ｓ
１′が４００μｍであったとする。このときに、第２距
離検出装置３における距離センサ３０で測定された浮遊
型検出子１２との離間距離Ｓ２′が、４５０μｍであれ
ば、第１距離検出装置２のハウジング１１とウェーハ保
持テーブル６の基準面６Ａとの間に距離の変化はないこ
とになる。また、図２に示すエアポンプＰ１からのエア
の噴射圧を一定にすることで、浮遊型検出子１２とウェ
ーハ測定面との離間距離δ１は、常に一定に保つことが
できる。したがって、第１距離検出装置２における距離
センサ３０で測定された距離の変化量は、基準となるウ
ェーハＷＢの厚さに対する測定対象となるウェーハＷ１
の厚さの変化量となってそのまま現われる。よって、測
定対象となるウェーハＷ１の厚さｄ′は、下記（１）式
で表される。ｄ′＝（Ｓ１−Ｓ１′＋ｄ）・・・（１）したがって、（１）式より、ｄ′は３００μｍとして算
出される。

【００４８】また、図５（ｃ）に示すように、厚さ測定
の対象となるウェーハＷ２をウェーハ保持テーブル６上
に載置したときに、第１距離検出装置２における距離セ
ンサ３０で測定された浮遊型検出子１２との離間距離Ｓ
１″が４００μｍであったとする。このときに、第２距
離検出装置３における距離センサ３０で測定された浮遊
型検出子１２との離間距離Ｓ２″が４００μｍであった
とする。第２距離検出装置３における浮遊型検出子１２
と、基準面６Ａとの離間距離δ２は一定であることか
ら、第２距離検出装置３における距離センサ３０によっ
て求められる距離の変化は、第２測長装置におけるハウ
ジング１１の基準面６Ａとの距離の変化量に相当する。
第１距離検出装置２と第２距離検出装置３は、支持アー
ム４で支持されていることから、第２距離検出装置３に
おける距離センサ３０によって求められる距離の変化量
は、第１距離検出装置２のハウジング１１と、ウェーハ
保持テーブル６の基準面６Ａとの距離の変化量にも相当
することになる。このような場合には、第２距離検出装
置３における距離センサ３０によって測定された長さ分
だけ補正する必要が生じる。

【００４９】具体的にこの例でいえば、第１距離検出装
置２と基準面６Ａとの間の距離は、第２距離検出装置３
における距離センサ３０で測定された距離の分（Ｓ２″
−Ｓ）、すなわち５０μｍ短くなっているので、その分
の補正をする必要がある。したがって、下記（２）式に
より、測定対象となるウェーハＷ２の厚さｄ″を算出す
ることができる。ｄ″＝（Ｓ１−Ｓ１″）−（Ｓ２−Ｓ２″）＋ｄ・・・（２）この（２）式より、ウェーハＷ２の厚さは３５０μｍと
算出することができる。このように、第１距離検出装置
２と基準面６Ａとの間の距離に変化が生じたとしても、
ウェーハＷ２の厚さを正確に測定することができる。

【００５０】次に、本発明の厚さ検出装置の第２の実施
形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形
態に係る厚さ検出装置の側面図である。図６に示すよう
に、本実施形態に係る厚さ検出装置１′では、距離検出
装置２を一つだけ有している。この距離検出装置２は、
前記第１の実施形態における距離検出装置２と同一の構
成を有している。厚さ検出装置１′は、図示しない移動
アームに固定されたベース４１を備えている。また、厚
さ検出装置１′はスライダ４２を備えており、このスラ
イダ４２に距離検出装置２が固定されている。さらに、
ベース４１には、保持テーブル６の基準面６Ａに平行に
伸びるレール４３，４３が取り付けられており、距離検
出装置２が固定されたスライダ４２は、このレール４
３，４３上を走行可能となっている。したがって、距離
検出装置２は、保持テーブル６の基準面６Ａに平行に移
動可能とされている。

【００５１】保持テーブル６の基準面６Ａ上には、前記
第１の実施形態と同様のウェーハＷが載置されている。
その一方、ウェーハＷの側方における保持テーブル６の
基準面６Ａ上には、ウェーハＷと同一素材で形成され、
厚さが既知であるマスタワークＭＷが載置されており、
図示しない真空吸着手段によって固定されている。ベー
ス４１に固定されたレール４３，４３は、マスタワーク
ＭＷの真上位置から、ウェーハＷの真上位置まで延在し
ている。したがって、距離検出装置２は、マスタワーク
ＭＷの真上位置から、ウェーハＷの真上位置まで、保持
テーブル６の基準面６Ａに対して平行に移動することが
できるようになっている。

【００５２】かかる構成を有する本実施形態に係る厚さ
検出装置１′でウェーハＷの厚さを検出する手順につい
て説明する図２および図６を参照して説明する。まず、
距離検出装置２をマスタワークＭＷの真上に移動させ
る。この場所で、距離検出装置２におけるエア噴射口２
１からエアを噴射して、浮遊型検出子１２を浮遊させ
る。このときに距離センサ３０によって浮遊型検出子１
２との離間距離を測定する。この測定が済んだら、レー
ル４３に沿ってスライダ４２を移動させ、距離検出装置
２をウェーハＷの真上に移動させる。この場所で、再び
距離検出装置２におけるエア噴射口２１から、同じエア
噴射圧でエアを噴射し、浮遊型検出子１２を浮遊させ
る。このときに距離センサ３０によって浮遊型検出子１
２との離間距離を測定する。

【００５３】そして、それぞれ測定された距離センサ３
０と浮遊型検出子１２との間の離間距離を比較する。た
とえば、図６に示すように、ウェーハＷの方がマスタワ
ークＭＷよりも薄い場合、ウェーハＷ上において距離セ
ンサ３０で測定した浮遊型検出子１２との離間距離は、
マスタワークＭＷ上において距離センサ３０で測定した
浮遊型検出子１２との離間距離よりも長くなる。そし
て、たとえばマスタワーク上の厚さが５００μｍであ
り、ウェーハＷ上で測定した離間距離とマスタワークＭ
Ｗ上で測定した離間距離の差が１００μｍであった場合
には、ウェーハＷの厚さは４００μｍと算出することが
できる。

【００５４】なお、ここではマスタワークＭＷをウェー
ハ保持テーブル６の基準面６Ａ上に載置して、マスタワ
ークＭＷ上において距離センサ３０で浮遊型検出子１２
との離間距離を測定しているが、マスタワークＭＷを載
置することなく、基準面６Ａ上において距離センサ３０
で浮遊型検出子１２との離間距離を測定してもよい。こ
の場合には、ウェーハＷ上で測定された離間距離と、基
準面６Ａ上で測定された離間距離との差がウェーハＷの
厚さとして算出される。

【００５５】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるもので
はない。たとえば、距離センサとして渦電流センサに代
えて、容量センサを用いることができる。距離センサと
して容量センサを用いることにより、頭部を金属製など
の導体とせずに済むようにすることができる。そのほ
か、距離センサとしては、レーザ式距離センサ、接触式
距離センサなどを用いることもできる。また、前記第１
の実施形態では、支持アーム４として直線状のものを用
い、第１距離検出装置２と第２距離検出装置３を同じ高
さ位置にしているが、ウェーハＷの厚さを考慮して、第
１距離検出装置２を第２距離検出装置３よりも若干高い
位置に配置することもできる。さらには、浮遊型検出子
退避手段として真空保持手段を用いたが、圧縮空気保持
手段や電磁気保持手段を用いることもできる。圧縮空気
保持手段とは、圧縮空気を噴出して、浮遊型検出子をハ
ウジング内に押し込むことによって、浮遊型検出子を保
持するものである。また、電磁気保持手段とは、電磁力
を生じさせることにより、浮遊型検出子をハウジング内
で保持するものである。

【００５６】他方、本発明の被測定物として、半導体ウ
ェーハを例に挙げているが、半導体ウェーハに限らず、
たとえば窒化物膜や高分子膜などの絶縁物質が表面に形
成されたウェーハ、酸化物ウェーハ、セラミックスガラ
ス、高分子の板、ガラスとセラミックスの複合材料など
を被測定物とすることもできる。また、前記実施形態で
は、ウェーハを片面研削しているものであるが、たとえ
ば両頭研削装置によってウェーハを研削した際のウェー
ハの厚さ検出を行う際に利用することもできる。さらに
は、距離検出装置を移動させる移動機構としてスライダ
とレールを設けたが、これに限らず、回動旋回軸を有す
る旋回機構でもよい。また、このような移動機構を設け
ることなく、たとえば、距離検出装置は固定しておき、
保持テーブルをその基準面に対して水平に移動させる態
様とすることもできる。

【００５７】

【発明の効果】以上の通り、本発明のうちの請求項１に
係る発明によれば、距離センサにウェーハの研削時に生
じた切粉や研削液などがかかることがなく、測定精度の
低下や測定不能となる事態を起こさないようにすること
ができる。距離センサ対する切粉の吸着を防止できるの
で、切粉の堆積による精度の低下を好適に防止すること
ができる。しかも、噴射孔が噴射されるエアによって被
測定物の測定面の切粉などのごみを吹き飛ばすことがで
きるので、精度の高い測定を行うことができる。また、
距離センサとして用いるセンサに対する制約を無くすこ
とができる。

【００５８】請求項２に係る発明によれば、非使用時に
おける浮遊型検出子をハウジング内に収容しておくこと
ができるので、浮遊型検出子の損傷を効果的に防止する
ことができる。

【００５９】請求項３に係る発明によれば、エア噴射口
が噴射されるエアがハウジングと測定面の間から外部に
漏れ出さないようにすることができるので、エアの流れ
を安定させることができる。したがって、浮遊型検出子
が浮遊する高さを、エアの噴射量に対して安定させるこ
とができる。

【００６０】請求項４に係る発明によれば、浮遊型検出
子との間の離間距離を、高い精度をもって測定すること
ができる。

【００６１】請求項５に係る発明によれば、浮遊型検出
子における距離センサと対向する位置に、金属製などの
導体を用いる必要はなく、種々の素材のものを用いるこ
とができる。

【００６２】請求項６に係る発明によれば、距離検出装
置による距離測定を行う位置において、研削などの他の
作業を行う際に、距離検出装置が邪魔とならないように
することができる。

【００６３】請求項７に係る発明によれば、前記各距離
検出を用いて、被測定物の厚さの測定を好適に行うこと
ができる。

【００６４】請求項８に係る発明によれば、第１距離検
出装置および第２距離検出装置でそれぞれ距離センサで
検出される浮遊型検出子との離間距離より、被測定物の
厚さを算出することにより検出することができる。

【００６５】請求項９に係る発明によれば、１つの距離
検出装置によって、被測定物の厚さを測定することがで
きる。このため、厚さ検出装置の構造の簡易化およびコ
スト低減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る厚さ検出装置の
斜視図である。

【図２】（ａ）は第１の実施形態に係る距離検出装置の
側断面図、（ｂ）はその底面図である。

【図３】厚さ検出装置によってウェーハの厚さ測定を行
っている状態を示す側断面図である。

【図４】浮遊型検出子噴出されるエアの流れを示す説明
図である。

【図５】厚さ検出方法を説明するための説明図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る厚さ検出装置の
側面図である。

【符号の説明】

１（ウェーハの）厚さ検出装置２（第１）距離検出装置３（第２）距離検出装置４支持アーム５移動アーム（距離検出装置退避手段）６ウェーハ保持テーブル（保持テーブル）６Ａ基準面１１ハウジング１２浮遊型検出子２１エア噴射口２７逃げ溝３０距離センサ３１真空保持手段（浮遊型検出子退避手段）Ｗウェーハ（被測定物）ＷＡウェーハ測定面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｂ 21/08 Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ＳＨ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｋ // Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｇ０１Ｂ 7/08 7/10 Ｚ (72)発明者斎田国廣神奈川県横須賀市神明町１番地株式会社日平トヤマ技術センター内Ｆターム(参考） 2F063 AA02 AA14 AA16 AA22 BB06 BB07 BC05 CA31 CB03 CC10 DA01 DA05 DA11 DA22 DA23 DD03 EB30 GA08 HA01 LA23 2F069 AA02 AA06 AA46 BB15 DD13 GG04 GG06 HH09 HH30 MM04 RR01 3C034 AA08 BB92 BB94 CA01 CA12 3C058 AA07 AC02 AC04 CA02 CA05 CA06 CB01 CB06 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、前記ハウジングに収容され、前記ハウジングに対して移
動可能であるとともに、被測定物の測定面に対してエア
を噴出するエア噴射口が形成され、前記エア噴射口から
エアを噴射することにより、前記被測定物に対して非接
触状態で所定距離を維持する浮遊型検出子と、前記ハウジング内に設けられ、前記浮遊型検出子の移動
方向に対する前記ハウジングと前記浮遊型検出子の距離
を測定する距離センサと、を備えることを特徴とする距離検出装置。
【請求項２】非使用時における前記浮遊型検出子をハ
ウジングの内側の方向に退避させる浮遊型検出子退避手
段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
距離検出装置。
【請求項３】前記浮遊型検出子における前記被測定物
の測定面に対向する面に、前記エア噴射孔から噴射され
るエアの逃げ溝が形成されていることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の距離検出装置。
【請求項４】前記距離センサが、渦電流センサである
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれ
か１項に記載の距離検出装置。
【請求項５】前記距離センサが、静電容量センサであ
ることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいず
れか１項に記載の距離検出装置。
【請求項６】前記被測定物を測定する位置から退避さ
せるための距離検出装置退避手段に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれ
か１項に記載の距離検出装置。
【請求項７】保持テーブル上に載置された被測定物の
厚さを検出するにあたり、前記被測定物の測定面に対向する位置、および前記保持
テーブルの基準面に対向する位置に請求項１から請求項
６のうちのいずれか１項に記載の距離検出装置がそれぞ
れ配置されており、前記被測定物の測定面に対向する位置で前記距離センサ
によって測定された前記浮遊型検出子との距離と、前記
保持テーブルの基準面に対向する位置で前記距離センサ
によって測定された前記浮遊型検出子との距離と、前記
被測定物の測定面に対向する位置における前記浮遊型検
出子および前記保持テーブルの基準面に対向する位置に
おける前記浮遊型検出子の前記被測定物の厚さ方向に対
する離間距離と、により、前記被測定物の厚さを算出す
ることを特徴とする厚さ検出装置。
【請求項８】前記被測定物の測定面に対向する位置、
および前記保持テーブルの基準面に対向する位置にそれ
ぞれ配置される距離検出装置は、前記被測定物の測定面
に対向する位置に配設された第１距離検出装置および前
記保持テーブルの基準面に対向する位置に配設された第
２距離検出装置よりなることを特徴とする請求項７に記
載の厚さ検出装置。
【請求項９】前記被測定物の測定面に対向する位置、
および前記保持テーブルの基準面に対向する位置にそれ
ぞれ配置される距離検出装置は、前記保持テーブルの基
準面に対して平行に移動可能な移動機構に固定された距
離検出装置であることを特徴とする請求項７に記載の厚
さ検出装置。