JP2009139092A

JP2009139092A - 静電容量式厚み多点測定方法及びその装置

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Publication number: JP2009139092A
Application number: JP2007312318A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Shinpo; 良春新保; Yoshinari Shinpo; 良成新保
Original assignee: JUSTEM KK
Current assignee: JUSTEM KK
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-03
Also published as: JP4753121B2

Abstract

【課題】半導体ウエハーなどの表面の金属イオンによる汚染やアース電極の接触によるキズを避けなければならない場合や表面の汚染やアース電極の接触によるキズをそれほど考慮しなくてもよいような場合などの被測定体の測定条件に応じて、上記アース電極と上記被測定体とを接触状態又は非接触状態に切り替えることができる。
【解決手段】被測定体Ｗの測定部位Ｐを境にして対向する位置に所定の対向距離Ｇ_Sを置いて一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂を配置し、被測定体の複数の測定部位Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃の厚みを多点測定する静電容量式厚み多点測定装置において、アース電極８と被測定体とを被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構１３を設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は静電容量式距離検出センサにより半導体ウエハーなどの被測定体の厚みを被測定体に対して非接触にて測定する静電容量式厚み多点測定方法及びその装置に関するものである。

従来、この種の静電容量式厚み多点測定方法として、図９、図１０の如く、例えば、半導体ウエハーである、被測定体Ｗの測定部位Ｐ、この場合、Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を境にして対向する位置に所定の対向距離Ｇｓを置いて一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂を配置し、被測定体Ｗに対向して接触状態又は非接触状態でアース電極Ｑを配置し、一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂のそれぞれが検出した静電容量Ｃ（＝センサーの電極面積Ａ×電極と被測定体間の誘電率ε／電極と被測定体との距離Ｇ）によるところの被測定体Ｗと一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂との距離Ｇ₁・Ｇ₂及び一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂間の対向距離Ｇｓに基づいて被測定体の複数の測定部位Ｐの厚みｔ（＝Ｇｓ−［Ｇ₁＋Ｇ₂］）を被測定体に対して非接触にて多点測定する構造のものが知られている。

そして、これら従来構造においては、上記アース電極Ｑが被測定体Ｗに対して接触状態である接触式構造のもの、又は、上記アース電極Ｑが被測定体Ｗに対して非接触状態である非接触式構造のものが併存している。なぜならば、上記アース電極は被測定物と静電容量式距離検出センサとをほぼ同電位に保持し、被測定体と一対の静電容量式距離検出センサとの距離Ｇ₁・Ｇ₂の測定誤差を極力なくして正確な厚み測定を行うという目的で設けられているところ、被測定物がシリコンウエハーのような半導体ウエハーである場合においては、上記接触式構造であると金属イオンによる汚染やアース電極の接触によるキズ等の懸念があって上記非接触式構造のものが採択されることになり、一方、上記接触式構造の場合、上記アース電極が被測定物に常時接触しているので構造の簡素化やセンサーに対する被測定物の取り入れや取り出しなどの各種処理の扱いが容易であることから、表面の汚染やキズ等をそれほど考慮しなくてもよいような被測定物の場合には接触式構造が採択されているからである。
特開２００５−１７２７００

しかしながら上記のとおり、従来は、上記アース電極Ｑが被測定体Ｗに対して接触状態である接触式構造のもの、又は、上記アース電極Ｑが被測定体Ｗに対して非接触状態である非接触式構造のものが併存しているため、各種被測定物の測定条件に対する測定の融通性が低下することがあるという不都合を有している。

本発明はこれらの不都合を解決することを目的とするもので、本発明のうちで、請求項１記載の方法の発明にあっては、被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定する静電容量式厚み多点測定方法において、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切り替えることを特徴とする静電容量式厚み多点測定方法にある。

又、請求項２記載の装置の発明にあっては、被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定する静電容量式厚み多点測定装置において、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構を設けて構成したことを特徴とする静電容量式厚み多点測定装置にある。

又、請求項３記載の発明は、上記アース電極は上記被測定体を載置可能な載置テーブルであることを特徴とするものであり、又、請求項４記載の発明は、上記切離機構は上記アース電極たる載置テーブルに接触状態で載置されている被測定体を該載置テーブル上より浮上させて非接触状態とする構造になっていることを特徴とするものであり、又、請求項５記載の発明は、上記被測定体を割出回転可能な割出機構を設けてなることを特徴とするものであり、又、請求項６記載の発明は、上記被測定体の外周端部を位置決め可能な位置決め部を備えてなることを特徴とするものである。

本発明は上述の如く、請求項１又は２記載の発明にあっては、被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定することになり、この際、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構を設けて構成しているから、半導体ウエハーなどの表面の金属イオンによる汚染やアース電極の接触によるキズを避けなければならない場合や表面の汚染やアース電極の接触によるキズをそれほど考慮しなくてもよいような場合などの被測定体の測定条件に応じて、上記アース電極と上記被測定体とを接触状態又は非接触状態に切り替えることができ、したがって、各種被測定物の測定条件に対する測定の融通性を向上することができる。

又、請求項３記載の発明にあっては、上記アース電極は上記被測定体を載置可能な載置テーブルであるから、兼用により構造を簡素化することができ、又、請求項４記載の発明にあっては、上記切離機構は上記アース電極たる載置テーブルに接触状態で載置されている被測定体を該載置テーブル上より浮上させて非接触状態とする構造になっているから、切離機構の構造を簡素化することができ、又、請求項５記載の発明にあっては、上記被測定体を割出回転可能な割出機構を設けてなるから、被測定体の回転方向の位置決めを容易に行うことができ、又、請求項６記載の発明にあっては、上記被測定体の外周端部を位置決め可能な位置決め部備えてなるから、被測定体の表面への傷付けを防ぐことができる。

図１乃至図８は本発明の実施の形態例を示し、１は機台であって、この場合、機台１上に移動ステージ２がガイドレール３ａ及び直線軸受部３ｂからなるガイド機構３により往復移動自在に設けられ、移動ステージ２にハンドル２ａが設けられ、移動ステージ２と機台１との間に位置決め機構４が設けられ、かつ、移動ステージ２上に回転ステージ５が主軸６により回転自在に立設され、かつ、回転ステージ５は割出機構７により割出回転可能に設けられ、回転ステージ５上に接地されたアース電極８を兼ねる載置テーブル９を取り付け、これにより被測定体Ｗに対向してアース電極８を配置して構成している。

また、この場合、上記機台１上に測定機体１０が立設され、測定機体１０に挿入溝部１１により上アーム部１０ａ及び下アーム部１０ｂが形成され、上アーム部１０ａ及び下アーム部１０ｂの先端部にそれぞれ被測定体Ｗの測定部位Ｐを境にして対向する位置に所定の対向距離Ｇｓを置いて一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂が配置され、かつ、回転ステージ５及びアース電極８を兼ねる載置テーブル９に上アーム部１０ａ及び下アーム部１０ｂが挿入可能な逃げ溝部Ｍを形成し、機台１に上記被測定体Ｗの外周端部Ｗ₁を位置決め可能な位置決め部１２を設け、この位置決め部１２は位置決め台１２ａ上に測定物Ｗの外周端部Ｗ₁を位置決め可能な３個の位置決めピン１２ｂを立設して構成している。

この場合、上記位置決め機構４は、上記移動ステージ２の裏面に設けられた弾圧ボール４ａと、弾圧ボール４ａを押圧可能なバネ４ｂと、供給取出位置Ａ、測定位置Ｂ（Ｐ₁）、・Ｃ（Ｐ₂）・Ｄ（Ｐ₃）において、弾圧ボール４ａの一部が没入係止して移動ステージ２を位置決め可能な没入凹球部４ｃが形成された位置決め板４ｄとからなり、位置決め板４ｄは機台１上に取り付けられ、また、上記割出機構７は上記移動ステージ２の上面に設けられた弾圧ボール７ａ及び弾圧ボール７ａを押圧可能なバネ７ｂを設け、回転ステージ５の四つの割出位置において、弾圧ボール７ａの一部が没入係止して回転ステージ５を位置決め可能な没入凹球部７ｃを回転ステージ５の底面に形成して構成している。

１３は接離機構であって、上記アース電極８たる載置テーブル９と上記被測定体Ｗとを上記被測定体Ｗに応じて接触状態又は非接触状態に切替可能に形成され、この場合、上記切離機構１３は上記アース電極８たる載置テーブル９に接触状態で載置されている被測定体Ｗを載置テーブル９上より浮上させて非接触状態とする構造になっており、すなわち、図４、図５の如く、回転ステージ５に複数個の載置ピン１４を螺着立設し、載置ピン１４に嵌合可能な嵌合穴１５をアース電極８たる載置テーブル９に形成すると共に回転ステージ５の上面を押圧可能な調節ボルト１６をアース電極８たる載置テーブル９に螺着し、調節ボルト１６の正逆回動操作により上記アース電極８と上記被測定体Ｗとを接触状態又は非接触状態に切替可能に形成している。

しかして、図４の如く、接離機構１３の調節ボルト１６を弛緩回動することにより調節ボルト１６の先端部は回転ステージ５より離反する方向に移動し、アース電極８は調節ボルト１６と嵌合穴１５との嵌合摺動により自重降下し、被測定体Ｗは複数個の載置ピン１４の上面に載置され、被測定体Ｗはアース電極８たる載置テーブル９より浮上し、これにより、上記アース電極８と上記被測定体Ｗとは僅かな隙間Ｔを存して非接触状態となり、又、図５の如く、接離機構１３の調節ボルト１６を締付回動することにより調節ボルト１６の先端部は回転ステージ５を押圧し、アース電極８たる載置テーブル９は調節ボルト１６と嵌合穴１５との嵌合摺動により上昇し、載置ピン１４の上端面はアース電極８の上面より没入位置し、被測定体Ｗはアース電極８たる載置テーブル９の上面に載置され、これにより、上記アース電極８と上記被測定体Ｗとは接触状態となり、したがって、接離機構１３の調節ボルト１６の正逆回動により上記アース電極８と上記被測定体Ｗとを接触状態又は非接触状態に切り替えるように構成している。

また、この場合、被測定体Ｗの位置固定機構１７として、上記載置ピン１４に吸引穴１７ａを形成し、回転ステージ５に吸引穴１７に連通して図外の負圧源に接続された吸引路１７ｂを形成して構成している。

この実施の形態例は上記構成であるから、図１、図２、図３、図１０の如く、取出供給位置Ａにおいて、被測定物Ｗを載置テーブル９たるアース電極８上に載置し、移動ステージ２を前進移動させ、測定位置Ｂにおいて、被測定物Ｗの測定部位Ｐ₁を境にして所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂が位置され、一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂のそれぞれが検出した静電容量によるところの被測定体Ｗと一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂との距離Ｇ₁・Ｇ₂及び一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂間の対向距離Ｇｓに基づいて被測定体の複数の測定部位Ｐ₁の厚みｔ（＝Ｇｓ−［Ｇ₁＋Ｇ₂］）が測定され、この状態で、回転ステージ５を所定角度回転させ、この角度回転位置において、一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂により厚みを検出し、回転ステージ５を所定角度回転させて多点測定し、その後、移動ステージ２を更に前進移動させ、測定位置Ｃにおいて、被測定物Ｗの測定部位Ｐ₂を境にして所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂が位置され、一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂により測定部位Ｐ₂の厚みｔを測定し、この状態で、回転ステージ５を所定角度回転させ、この角度回転位置において、一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂により厚みを検出し、回転ステージ５を所定角度回転させて多点測定し、その後、移動ステージ２を更に前進移動させ、測定位置Ｄにおいて、被測定体Ｗの中心位置の測定部位Ｐ₃の厚みを測定し、これにより被測定体Ｗの厚みを多点測定することになる。

この際、上記アース電極８と上記被測定体Ｗとを上記被測定体Ｗの測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構１３を設けて構成しているから、半導体ウエハーなどの表面の金属イオンによる汚染やアース電極の接触によるキズを避けなければならない被測定体Ｗの測定条件にあっては、図４の如く、上記アース電極８と上記被測定体Ｗとを上記被測定体Ｗの測定条件に応じて非接触状態として測定することができ、また、表面の汚染やアース電極の接触によるキズをそれほど考慮しなくてもよいような被測定体Ｗの測定条件にあっては、図５の如く、上記アース電極８と上記被測定体Ｗとを上記被測定体Ｗの測定条件に応じて接触状態として測定することができ、したがって、各種被測定物Ｗの測定条件に対する測定の融通性を向上することができる。

この場合、上記アース電極８は上記被測定体Ｗを載置可能な載置テーブル９であるから、兼用により構造を簡素化することができ、又、この場合、上記切離機構１３は上記アース電極８たる載置テーブル９に接触状態で載置されている被測定体を該載置テーブル９上より浮上させて非接触状態とする構造になっているから、切離機構１３の構造を簡素化することができ、又、この場合、上記被測定体Ｗを割出回転可能な割出機構７を設けてなるから、被測定体Ｗの回転方向の位置決めを容易に行うことができ、又、この場合、上記被測定体Ｗの外周端部Ｗ₁を位置決め可能な位置決め部１２備えてなるから、被測定体Ｗの表面への傷付けを防ぐことができる。

尚、本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、載置テーブルをアース電極とせずに載置テーブルとは別途にアース電極を被測定体Ｗに対向して位置し、この別途に設けたアース電極と上記被測定体とを上記被測定体に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構を設ける構造とすることもあり、また、上記回転ステージをそのまま残して移動ステージ２を無くし、その代わりに、上記一対の静電容量式距離検出センサＳ₁・Ｓ₂を被測定体Ｗの半径方向に移動させて走査可能な走査機構を設ける構造とすることもあり、その他、アース電極８の構造や接離機構１３の構造等は適宜変更して設計されるものである。

以上、所期の目的を充分達成することができる。

本発明の実施の形態例の全体側面図である。本発明の実施の形態例の全体平面図である。本発明の実施の形態例の全体側面図である。本発明の実施の部分縦断面図である。本発明の実施の部分縦断面図である。本発明の実施の形態例の部分側面図である。本発明の実施の形態例の部分平面図である。本発明の実施の形態例の全体側面図である。測定原理説明図である。多点測定説明平面図である。

符号の説明

Ｗ被測定体
Ｐ測定部位
Ｓ₁ 静電容量式距離検出センサ
Ｓ₂ 静電容量式距離検出センサ
Ｗ₁ 外周端部
７割出機構
８アース電極
９載置テーブル
１２位置決め部
１３接離機構

Claims

被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定する静電容量式厚み多点測定方法において、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切り替えることを特徴とする静電容量式厚み多点測定方法。
被測定体の測定部位を境にして対向する位置に所定の対向距離を置いて一対の静電容量式距離検出センサを配置し、該被測定体に対向してアース電極を配置し、該一対の静電容量式距離検出センサのそれぞれが検出した静電容量による該被測定体と該一対の静電容量式距離検出センサとの距離及び該一対の静電容量式距離検出センサ間の対向距離に基づいて被測定体の複数の測定部位の厚みを多点測定する静電容量式厚み多点測定装置において、上記アース電極と上記被測定体とを上記被測定体の測定条件に応じて接触状態又は非接触状態に切替可能な接離機構を設けて構成したことを特徴とする静電容量式厚み多点測定装置。
上記アース電極は上記被測定体を載置可能な載置テーブルであることを特徴とする請求項２記載の静電容量式厚み多点測定装置。
上記切離機構は上記アース電極たる載置テーブルに接触状態で載置されている被測定体を該載置テーブル上より浮上させて非接触状態とする構造になっていることを特徴とする請求項３記載の静電容量式厚み多点測定装置。
上記被測定体を割出回転可能な割出機構を設けてなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の静電容量式厚み多点測定装置。
上記被測定体の外周端部を位置決め可能な位置決め部を備えてなることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の静電容量式厚み多点測定装置。