JPH02280003A - Measuring instrument for flatness before and after grinding of wafer - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To quantitatively measure the flatness with high reproducibility by placing plural pieces of differential transformer type distance measuring sensors in a measuring head, measuring the thickness of a wafer and operating automatically the flatness of every one piece. CONSTITUTION:In a measuring head 5, five pieces of differential transformer type distance sensors whose minimum resolution is 0.1mum are placed, and on the other hand, on a ceramics plate 1 on a rotary stage 3, a wafer 2 is tuck. At the time of measurement, when a start instruction is executed by an operating panel 7, the measuring head 5 moves onto a calibration base 6, and returns to a measuring position after an automatic calibration is executed by a plate for calibration. Subsequently, the stage 3 rotates, thickness of five points of the wafer 2 is measured, a measured value is inputted to a personal computer 8 and flatness of every one piece is operated automatically. Therefore, thickness and flatness can always be measured quantitatively with reproducibility of <=+ or -0.5mum.

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野］ この発明は、シリコンウェハ製造工場におけるウェハの
研磨面接の平坦度測定装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus for measuring the flatness of a polished surface of a wafer in a silicon wafer manufacturing factory.

［従来の技術］ セラミックスプレート（以下単にプレートとする）に貼
付されたままの複数枚のウェハの平坦度を測定する装置
には、光学系を組合せた干渉縞を利用した装置かある。[Prior Art] As an apparatus for measuring the flatness of a plurality of wafers stuck to a ceramic plate (hereinafter simply referred to as a plate), there is an apparatus that utilizes interference fringes in combination with an optical system.

木方式は干渉縞像を１］視で観察するため、定量的なウ
ェハ厚み測定ができない。また第２図のａ、ｂの平行度
を手動で合わせる必要があり、ａ、ｂの平行度の合わせ
方しだいで測定ウェハの平坦度を誤認識する可能性があ
る。Since the tree method observes the interference fringe image in 1] view, it is not possible to quantitatively measure the wafer thickness. Furthermore, it is necessary to manually adjust the parallelism of a and b in FIG. 2, and depending on how the parallelism of a and b is adjusted, there is a possibility that the flatness of the measurement wafer may be incorrectly recognized.

ウェハ１枚毎の厚み測定には、静電容量センサ、レーザ
を利用した装置かある。これら装置類はプレートに貼付
されたままでウェハ厚みを測定することはできない。To measure the thickness of each wafer, there are devices that use capacitance sensors or lasers. These devices cannot measure wafer thickness while attached to the plate.

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、プレートに複数枚ウェハが貼付されたままの
状態で各ウェハの厚みを最小分解能０．Ｉｌ、Ｉｍで測
定し、測定データから各ウェハの平坦度を自動演算する
ことが可能で、そのために最小分解能０．１μｍのセン
サをセンサ固定用ヘッドに取り付け、基準支持点の摩耗
やセンサ頭部の摩耗を測定毎に自動校正することによっ
て常時±０．５μｍ以下の再現精度で定量的に測定を可
能にする装置を提供することを目的とする。[Problems to be Solved by the Invention] In the present invention, while a plurality of wafers are attached to a plate, the thickness of each wafer is measured with a minimum resolution of 0. It is possible to measure Il and Im and automatically calculate the flatness of each wafer from the measurement data.For this purpose, a sensor with a minimum resolution of 0.1 μm is attached to the sensor fixing head, and the wear of the reference support point and the sensor head are The object of the present invention is to provide a device that enables quantitative measurement with a reproducibility accuracy of ±0.5 μm or less by automatically calibrating the wear of the wear after each measurement.

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明の要旨とするところは
、差動トランス型距離測定センサ（以下単にセンサとす
る）を複数測定ヘッドに配置し、セラミックスプレート
上に同心円状に複数枚貼付されたままのウェハ厚みを測
定し１枚毎の平坦度を自動演算する装置である。[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention to achieve this object is to arrange a plurality of differential transformer type distance measuring sensors (hereinafter simply referred to as sensors) in a measuring head, and to dispose them on a ceramic plate. This device automatically calculates the flatness of each wafer by measuring the thickness of multiple wafers attached concentrically to the wafer.

［実施例］ １枚毎スライスされたウェハは鏡面ウェハにするために
プレートに複数枚ワックス貼付され研磨される。プレー
トは０．５μｍ以下の平坦度を有している。ウェハが貼
付されているプレート単位で研磨前後でウェハの厚みと
平坦度を測定する。研磨前ウェハの厚みは約７００１Ｊ
ｍである。一方、センサの測定可能範囲は±２００ＪＪ
１１である。そのため本装置は測定に際し６５０１Ｊｍ
のブロックゲージにより校正される。校正は、プレート
と同等の平坦精度を有する校正用セラミックスプレート
（以後校正用プレートとする）とブロックゲージからな
る校正台にて測定プレート毎に自動的に行われる。校正
は、校正用プレート上の３点の基準支持点に対するブロ
ックゲージ上面をセンサ写点とする。ブロックゲージの
絶対厚みは演算回路メモリに記憶しておく。５点のセン
サは夫々の同厚みブロックゲージで校正される。（第３
図参照） 以下本発明をその実施例と関連する図面によって説明す
る。第１図は本装置の全体構成を示す。[Example] A plurality of sliced wafers are coated with wax on a plate and polished to make mirror-finished wafers. The plate has a flatness of 0.5 μm or less. The thickness and flatness of the wafer are measured before and after polishing for each plate to which the wafer is attached. The thickness of the wafer before polishing is approximately 7001J
It is m. On the other hand, the measurable range of the sensor is ±200JJ
It is 11. Therefore, this device has 6501Jm when measuring.
Calibrated using block gauge. Calibration is automatically performed for each measurement plate on a calibration table consisting of a calibration ceramic plate (hereinafter referred to as the calibration plate) having the same flatness accuracy as the plate and a block gauge. For calibration, the upper surface of the block gauge relative to the three reference support points on the calibration plate is used as the sensor photographic point. The absolute thickness of the block gauge is stored in the arithmetic circuit memory. The five sensors are calibrated using block gauges with the same thickness. (3rd
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments and related drawings. FIG. 1 shows the overall configuration of this device.

１はウェハ２か貼付されているプレートである。1 is a plate to which the wafer 2 is attached.

註プレート１はロータリステージ３上に乗せられる。ウ
ェハ検出センサ４は測定を開始すると自動的にプレート
１上に移動し、ステーコ３が回転する。センサ４がウェ
ハ２を検知するとそのウェハの測定が終了するまでステ
ージ３は停止している。５は５本のセンサおよび３点の
基準支持点が固定されている測定ヘットである。該ヘッ
ド５は測定を行う部分５ａとヘッド５を保持する部分５
ｂからなり、これらはバネを介して接続されている。Note: Plate 1 is placed on rotary stage 3. When the wafer detection sensor 4 starts measurement, it automatically moves onto the plate 1, and the stator 3 rotates. When the sensor 4 detects the wafer 2, the stage 3 is stopped until the measurement of that wafer is completed. 5 is a measurement head to which five sensors and three reference support points are fixed. The head 5 has a part 5a that performs measurement and a part 5 that holds the head 5.
b, which are connected via springs.

これにより５８部分は５ｂ部分と独立した自由度をイｆ
する。測定ヘッド５は測定終了時および校正時は校正台
６上に旋回停止している。測定を開始すると自動的に校
正が開始される。As a result, part 58 has a degree of freedom independent of part 5b.
do. The measuring head 5 is pivoted and stopped on the calibration table 6 at the end of measurement and at the time of calibration. Calibration starts automatically when measurement starts.

７は自動測定、手動操作を行う操作パネルである。８は
測定データの収集および平坦度演算を行うと共に本装置
全体の制御を行っているパソコンである。９は測定のた
めの駆動部および駆動源類を収納する収納部である。測
定されたウェハの厚みおよび演算された平坦度はプリン
タＩＯに出力される。7 is an operation panel for automatic measurement and manual operation. Reference numeral 8 denotes a personal computer that collects measurement data, calculates flatness, and controls the entire apparatus. Reference numeral 9 denotes a storage section that stores a driving section and driving sources for measurement. The measured wafer thickness and calculated flatness are output to the printer IO.

第４図は電気系ブロック図を示す。Ｉ＋は第１図測定ヘ
ッド５の部分５ａに取り付けられているセンサである。FIG. 4 shows an electrical system block diagram. I+ is a sensor attached to part 5a of measuring head 5 in FIG.

１２はセンサ１１の＾／Ｄ、ＡＭＰ回路、１３はセンサ
１１のセンサ出力演算部である。この演算部１３で演算
さｉたデジタル測定データは、１４にてデータ収集、平
坦度演算等を行う。１５〜１８は測定の駆動源となるパ
ルスモータである。１９はパルスモータ１５〜１８の夫
々のドライバ回路である。データ収集・演算回路１４と
ドライバ回路１９はリンク回路２０により接続されてい
る。２１はウェハ検出センサであり２２のＡＭＰ回路、
２３のＰ　ｉ１０回路を通じてデータ収集・演算回路１
４と接続されている。データ収集・演算回路１４にて演
算されたデータ類はｌＯのプリンタに出力される。12 is the ^/D, AMP circuit of the sensor 11, and 13 is a sensor output calculation section of the sensor 11. The digital measurement data calculated by the calculation unit 13 is subjected to data collection, flatness calculation, etc. in 14. 15 to 18 are pulse motors serving as a driving source for measurement. 19 is a driver circuit for each of the pulse motors 15-18. The data collection/arithmetic circuit 14 and the driver circuit 19 are connected by a link circuit 20. 21 is a wafer detection sensor; 22 is an AMP circuit;
Data collection and calculation circuit 1 through 23 Pi10 circuits
4 is connected. The data computed by the data collection/computation circuit 14 is output to the printer at IO.

第５図は測定ヘット部近傍の詳細図である。第５図（ｂ
）は第５図（ａ）の上面図である。２５はウェハが貼付
されているプレートであり、２６のロータリステージに
乗っている。２７は基準支持点く３点）、２８はセンサ
であり、支持点２７とセンサ２８は２９の円板状プレー
トに固定されている。３１は前記支持点２７、センサ２
８、プレート２９を旋回、上下させるための保持部であ
り、駆動部に直結している。プレート２９と保持部３１
は３０のバネを介して接続されている。３２は校正台で
ある。　３３はウェハ検出センサアームである。FIG. 5 is a detailed view of the vicinity of the measurement head. Figure 5 (b
) is a top view of FIG. 5(a). 25 is a plate to which a wafer is attached, and is mounted on a rotary stage 26. 27 is a reference support point (three points), 28 is a sensor, and the support point 27 and sensor 28 are fixed to a disc-shaped plate 29. 31 is the support point 27 and the sensor 2
8. A holding part for rotating and raising and lowering the plate 29, and is directly connected to the driving part. Plate 29 and holding part 31
are connected through 30 springs. 32 is a calibration stand. 33 is a wafer detection sensor arm.

次に本装置の測定時の動作を説明する。操作パネル７に
て自動測定指示をすると、校正台６上に測定ヘッド５が
下降し自動校正が行われる。校正が終了すると再び上昇
しプレート１上を旋回する。検出センサ４は自動測定指
示によりプレート１上に旋回しステージ３が回転を開始
する。センサ４がウェハを検出すると測定ヘッド５が測
定する位置にて停止する。停止後ヘッド５は下降しウェ
ハ上の５点の厚みを測定する。ウェハ厚みは校正時の零
点からのセンサの移動変化量を測定し、データ収集・演
算回路１４に記憶されているブロックゲージ絶対厚みと
演算される。ウェハ厚みが演算されるとそれらのデータ
からウェハの平坦度が演算される。１枚のウェハの測定
が終了すると測定ヘッド５は上昇し、次ウェハの測定の
ため、ステージ３は次ウェハを検出するまで回転する。Next, the operation of this device during measurement will be explained. When an automatic measurement instruction is given on the operation panel 7, the measurement head 5 is lowered onto the calibration table 6 and automatic calibration is performed. When the calibration is completed, it rises again and rotates above the plate 1. The detection sensor 4 turns on the plate 1 according to an automatic measurement instruction, and the stage 3 starts rotating. When the sensor 4 detects a wafer, the measurement head 5 stops at the measurement position. After stopping, the head 5 descends and measures the thickness at five points on the wafer. The wafer thickness is determined by measuring the amount of change in movement of the sensor from the zero point during calibration, and calculated from the block gauge absolute thickness stored in the data collection/calculation circuit 14. Once the wafer thickness is calculated, the flatness of the wafer is calculated from the data. When the measurement of one wafer is completed, the measurement head 5 rises, and in order to measure the next wafer, the stage 3 rotates until it detects the next wafer.

次ウェハを検出し回転が停止すると次ウェハの測定が行
われる。この動作は全ウェハの測定が終了するまで継続
される。全ウェハの測定が終了すると測定ヘッド５は上
昇し校正台６の位置に旋回し全ての動作を終了する。以
上の測定データは１ｏに出力される。When the next wafer is detected and rotation is stopped, the next wafer is measured. This operation continues until measurement of all wafers is completed. When all the wafers have been measured, the measurement head 5 rises and swings to the position of the calibration table 6, completing all operations. The above measurement data is output to 1o.

［発明の効果コ 以上説明した本発明の測定装置によって得られる効果は
次のとおりである。[Effects of the Invention The effects obtained by the measuring device of the invention described above are as follows.

（１）ウェハの貼付されたプレートをロータリステージ
上におき、操作パネルから想定開始指示をするたけで、
プレートに貼付されている全ウェハの厚みおよび平坦度
を自動的に測定演算できる。(1) Simply place the plate with the wafer attached on the rotary stage and give an instruction to start the simulation from the operation panel.
The thickness and flatness of all wafers attached to the plate can be automatically measured and calculated.

（２）個人誤差、読取誤差、偶然誤差を生じない。(2) No individual error, reading error, or random error will occur.

（３）±０．５μｍ以下の再現精度で測定ができる。(3) Measurement can be performed with a repeatability accuracy of ±0.5 μm or less.

（４）基準支持点およびセンサ頭部が摩耗を生じても摩
耗量の補正を必要としない。(4) Even if the reference support point and the sensor head wear out, there is no need to correct the amount of wear.

（５）研磨水や洗浄水の水滴がウェハ上に散水していて
も測定に影響を生じない。(5) Even if droplets of polishing water or cleaning water are sprinkled on the wafer, the measurement will not be affected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明装置例の全体構成を示す。第２図は干渉
縞を利用した装置の概念を示す。第３図は校正台と基準
支持点、センサの位置関係を示す。第４図は電気系ブロ
ック図を示す。第５図（ａ）は測定ヘッド部近傍の側面
詳細図である。第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ断
面上面図である。 １・・・セラミックスプレート、２・・・ウェハ、３・
・・ロータリステージ、４・・・ウェハ検出センサ、５
・・・測定ヘッド、６・・・校正台、７・・・操作パネ
ル、８・・・パソコン、９・・・メカ・電装ユニット収
納部、１０・・・プリンタ、Ｉｌ−・・差動トランス型
距離測定センサ、１２−Ａ／Ｄ、ＡＭＰ回路、１３・・
・センサ出力演算部、１４・・・データ収集・演算回路
、１５・・・ロータリステージ回転用パルスモータ、１
６・・・測定ヘッド旋回用パルスモータ、１７・・・測
定ヘッド上下用パルスモータ、１８・・・ウェハ検出セ
ンサ旋回用パルスモータ、１９・・・ドライバ回路、２
０・・・リンク回路、２１−・・ウェハ検出センサ、２
２・・−ＡＭＰ回路、２３・・・操作パネル、ｌＯ・・
・プリンタ、２５・・・セラミックスプレート、２６・
・・ロータリステージ、２７・・・基準支持点、２８・
・・差動トランス型距雛測定センサ、２９・・・２７．
２８の固定プレート、３０・・・バネ、３１・・・測定
ヘッド保持部、３２・・・校正台、３３・・・ウェハ検
出センサアーム、３４・・・光源、３５・・・コリメー
タレンズ、３６・・・プリズム、３７・・・ブロックゲ
ージ、３８・・・零点FIG. 1 shows the overall configuration of an example of the device of the present invention. FIG. 2 shows the concept of a device using interference fringes. FIG. 3 shows the positional relationship between the calibration table, the reference support point, and the sensor. FIG. 4 shows an electrical system block diagram. FIG. 5(a) is a detailed side view of the vicinity of the measurement head. FIG. 5(b) is a cross-sectional top view taken along line AA in FIG. 5(a). 1... Ceramic plate, 2... Wafer, 3.
...Rotary stage, 4...Wafer detection sensor, 5
...Measuring head, 6...Calibration stand, 7...Operation panel, 8...PC, 9...Mechanical/electrical unit storage section, 10...Printer, Il-...Differential transformer Type distance measurement sensor, 12-A/D, AMP circuit, 13...
・Sensor output calculation unit, 14...Data collection/calculation circuit, 15...Rotary stage rotation pulse motor, 1
6... Pulse motor for rotating the measuring head, 17... Pulse motor for measuring head up and down, 18... Pulse motor for rotating the wafer detection sensor, 19... Driver circuit, 2
0...Link circuit, 21-...Wafer detection sensor, 2
2...-AMP circuit, 23... operation panel, lO...
・Printer, 25...Ceramics plate, 26・
...Rotary stage, 27...Reference support point, 28.
...Differential transformer type distance measurement sensor, 29...27.
28 fixing plate, 30... spring, 31... measurement head holder, 32... calibration stand, 33... wafer detection sensor arm, 34... light source, 35... collimator lens, 36 ...prism, 37...block gauge, 38...zero point

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、差動トランス型距離測定センサを複数測定ヘッドに
配置し、セラミックスプレート上に同心円状に複数枚貼
付されたままのウェハ厚みを測定しウェハ１枚毎の平坦
度を自動演算することを特徴とするウェハの研磨前後平
坦度測定装置。1. The feature is that multiple differential transformer type distance measurement sensors are arranged in the measurement head to measure the thickness of multiple wafers stuck concentrically on a ceramic plate and automatically calculate the flatness of each wafer. A device for measuring the flatness of wafers before and after polishing.