JPH0255901A - 厚み測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （７）技術分野 この発明は、平面状薄板の厚みを測定するための厚み測
定器の改良に関する。

薄板の形状は、円形、矩形など任意である。

ここで厚み測定器というのは、台座の上に被測定物であ
る薄板を置き、押え棒で薄板を押え、押え棒の変位から
、厚みを求めるものである。

物理的な手法のうちでも、最も簡単な測定方法である。

厚み測定に要求される条件はい（つかあるが、その中で
も、正確な測定値を求められる、という事が最も重要で
ある。

この他に、どのような厚みであっても測定できる、とい
う測定範囲の広い事も望ましいことである。

さらに、被測定物を破損しな（１、という事が要求され
る。

（イ）従来技術 第４図は従来例にかかる厚み測定器の斜視図である。

これは平板台座８を台座としている。

被測定物１も平板なのであるから、平板な台座が適する
ように思われる。

しかし、被測定物は完全に平面であるものばかりではな
い。いく分の反りがあるものが多い。

被測定物は、多様な物体である。金属板、ガラス板、半
導体ウェハ、セラミック板など任意である。製造方法も
多様である。

溶融物を冷却固化する事がある。材料粉末を焼結する事
もある。インゴットを薄く切断して作る事もある。さら
に平板にしたものを研磨することも多い。

このようシテ、多様な手段で薄板に加工される。

このため、薄板の中に加工歪みが残る。これが薄板の反
９を生じさせる。

反りのある薄板を平板台座８に置くと、第５図のように
なる。被測定物１の上を、押え棒２、接触子３によって
押えても、被測定物１と台座８０間に空隙１２が残る。

すると、測定値りは、真の厚みｄに、空隙の幅ｅを加え
たものになる。

Ｄ　　＝　　ｄ　　＋ｅ これは不正確な測定である。

そりを含まないようにするためには、押え捧２の加圧力
Ｗを大きくすればよい。ところが、加圧力Ｗを大きくす
ると、被測定物１が破損する惧れもある。望ましい事で
はない。

そこで、第６図に示すように、台座を球状にしたものも
ある。

球状であれば、そりがあっても、浮き上るという事がな
い。ただし、台座の球面曲率の方が、被測定物のそりの
曲率より大きいという条件が要求される。

被測定物１と球状台座５とは、ただの−点で接触するか
ら、そりがあっても、空隙を生じないようにできるはず
である。

ところが、それほど単純ではない。

球状台座５は不安定であるから、被測定物１の置き方が
難しい。

被測定物の重心Ｇと、球状台座５の頂点Ｐとが喰い違う
と、第７図に示すように、被測定物１が傾く。

球状台座の曲率半径をＲ１接触子３の先端の曲率半径を
ｒとする。傾き角をｅとすれば、測定値りは、 Ｄ　＝　ｄｓｅｃｅ　　＋　　（Ｒ＋ｒ　Ｘ”ｅ−１）
　　　（２）となる。これは真の値ｄより大きい。

押え捧２の加圧力を増すと、傾き角θをＯに近づけるこ
とができる。しかし、そのようにすると、脆い被測定物
であれば破損してしまう。

（つ）　　目　　　　　　　的 反９のある脆い被測定物であっても、正確に厚み測定で
きる厚み測定器を提供することが本発明の目的である。

に）構　成 本発明の厚み測定器の、試料を載せる台は、球状台座と
、このまわりを囲み球状台座の頂点Ｐより僅か、に低い
上面をもつ円環とからなっている。

そこで、球状台座と円環とをあわせて試料台と呼ぶこと
にする。

第１図は本発明の厚み測定器の概略斜視図である。

球状台座５が中心にあり、これと離隔して、同心円状に
円環６が設けられている。いずれも架台７に固定されて
いるので、相対的な位置変化はない。

架台Ｔには支柱９が固定され、支柱９の上方の部材から
、押え捧２が昇降自在に設けられる。そして昇降距離が
読みとれるようになっている。押え捧２の下端に接触子
３が固定されている。

接触子３が球状台座の頂点に接触したときの下降位置と
、被測定物を挾んだ時の下降位置との差によって、被測
定物の厚みｄを測定することができる。これらの点は、
従来の厚み測定器と同様である。

本発明の新規な点は、球状台座５の周囲に円環６を設け
たということである。

円環６は、被測定物１が傾くのを防ぎ、水平に支持する
ためのものである。これは、第７図と比較するとよく分
ることである。円環６が、被測定物１の外周部を等しい
高さに支持する。このため、傾くことがない。

ただし、球状台座５の頂点より、円環６の上端の方が低
くなっている仔）。

たとえば、０．２〜０．４ｍｍ程度低い。

これは、もちろん円環の大きさや、球状台座５の球面の
曲率半径Ｒによって最適値が異なる。

円環６の方が僅かに低いのは、平板台座の場合の欠点（
第５図）を防ぐためである。

被測定物１が下方に反っていても、第２図に示すように
、被測定物は球状台座５に接触することができるのであ
る。

第３図に本発明のもうひとつの例を示す。これは、架台
７を絶縁体にし、球状台座５と円環６とを導体とし、球
状台座５と円環６にリード１５．１６を付け、電流計１
１、電源１０を設けたものである。

これは、被測定物１が導体である場合に、より正確に厚
みを測定できるようにしたものである。

被測定物１が存在しない場合、球状台座５と円環６とは
電気的に絶縁されている。電流計１１の電流値はＯＡで
ある。

導体の被測定物１を球状台座５に置く。もしも傾いてい
れば、被測定物１の周縁が円環６に接触する。電流が被
測定物を通じて流れる。

もしも、被測定物１が傾いていなければ、被測定物の周
縁が、円環６に非接触となる。これは電流計かられかる
。この時に、より正確な厚み測定ができる。

（イ）作　用 被測定物１は、円環６の作用により、水平に支持される
。球状台座５に戴せるのであるから反りがあっても、空
隙が生じる（第５図のように）ということがない。

球状台座５の頂点の方が、円環６の上端より僅かに高い
（わが、これは、上に向って凸の反りがあっても、被測
定物が球状台座の頂点に密着できるようにするためであ
る。

被測定物が水平であったり、下に向って凸の反りがあっ
たりする事もある。この場合、高さの差ｆは僅かである
ので、周縁がたわみ、円環に接する。もちろん、材料の
剛性が高い場合は、このようなたわみが起こりにくい。

このような場合は、傾いて一点で円環に接触する事にな
る。傾くので第７図のようになるが、傾き角θが小さい
。円環の直径をＨとすると、傾き角θは、反り、撓みが
ない理想状態で、である。つまり、たとえ傾くにしても
、傾き角θを小さく制限できるという作用がある。円環
６はこのような作用があるのである。

さらに、被測定物１が上向きに凸の反りをもち、反りの
曲率半径がＱであるとすると、 傾き角θは となる。つまり傾き角に制限があって、著しく小さいと
いう事である。自重による反りが加わったものが曲率半
径Ｑのたわみである。（４）に於てかつこの中が負にな
る場合は、反りが大きいという事で、第８図に示すよう
に、中心部が球状台座５から離れている、という事であ
る。

このような場合は、比較的まれである。この場合、押え
棒２をさらに下降させ、被測定物１を球状台座５の頂点
に接触させる。このときである。

また第３図に示す装置であれば、被測定物１が円環６に
接触しているか、非接触であるか、ということが分る。

球状台座５に被測定物１が接触しているという事は、（
３）、（４）の不等式に於て等号がなりたつ、という事
である。つまり、傾き角ｅが許される範囲でもつとも大
きいという事である。これは望ましいことではない。そ
こで、傾きを正し、より水平に近づけ、電流値がＯであ
るようにする。電流が０であるという事は、θが（３）
、（４）の不等号の方をとると□いう事で、水平により
近い。

球形台座の頂点と円環上端面の高さの差ｆは、結局、そ
の被測定物の反りの最大値の予想から決める事ができる
。反りの最大値を、最大曲率Ｑｍａｘで表現すると、ｆ
は ８　Ｑｍａ！ によって定められる。ｆをこの値よりあまりに大きくす
ると、傾きを防ぐという効果が少なくなる。

（イ）実施例 （１）厚さが約３０００μｍのウェハを測定した。

従来の第６図、第７図に示す球状台座を用い、測定圧５
０ｇで測定した。球状台座の球面曲率半径Ｒは２０ｍｍ
である。

同じウェハを５回測定した。測定値は、　３０１１μｍ
、　　３０２２μｍ１３０１３μｍ１３０１８μｍ１３
０１８μｍであった。同じものであるが、１１μｍ　の
バラツキがある。

（２）同じウェハを本発明の装置で厚み測定した。

球状台座の球面曲率半径Ｒは２０ｍ＋１１である。円環
の直径Ｈは４０ｍである。円環上端の球状台座頂点から
の下りｆは０．２１１１である。これによると、同じウ
ェハに対し、３０１０μｍ、　３０１１μｍ１３０１０
　μｍ　、　３０１０　μｍ　１３０１１　μｍであっ
た。厚みのバラツキが１μｍ程度に抑えられている。

（３）　　このウェハを縦横に襞間し、５龍角のチップ
とした。中央にあった部分のチップの厚さを測定すると
５回とも３００９μｍであった。

このことから、このウェハ中央部の真の厚みは３００９
μｍと推定される。

（４）測定圧を１０ｇに減らして、同じウエノ鳥の厚み
を本発明の装置（（２）の場合と同じ）で測定した。

５回の測定値は ３０１１μ？ＦＬｓ　３０１１　＃ｔ、　３０１０μｍ
、　３０１０μｍ、　３０１１μｍであった。（２）の
結果とほとんど同じである。

（５）さらに第３図に示すような装置を用い、電流が０
である事を確かめてから厚み測定すると、３００９μｍ
、　３０１０μｍ、　３００９μｍ、　３００９４ｍ、
　３００９μｍであった。

これは（３）で求めた真の値にきわめて近い。電流が０
であり、水平に近い状態で測ったために真の値が求めら
れるものと考えられ□る。（２）、（４）ではやや大き
めの値が出たが、これは、ウエノ１が傾いていたためで
あろう。

（６）厚さ約２００μｍのウェハを（，１，ｌと同じ従
来法で測定した。つまり測定圧ｗ＝ｇｏ９、球状台座の
曲率半径Ｒ＝　２０　ｓｎである。

５枚のウェハについて測定した。５枚とも割れた。これ
は薄いウェハであるため、破壊されやすいのである。

（力　同じく厚さが約２００μｍのウェハを（４）と同
じ方法テｍｑ定しり。Ｗ＝１０．９、Ｒ＝　２０ｔｘ、
　Ｈ＝　４０ｘｘである。これによるとウェハは割れな
かった。

（→効　果 （１）　　測定精度が高くなる。

被測定物の傾きを円環によって抑制するからである。傾
きθが小さいと、測定誤差が小さい。

（２）電・流チエツクをする装置では、より傾きを小さ
くできるので、測定精度がさらに向上する。

（３）　　弱い測定圧でも正しい測定結果を与えること
ができる。

傾きがもともと小さいので、測定圧を大きくする事によ
って、被測定物の傾きを減する（ｅ→０）ようにする必
要がないのである。

（４）このため、厚さ約３０００μｍのウェハでも±２
μの測定精度が得られる。また厚さ約２００μｍのウェ
ハでも割れないほどの弱い測定圧で使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の厚み測定器の例を示す斜視図。 第２図は厚み測定時の略断面図。 第３図は本発明の厚み測定器の他の例を示す縦断面図。 第４図は平板台座を用いる従来の厚み測定器の例を示す
斜視図。 第５図は平板台座を用いる従来装置の測定時の縦断面図
。 第６図は球状台座を用いる従来の厚み測定器の例を示す
斜視図。 第７図は第６図の装置に於ける測定時の縦断面図。 第８図は本発明の装置に於て被測定物の撓みの大きい場
合の断面図。 １・・・・・・被測定物 ２・・・・・・押え棒 ３・・・・・・接触子 ４・・・・・・試料台 ５・・・・・・球状台座 ６・・・・・・円　環 ７・・・・・・架　台 ８・・・・・・平板台座 ９・・・・・・支柱 １０・・・・・・電　源 １１・・・・・・電流計 １２　、、、、、、空　隙 １５．１６・・・・・・リード 発明者 大

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料台と、支柱９によつて昇降自在に支持され変
   位量が検出できる押え捧２とよりなり、試料台４の上に
   被測定物１を置いて押え棒２を下降させ、先端の接触子
   ３を被測定物１に接触させ、押え捧２の変位量から被測
   定物１の厚みを測定する厚み測定器に於て、試料台が、
   上に凸の球形の上面を持ち中央に設けられる球状台座５
   と、球状台座５の頂面より僅かに低い上端面を持ち球状
   台座５を囲むように設けられる円環６とよりなり、円環
   ６によつて被測定物１の傾きを防ぐようにした事を特徴
   とする厚み測定器。
2. （２）試料台と、支柱９によつて昇降自在に支持され変
   位量が検出できる押え棒２とよりなり、試料台４の上に
   導体である被測定物１を置いて押え棒２を下降させ、先
   端の接触子３を被測定物１に接触させ、押え棒２の変位
   量から被測定物１の厚みを測定する厚み測定器に於て、
   試料台が上に凸の球形の上面を持ち絶縁体架台の中央に
   設けられる球状台座５と、球状台座５の頂面より僅かに
   低い上端面を持ち球状台座５を囲むように設けられる円
   環６と、球状台座５に取付けられたリード１５と、円環
   ６に取付けられたリード１６と、リード１５、１６の間
   に設けられる電源１０、電流計１１とよりなり電流値が
   ０である時に厚み測定するようにした事を特徴とする厚
   み測定器。