JPH0649958U - 半導体ウェハ厚さ測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウェハ厚さ測定機に関し、半導体ウェ
ハの中央部分の厚さを連続的に測定できる半導体ウェハ
厚さ測定機を提供することを目的とする。 【構成】 所定の間隔を置いて互いに対向して配置され
る１対の距離センサ７、８、両距離センサ７、８の間で
半導体ウェハ11の周縁部をその表裏両面が両距離センサ
７、８の対向方向にほぼ直角になるように支持するウェ
ハ支持部12、両距離センサ７、８を両距離センサの対向
方向と直角方向に移動可能に支持する駆動装置付きのエ
アースライド10、および、エアースライド10を介して両
距離センサ７、８の半導体ウェハ11に対する位置を制御
する制御装置３を備える構成とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体ウェハ厚さ測定機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

半導体の製造工程においては、多量の半導体素子を効率良く製造するため、研 磨された半導体ウェハ、例えばシリコンウェハの両面に格子状のスクライブライ ン（切断面）を形成し、パターンを形成したのち、スクライブラインのところで シリコンウェハを裁断している。

【０００３】 シリコンウェハの厚さは、それに形成されるパターンの電気特性、例えばパタ ーン間の静電容量、絶縁特性等に影響を与えるので、正確に形成されなければな らない。 特に薄型ＩＣ用のシリコンウェハは、厚さの誤差による特性変化が顕著に現れ るので、その寸法管理を厳格にする必要がある。そして、寸法管理を厳格に行う ためには高精度の厚さ測定ができるようにする必要がある。

【０００４】 従来、半導体ウェハの厚さ測定は、パターンが形成されていない周囲部分、す なわち、製品エリヤ外の部分の厚さをマイクロメータを用いて測定しており、シ リコンウェハの中央部分の厚みの測定は、マイクロメータの接触によって製品エ リヤが傷つくことを避けるため行われない。

【０００５】

【考案が解決しようとしている課題】

このように、シリコンウェハの中央部分の厚みを測定することができなければ 、その寸法を厳格に管理することはできず、また、当然のことながらシリコンウ ェハの反りも測定できない。 本考案は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、半導体ウェハの中央部分 の厚さを連続的に測定できる半導体ウェハ厚さ測定機を提供することを目的とす るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記の目的を達成するため、所定の間隔を置いて互いに対向して配 置される１対の距離センサ、両距離センサの間で半導体ウェハの周縁部をその表 裏両面が両距センサの対向方向にほぼ直角になるように支持するウェハ支持部、 両距離センサとウェハ支持部との一方または両方を両距離センサの対向方向と直 角方向に移動可能に支持するスライド装置、スライド装置を介して両距離センサ とウェハ支持部との一方又は両方を駆動する駆動装置、および、駆動装置および スライド装置を介して両距離センサの半導体ウェハに対する位置を制御する制御 装置を備えることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】

本考案においては、各距離センサからウェハ支持部に支持された半導体ウェハ までの距離が各距離センサによって検出される。両距離センサの間隔は既知の一 定値であり、この間隔から各距離センサが検出した距離を差引くことにより半導 体ウェハの厚さが測定される。

【０００８】 両距離センサを非接触型とすれば、半導体ウェハの中央部分に対向する位置に 相対移動させてもパターンを傷つけるおそれはない。 また、制御装置で駆動装置およびスライド装置を介して両距離センサを半導体 ウェハに対して相対移動させながら両距離センサで半導体ウェハまでの距離を連 続的に検出することができ、これにより半導体ウェハの厚さの連続測定ができ、 半導体ウェハの反りないしうねりを測定することができる。

【０００９】 半導体ウェハの表裏両面またはその一面には、これを半導体チップに分割する 位置を示すとともに、チップへの分割作業を容易にするため、幅および深さが60 〜 100μm のスクライブラインと呼ばれるＶ字型の溝が距形格子状に形成されて いる。このスクライブラインは高精度に形成されており、この部分にテストパタ ーンが形成される場合もあるが、通常スクライブラインにはパターンが形成され ることはない。

【００１０】 そこで、本考案において、特に上記制御装置が駆動装置およびスライド装置を 介して両距離センサをウェハ支持部に支持された半導体ウェハのスクライブライ ンに対向して相対移動させるように構成すると、スクライブラインを形成した位 置で半導体ウェハの厚さを測定することができ、パターンの形成によって生じる 表面の凹凸に関係なく半導体ウェハの厚さを測定できる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の一実施例に係る半導体ウェハ厚さ測定機を図面に基づいて具体 的に説明する。 図２の正面図および図３の平面図に示すように、この半導体ウェハ厚さ測定機 は、本体１、ビデオモニタ２、コントローラ３、厚さ演算機４、ディスプレイ５ およびコンピュータ６を備える。

【００１２】 上記本体１には、上下方向に適当な間隔を置いて、互いに対向させた１対の非 接触型センサ７、８と、両距離センサ７、８が取り付けられる取付枠９と、取付 枠９左右方向（Ｘ方向）移動可能に支持するスライド装置の機能および取付枠９ をＸ方向に往復駆動する駆動装置の機能を兼備するエアースライド10とが設けら れ、コントローラ３でエアースライド10を介して取付枠９および両距離センサ７ 、８をＸ方向に駆動出来るようにしている。なお、このエアースライド10はアル ミナなどのセラミックスからなる軸体に同じくセラミックスからなるテーブルを 静圧支持し、この軸体上でテーブルを移動させるようにしたものである。

【００１３】 非接触型距離センサ７、８としては、超音波を利用することも可能であるが、 ここでは構成を簡単にするために光センサ（アンリツ社製レーザ変位計／光マイ クロＫＬ 130Ａ型）を用いている。 また上記本体１には、両距離センサ７、８の間に半導体ウェハ11を水平に支持 するウェハ支持部12が設けられる。このウェハ支持部12は半導体ウェハ11の周縁 の製品エリア外の部分を支持し、図示しない駆動装置によって、前後方向（Ｙ方 向）に往復移動されるとともに、中心軸心周りに全旋回駆動される。

【００１４】 ウェハ支持部12のＹ方向の位置制御はコントローラ３ジョイスティック13を操 作することにより、また旋回方向およびその位相はコントローラー３のジョイス ティック14を操作することにより任意に制御できるようにしてある。そして、ウ ェハ支持部12のＹ方向の位置および旋回角度はビデオモニタ２に文字や画像で表 示される。

【００１５】 ウェハ支持部12の旋回角は、特に限定されないが、スクライブラインと平行ま たは直角であるオリフラ15がＸ方向となる旋回角と、Ｙ方向となる旋回角とに設 定される。 また、ウェハ支持部12のＹ方向の位置は、特に限定されないが、パターンの凹 凸による測定誤差を排除するため、両距離センサ７、８が半導体ウェハ11のスク ライブラインを走査できる位置、すなわち、両距離センサ７、８が半導体ウェハ のスクライブラインに対向する位置に設定される。

【００１６】 図１の原理図に示すように、両距離センサ７、８は半導体ウェハ11に向かって 垂直方向に対してやや斜めにレーザー光線を射出し、半導体ウェハ11の表面から の反射光を受光する。距離センサ７、８から半導体ウェハ11までの距離Ｌ１、Ｌ ２に応じて反射光の受光位置が変化しこの受光位置に対応して距離センサ７、８ が出力する電流信号が変化する。すなわち、上記距離Ｌ１、Ｌ２は電流値として 検出されることになる。

【００１７】 なお、両距離センサ７、８から射出されるレーザー光は、誤測定を防止するた め、ウェハ支持部12に支持された半導体ウェハ11の表面または裏面でスクライブ ラインの幅（60〜100μm) に対して十分に細かい径、例えば約10〜50μm に収束 させている。このようにしてレーザ光を10〜50μｍに集束させ、かつ両距離セン サ７、８をエアスライド10で駆動させることによって、微小な幅のスクライブラ イン上に連続的にレーザ光を照射することができる。

【００１８】 上記距離センサ７、８の検出結果は厚さ演算器４に入力され、厚さ演算器４で 半導体ウェハ11の厚さが演算される。ここで、両距離センサ７、８の間隔ＬＯは 既知であり、各距離センサ７、８から半導体ウェハ11までの距離Ｌ１、Ｌ２を上 記間隔ＬＯから差引くと半導体ウェハ１の厚さＴを得ることができる。 厚さ演算器４で演算された半導体ウェハ11の厚さのデータはコンピュータ６に 与えられ、コンピュータ６は所要の信号処理をした後、ディスプレイ５に測定結 果をグラフィック表示させる。

【００１９】 また、上記厚さ演算器４では、入力された各距離センサ７、８が検出した距離 Ｌ１、Ｌ２から半導体ウェハ11の反り量を演算し、その演算結果をコンピーュタ ６に出力し、コンピーュタ６で半導体ウェハ11の反り量をグラフィック表示させ るようにしてある。 半導体ウェハ11の厚さと反り量とはディスプレイ５の同一画面に表示領域を分 けて同時に表示しても良く、また順次に表示するようにしてもよい。

【００２０】 この半導体ウェハ厚さ測定装置のウェハ支持部12に表１に示す半導体ウェハ13 （サンプル１〜６）を支持させ、次の要領で厚さと反りを測定した。 すなわち、先ず、半導体ウェハ14をウェハ支持部12に支持させ、オリフラ15を Ｘ方向に向け、この時にＸ方向に向いている各スクライブラインが両距離センサ ７、８に対向する位置にウェハ支持部12の位置を順次制御し、各スクライブライ ンごとに両距離センサ７、８をＸ方向に移動させて、オリフラ15に水平な各スク ライブライン上の距離Ｌ１、Ｌ２を連続的に検出し、測定結果をコンピーュタ６ のメモリに順次格納するとともにディスプレイ５に表示させる。

【００２１】 この測定結果は表１に示す通りである。

【００２２】

【表１】

【００２３】 但し、表１において、実デバイスの水平方向の厚さはスクライブライン上およ びデバイス上であり、実デバイスの水平方向の反り両はスクライブライン上を測 定したものである。 次に、半導体ウェハ11の研磨方向と厚みおよび反りの関係を調べるため、研磨 方向がオリフラ15に対して30°(300°）、45°、−45°(135°）の各場合につい て測定を行った。その結果は図４ないし図６および図10ないし図12の各グラフに 示す。

【００２４】 また半導体ウェハ11を他の方法で研磨した場合について、同様に測定を行った ところ図７ないし図９および図13ないし図15の各グラフに示すような結果が得ら れた。 上記の実施例では、半導体ウェハ11およびウェハ支持部12をＹ方向に移動させ るように構成されているが、両距離センサ７、８またはウェハ支持部12をＸ方向 とＹ方向の両方向に移動させるように構成することも可能である。

【００２５】 また、本考案において、距離センサ７、８を互いに独立して移動できるように 構成することも可能である。 なお、上記実施例では距離センサ７、８としてレーザ光を用いたものを示した が、本発明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、ノズルから空気を 噴射させてその圧力で検知するエアーセンサやあるいはうず電流による磁界の大 きさで検知する静電容量センサなどの非接触型距離センサを用いればよい。また この他に、条件によっては触針による接触型距離センサを用いることもできる。

【００２６】

【考案の効果】

以上のように、本考案によれば、所定の間隔を置いて対向させた１対の距離セ ンサの間に半導体ウェハを置き、両距離センサから半導体ウェハまでの距離を検 出し、上記所定の間隔から、これらの距離を差引くことにより半導体ウェハを傷 つけることなく、半導体ウェハの中央部分の厚さを測定できるようになり、その 結果、厳格な寸法管理を実施できる。

【００２７】 また、本考案によれば、両距離センサを制御装置で駆動装置およびスライド装 置を介して半導体ウェハ厚さ測定機に対してその面方向に移動させながら厚さ測 定を行うことにより、半導体ウェハの厚さを連続的に測定できるとともに、半導 体ウェハの反りを測定することができ、一層厳格な寸法管理を実施できるように なる。

【００２８】 さらに、本考案において、特に、上記制御装置が駆動装置およびスライド装置 を介して両距離センサをウェハ支持部に支持された半導体ウェハのスクライブラ インに対向して相対移動させるように構成される場合にはパターンの凹凸による 測定誤差が発生するおそれがなくなり、さらに一層厳格な寸法管理を実施できる ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の原理図である。

【図２】本考案の正面図である。

【図３】本考案の平面図である。

【図４】本考案の厚さ測定結果を示すグラフである。

【図５】本考案の厚さ測定結果を示すグラフである。

【図６】本考案の厚さ測定結果を示すグラフである。

【図７】本考案の厚さ測定結果を示すグラフである。

【図８】本考案の厚さ測定結果を示すグラフである。

【図９】本考案の厚さ測定結果を示すグラフである。

【図10】本考案の反り量測定結果を示すグラフである。

【図11】本考案の反り量測定結果を示すグラフである。

【図12】本考案の反り量測定結果を示すグラフである。

【図13】本考案の反り量測定結果を示すグラフである。

【図14】本考案の反り量測定結果を示すグラフである。

【図15】本考案の反り量測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

３…コントローラ ７…距離センサ ８…距離センサ 10…エアースライド 11…半導体ウェハ 12…ウェハ支持部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隔を置いて互いに対向して配置
   される１対の距離センサ、両距離センサの間で半導体ウ
   ェハの周縁部をその表裏両面が両距離センサの対向方向
   にほぼ直角になるように支持するウェハ支持部、両距離
   センサとウェハ支持部との一方または両方を両距離セン
   サの対向方向と直角方向に移動可能に支持するスライド
   装置、スライド装置を介して両距離センサとウェハ支持
   部との一方又は両方を駆動する駆動装置、および、駆動
   装置およびスライド装置を介して両距離センサの半導体
   ウェハに対する位置を制御する制御装置を備えることを
   特徴とする半導体ウェハ厚さ測定機。
2. 【請求項２】 上記制御装置が駆動装置およびスライド
   装置を介して両距離センサをウェハ支持部に支持された
   半導体ウェハのスクライブラインに対向して相対移動さ
   せるように構成される請求項１に記載の半導体ウェハ厚
   さ測定機。