JP2005203661A

JP2005203661A - 薄板材の測定方法および測定装置

Info

Publication number: JP2005203661A
Application number: JP2004010114A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mochizuki; 博之望月; Yasuki Oku; 康樹奥
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】薄板材を保持するスピンドル内での中心位置のバラツキを抑え、高精度な測定を行うことができる、測定装置および方法を提供する。
【解決手段】ウエハ５を第一の保持爪１４ｂに接触させて厚さ方向を規正した後、第一の保持爪１４ｂに接触させた状態でウエハ５を第一の保持爪１４ｂがある方向へ移動させて第二の保持爪１４ａに接触させてウエハ５の中心位置を規正し、第二の保持爪１４ａに接触させた状態で更に第二の保持爪１４ａと対向する位置にある第三の保持爪１１ｂをウエハ５に接触させてウエハ５を保持し、保持されたウエハ５を回転させながら測定センサー９をウエハ５の径方向に移動させ、ウエハ５表面の変位を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造用ウエハや磁気ディスク用基板等の薄板材の測定方法および測定装置に関するものである。

従来のウエハ等の薄板材の厚さムラ・反り測定装置（以下、平坦度測定装置という）においては、薄板材を水平または鉛直に保持して測定を行っていた。

図５は、従来の薄板材を鉛直に保持して測定を行う平坦度測定装置の概略構成図である。

図５において従来の平坦度測定装置は、架台１上に、ウエハ保持ステージ２とセンサー移動ステージ３とを備えている。

ウエハ保持ステージ２は、ダイレクトドライブモータ４と内周にウエハ５を保持する環状のスピンドル６とからなっており、スピンドル６はダイレクトドライブモータ４によってＸＹ軸面内で回転駆動される。

センサー移動ステージ３は、モータ７とモータ７により回転するボールねじ８と光学式変位計であるウエハ平坦度測定センサー９とからなっており、モータ７を回転させることによりウエハ平坦度測定センサー９をＸ軸方向に移動させ、スピンドル６に取り付けられたウエハ５の表面の平坦度を測定していた。図５においては、片面側のみにウエハ平坦度測定センサー９を示しているが、ウエハ平坦度測定センサー９はウエハ５の両面側に備えている。

図６は、ウエハ５を保持するスピンドル６とスピンドル６にウエハ５を供給する移載部とを示す概略構成図である。

図６において、スピンドル６の移載アーム１０と対向する面には、複数の保持爪１１ａ、１１ｂが内周縁に沿ってほぼ等間隔に取り付けられている。保持爪１１ａ、１１ｂの先端部は、スピンドル６の内周面から中心方向に突出し、先端面には直径３００ｍｍ、厚さ０．７７５ｍｍのウエハ５の厚さ方向の規正と中心位置の規正とを同時に行いながら外周縁を保持するため、例えばＶ字形状の溝が形成されている。ウエハ５は、図７で示すように、ウエハ５の外周近傍のダレ部１３と保持爪１１ａ、１１ｂの溝表面とが接触することにより保持されている。２つの保持爪１１ａは固定になっており、１つの保持爪１１ｂはスピンドル６の半径方向に可動するようになっている。

移載アーム１０の先端は、複数の把持爪１２を有する把持部により形成されており、ウエハ５の半径方向にスライド可能で、スプリング等の弾性部材により中心方向に向かって付勢されている。把持爪１２の先端面は、保持爪１１ａ、１１ｂの先端面と同様に、例えばＶ字形状の溝が形成されており、ウエハ５の把持は保持爪１１ａ、１１ｂと同様にダレ部１３と把持爪１２の溝表面とが接触することにより把持されている。

上記構成の保持爪１１ａ、１１ｂと把持爪１２を用いて、移載アーム１０とスピンドル６との間でウエハ５の受け渡しを行っていた（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２７３１８７号公報

上記に示したような従来の方法では、ウエハの厚さ方向の規正と中心位置の規正を同一の保持爪によって行っており、保持爪の先端表面と接触するウエハのダレ部はウエハの外径精度に比べて形状精度が悪く、バラツキが大きいため、ダレ部でウエハを保持した場合、保持したウエハの中心位置にバラツキが発生し、測定データーの精度を悪化させてしまうという課題があった。

また、保持爪の先端表面はウエハとの摩擦により変形してくる可能性があり、保持爪の先端表面のウエハと接する部分の形状が変形すると、保持したウエハの中心位置にバラツキが発生し、測定データーの精度を悪化させてしまうという課題があった。

上記課題を解決するために本発明は、薄板材を第一の保持爪に接触させて厚さ方向を規正した後、前記第一の保持爪に接触させた状態で前記薄板材を前記第一の保持爪がある方向へ移動させて第二の保持爪に接触させて前記薄板材の中心位置を規正し、前記第二の保持爪に接触させた状態で更に前記第二の保持爪と対向する位置にある第三の保持爪を前記薄板材に接触させて前記薄板材を保持し、前記保持された薄板材を回転させながら測定センサーを前記薄板材の径方向に移動させ、前記薄板材表面の変位を測定することにより、スピンドル内でのウエハの中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能であるため、高精度な測定を行うことが可能となる。

本発明によれば、スピンドル内におけるウエハの厚み方向の姿勢規正は第一の保持爪で行い、ウエハの中心の位置規正は第二の保持爪で行うことにより、ウエハの中心の位置規正はより精度の高いウエハの外径部で行うことが可能であり、スピンドル内でのウエハの中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能であるため、高精度な測定を行うことが可能となる。

さらに、ウエハの厚み方向の位置規正を行う保持爪とウエハの中心位置を規正する保持爪とを分けることにより、従来と比較して、経時的な磨耗による保持したウエハの中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能となり、保持爪の交換作業回数を従来の半分以下にすることが可能となる。

本発明の一実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。

本発明の一実施の形態における平坦度測定装置は、図５に示す従来の平坦度測定装置と同様の装置を用いるが、スピンドル６の内周縁に設けられているウエハ５の保持部の構成が違っている。

図１は、本発明の一実施の形態における保持部の概略構成図である。

図１において、スピンドル６の内周縁に沿ってスピンドル６の内周面から中心方向に突出した、保持爪１１ｂ、１４ａ、１４ｂが設けられており、保持爪１１ｂ、１４ｂはスピンドル６の半径方向に可動するようになっている。保持爪１１ｂ、１４ｂはそれぞれ回転軸１５によりスピンドル６の内周方向に回転可能であり、弾性部材、例えばバネ１６のようなものでスピンドル６の内周面から中心方向に向かって付勢されており、ストッパー１７により所定の距離以上に中心方向に向かって突出しないように構成されている。

図２は、保持爪１４ａの断面形状を示す図である。保持爪１４ａの先端形状は、図２（ａ）で示すように、ウエハ５の測定面と垂直な面を有しており、保持爪１４ａの先端面によりウエハ５を保持する。保持爪１４ａの先端形状は、ウエハ５の測定面と接触しないようにすることが可能であれば、図２（ｂ）で示すような形状にしてもよい。

図３は、保持爪１１ｂ、１４ｂの断面形状を示す図である。保持爪１１ｂ、１４ｂの先端形状は、図３（ａ）で示すように、所定の角度をなしている接触面１８ａ、１８ｂで構成されたＶ字形状の溝を有しており、ウエハ５の外周近傍のダレ部１３と保持爪１１ｂ、１４ｂのＶ字形状の溝表面とが接触することにより保持する。保持爪１１ｂ、１４ｂの先端形状は、図３（ｂ）で示すような形状にしてもよい。

次に、上記構成の保持爪を用いてウエハ５を保持する方法について、図４を用いて説明する。

図６に示す移載アーム１０によってスピンドル６にウエハ５が供給される際には、図４に示すように、保持爪１１ｂは図示していない外部のアクチュエーターによってスピンドル６の内周縁の外側に十分に開いた状態となっており、保持爪１４ｂはスピンドル６の内周面から中心方向に向かってストッパー１７の位置まで内側に閉じた状態となっている。

この状態でウエハ５は、スピンドル６の中心位置Ｏ_Sから距離ａだけ下がった位置Ｏ_Wにウエハ５の中心をあわせて供給される。この段階ではウエハ５は保持爪１１ｂ、１４ａ、１４ｂによっては保持されておらず、保持爪１４ａとウエハ５との鉛直方向の最短距離ｂは保持爪１４ｂとウエハ５との鉛直方向の最短距離ｃより大きくなっており、距離ｃは距離ａより小さくなっている。

次に、ウエハ５は移載アーム１０によりスピンドル６の中心位置Ｏ_Sに向かって上昇し、保持爪１４ｂ先端面のＶ字形状の溝に接触する。ウエハ５は保持爪１４ｂ先端面のＶ字形状の溝に接触することにより、ウエハ５の厚み方向の姿勢が規正される。

さらに、保持爪１４ｂは可動式となっており、保持爪１４ｂにより厚み方向の姿勢が規正された状態でウエハ５を上昇させ、ウエハ５は保持爪１４ａ先端面に接触する。ウエハ５は保持爪１４ａ先端面に接触することにより、ウエハ５の鉛直方向の位置が規正される。保持爪１４ａの位置は、ウエハ５が位置規正された際に、ウエハ５の中心がスピンドル６の中心位置Ｏ_Sになるように取り付けられている。

次に、スピンドル６の内周縁の外側に開いていた保持爪１１ｂをウエハ５に接触するまで内側に閉じる。

以上の動作によりウエハ５の保持を行い、スピンドル６を回転させながら光学式変位計であるウエハ平坦度測定センサー９をＸ軸方向に移動させ、スピンドル６に取り付けられたウエハ５の表面の平坦度を測定する。

本発明の一実施の形態によれば、スピンドル６内におけるウエハ５の厚み方向の姿勢規正は保持爪１１ｂ、１４ｂで行い、ウエハ５の中心の位置規正は保持爪１１ｂ、１４ａで行うことにより、ウエハ５の中心の位置規正はより精度の高いウエハ５の外径部で行うことが可能であり、スピンドル６内でのウエハ５の中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能であり、高精度な測定を行うことが可能となる。

さらに、ウエハ５の厚み方向の位置規正を行う保持爪１４ｂとウエハの中心位置を規正する保持爪１４ａとを分けることにより、従来と比較して、経時的な磨耗による保持したウエハ５の中心位置のバラツキを半分以下にすることが可能となり、保持爪の交換作業回数を半分以下にすることが可能となる。

なお、本発明の一実施の形態においては、ウエハ平坦度測定センサーは光学式変位計で説明したが、ウエハ表面の厚さや形状を測定可能なセンサーであればよく、例えば静電容量センサー等を用いてもよい。

本発明の薄板材の保持方法および測定装置は、半導体製造用ウエハや磁気ディスク用基板等の薄板材の保持等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態における保持部の概略構成図本発明の実施の形態における保持爪の断面形状図本発明の実施の形態における保持爪の断面形状図本発明の実施の形態におけるウエハ規正の説明図従来の平坦度測定装置の概略構成図従来の平坦度測定装置の移載部の概略構成図従来の保持爪の断面形状図

符号の説明

５ウエハ
６スピンドル
１１ｂ保持爪
１４ａ保持爪
１４ｂ保持爪
１５回転軸
１６バネ（弾性部材）
１７ストッパー

Claims

薄板材を第一の保持爪に接触させて厚さ方向を規正した後、前記第一の保持爪に接触させた状態で前記薄板材を前記第一の保持爪がある方向へ移動させて第二の保持爪に接触させて前記薄板材の中心位置を規正し、前記第二の保持爪に接触させた状態で更に前記第二の保持爪と対向する位置にある第三の保持爪を前記薄板材に接触させて前記薄板材を保持し、前記保持された薄板材を回転させながら測定センサーを前記薄板材の径方向に移動させ、前記薄板材表面の変位を測定することを特徴とする薄板材の測定方法。
薄板材の両方の面側から前記薄板材表面の変位を測定することを特徴とする請求項１記載の薄板材の測定方法。
薄板材がウエハであることを特徴とする請求項１または２記載の薄板材の測定方法。
薄板材を回転させるスピンドルと、前記スピンドルの周縁に取り付けられ前記薄板材の厚さ方向を規正する第一の保持爪と、前記スピンドルの周縁に取り付けられ前記薄板材の中心位置を規正する第二の保持爪と、前記第一の保持爪と前記第二の保持爪とに対向する前記スピンドルの周縁に取り付けられ前記薄板材の厚さ方向と中心位置とを規正する第三の保持爪と、前記薄板材表面の変位を測定する測定部と、前記測定部を前記薄板材の径方向に移動させる移動機構とを備えたことを特徴とする薄板材の測定装置。
第一の保持爪および第二の保持爪は少なくとも２つ備えたことを特徴とする請求項４記載の薄板材の測定装置。
第一の保持爪および第三の保持爪の先端面にＶ字形状の溝を備えたことを特徴とする請求項４または５記載の薄板材の測定装置。
測定部を薄板材の両方の面側に備えたことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の薄板材の測定装置。
薄板材を鉛直に保持することを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の薄板材の測定装置。
測定部が光学式変位計であることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の薄板材の測定装置。
薄板材がウエハであることを特徴とする請求項４から９のいずれか一項に記載の薄板材の測定装置。