JP2002202108A - 板厚測定装置 - Google Patents
板厚測定装置Info
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物が傾斜していてもその板厚を正確に
測定できるようにする。 【構成】 光学センサ１０Ａは、参照面５Ａで反射した
光ビームｆ３Ａと半導体ウエハ５０の表面で反射した光
ビームｆ４Ａとの干渉波を受光し、それに応じた信号を
出力する。光学センサ１０Ｂは、参照面５Ｂで反射した
光ビームｆ３Ｂと半導体ウエハ５０の裏面で反射した光
ビームｆ４Ｂとの干渉波を受光し、それに応じた信号を
出力する。板厚測定回路３０はこれらの信号に基づいて
半導体ウエハ５０の表面及び裏面の位置を検出し、板厚
を測定する。光学センサ１３Ａ，１６Ａは、光ビームｆ
４Ａの一部をそれぞれ離れた位置で分離して受光し、そ
れぞれの光軸の位置を示す信号を出力する。板厚測定回
路３０は、光学センサ１３Ａ，１６Ａからの信号に基づ
いて半導体ウエハ５０の傾斜角θを算出し、それをｔａ
ｎ2（θ／２）に代入して、先に求められた板厚から減
算することによって半導体ウエハ５０の正確な板厚を測
定する。
測定できるようにする。 【構成】 光学センサ１０Ａは、参照面５Ａで反射した
光ビームｆ３Ａと半導体ウエハ５０の表面で反射した光
ビームｆ４Ａとの干渉波を受光し、それに応じた信号を
出力する。光学センサ１０Ｂは、参照面５Ｂで反射した
光ビームｆ３Ｂと半導体ウエハ５０の裏面で反射した光
ビームｆ４Ｂとの干渉波を受光し、それに応じた信号を
出力する。板厚測定回路３０はこれらの信号に基づいて
半導体ウエハ５０の表面及び裏面の位置を検出し、板厚
を測定する。光学センサ１３Ａ，１６Ａは、光ビームｆ
４Ａの一部をそれぞれ離れた位置で分離して受光し、そ
れぞれの光軸の位置を示す信号を出力する。板厚測定回
路３０は、光学センサ１３Ａ，１６Ａからの信号に基づ
いて半導体ウエハ５０の傾斜角θを算出し、それをｔａ
ｎ2（θ／２）に代入して、先に求められた板厚から減
算することによって半導体ウエハ５０の正確な板厚を測
定する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ、
ディスク、プリント基板、アルミ板、金属板などのよう
な薄い板材の厚さを測定する板厚測定装置に関する。
ディスク、プリント基板、アルミ板、金属板などのよう
な薄い板材の厚さを測定する板厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ表面を平坦化することは、
半導体集積回路を製作する上で重要な工程の一つであ
り、半導体ウエハの平坦度を測定するためのウエハフラ
ットネステスタと呼ばれる板厚測定装置が種々開発され
ている。このウエハフラットネステスタは、半導体ウエ
ハの板厚をナノメータ（ｎｍ）オーダで測定するもので
あり、半導体ウエハの表面及び裏面の高さを光干渉方式
によって測定し、その測定された高さに基づいて半導体
ウエハの厚さを測定するものである。
半導体集積回路を製作する上で重要な工程の一つであ
り、半導体ウエハの平坦度を測定するためのウエハフラ
ットネステスタと呼ばれる板厚測定装置が種々開発され
ている。このウエハフラットネステスタは、半導体ウエ
ハの板厚をナノメータ（ｎｍ）オーダで測定するもので
あり、半導体ウエハの表面及び裏面の高さを光干渉方式
によって測定し、その測定された高さに基づいて半導体
ウエハの厚さを測定するものである。
【０００３】図１は従来の光干渉方式の板厚測定装置の
概略を示す図である。板厚測定装置は半導体ウエハ５０
の表面及び裏面にそれぞれ配置された光学式の高さ測定
装置によって構成される。レーザ装置１Ａ，１Ｂは波長
５３２ｎｍのレーザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂを偏光ビームスプ
リッタ２Ａ，２Ｂに出射する。偏光ビームスプリッタ２
Ａ，２Ｂは、レーザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂの一部（所定方向
の直線偏光）を反射して、その直線偏光レーザ光ｆ１
Ａ，ｆ１Ｂを波長板３Ａ，３Ｂ及びレンズ４Ａ，４Ｂを
介して参照ミラー５Ａ，５Ｂに照射させる。また、偏光
ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂは、レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１
Ｂに直交する成分の直線偏光レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂだ
けを透過させて波長板６Ａ，６Ｂ及びレンズ７Ａ，７Ｂ
を介して、半導体ウエハ５０の表面及び裏面に照射させ
る。
概略を示す図である。板厚測定装置は半導体ウエハ５０
の表面及び裏面にそれぞれ配置された光学式の高さ測定
装置によって構成される。レーザ装置１Ａ，１Ｂは波長
５３２ｎｍのレーザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂを偏光ビームスプ
リッタ２Ａ，２Ｂに出射する。偏光ビームスプリッタ２
Ａ，２Ｂは、レーザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂの一部（所定方向
の直線偏光）を反射して、その直線偏光レーザ光ｆ１
Ａ，ｆ１Ｂを波長板３Ａ，３Ｂ及びレンズ４Ａ，４Ｂを
介して参照ミラー５Ａ，５Ｂに照射させる。また、偏光
ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂは、レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１
Ｂに直交する成分の直線偏光レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂだ
けを透過させて波長板６Ａ，６Ｂ及びレンズ７Ａ，７Ｂ
を介して、半導体ウエハ５０の表面及び裏面に照射させ
る。
【０００４】波長板３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂは、それぞ
れ直線偏光レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂ，ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを
円偏光に変換する。従って、参照ミラー５Ａ，５Ｂで反
射したレーザ光は、波長板３Ａ，３Ｂによって直線偏光
から円偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２Ａ，２
Ｂを透過し、直線偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとしてレ
ンズ８Ａ，８Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂを介して光学セン
サ１０Ａ，１０Ｂに入射する。一方、半導体ウエハ５０
の表面及び裏面で反射したレーザ光も同じく波長板６
Ａ，６Ｂによって直線偏光から円偏光に変換され、偏光
ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂで反射し、同じく直線偏光
レーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとしてレンズ８Ａ，８Ｂ及び偏
光板９Ａ，９Ｂを介して光学センサ１０Ａ，１０Ｂに入
射する。なお、図では直線偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂ
と直線偏光レーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂは同じ一つの線で描
かれているがそれぞれ直交する成分のレーザ光である。
れ直線偏光レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂ，ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを
円偏光に変換する。従って、参照ミラー５Ａ，５Ｂで反
射したレーザ光は、波長板３Ａ，３Ｂによって直線偏光
から円偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２Ａ，２
Ｂを透過し、直線偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとしてレ
ンズ８Ａ，８Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂを介して光学セン
サ１０Ａ，１０Ｂに入射する。一方、半導体ウエハ５０
の表面及び裏面で反射したレーザ光も同じく波長板６
Ａ，６Ｂによって直線偏光から円偏光に変換され、偏光
ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂで反射し、同じく直線偏光
レーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとしてレンズ８Ａ，８Ｂ及び偏
光板９Ａ，９Ｂを介して光学センサ１０Ａ，１０Ｂに入
射する。なお、図では直線偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂ
と直線偏光レーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂは同じ一つの線で描
かれているがそれぞれ直交する成分のレーザ光である。
【０００５】光学センサ１０Ａ，１０Ｂは、参照ミラー
５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと、半導
体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ４
Ａ，ｆ４Ｂとをレンズ８Ａ，８Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂ
を介して受光する。偏光板９Ａ，９Ｂは、その透過軸と
レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの偏
光方向とは互いに４５度傾斜するように配置されている
ので、レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４
Ｂは偏光板９Ａ，９Ｂを通過することによって合成され
たレーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂとなり光学センサ１０Ａ，１
０Ｂに照射される。光学センサ１０Ａ，１０Ｂは、レー
ザ光５Ａ，５Ｂに応じた電気信号を板厚測定回路２０に
出力する。
５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと、半導
体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ４
Ａ，ｆ４Ｂとをレンズ８Ａ，８Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂ
を介して受光する。偏光板９Ａ，９Ｂは、その透過軸と
レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの偏
光方向とは互いに４５度傾斜するように配置されている
ので、レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４
Ｂは偏光板９Ａ，９Ｂを通過することによって合成され
たレーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂとなり光学センサ１０Ａ，１
０Ｂに照射される。光学センサ１０Ａ，１０Ｂは、レー
ザ光５Ａ，５Ｂに応じた電気信号を板厚測定回路２０に
出力する。
【０００６】ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂの境界面と参
照ミラー５Ａ，５Ｂとの間の距離、ビームスプリッタ２
Ａ，２Ｂの境界面と半導体ウエハ５０の表面及び裏面と
の間の距離がそれぞれ等しい場合には、参照ミラー５
Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと半導体ウ
エハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ４Ａ，ｆ
４Ｂとは互いに同じ位相となるので、レーザ光ｆ５Ａ，
ｆ５Ｂの干渉出力信号の振幅値、すなわち光強度は最大
となる。これに対して、ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂの
境界面と参照ミラー５Ａ，５Ｂとの間の距離、ビームス
プリッタ２Ａ，２Ｂの境界面と半導体ウエハ５０の表面
及び裏面との間の距離がそれぞれ異なる場合には、参照
ミラー５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと
半導体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ
４Ａ，ｆ４Ｂとは互いに異なる位相となり、特に両者の
位相が１８０度異なる場合にはレーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂ
の干渉出力信号の振幅値（光強度）は最小となる。レー
ザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの位相が
０度から１８０度の間においては、レーザ光ｆ５Ａ，ｆ
５Ｂの振幅値（光強度）はサイン波形に従って変化す
る。従って、板厚測定回路２０は光学センサ１０Ａ，１
０Ｂからの電気信号に基づいて半導体ウエハ５０の表面
及び裏面の高さをそれぞれ算出し、それぞれの高さに基
づいて半導体ウエハ５０の板厚Ｄを測定している。
照ミラー５Ａ，５Ｂとの間の距離、ビームスプリッタ２
Ａ，２Ｂの境界面と半導体ウエハ５０の表面及び裏面と
の間の距離がそれぞれ等しい場合には、参照ミラー５
Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと半導体ウ
エハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ４Ａ，ｆ
４Ｂとは互いに同じ位相となるので、レーザ光ｆ５Ａ，
ｆ５Ｂの干渉出力信号の振幅値、すなわち光強度は最大
となる。これに対して、ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂの
境界面と参照ミラー５Ａ，５Ｂとの間の距離、ビームス
プリッタ２Ａ，２Ｂの境界面と半導体ウエハ５０の表面
及び裏面との間の距離がそれぞれ異なる場合には、参照
ミラー５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと
半導体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ
４Ａ，ｆ４Ｂとは互いに異なる位相となり、特に両者の
位相が１８０度異なる場合にはレーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂ
の干渉出力信号の振幅値（光強度）は最小となる。レー
ザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの位相が
０度から１８０度の間においては、レーザ光ｆ５Ａ，ｆ
５Ｂの振幅値（光強度）はサイン波形に従って変化す
る。従って、板厚測定回路２０は光学センサ１０Ａ，１
０Ｂからの電気信号に基づいて半導体ウエハ５０の表面
及び裏面の高さをそれぞれ算出し、それぞれの高さに基
づいて半導体ウエハ５０の板厚Ｄを測定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の板厚測定装置で
は、半導体ウエハ５０を３点支持方式で保持しているの
で、半導体ウエハの５０の直径が３０ｃｍ以上になる
と、半導体ウエハ５０の自重によってその中央付近に撓
みが発生し、この撓みによって半導体ウエハ５０の表面
及び裏面がレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに対して傾斜するよ
うになるため、板厚を高精度に測定することができなく
なるという問題がある。図２は従来の板厚測定装置が有
している上述の問題を説明するための図であり、図２
（ａ）は半導体ウエハ５０がレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに
対して傾いた場合に生じる誤差を説明するための図であ
り、図２（ｂ）はレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸が互い
にずれた場合に生じる誤差を説明するための図である。
は、半導体ウエハ５０を３点支持方式で保持しているの
で、半導体ウエハの５０の直径が３０ｃｍ以上になる
と、半導体ウエハ５０の自重によってその中央付近に撓
みが発生し、この撓みによって半導体ウエハ５０の表面
及び裏面がレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに対して傾斜するよ
うになるため、板厚を高精度に測定することができなく
なるという問題がある。図２は従来の板厚測定装置が有
している上述の問題を説明するための図であり、図２
（ａ）は半導体ウエハ５０がレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに
対して傾いた場合に生じる誤差を説明するための図であ
り、図２（ｂ）はレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸が互い
にずれた場合に生じる誤差を説明するための図である。
【０００８】図２（ａ）では、半導体ウエハ５０は水平
であり、点線で示した半導体ウエハ５１はこの半導体ウ
エハ５０に対して所定の角度θで傾いている。実際はこ
のように極端に傾くことはないが説明の便宜上、傾斜角
を大きく示してある。図２（ａ）のように半導体ウエハ
５１がレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに対して角度θだけ傾く
と、実際の半導体ウエハ５０の板厚はＤなのに対して、
半導体ウエハ５１の板厚はあたかも（Ｄ／ｃｏｓθ）の
ように大きな板厚として測定されてしまう。この板厚
（Ｄ／ｃｏｓθ）は、図２（ａ）から明らかなように となり、実際の角度θは微小角度なので、 Ｄ／ｃｏｓθ＝Ｄ｛１＋ ｔａｎ2（θ／２）｝ と近似することができる。なお、実際は角度θは微小角
度なので、近似によって上式のようになる。従って、半
導体ウエハ５１が角度θだけ傾くことによる誤差分はｔ
ａｎ2（θ／２）となる。このように傾斜角θに対応し
て半導体ウエハ５１の板厚は誤差成分を含んだ形で測定
されることになる。
であり、点線で示した半導体ウエハ５１はこの半導体ウ
エハ５０に対して所定の角度θで傾いている。実際はこ
のように極端に傾くことはないが説明の便宜上、傾斜角
を大きく示してある。図２（ａ）のように半導体ウエハ
５１がレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに対して角度θだけ傾く
と、実際の半導体ウエハ５０の板厚はＤなのに対して、
半導体ウエハ５１の板厚はあたかも（Ｄ／ｃｏｓθ）の
ように大きな板厚として測定されてしまう。この板厚
（Ｄ／ｃｏｓθ）は、図２（ａ）から明らかなように となり、実際の角度θは微小角度なので、 Ｄ／ｃｏｓθ＝Ｄ｛１＋ ｔａｎ2（θ／２）｝ と近似することができる。なお、実際は角度θは微小角
度なので、近似によって上式のようになる。従って、半
導体ウエハ５１が角度θだけ傾くことによる誤差分はｔ
ａｎ2（θ／２）となる。このように傾斜角θに対応し
て半導体ウエハ５１の板厚は誤差成分を含んだ形で測定
されることになる。
【０００９】一方、図２（ｂ）のように半導体ウエハ５
０の表面及び裏面に照射されるレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂ
の光軸が互いにずれていると、前述の誤差分に対してさ
らに光軸ずれによる誤差が生じることになる。例えば、
半導体ウエハ５０の表面及び裏面に照射されるレーザ光
ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸が互いに距離εだけずれていた場
合であっても、レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに対して半導体
ウエハ５０が傾斜していない場合には、光軸ずれにより
影響はなく、その板厚を正確に測定することができる。
しかしながら、半導体ウエハ５１のように傾斜角θで傾
いていると、前述の誤差分に対して、さらにεｔａｎθ
の誤差分が発生することになる。図２（ｂ）の場合は、
板厚が大きくなるような誤差分であるが、図２（ｂ）の
場合と逆方向に光軸がずれている場合には、板厚が小さ
くなるような誤差分となる。
０の表面及び裏面に照射されるレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂ
の光軸が互いにずれていると、前述の誤差分に対してさ
らに光軸ずれによる誤差が生じることになる。例えば、
半導体ウエハ５０の表面及び裏面に照射されるレーザ光
ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸が互いに距離εだけずれていた場
合であっても、レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂに対して半導体
ウエハ５０が傾斜していない場合には、光軸ずれにより
影響はなく、その板厚を正確に測定することができる。
しかしながら、半導体ウエハ５１のように傾斜角θで傾
いていると、前述の誤差分に対して、さらにεｔａｎθ
の誤差分が発生することになる。図２（ｂ）の場合は、
板厚が大きくなるような誤差分であるが、図２（ｂ）の
場合と逆方向に光軸がずれている場合には、板厚が小さ
くなるような誤差分となる。
【００１０】前述の傾斜角θが半導体ウエハ５０のどの
位置でも一定であれば、それを見込んで補正することが
できるが、実際は３点支持によって半導体ウエハ５０の
中央付近で徐々にその傾斜角度は変化しており、その傾
斜角の大きさも半導体ウエハ５０の板厚や直径などに応
じて種々異なったものであり、補正することができなか
ったのが現状である。
位置でも一定であれば、それを見込んで補正することが
できるが、実際は３点支持によって半導体ウエハ５０の
中央付近で徐々にその傾斜角度は変化しており、その傾
斜角の大きさも半導体ウエハ５０の板厚や直径などに応
じて種々異なったものであり、補正することができなか
ったのが現状である。
【００１１】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、被測定物が傾斜していてもその板厚を正確に測
定することのできる板厚測定装置を提供することを目的
とする。
であり、被測定物が傾斜していてもその板厚を正確に測
定することのできる板厚測定装置を提供することを目的
とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された板
厚測定装置は、第１の参照面に照射され、そこで反射し
た基準位相となる第１の光ビームと被測定対象物の表面
に照射され、そこで反射した測定位相となる第２の光ビ
ームとの干渉波を受光する第１の光学センサ手段と、第
２の参照面に照射され、そこで反射した基準位相となる
第３の光ビームと前記被測定対象物の裏面に照射され、
そこで反射した測定位相となる第４の光ビームとの干渉
波を受光する第２の光学センサ手段と、前記第２の光ビ
ームの一部をそれぞれ離れた位置で分離して受光し、そ
の光軸の位置を検出する第３及び第４の光学センサ手段
と、前記第１から第４までの光学センサ手段から出力さ
れる信号に基づいて前記被測定対象物の板厚を検出する
板厚検出手段とを備えたものである。第１の光学センサ
手段は、第１の参照面で反射した第１の光ビームと被測
定対象物の表面で反射した第２の光ビームとの干渉波を
受光し、それに応じた信号を出力するので、この信号に
基づいて被測定対象物の表面の位置を検出することがで
きる。一方、第２の光学センサ手段は、第２の参照面で
反射した第３の光ビームと被測定対象物の裏面で反射し
た第４の光ビームとの干渉波を受光し、それに応じた信
号を出力するので、この信号に基づいて被測定対象物の
裏面の位置を検出する。板厚測定装置は、これらの信号
に基づいて被測定対象物の板厚を測定する。被測定対象
物の板厚を正確に測定することができるのは、第２及び
第４の光ビームに対して被測定対象物が垂直な状態にな
っている場合である。第２及び第４の光ビームに対して
被測定対象物が傾斜している場合には、第３及び第４の
光学センサ手段は、第２の光ビームの一部をそれぞれ離
れた位置で分離して受光しているので、光軸の位置をそ
の傾斜角に応じた位置の情報として検出する。従って、
板厚測定手段は、第３及び第４の光学センサ手段からの
信号に基づいて被測定対象物の傾斜角θを算出し、それ
をｔａｎ2（θ／２）に代入して、先に求められた板厚
から減算することによって被測定対象物の正確な板厚を
測定することができる。また、被測定対象物の表面及び
裏面に照射する第２及び第４の光ビームの光軸ずれにつ
いては、被測定対象物のない状態で第４の光ビームを表
面側に照射し、それを第３及び第４の光学センサ手段で
受光し、光軸の位置が第３及び第４の光学センサ手段の
中心となるように裏面側の光学系の配置を調整すること
によって行う。
厚測定装置は、第１の参照面に照射され、そこで反射し
た基準位相となる第１の光ビームと被測定対象物の表面
に照射され、そこで反射した測定位相となる第２の光ビ
ームとの干渉波を受光する第１の光学センサ手段と、第
２の参照面に照射され、そこで反射した基準位相となる
第３の光ビームと前記被測定対象物の裏面に照射され、
そこで反射した測定位相となる第４の光ビームとの干渉
波を受光する第２の光学センサ手段と、前記第２の光ビ
ームの一部をそれぞれ離れた位置で分離して受光し、そ
の光軸の位置を検出する第３及び第４の光学センサ手段
と、前記第１から第４までの光学センサ手段から出力さ
れる信号に基づいて前記被測定対象物の板厚を検出する
板厚検出手段とを備えたものである。第１の光学センサ
手段は、第１の参照面で反射した第１の光ビームと被測
定対象物の表面で反射した第２の光ビームとの干渉波を
受光し、それに応じた信号を出力するので、この信号に
基づいて被測定対象物の表面の位置を検出することがで
きる。一方、第２の光学センサ手段は、第２の参照面で
反射した第３の光ビームと被測定対象物の裏面で反射し
た第４の光ビームとの干渉波を受光し、それに応じた信
号を出力するので、この信号に基づいて被測定対象物の
裏面の位置を検出する。板厚測定装置は、これらの信号
に基づいて被測定対象物の板厚を測定する。被測定対象
物の板厚を正確に測定することができるのは、第２及び
第４の光ビームに対して被測定対象物が垂直な状態にな
っている場合である。第２及び第４の光ビームに対して
被測定対象物が傾斜している場合には、第３及び第４の
光学センサ手段は、第２の光ビームの一部をそれぞれ離
れた位置で分離して受光しているので、光軸の位置をそ
の傾斜角に応じた位置の情報として検出する。従って、
板厚測定手段は、第３及び第４の光学センサ手段からの
信号に基づいて被測定対象物の傾斜角θを算出し、それ
をｔａｎ2（θ／２）に代入して、先に求められた板厚
から減算することによって被測定対象物の正確な板厚を
測定することができる。また、被測定対象物の表面及び
裏面に照射する第２及び第４の光ビームの光軸ずれにつ
いては、被測定対象物のない状態で第４の光ビームを表
面側に照射し、それを第３及び第４の光学センサ手段で
受光し、光軸の位置が第３及び第４の光学センサ手段の
中心となるように裏面側の光学系の配置を調整すること
によって行う。
【００１３】請求項２に記載された板厚測定装置は、請
求項１において、前記板厚測定手段が、前記第１の光学
センサ手段から出力される信号に基づいて前記被測定対
象物の表面の位置を求め、前記第２の光学センサ手段か
ら出力される信号に基づいて前記被測定対象物の裏面の
位置を求め、前記表面及び裏面の位置から前記被測定対
象物の第１の板厚を求め、前記第３及び第４の光学セン
サ手段から出力される信号に基づいて前記第１の板厚を
補正することによって前記被測定対象物の最終的な板厚
を求めるように構成されたものである。これは、板厚測
定手段がどのようにして板厚を検出するのかを具体的に
したものである。
求項１において、前記板厚測定手段が、前記第１の光学
センサ手段から出力される信号に基づいて前記被測定対
象物の表面の位置を求め、前記第２の光学センサ手段か
ら出力される信号に基づいて前記被測定対象物の裏面の
位置を求め、前記表面及び裏面の位置から前記被測定対
象物の第１の板厚を求め、前記第３及び第４の光学セン
サ手段から出力される信号に基づいて前記第１の板厚を
補正することによって前記被測定対象物の最終的な板厚
を求めるように構成されたものである。これは、板厚測
定手段がどのようにして板厚を検出するのかを具体的に
したものである。
【００１４】請求項３に記載された板厚測定装置は、請
求項１において、前記第４の光ビームの一部をそれぞれ
離れた位置で分離して受光し、その光軸の位置を検出す
る第５及び第６の光学センサ手段を設け、前記板厚測定
手段は、前記第１から第６までの光学センサ手段から出
力される信号に基づいて被測定対象物の板厚を測定する
ように構成したものである。これは、請求項１に記載さ
れた第３及び第４の光学センサ手段が被測定対象物の表
面で反射した第２の光ビームに基づいて被測定対象物の
表面の傾斜角θ１を求めているので、さらに、被測定対
象物の裏面で反射した第４の光ビームに基づいて被測定
対象物の裏面の傾斜角θ２を求める第５及び第６の光学
センサ手段を設け、両方の傾斜角θ１，θ２の平均値か
ら被測定対象物の傾斜角を求めるようにしたものであ
る。
求項１において、前記第４の光ビームの一部をそれぞれ
離れた位置で分離して受光し、その光軸の位置を検出す
る第５及び第６の光学センサ手段を設け、前記板厚測定
手段は、前記第１から第６までの光学センサ手段から出
力される信号に基づいて被測定対象物の板厚を測定する
ように構成したものである。これは、請求項１に記載さ
れた第３及び第４の光学センサ手段が被測定対象物の表
面で反射した第２の光ビームに基づいて被測定対象物の
表面の傾斜角θ１を求めているので、さらに、被測定対
象物の裏面で反射した第４の光ビームに基づいて被測定
対象物の裏面の傾斜角θ２を求める第５及び第６の光学
センサ手段を設け、両方の傾斜角θ１，θ２の平均値か
ら被測定対象物の傾斜角を求めるようにしたものであ
る。
【００１５】請求項４に記載された板厚測定装置は、請
求項３において、前記板厚測定手段が、前記第１の光学
センサ手段から出力される信号に基づいて前記被測定対
象物の表面の位置を求め、前記第２の光学センサ手段か
ら出力される信号に基づいて前記被測定対象物の裏面の
位置を求め、前記表面及び裏面の位置から前記被測定対
象物の第１の板厚を求め、前記第３から第６までの光学
センサ手段から出力される信号に基づいて前記第１の板
厚を補正することによって前記被測定対象物の最終的な
板厚を求めるように構成されたものである。これは、板
厚測定手段がどのようにして板厚を検出するのかを具体
的にしたものである。
求項３において、前記板厚測定手段が、前記第１の光学
センサ手段から出力される信号に基づいて前記被測定対
象物の表面の位置を求め、前記第２の光学センサ手段か
ら出力される信号に基づいて前記被測定対象物の裏面の
位置を求め、前記表面及び裏面の位置から前記被測定対
象物の第１の板厚を求め、前記第３から第６までの光学
センサ手段から出力される信号に基づいて前記第１の板
厚を補正することによって前記被測定対象物の最終的な
板厚を求めるように構成されたものである。これは、板
厚測定手段がどのようにして板厚を検出するのかを具体
的にしたものである。
【００１６】請求項５に記載された板厚測定装置は、請
求項１、２、３又は４において、前記第３から第６まで
の光学センサ手段が、４分割された受光面からそれぞれ
検出信号を出力する４分割光学センサで構成されている
ものである。第３から第６までの光学センサ手段は第２
及び第４の光ビームの一部を受光し、その光軸の位置を
検出することができなければならない。光軸の位置を検
出することのできる光学センサ手段として受光面の４分
割された４分割光学センサを採用した。
求項１、２、３又は４において、前記第３から第６まで
の光学センサ手段が、４分割された受光面からそれぞれ
検出信号を出力する４分割光学センサで構成されている
ものである。第３から第６までの光学センサ手段は第２
及び第４の光ビームの一部を受光し、その光軸の位置を
検出することができなければならない。光軸の位置を検
出することのできる光学センサ手段として受光面の４分
割された４分割光学センサを採用した。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。図３は、本発明の板厚測定装置
の測定原理を示す概略構成図である。板厚測定装置は、
従来のものと同様に半導体ウエハ５０の表面及び裏面に
それぞれ配置された光学式の高さ測定装置によって構成
される。レーザ装置１Ａ，１Ｂは波長５３２ｎｍのレー
ザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂを偏光ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂ
に出射する。偏光ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂは、レー
ザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂの一部（所定方向の直線偏光）を反
射して、その直線偏光レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂを波長板
３Ａ，３Ｂ及びレンズ４Ａ，４Ｂを介して参照ミラー５
Ａ，５Ｂに照射させる。また、偏光ビームスプリッタ２
Ａ，２Ｂは、レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂに直交する成分の
直線偏光レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを透過させて、その直
線偏光レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを波長板６Ａ，６Ｂ及び
レンズ７Ａ，７Ｂを介して、被測定対象物となる半導体
ウエハ５０の表面及び裏面に照射させる。
図面に従って説明する。図３は、本発明の板厚測定装置
の測定原理を示す概略構成図である。板厚測定装置は、
従来のものと同様に半導体ウエハ５０の表面及び裏面に
それぞれ配置された光学式の高さ測定装置によって構成
される。レーザ装置１Ａ，１Ｂは波長５３２ｎｍのレー
ザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂを偏光ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂ
に出射する。偏光ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂは、レー
ザ光ｆ０Ａ，ｆ０Ｂの一部（所定方向の直線偏光）を反
射して、その直線偏光レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂを波長板
３Ａ，３Ｂ及びレンズ４Ａ，４Ｂを介して参照ミラー５
Ａ，５Ｂに照射させる。また、偏光ビームスプリッタ２
Ａ，２Ｂは、レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂに直交する成分の
直線偏光レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを透過させて、その直
線偏光レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを波長板６Ａ，６Ｂ及び
レンズ７Ａ，７Ｂを介して、被測定対象物となる半導体
ウエハ５０の表面及び裏面に照射させる。
【００１８】波長板３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂは、それぞ
れ直線偏光レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂ，ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを
円偏光に変換する。従って、参照ミラー５Ａ，５Ｂで反
射したレーザ光は、波長板３Ａ，３Ｂによって直線偏光
から円偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２Ａ，２
Ｂを透過し、直線偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとしてビ
ームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂ、レンズ８Ａ，８Ｂ、ビ
ームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂを
介して光学センサ１０Ａ，１０Ｂに入射する。一方、半
導体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光も同
じく波長板６Ａ，６Ｂによって直線偏光から円偏光に変
換され、偏光ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂで反射し、同
じく直線偏光レーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとしてビームスプ
リッタ１１Ａ，１１Ｂ、レンズ８Ａ，８Ｂ、ビームスプ
リッタ１４Ａ，１４Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂを介して光
学センサ１０Ａ，１０Ｂに入射する。なお、図では直線
偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと直線偏光レーザ光ｆ４
Ａ，ｆ４Ｂは同じ一つの線で描かれているがそれぞれ直
交する成分のレーザ光である。
れ直線偏光レーザ光ｆ１Ａ，ｆ１Ｂ，ｆ２Ａ，ｆ２Ｂを
円偏光に変換する。従って、参照ミラー５Ａ，５Ｂで反
射したレーザ光は、波長板３Ａ，３Ｂによって直線偏光
から円偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２Ａ，２
Ｂを透過し、直線偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとしてビ
ームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂ、レンズ８Ａ，８Ｂ、ビ
ームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂを
介して光学センサ１０Ａ，１０Ｂに入射する。一方、半
導体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光も同
じく波長板６Ａ，６Ｂによって直線偏光から円偏光に変
換され、偏光ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂで反射し、同
じく直線偏光レーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとしてビームスプ
リッタ１１Ａ，１１Ｂ、レンズ８Ａ，８Ｂ、ビームスプ
リッタ１４Ａ，１４Ｂ及び偏光板９Ａ，９Ｂを介して光
学センサ１０Ａ，１０Ｂに入射する。なお、図では直線
偏光レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと直線偏光レーザ光ｆ４
Ａ，ｆ４Ｂは同じ一つの線で描かれているがそれぞれ直
交する成分のレーザ光である。
【００１９】ビームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂは、半導
体ウエハ５０の表面及び裏面で反射した直線偏光レーザ
光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの一部を反射レーザ光ｆ６Ａ，ｆ６Ｂ
として分離して、偏光板１２Ａ，１２Ｂを介して４分割
光学センサ１３Ａ，１３Ｂに照射させる。ビームスプリ
ッタ１４Ａ，１４Ｂは、ビームスプリッタ１１Ａ，１１
Ｂ及びレンズ８Ａ，８Ｂを通過した直線偏光レーザ光ｆ
４Ａ，ｆ４Ｂの一部を反射レーザ光ｆ７Ａ，ｆ７Ｂとし
て分離して、偏光板１５Ａ，１５Ｂを介して４分割光学
センサ１６Ａ，１６Ｂに照射させる。４分割光学センサ
１３Ａ，１３Ｂは、反射レーザ光ｆ６Ａ，ｆ６Ｂを受光
し、各分割領域に対応した４つの電気信号を板厚測定回
路３０に出力する。同じく４分割光学センサ１６Ａ，１
６Ｂは、反射レーザ光ｆ７Ａ，ｆ７Ｂを受光し、各分割
領域に対応した４つの電気信号を板厚測定回路３０に出
力する。
体ウエハ５０の表面及び裏面で反射した直線偏光レーザ
光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの一部を反射レーザ光ｆ６Ａ，ｆ６Ｂ
として分離して、偏光板１２Ａ，１２Ｂを介して４分割
光学センサ１３Ａ，１３Ｂに照射させる。ビームスプリ
ッタ１４Ａ，１４Ｂは、ビームスプリッタ１１Ａ，１１
Ｂ及びレンズ８Ａ，８Ｂを通過した直線偏光レーザ光ｆ
４Ａ，ｆ４Ｂの一部を反射レーザ光ｆ７Ａ，ｆ７Ｂとし
て分離して、偏光板１５Ａ，１５Ｂを介して４分割光学
センサ１６Ａ，１６Ｂに照射させる。４分割光学センサ
１３Ａ，１３Ｂは、反射レーザ光ｆ６Ａ，ｆ６Ｂを受光
し、各分割領域に対応した４つの電気信号を板厚測定回
路３０に出力する。同じく４分割光学センサ１６Ａ，１
６Ｂは、反射レーザ光ｆ７Ａ，ｆ７Ｂを受光し、各分割
領域に対応した４つの電気信号を板厚測定回路３０に出
力する。
【００２０】光学センサ１０Ａ，１０Ｂは、参照ミラー
５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと半導体
ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ４Ａ，
ｆ４Ｂとをビームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂ、レンズ８
Ａ，８Ｂ、ビームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂ及び偏光板
９Ａ，９Ｂを介して受光する。偏光板９Ａ，９Ｂは、そ
の透過軸とレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，
ｆ４Ｂの偏光方向とは互いに４５度傾斜するように配置
されているので、レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ
４Ａ，ｆ４Ｂは偏光板９Ａ，９Ｂを通過することによっ
て合成されたレーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂとなり光学センサ
１０Ａ，１０Ｂに照射される。光学センサ１０Ａ，１０
Ｂは、レーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂを受光し、それに応じた
電気信号を板厚測定回路３０に出力する。
５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと半導体
ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ光ｆ４Ａ，
ｆ４Ｂとをビームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂ、レンズ８
Ａ，８Ｂ、ビームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂ及び偏光板
９Ａ，９Ｂを介して受光する。偏光板９Ａ，９Ｂは、そ
の透過軸とレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，
ｆ４Ｂの偏光方向とは互いに４５度傾斜するように配置
されているので、レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ
４Ａ，ｆ４Ｂは偏光板９Ａ，９Ｂを通過することによっ
て合成されたレーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂとなり光学センサ
１０Ａ，１０Ｂに照射される。光学センサ１０Ａ，１０
Ｂは、レーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂを受光し、それに応じた
電気信号を板厚測定回路３０に出力する。
【００２１】板厚測定回路３０は、光学センサ１０Ａ，
１０Ｂからの電気信号に基づいて半導体ウエハ５０の表
面及び裏面のそれぞれの高さを検出し、それに基づいて
半導体ウエハ５０の板厚Ｄを算出する。すなわち、ビー
ムスプリッタ２Ａ，２Ｂの境界面と参照ミラー５Ａ，５
Ｂとの間の距離、ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂの境界面
と半導体ウエハ５０の表面及び裏面との間の距離がそれ
ぞれ等しい場合には、参照ミラー５Ａ，５Ｂで反射した
レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと半導体ウエハ５０の表面及び
裏面で反射したレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとは互いに同じ
位相となるので、レーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂの干渉出力信
号の振幅値、すなわち光強度は最大となる。
１０Ｂからの電気信号に基づいて半導体ウエハ５０の表
面及び裏面のそれぞれの高さを検出し、それに基づいて
半導体ウエハ５０の板厚Ｄを算出する。すなわち、ビー
ムスプリッタ２Ａ，２Ｂの境界面と参照ミラー５Ａ，５
Ｂとの間の距離、ビームスプリッタ２Ａ，２Ｂの境界面
と半導体ウエハ５０の表面及び裏面との間の距離がそれ
ぞれ等しい場合には、参照ミラー５Ａ，５Ｂで反射した
レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂと半導体ウエハ５０の表面及び
裏面で反射したレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとは互いに同じ
位相となるので、レーザ光ｆ５Ａ，ｆ５Ｂの干渉出力信
号の振幅値、すなわち光強度は最大となる。
【００２２】これに対して、ビームスプリッタ２Ａ，２
Ｂの境界面と参照ミラー５Ａ，５Ｂとの間の距離、ビー
ムスプリッタ２Ａ，２Ｂの境界面と半導体ウエハ５０の
表面及び裏面との間の距離がそれぞれ異なる場合には、
参照ミラー５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３
Ｂと半導体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ
光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとは互いに異なる位相となり、特に両
者の位相が１８０度異なる場合にはレーザ光ｆ５Ａ，ｆ
５Ｂの干渉出力信号の振幅値（光強度）は最小となる。
レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの位
相が０度から１８０度の間においては、レーザ光ｆ５
Ａ，ｆ５Ｂの振幅値（光強度）はサイン波形に従って変
化する。従って、板厚測定回路３０はレーザ光ｆ５Ａ，
ｆ５Ｂの両干渉出力信号の振幅値に基づいて検出された
半導体ウエハ５０の表面及び裏面の高さから半導体ウエ
ハ５０の板厚Ｄを測定している。また、板厚測定回路３
０は、４分割光学センサ１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６
Ｂからの電気信号に基づいて半導体ウエハ５０傾斜角を
それぞれ算出し、それに基づいて半導体ウエハ５０の厚
さＤを補正する。
Ｂの境界面と参照ミラー５Ａ，５Ｂとの間の距離、ビー
ムスプリッタ２Ａ，２Ｂの境界面と半導体ウエハ５０の
表面及び裏面との間の距離がそれぞれ異なる場合には、
参照ミラー５Ａ，５Ｂで反射したレーザ光ｆ３Ａ，ｆ３
Ｂと半導体ウエハ５０の表面及び裏面で反射したレーザ
光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂとは互いに異なる位相となり、特に両
者の位相が１８０度異なる場合にはレーザ光ｆ５Ａ，ｆ
５Ｂの干渉出力信号の振幅値（光強度）は最小となる。
レーザ光ｆ３Ａ，ｆ３Ｂとレーザ光ｆ４Ａ，ｆ４Ｂの位
相が０度から１８０度の間においては、レーザ光ｆ５
Ａ，ｆ５Ｂの振幅値（光強度）はサイン波形に従って変
化する。従って、板厚測定回路３０はレーザ光ｆ５Ａ，
ｆ５Ｂの両干渉出力信号の振幅値に基づいて検出された
半導体ウエハ５０の表面及び裏面の高さから半導体ウエ
ハ５０の板厚Ｄを測定している。また、板厚測定回路３
０は、４分割光学センサ１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６
Ｂからの電気信号に基づいて半導体ウエハ５０傾斜角を
それぞれ算出し、それに基づいて半導体ウエハ５０の厚
さＤを補正する。
【００２３】このように、この実施の形態に係る板厚測
定装置が従来のものと異なる点は、ビームスプリッタ１
１Ａ，１１Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ、偏光板１２Ａ，１２
Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ及び４分割光学センサ１３Ａ，１３
Ｂ，１６Ａ，１６Ｂが設けられている点である。これら
の各構成要素は半導体ウエハ５０の傾斜角θを検出した
り、半導体ウエハ５０の表面及び裏面両方に照射される
レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸を合わせるために使用さ
れるものである。
定装置が従来のものと異なる点は、ビームスプリッタ１
１Ａ，１１Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ、偏光板１２Ａ，１２
Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ及び４分割光学センサ１３Ａ，１３
Ｂ，１６Ａ，１６Ｂが設けられている点である。これら
の各構成要素は半導体ウエハ５０の傾斜角θを検出した
り、半導体ウエハ５０の表面及び裏面両方に照射される
レーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸を合わせるために使用さ
れるものである。
【００２４】半導体ウエハ５０の表面及び裏面両方に照
射されるレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸を合わせるに
は、まず、半導体ウエハ５０に代えてその位置にミラー
を設置し、４分割光学センサ１３Ａ，１６Ａの中心とレ
ーザ光ｆ６Ａ，ｆ７Ａの光軸とを合わせる。同様に４分
割光学センサ１３Ｂ，１６Ｂの中心とレーザ光ｆ６Ｂ，
ｆ７Ｂの光軸とを合わせる。この処理は、４分割光学セ
ンサ１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから出力される各
分割領域に対応した４つの電気信号がそれぞれ等しくな
るように４分割光学センサ１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１
６Ｂの位置を調整することによって行う。次に、半導体
レーザ装置１Ａの出力を停止し、ミラーを取り去り、半
導体ウエハ５０の裏面側（図では下面側）のレーザ光ｆ
２Ｂがレンズ４Ａ側に照射するようにする。このレーザ
光ｆ２Ｂは、レーザ光ｆ２Ａと同じようにレンズ４Ａ、
波長板３Ａ、偏光ビームスプリッタ２Ａ、ビームスプリ
ッタ１１Ａ、レンズ８Ａ、ビームスプリッタ１４Ａを介
して４分割光学センサ１３Ａ，１６Ａにレーザ光ｆ６
Ａ，ｆ７Ａとして照射されるようになる。そこで４分割
光学センサ１３Ａ，１６Ａの中心とレーザ光ｆ６Ａ，ｆ
７Ａの光軸とがそれぞれ一致するように半導体ウエハ５
０の裏面側の光学系全体の位置を調整する。これによっ
て、半導体ウエハ５０の表面及び裏目の各レーザ光ｆ２
Ａ，ｆ２Ｂの光軸ずれ及び光軸の傾き誤差を最小にする
ことができる。上述の光軸ずれ及び光軸の傾き誤差の調
整後に、これらが変動することがあるが、その場合には
被測定物である半導体ウエハ５０の設置直前に光軸ずれ
と光軸傾き誤差を測定し、板厚測定時の測定面傾きに対
してその測定値を補正するように演算処理を行えばよ
い。
射されるレーザ光ｆ２Ａ，ｆ２Ｂの光軸を合わせるに
は、まず、半導体ウエハ５０に代えてその位置にミラー
を設置し、４分割光学センサ１３Ａ，１６Ａの中心とレ
ーザ光ｆ６Ａ，ｆ７Ａの光軸とを合わせる。同様に４分
割光学センサ１３Ｂ，１６Ｂの中心とレーザ光ｆ６Ｂ，
ｆ７Ｂの光軸とを合わせる。この処理は、４分割光学セ
ンサ１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから出力される各
分割領域に対応した４つの電気信号がそれぞれ等しくな
るように４分割光学センサ１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１
６Ｂの位置を調整することによって行う。次に、半導体
レーザ装置１Ａの出力を停止し、ミラーを取り去り、半
導体ウエハ５０の裏面側（図では下面側）のレーザ光ｆ
２Ｂがレンズ４Ａ側に照射するようにする。このレーザ
光ｆ２Ｂは、レーザ光ｆ２Ａと同じようにレンズ４Ａ、
波長板３Ａ、偏光ビームスプリッタ２Ａ、ビームスプリ
ッタ１１Ａ、レンズ８Ａ、ビームスプリッタ１４Ａを介
して４分割光学センサ１３Ａ，１６Ａにレーザ光ｆ６
Ａ，ｆ７Ａとして照射されるようになる。そこで４分割
光学センサ１３Ａ，１６Ａの中心とレーザ光ｆ６Ａ，ｆ
７Ａの光軸とがそれぞれ一致するように半導体ウエハ５
０の裏面側の光学系全体の位置を調整する。これによっ
て、半導体ウエハ５０の表面及び裏目の各レーザ光ｆ２
Ａ，ｆ２Ｂの光軸ずれ及び光軸の傾き誤差を最小にする
ことができる。上述の光軸ずれ及び光軸の傾き誤差の調
整後に、これらが変動することがあるが、その場合には
被測定物である半導体ウエハ５０の設置直前に光軸ずれ
と光軸傾き誤差を測定し、板厚測定時の測定面傾きに対
してその測定値を補正するように演算処理を行えばよ
い。
【００２５】板厚測定時において、図３の点線で示すよ
うに半導体ウエハ５１が傾斜角θで傾いていると、半導
体ウエハ５１の表面及び裏面で反射した各レーザ光は、
点線のように進行し、４分割光学センサ１３Ａ，１３
Ｂ，１６Ａ，１６Ｂに入射する。４分割光学センサ１３
Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂは、各分割領域に対応した
４つの電気信号をそれぞれ板厚測定回路３０に出力す
る。板厚測定回路３０は、４分割光学センサ１３Ａ，１
３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの各出力に基づいて半導体ウエハ
５１の傾斜角θを求める。なお、ここでは、４分割光学
センサ１３Ａ，１６Ａの出力に基づいて半導体ウエハ５
０の表面側の傾斜角が求まり、４分割光学センサ１３
Ｂ，１６Ｂの出力に基づいて半導体ウエハ５０の裏面側
の傾斜角が求まるので、両傾斜角の平均値を半導体ウエ
ハ５０の傾斜角θとして採用する。傾斜角θが算出され
たら、それをｔａｎ2（θ／２）に代入し、その値を計
測された半導体ウエハ５０の板厚から減算する。これに
よって傾斜角θに対応した誤差を補正し、半導体ウエハ
５０の真の板厚を測定することが可能となる。
うに半導体ウエハ５１が傾斜角θで傾いていると、半導
体ウエハ５１の表面及び裏面で反射した各レーザ光は、
点線のように進行し、４分割光学センサ１３Ａ，１３
Ｂ，１６Ａ，１６Ｂに入射する。４分割光学センサ１３
Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂは、各分割領域に対応した
４つの電気信号をそれぞれ板厚測定回路３０に出力す
る。板厚測定回路３０は、４分割光学センサ１３Ａ，１
３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの各出力に基づいて半導体ウエハ
５１の傾斜角θを求める。なお、ここでは、４分割光学
センサ１３Ａ，１６Ａの出力に基づいて半導体ウエハ５
０の表面側の傾斜角が求まり、４分割光学センサ１３
Ｂ，１６Ｂの出力に基づいて半導体ウエハ５０の裏面側
の傾斜角が求まるので、両傾斜角の平均値を半導体ウエ
ハ５０の傾斜角θとして採用する。傾斜角θが算出され
たら、それをｔａｎ2（θ／２）に代入し、その値を計
測された半導体ウエハ５０の板厚から減算する。これに
よって傾斜角θに対応した誤差を補正し、半導体ウエハ
５０の真の板厚を測定することが可能となる。
【００２６】上述の実施の形態では、半導体ウエハ５０
の両面に同じ構成の光学系を設ける場合について説明し
たが、半導体ウエハ５０の表面側だけにビームスプリッ
タ１１Ａ，１４Ａ、偏光板１２Ａ，１５Ａ及び４分割光
学センサ１３Ａ，１６Ａを設けてもよいし、又は裏面側
だけにビームスプリッタ１１Ｂ，１４Ｂ、偏光板１２
Ｂ，１５Ｂ及び４分割光学センサ１３Ｂ，１６Ｂを設け
てもよい。なお、両面に設けた場合は表面と裏面の傾斜
角度の平均値を算出することができるので精度が高いこ
とはいうまでもない。また、上述の実施の形態では、４
分割光学センサを用いて光軸の位置を検出する場合につ
いて説明したが、例えば２次元ＣＣＤのような光学セン
サを用いて光軸の位置を検出するようにしてもよい。
の両面に同じ構成の光学系を設ける場合について説明し
たが、半導体ウエハ５０の表面側だけにビームスプリッ
タ１１Ａ，１４Ａ、偏光板１２Ａ，１５Ａ及び４分割光
学センサ１３Ａ，１６Ａを設けてもよいし、又は裏面側
だけにビームスプリッタ１１Ｂ，１４Ｂ、偏光板１２
Ｂ，１５Ｂ及び４分割光学センサ１３Ｂ，１６Ｂを設け
てもよい。なお、両面に設けた場合は表面と裏面の傾斜
角度の平均値を算出することができるので精度が高いこ
とはいうまでもない。また、上述の実施の形態では、４
分割光学センサを用いて光軸の位置を検出する場合につ
いて説明したが、例えば２次元ＣＣＤのような光学セン
サを用いて光軸の位置を検出するようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明の板厚測定装置によれば、被測定
物が傾斜していてもその板厚を正確に測定することがで
きるという効果がある。
物が傾斜していてもその板厚を正確に測定することがで
きるという効果がある。
【図１】 従来の光干渉方式の板厚測定装置の概略を示
す図である。
す図である。
【図２】 従来の板厚測定装置が有している問題を説明
するための図である。
するための図である。
【図３】 本発明の板厚測定装置の測定原理を示す概略
構成図である。
構成図である。
１Ａ，１Ｂ…レーザ装置 ２Ａ，２Ｂ…偏光ビームスプリッタ ３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂ…波長板 ４Ａ，４Ｂ，７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂ…レンズ ５Ａ，５Ｂ…参照ミラー ９Ａ，９Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ…偏光板 １０Ａ，１０Ｂ…光学センサ １１Ａ，１１Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ…ビームスプリッタ １３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ…４分割光学センサ ５０，５１…半導体ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 恭一 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2F064 AA01 CC04 FF01 GG12 GG22 GG23 GG37 HH06 2F065 AA06 AA19 AA30 AA35 BB01 BB03 CC00 CC01 CC03 CC19 EE00 FF43 FF52 GG06 GG22 HH04 HH08 HH13 JJ01 JJ05 JJ09 JJ22 LL04 LL12 LL33 LL35 LL37 LL46 NN02 QQ25 QQ26 3C034 BB93 CA01 3C058 AA07 AC02 CB01 DA17
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の参照面に照射され、そこで反射し
た基準位相となる第１の光ビームと被測定対象物の表面
に照射され、そこで反射した測定位相となる第２の光ビ
ームとの干渉波を受光する第１の光学センサ手段と、 第２の参照面に照射され、そこで反射した基準位相とな
る第３の光ビームと前記被測定対象物の裏面に照射さ
れ、そこで反射した測定位相となる第４の光ビームとの
干渉波を受光する第２の光学センサ手段と、 前記第２の光ビームの一部をそれぞれ離れた位置で分離
して受光し、その光軸の位置を検出する第３及び第４の
光学センサ手段と、 前記第１から第４までの光学センサ手段から出力される
信号に基づいて前記被測定対象物の板厚を検出する板厚
検出手段とを備えたことを特徴とする板厚測定装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記板厚測定手段
は、 前記第１の光学センサ手段から出力される信号に基づい
て前記被測定対象物の表面の位置を求め、前記第２の光
学センサ手段から出力される信号に基づいて前記被測定
対象物の裏面の位置を求め、前記表面及び裏面の位置か
ら前記被測定対象物の第１の板厚を求め、前記第３及び
第４の光学センサ手段から出力される信号に基づいて前
記第１の板厚を補正することによって前記被測定対象物
の最終的な板厚を求めるように構成されたことを特徴と
する板厚測定装置。 - 【請求項３】 請求項１において、 前記第４の光ビームの一部をそれぞれ離れた位置で分離
して受光し、その光軸の位置を検出する第５及び第６の
光学センサ手段を設け、 前記板厚測定手段が前記第１から第６までの光学センサ
手段から出力される信号に基づいて被測定対象物の板厚
を測定するように構成したことを特徴とする板厚測定装
置。 - 【請求項４】 請求項３において、前記板厚測定手段
は、 前記第１の光学センサ手段から出力される信号に基づい
て前記被測定対象物の表面の位置を求め、前記第２の光
学センサ手段から出力される信号に基づいて前記被測定
対象物の裏面の位置を求め、前記表面及び裏面の位置か
ら前記被測定対象物の第１の板厚を求め、前記第３から
第６までの光学センサ手段から出力される信号に基づい
て前記第１の板厚を補正することによって前記被測定対
象物の最終的な板厚を求めるように構成されたことを特
徴とする板厚測定装置。 - 【請求項５】 請求項１、２、３又は４において、 前記第３から第６までの光学センサ手段は、４分割され
た受光面からそれぞれ検出信号を出力する４分割光学セ
ンサで構成されていることを特徴とする板厚測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000399655A JP2002202108A (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 板厚測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000399655A JP2002202108A (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 板厚測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002202108A true JP2002202108A (ja) | 2002-07-19 |
Family
ID=18864389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000399655A Pending JP2002202108A (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 板厚測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002202108A (ja) |
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-
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- 2000-12-28 JP JP2000399655A patent/JP2002202108A/ja active Pending
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