JP2020056579A - 厚み計測装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】厚いウエーハから、薄いウエーハまで、厚みを正確に計測できる厚み計測装置を提供する。【解決手段】厚み計測装置５は、ウエーハ１０に対して透過性を有する光を発する光源５２と、保持手段７０に保持されたウエーハ１０に対して光を照射する集光器５１と、光分岐部５４によって分岐された反射光を波長毎に分光する回析格子５５と、回析格子５５によって波長毎に分光された光の強度を検出し、分光干渉波形を生成するイメージセンサー５６と、厚み情報を出力する演算手段１１０とを含む。狭い波長帯域を有する第一の光源５２１、広い波長帯域を有する第二の光源５２２、反射光を波長毎に分光する第一の回析格子５５１、第二の回析格子５５２を備え、厚いウエーハ１０を計測する際は、第一の回析格子５５１によって分光された光をイメージセンサー５６に、薄いウエーハ１０は、第二の回析格子５５２によって分光された光をイメージセンサー５６に導く。【選択図】図３

Description

本発明は、ウエーハに対して透過性を有する波長域の光を照射してウエーハの厚みを計測する厚み計測装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイス分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、研削装置、研磨装置によって裏面が研削、研磨され薄化された後、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削ホイールを回転可能に備えた研削手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを計測する計測手段と、から概ね構成されていて、該計測手段によってウエーハ厚みを計測しながら加工を実施することで、ウエーハを所望の厚みに加工することができる。
上記計測手段は、プローバをウエーハの研削面に接触させて、ウエーハの厚みを計測する接触タイプのものを用いると研削面に傷を付けることから、近年では、ウエーハの研削面から反射した光と、ウエーハを透過して反対面から反射した光との分光干渉波形によって厚みを計測する非接触タイプの計測手段が使用されている（例えば、特許文献１乃至３を参照。）。
特開２０１２−０２１９１６号公報 特開２０１８−０３６２１２号公報 特開２０１８−０６３１４８号公報
上記した非接触タイプの計測手段においては、ウエーハを研削し、その後研磨する際の仕上げ厚みが薄くなると（例えば、１０μｍ以下。）、厚み計測が困難になるという問題がある。具体的には、ウエーハに対して透過性を有する波長域の光を発する光源の光を、ウエーハに照射して厚みを計測する際に、ウエーハの上面、下面で反射した反射光によって生成される分光干渉波形の精度を良好に保つために、該光を伝送する光ファイバは、コア径が３〜１０μｍの１つの空間モードのみを伝送するいわゆるシングルモード光ファイバが用いられる。このコア径が小さいシングルモード光ファイバの端面から光を導入すべく、光源として、例えば、レーザービームに近い特性を持つＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）光源が選択されて厚みの計測が実施される。該ＳＬＤ光源を採用した場合の光は、例えば、波長帯域９００〜１０００ｎｍで、光点径φ５μｍとなる光が想定されるが、このような狭い波長帯域の光源が選択される結果、比較的薄い厚みのウエーハ、例えば、１００μｍ以下、特に、１０μｍ以下のウエーハの厚みを正確に計測することが困難になる。
また、ハロゲン光源の波長帯域は、例えば、４００〜９００ｎｍと広く、この広い波長帯域の光を光源として用いて厚みの計測を実施すれば、１０μｍ以下のウエーハの厚みを計測することが可能になる。しかし、波長帯域の広いハロゲン光源の光点の径は、上記ＳＬＤ光源の光点の径と比して極めて大きく、径の小さいシングルモード光ファイバの端面から効果的に光を導入することが困難であることから、シングルモード光ファイバに比して径が大きいマルチモード光ファイバを選択することが考えられる。しかし、ハロゲン光源を光源としてマルチモード光ファイバを選択してウエーハの厚みを計測する場合、今度は、光が広がりすぎて、厚みが１００μｍ以上のウエーハの厚みを正確に計測することができない、という問題が生じる。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、厚みのあるウエーハから、薄いウエーハまで、その厚みを正確に計測できる厚み計測装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに対して透過性を有する波長域の光を照射してウエーハの厚みを計測する厚み計測装置であって、ウエーハに対して透過性を有する波長域の光を発する光源と、保持手段に保持されたウエーハに対して該光源が発した光を照射する集光器と、該光源と該集光器とを連通する光路と、該光路に配設され該保持手段に保持されたウエーハから反射した反射光を該光路から分岐する光分岐部と、該光分岐部によって分岐された反射光を波長毎に分光する回析格子と、該回析格子によって波長毎に分光された光の強度を検出し、分光干渉波形を生成するイメージセンサーと、該イメージセンサーが生成した分光干渉波形を演算して厚み情報を出力する演算手段と、を少なくとも含み、該光源は、狭い波長帯域を有する第一の光源と、第一の光源に対し広い波長帯域を有する第二の光源と、を備え、該光路は、該第一の光源の光を伝送するシングルモード光ファイバからなる第一の光路と、該第二の光源の光を伝送するマルチモード光ファイバからなる第二の光路と、を備え、該光分岐部は、該第一の光路に装着される第一の光分岐部と、該第二の光路に装着される第二の光分岐部とを備え、該回析格子は、該第一の光分岐部によって分岐した反射光を波長毎に分光する第一の回析格子と、該第二の光分岐部によって分岐した反射光を波長毎に分光する第二の回析格子とを備え、比較的厚いウエーハの厚みを計測する際は、該第一の回析格子によって分光された光を該イメージセンサーに導き、比較的薄いウエーハの厚みを計測する際は、該第二の回析格子によって分光された光を該イメージセンサーに導く選択手段を備えた厚み計測装置が提供される。
該第一の光源はＳＬＤ光源、ＡＳＥ光源のいずれかであってよく、該第二の光源はハロゲン光源、ＬＥＤ光源、キセノン光源、水銀光源、メタルハライド光源のいずれかであってよい。また、該集光器は、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバを並設して集光レンズを共用した第一の集光器、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバをマルチコアファイバに連結させ集光レンズを共用した第二の集光器、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバをダブルクラッドファイバに連結させ集光レンズを共用した第三の集光器のいずれかであってよい。
本発明の厚み計測装置は、ウエーハに対して透過性を有する波長域の光を発する光源と、保持手段に保持されたウエーハに対して該光源が発した光を照射する集光器と、該光源と該集光器とを連通する光路と、該光路に配設され該保持手段に保持されたウエーハから反射した反射光を該光路から分岐する光分岐部と、該光分岐部によって分岐された反射光を波長毎に分光する回析格子と、該回析格子によって波長毎に分光された光の強度を検出し、分光干渉波形を生成するイメージセンサーと、該イメージセンサーが生成した分光干渉波形を演算して厚み情報を出力する演算手段と、を少なくとも含み、該光源は、狭い波長帯域を有する第一の光源と、第一の光源に対し広い波長帯域を有する第二の光源と、を備え、該光路は、該第一の光源の光を伝送するシングルモード光ファイバからなる第一の光路と、該第二の光源の光を伝送するマルチモード光ファイバからなる第二の光路と、を備え、該光分岐部は、該第一の光路に装着される第一の光分岐部と、該第二の光路に装着される第二の光分岐部とを備え、該回析格子は、該第一の光分岐部によって分岐した反射光を波長毎に分光する第一の回析格子と、該第二の光分岐部によって分岐した反射光を波長毎に分光する第二の回析格子とを備え、比較的厚いウエーハの厚みを計測する際は、該第一の回析格子によって分光された光を該イメージセンサーに導き、比較的薄いウエーハの厚みを計測する際は、該第二の回析格子によって分光された光を該イメージセンサーに導く選択手段を備えていることにより、厚みが比較的厚いウエーハの厚みを計測する際には、第一の光源から照射された光を用いて第一の回析格子によって分光された光をイメージセンサーに導き、厚みが比較的薄いウエーハの厚みを計測する際は、第二の光源から照射された光を用いて第二の回析格子によって分光された光をイメージセンサーに導くことで、厚いウエーハから薄いウエーハまで、正確にその厚みを計測することができる。
厚み計測装置を備えた研磨装置の全体斜視図、及びウエーハの斜視図である。 図１に示す厚み計測装置に配設された研磨工具を斜め下から見た斜視図である。 図１に示された厚み計測装置を構成する光学系の概略を具体的に示すブロック図である。 図３に示す厚み計測装置に含まれる集光器の別実施形態を示す断面図である。 図３に示す厚み計測装置のイメージセンサーによって検出される分光干渉波形を示すイメージ図である。 図５に示す分光干渉波形に対して波形解析を実施することにより得られる信号強度の波形を示すイメージ図である。
以下、本発明に基づいて構成される実施形態に係る厚み計測装置、及び該厚み計測装置を備えた研磨装置について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１に記載された研磨装置１は、被加工物を研磨する研磨手段３と、被加工物を保持するチャックテーブル機構７と、研磨手段３を、直下に位置付けられたチャックテーブル機構７に接近及び離反させる研磨送り手段４と、厚み計測装置５と、を少なくとも備えている。
研磨手段３は、移動基台３４と、移動基台３４に保持ブロック３４ａを介して装着されるスピンドルユニット３０を備えている。移動基台３４は、基台２上の後方端部から立ち上がる直立壁２ａの前面に配設された一対の案内レール４３、４３と摺動可能に係合するように構成されている。スピンドルユニット３０は、スピンドルハウジング３１と、スピンドルハウジング３１に回転自在に配設された回転軸２０（点線で示す。）と、回転軸２０を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ３３とを備えている。回転軸２０は、下方側の先端部がスピンドルハウジング３１の下端から突出するように配設され、該先端部には、研磨工具３６を装着したマウント３５が配設されている。回転軸２０の内部には、上下に貫通する貫通路２２が形成されている。回転軸２０の上端には、図１に簡略化して示す厚み計測装置５の光学系５０の一部を構成する集光器５１が位置付けられる。
研磨送り手段４は、直立壁２ａの前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド４１、及び雄ねじロッド４１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ４２を備え、移動基台３４の背面に備えられた図示しない雄ねじロッド４１の軸受部材等から構成される。このパルスモータ４２が正転すると案内レール４３、４３に沿って、移動基台３４と共にスピンドルユニット３０が下降させられ、パルスモータ４２が逆転すると移動基台３４と共にスピンドルユニット３０が上昇させられる。
チャックテーブル機構７は、基台２上に配設されており、保持手段としてのチャックテーブル７０と、チャックテーブル７０の周囲を覆う板状のカバー部材７１と、カバー部材７１の前後に配設された蛇腹手段７２、７３と、を備えている。チャックテーブル７０は、図示しない移動手段によって矢印Ｘで示す方向において所望の位置に移動させることができ、チャックテーブル７０に対してウエーハ１０を搬入、搬出する図中手前側の搬出入位置と、スピンドルユニット３０の直下でウエーハ１０に対して加工が実施される加工位置とに位置付けられる。
図２に、マウント３５に装着された研磨工具３６を斜め下方から見た状態を示す。研磨工具３６は、アルミ合金によって円盤状に形成された支持基台３６１と、支持基台３６１の下面に両面テープ等により貼着された研磨パッド３６２により構成される。研磨パッド３６２は、不織布やウレタン等からなるパッドに研磨砥粒を含ませて構成されており、スラリーを用いない乾式の研磨、いわゆるドライポリッシュを実行する。研磨工具３６を構成する支持基台３６１、及び研磨パッド３６２の中心には、回転軸２０の中心を通る貫通路２２と連通し、貫通路２２と同径で形成された開口３６３が形成されている。研磨パッド３６２は、所定時間使用された後、支持基台３６１から剥がされ、新しい研磨パッド３６２と交換される。
図３を参照しながら、厚み計測装置５についてより具体的に説明する。厚み計測装置５は、光学系５０と、光学系５０により得られた情報を元にウエーハ１０の厚み情報を演算する演算手段１１０を備えている。なお、本実施形態では、研磨装置１の各駆動部を制御する制御手段１００に、上記演算手段１１０が備えられる。
光学系５０について、より具体的に説明する。図３に示すように、光学系５０には、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長域の光を発する光源５２と、チャックテーブル７０に保持されたウエーハ１０に対して光源５２が発した光を集光して照射する集光器５１と、光源５２と集光器５１とを連通する光路５３と、光路５３に配設されチャックテーブル７０に保持されたウエーハ１０から反射した反射光を光路５３から分岐する光分岐部５４と、光分岐部５４によって分岐された反射光を波長毎に分光する回析格子５５と、回析格子５５によって波長毎に分光された光の強度を検出し分光干渉波形を生成するイメージセンサー５６と、を備える。集光器５１から照射される光は、回転軸２０の中心を貫通する貫通路２２、マウント３５の中心、及びマウント３５に装着される研磨工具３６を貫通する開口３６３を通って、チャックテーブル７０に保持されるウエーハ１０に照射され、ウエーハ１０において反射した反射光は、この経路を逆行して上記した光分岐部５４に至る。
光源５２は、狭い波長帯域(例えば、９１０〜９９０ｎｍ）を有する第一の光源５２１と、第一の光源５２２に対し広い波長帯域（例えば、４００〜９００ｎｍ）を有する第二の光源５２２と、を備える。第一の光源５２１は、例えば、ＳＬＤ光源から構成される。また、第二の光源５２２は、例えば、ハロゲン光源から構成される。光路５３は、第一の光源５２１の光を集光器５１に向けて伝送するシングルモード光ファイバからなる第一の光路５３１ａと、第二の光源５２２の光を集光器５１に向けて伝送するマルチモード光ファイバからなる第二の光路５３２ａとを備える。シングルモード光ファイバのコア径は１０μｍ以下であり、マルチモード光ファイバのコア径は５０μｍ以上(例えば、５０μｍ、６２μｍ等）で構成される。光分岐部５４は、第一の光路５３１ａに装着される第一の光分岐部５４１と、第二の光路５３２ａに装着される第二の光分岐部５４２とを備える。第一の光分岐部５４１、第二の光分岐部５４２は、共に、ファイバカプラから構成される。回析格子５５は、第一の回析格子５５１と、第二の回析格子５５２をと備えている。ウエーハ１０で反射し、第一の光分岐部５４１から分岐された反射光は、第一の分岐光路５３１ｂを通り、反射光を平行光にするためのコリメーションレンズ５６１を経て、選択手段６０を介して第一の回析格子５５１に伝送される。また、ウエーハ１０で反射し、第二の光分岐部５４２によって分岐された反射光は、第二の分岐光路５３２ｂを通り、第二の分岐光路５３２ｂを伝送された反射光を平行光にするためのコリメーションレンズ５６２を経て、選択手段６０を介して第二の回析格子５５２に伝送される。
選択手段６０は、図示しない駆動手段によって移動されるシャッター６２を備えており、シャッター６２の位置を、第一の分岐光路５３１ｂを有効とし、第二の分岐光路５３２ｂを遮断して無効とする図中実線で示す位置（第一ポジション）と、第二の分岐光路５３２ｂを有効とし、第一の分岐光路５３１ｂを遮断して無効とする図中点線で示す位置(第二ポジション）に変更できるように構成されている。
第一の回析格子５５１によって波長毎に分光された反射光は、反射ミラー５７、及び、９１０〜９９０ｎｍの波長帯域の光を反射するダイクロイックミラー５８によって反射されて、集光レンズ５９を経て、イメージセンサー５６に導かれる。第二の回析格子５５２によって波長毎に分光された反射光は、４００〜９００ｎｍの波長帯域の光を透過するダイクロイックミラー５８を通り、集光レンズ５９を経て、イメージセンサー５６に導かれる。なお、反射ミラー５７、及びダイクロイックミラー５８等の配置位置は、反射光を導く経路によって自由に変更できるものであり、本実施形態に限定されるものではない。
イメージセンサー５６は、受光素子を直線状に配列した、いわゆるラインイメージセンサーであり、第一の回析格子５５１、及び第二の回析格子５５２によって分光された光の強度を波長毎に検出することができる。イメージセンサー５６によって検出された波長毎の光強度を示す信号は制御手段１００に送られて、分光干渉波形が生成される。
制御手段１００は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている。制御手段１００には、少なくとも上記した演算手段１１０を実行するための制御プログラムが格納されており、演算手段１１０は、イメージセンサー５６によって生成される分光干渉波形に対してフーリエ変換する等して波形解析を実行し、ウエーハ１０の上面で反射した反射光と、下面で反射した反射光との光路長差、すなわち、ウエーハ１０の厚み情報を出力する。
図３に示す集光器５１は、シングルモード光ファイバからなる第一の光路５３１ａとマルチモード光ファイバからなる第二の光路５３２ａとが並設されて集光器５１内に光源５２からの光を導き、第一の光路５３１ａを通って伝送された光と、第二の光路５３２ａを通って伝送された光とが、集光器５１に備えられた１つの集光レンズ５１１を共用して集光されて、集光された光がウエーハ１０に向けて照射されるタイプの第一の集光器５１Ａを示している。しかし、本発明の集光器５１は、上記した第一の集光器５１Ａの形態に限定されず、例えば、図４（ａ）に示すように、１つのクラッド５１２ａの中に少なくとも２つのコア５１２ｂが配置されたマルチコアファイバ５１２を備え、マルチコアファイバ５１２の各コアに、シングルモード光ファイバからなる第一の光路５３１ａと、マルチモード光ファイバからなる第二の光路５３２ａを連結して、光源５２からの光を、共用する集光レンズ５１１に導いて集光し、チャックテーブル７０に保持されたウエーハ１０に向けて照射するタイプの第二の集光器５１Ｂの形態としてもよく、さらには、図４（ｂ）に示すように、中心に位置付けられるコア５１３ａと、コア５１３ａの外側面を覆う、コア５１３ａよりも屈折率の低い円筒状の第１クラッド５１３ｂと、第１クラッド５１３ｂの外側面を覆う、第１クラッド５１３ｂよりも屈折率のさらに低い第２クラッド５１３ｃと、を少なくとも備えたダブルクラッドファイバ５１３を備え、ダブルクラッドファイバ５１３のコア５１３ａにシングルモード光ファイバからなる第一の光路５３１ａを、第一クラッド５１３ｂにマルチモード光ファイバからなる第二の光路５３２ａを連結して、光源５２からの光を、共用する集光レンズ５１１に導いて、チャックテーブル７０に保持されたウエーハ１０に導いてもよい。
上記した集光器５１として選択される第一の集光器５１Ａ、第二の集光器５１Ｂ、及び第三の集光器５１Ｃは、いずれも、１つの集光レンズ５１１を共用していることから、第一の光路５３１ａから伝送される光、及び第二の光路５３２ａを伝送される光のいずれも、この集光レンズ５１１によって集光されるため、集光器５１をシンプルに構成することができる。なお、図示の集光レンズ５１１は、説明の都合上、１枚のレンズで記載しているが、本発明では、集光レンズ５１１を複数のレンズを組み合わせて実現することを除外しない。
本実施形態に係る研磨装置１、及び厚み計測装置５は、概ね上記したとおりの構成を備えており、以下に、上記した厚み計測装置５を適用した研磨装置１を用いて、ウエーハ１０の厚みを計測しながら、ウエーハ１０を目標仕上げ厚みになるように研磨する研磨加工の実施態様について説明する。
まず、研磨加工を実施するに際し、オペレータは、図１に示すように、研磨加工の対象となるウエーハ１０を用意し、デバイス１２が形成されたウエーハ１０の表面１０ａ側に、保護テープ１４を貼着して一体化し、ウエーハ１０の裏面１０ｂを上方にして、保護テープ１４側を研磨装置１の搬出入位置に位置付けられたチャックテーブル７０に載置する。ついで、図示しない吸引手段を作動して、チャックテーブル７０に吸引保持する。そして、研磨装置１の操作パネルを利用して、ウエーハ１０の目標仕上げ厚みを入力する（例えば、４μｍ）。チャックテーブル７０上にウエーハ１０を吸引保持したならば、研磨工具３６を上方に退避させた状態で、チャックテーブル７０をＸ軸方向で移動して、研磨加工を施しながら厚み計測が可能な、研磨工具３６の直下（加工位置）に位置付ける。ここで、「研磨加工を施しながら厚み計測が可能」な位置とは、研磨パッド３６２を回転させながら下降させてウエーハ１０に押圧したとき、研磨パッド３６２の開口３６３が、ウエーハ１０上に位置付けられ、且つ、研磨パッド３６２の中心が、ウエーハ１０の中心に対して偏心し、ウエーハ１０を載置したチャックテーブル７０と、研磨パッド３６２とを回転させた際に、ウエーハ１０の裏面１０ｂ全体が研磨される位置関係にあることをいう。なお、研磨加工が施される前のウエーハ１０の厚みは、概略２５０μｍ程度であることが把握されている。
ウエーハ１０を上記した加工位置に移動させたならば、研磨手段３のサーボモータ３３を作動して、研磨工具３６を、例えば５００ｒｐｍで回転させつつ、チャックテーブル７０を、例えば５０５ｒｐｍで回転させる。そして、研磨送り手段４を作動して、研磨パッド３６２をチャックテーブル７０側に下降させて、研磨パッド３６２をウエーハ１０の上面（裏面１０ｂ）に接触させる。この研磨パッド３６２を下降させる際の研磨送り速度は、例えば、０．５μｍ／秒に設定する。上記したように、研磨パッド３６２には研磨砥粒が含まれており、研磨砥粒が研磨パッド３６２の表面から少しずつ漏出することにより、ウエーハ１０の裏面１０ｂが研磨される。
研磨加工を開始したならば、厚み計測装置５を作動する。厚み計測の手順について、図３、図５、及び図６に基づき説明する。厚み計測を開始するに際し、光源５２の狭い波長帯域（９１０〜９９０ｎｍ）の光を照射する第一の光源５２１と、広い波長帯域（４００〜９００ｎｍ）の光を照射する第二の光源５２２を点灯する。上記したように、研磨加工が施される前のウエーハ１０の厚みは、概略２５０μｍであり、比較的厚い（１００μｍ以上）ことが把握されていることから、選択手段６０を作動して、シャッター６２を実線で示す第一ポジションに位置付ける。第一の光源５２１から照射された光は、第一の光路５３１ａ、集光器５１、及び回転軸２０の貫通路２２を介してウエーハ１０に照射され、ウエーハ１０の上面、すなわち、裏面１０ｂと、下面、すなわち表面１０ａとで反射する。該反射した反射光は、該集光器５１、回転軸２０の貫通路２２、及び第一の光路５３１ａを逆行して、第一の光分岐路５４１に達する。第一の光分岐路５４１に達した反射光は、第一の光分岐路５４１によって、第一の分岐光路５３１ｂに導かれる。第二の光源５２２から照射された光もウエーハ１０において反射して第二の分岐光路５３２ｂに導かれるが、選択手段６０では、シャッター６２が実線で示す第一ポジションに位置付けられていることにより、第二の分岐光路５３２ｂが遮断され、第一の分岐光路５３１ｂを経由して第一の回析格子５５１のみに反射光が導かれる。
第一の回析格子５５１に導かれた反射光は、第一の回析格子５５１によって波長毎に分光されて、反射ミラー５７、ダイクロイックミラー５８によって反射させられ、イメージセンサー５６に導かれる。イメージセンサー５６によって検出された波長毎の光強度信号は、制御手段１００に送信される。イメージセンサー５６に導かれた分光は、第一の回析格子５５１によって波長毎に分光されており、イメージセンサー５６によって検出された波長域毎の光強度信号により、図５に示された分光干渉波形Ｗ１が生成される。
図５に示された分光干渉波形Ｗ１に対し、演算手段１１０によってフーリエ変換等による波形解析が施され、図６に示す信号強度の波形ｄ１が得られる。この波形ｄ１のピーク位置に対応する横軸の値は、ウエーハ１０の上面と下面とで反射した反射光の光路長差を示しており、ウエーハ１０の厚みが２５０μｍであることが厚み情報として出力される。
上記した研磨加工を継続的に実施し、ウエーハ１０の厚みが徐々に薄くなるに従い、第一の光源５２１によって照射された光によって得られる分光干渉波形Ｗ１が変化し、分光干渉波形Ｗ１を波形解析することによって得られる信号強度を示す波形ｄ１が、図６の矢印で示す方向（左方）に移動し、その波形ｄ１のピークに対応した横軸の値が移動することによって、ウエーハ１０の厚みが徐々に薄くなることが把握される。ここで、本実施形態の第一の光源５２１から照射されるような、狭い波長帯域の光を照射することによって厚み情報を得ている場合、厚みが薄くなるに従い、厚み情報の精度が低下する。よって、本実施形態では、図６に示す信号強度の波形ｄ１が、１００μｍに達し、ウエーハ１０の厚みが比較的薄い状態となった場合、選択手段６０のシャッター６２の位置を、図示しない駆動手段を作動することにより、図中点線で示す第二ポジションに位置付ける。これにより、第一の光分岐部５４１から分岐された第一の分岐光路５３１ｂが遮断され、第二の光分岐部５４２から分岐された反射光が第二の回析格子５５２に導かれる。
第二の光源５２２から照射された光の反射光が第二の回析格子５５２に導かれることにより、導かれた反射光は波長毎に分光される。分光された反射光は、ダイクロイックミラー５８を透過して、集光レンズ５９を介してイメージセンサー５６に導かれる。イメージセンサー５６に導かれた反射光は、第二の回析格子５５２によって波長毎に分光されており、イメージセンサー５６によって検出された波長域毎の光強度信号により、図５に示された分光干渉波形Ｗ２が生成される。図５から理解されるように、分光干渉波形Ｗ２は、広い波長帯域の光によって形成されるため、比較的薄いウエーハ１０の厚み、例えば、１００μｍ以下、特に１０μｍ以下の厚みを計測することに適している。
図５に示された分光干渉波形Ｗ２に対し、フーリエ変換等による波形解析を実施することにより、図６に実線で示す信号強度の波形ｄ２が得られる。この波形ｄ２のピークに対応する横軸の値から、ウエーハ１０の厚みが１００μｍであることが把握される。そして、ここから、厚み計測装置５によって厚みを計測しながらウエーハ１０に対する研磨加工を進行させることにより、波形ｄ２がさらに左方に移動して、波形ｄ２のピーク値に対応する横軸の値が４μｍとなる波形ｄ２’の位置に達する。そして、ピーク値に対応する横軸の値が４μｍになる位置に波形ｄ２’が達したならば、予め設定していた目標仕上げ厚みに達したものと判定して、研磨加工を終了させる。
本実施形態によれば、厚みが比較的厚い、例えば１００μｍ以上のウエーハの厚みを計測する際は、狭い波長帯域の光を照射する第一の光源５２１から照射される光を、第一の光路５３１ａを介して伝送し、第一の回析格子５５１によって分光された光をイメージセンサー５６に導き、厚みが比較的薄い１００μｍ以下のウエーハの厚みを計測する際は、広い波長帯域の光を照射する第二の光源５２２から照射される光を、第二の光路５３２ａを介して伝送し、第二の回析格子５５２によって分光された光をイメージセンサー５６に導く。これにより、厚いウエーハ１０から薄いウエーハ１０まで、シンプルな構成で正確に計測することが可能になる。
上記した実施形態では、比較的厚いウエーハ１０の厚みを計測する場合に、狭い波長帯域（９１０〜９９０ｎｍ）の光を照射する第一の光源５２１から照射される光を用いて計測し、ウエーハ１０の厚みが１００μｍ以下となった場合に、広い波長帯域（４００〜９００ｎｍ）の光を照射する第二の光源５２２から照射される光を用いてウエーハ１０の厚みを計測するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ウエーハ１０の厚みが２５μｍになるまで、第一の光源５２１から照射される光を用いて厚みを計測し、厚みが２５μｍに達した場合に、広い波長帯域の光を照射する第二の光源５２２から照射される光に切換えてウエーハ１０の厚みを計測するようにしてもよい。
上記した実施形態では、狭い波長帯域の光を照射する第一の光源５２１を実現する光源としてＳＬＤ光源を用いたが、本発明はこれに限定されず、例えばＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源を用いてもよい。また、上記した実施形態では、広い波長帯域の光を照射する第二の光源５２２を実現する光源としてハロゲン光源を用いたが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤ光源、キセノン光源、水銀光源、メタルハライド光源等から選択することができる。
本実施形態における第一の光源５２１、第二の光源５２２によって実現される波長帯域の幅は、計測しようとする被加工物の厚みに応じて適宜変更することが許容される。また光分岐部５４の第一の光分岐部５４１、第二の光分岐部５４２を構成する光分岐手段としては、偏波保持ファイバカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。
上記した実施形態では、ウエーハ１０の厚みを計測する際には、第一の光源５２１と第二の光源５２２とを同時に点灯し、選択手段６０を作動することにより一方の光源から照射された光の反射光のみを用いてウエーハ１０の厚みを計測したが、本発明はこれに限定されず、比較的厚いウエーハ１０の厚みを計測する際に、第一の光源５２１を点灯し、且つ第二の光源５２２を消灯して、第一の回析格子５５１によって分光された光を該イメージセンサー５６に導くことによりウエーハ１０の厚みを計測し、比較的薄いウエーハ１０の厚みを計測する際には、第一の光源５２１を消灯し、第二の光源５２２を点灯して該第二の回析格子５５２によって分光された光を該イメージセンサー５６に導き、ウエーハ１０の厚みを計測するようにしてもよい。
１：研磨装置
２：基台
３：研磨手段
３０：スピンドルユニット
３１：スピンドルハウジング
３３：サーボモータ
３４：移動基台
３５：マウント
３６：研磨工具
３６１：支持基台
３６２：研磨パッド
３６３：開口
４：研磨送り手段
５：厚み計測装置
７：チャックテーブル機構
７０：チャックテーブル
７１：カバー部材
１０：ウエーハ
１２：デバイス
１４：保護テープ
２０：回転軸
２２：貫通路
５０：光学系
５１：集光器
５１１：集光レンズ
５１Ａ：第一の集光器
５１Ｂ：第二の集光器
５１Ｃ：第三の集光器
５２：光源
５２１：第一の光源
５２２：第二の光源
５３：光路
５３１ａ：第一の光路
５３１ｂ：第一の分岐光路
５３２ａ：第二の光路
５３２ｂ：第二の分岐光路
５４：光分岐部
５４１：第一の光分岐部
５４２：第二の光分岐部
５５：回析格子
５５１：第一の回析格子
５５２：第二の回析格子
５６：イメージセンサー
５８：ダイクロイックミラー
６０：選択手段
６２：シャッター
１００：制御手段
１１０：演算手段

Claims (3)

  1. ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに対して透過性を有する波長域の光を照射してウエーハの厚みを計測する厚み計測装置であって、
    ウエーハに対して透過性を有する波長域の光を発する光源と、保持手段に保持されたウエーハに対して該光源が発した光を照射する集光器と、該光源と該集光器とを連通する光路と、該光路に配設され該保持手段に保持されたウエーハから反射した反射光を該光路から分岐する光分岐部と、該光分岐部によって分岐された反射光を波長毎に分光する回析格子と、該回析格子によって波長毎に分光された光の強度を検出し、分光干渉波形を生成するイメージセンサーと、該イメージセンサーが生成した分光干渉波形を演算して厚み情報を出力する演算手段と、を少なくとも含み、
    該光源は、狭い波長帯域を有する第一の光源と、該第一の光源に対し広い波長帯域を有する第二の光源と、を備え、
    該光路は、該第一の光源の光を伝送するシングルモード光ファイバからなる第一の光路と、該第二の光源の光を伝送するマルチモード光ファイバからなる第二の光路とを備え、
    該光分岐部は、該第一の光路に装着される第一の光分岐部と、該第二の光路に装着される第二の光分岐部とを備え、
    該回析格子は、該第一の光分岐部によって分岐した反射光を波長毎に分光する第一の回析格子と、該第二の光分岐部によって分岐した反射光を波長毎に分光する第二の回析格子とを備え、
    比較的厚いウエーハの厚みを計測する際は、該第一の回析格子によって分光された光を該イメージセンサーに導き、比較的薄いウエーハの厚みを計測する際は、該第二の回析格子によって分光された光を該イメージセンサーに導く選択手段を備えた厚み計測装置。
  2. 該第一の光源は、ＳＬＤ光源、ＡＳＥ光源のいずれかであり、該第二の光源は、ハロゲン光源、ＬＥＤ光源、キセノン光源、水銀光源、メタルハライド光源のいずれかである請求項１に記載の厚み計測装置。
  3. 該集光器は、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバを並設して集光レンズを共用した第一の集光器、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバをマルチコアファイバに連結させ集光レンズを共用した第二の集光器、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバをダブルクラッドファイバに連結させ集光レンズを共用した第三の集光器のいずれかである請求項１、又は２に記載の厚み計測装置。
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