JP2022000615A - 超音波厚さ測定器、及び研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の厚さを高精度に測定する。【解決手段】超音波厚さ測定器であって、測定対象物上に膜状の流体層を形成する流体供給ユニットと、該測定対象物に向けて該流体層を介して超音波を送波できるとともに該超音波の反射波を受波できる超音波送受波ユニットと、該超音波送受波ユニットで受波された超音波の波形から該測定対象物の厚さを算出する厚さ算出部と、を備え、該厚さ算出部は、該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の下面で反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第１の反射波と、該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の該下面で反射され、該上面で反射され、該下面で再び反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第２の反射波と、の該超音波送受波ユニットに到達する時間の差に基づいて該測定対象物の厚さを算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体で形成された板状のウェーハ等の測定対象物の厚さを測定する超音波厚さ測定器に関する。

携帯電話やコンピュータ等の電子機器に使用されるデバイスチップの製造工程では、まず、半導体等で形成されたウェーハの表面にＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ(Large Scale Integration)等の複数のデバイスを形成する。次に、該ウェーハを裏面側から研削して所定の厚さに薄化し、デバイス毎に該ウェーハを分割して個々のデバイスチップを形成する。ウェーハの研削は、研削装置で実施される（例えば、特許文献１参照）。

研削装置は、ウェーハを保持する保持テーブルと、該ウェーハを研削する研削ユニットと、を有する。該研削ユニットは、スピンドルと、該スピンドルの下端に装着された研削ホイールと、を備える。該研削ホイールの下面には、研削砥石が装着されている。研削ホイールと、ウェーハを保持する保持テーブルと、を互いに略平行なそれぞれの回転軸を中心に回転させ、研削ホイールを下降させて研削砥石をウェーハに接触させると、該ウェーハが研削される。

研削装置は、ウェーハが所定の厚さとなるときに研削ホイールの下降を終了できるように、研削ユニットで研削されているウェーハの厚さを測定できる厚さ計測器を研削ユニットの近傍に備える。ウェーハの裏面に接触するプローブを有する接触式の厚さ計測器が知られているが、プローブでウェーハに損傷が生じるおそれがあるため、研削装置では非接触式の厚さ計測器である超音波厚さ測定器が好適に使用される（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。

超音波厚さ測定器は、超音波を送受波できる超音波送受波ユニット（トランスデューサ）を有する。ウェーハの厚さを測定する際には、超音波送受波ユニットをウェーハの裏面に近づけ、該超音波送受波ユニットと、ウェーハの裏面と、の間を純水等の流体で満たし、ウェーハに向けて超音波送受波ユニットから超音波を送波する。そして、ウェーハの裏面で反射された超音波を受波するまでの時間と、ウェーハに進入し該ウェーハの表面で反射された超音波を受波するまでの時間と、の差に基づいてウェーハの厚さを算出する。

特開２００３−２０９０８０号公報 特開平５−１０４４０７号公報 特開２００７−１９９０１３号公報

ウェーハの裏面（上面）で反射された超音波と、ウェーハの内部に進入し該ウェーハの表面（下面）で反射された超音波と、を超音波送受波ユニットで観測したとき、両超音波の波形は一致しない。そのため、両超音波の波形を高精度に対応させることはできず、両超音波の受波されるまでの時間の差を精密に特定することもできない。すなわち、従来の超音波厚さ測定器では、ウェーハ等の測定対象物の厚さの測定精度に限界があった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象物の厚さを高精度に測定できる超音波厚さ測定器、及び該超音波厚さ測定器を備える研削装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、測定対象物の厚さを計測する超音波厚さ測定器であって、上方に露出した保持面を有し、該保持面に載る該測定対象物を保持できる保持テーブルと、該保持テーブルで保持された該測定対象物の上面に流体を供給し続け、該測定対象物上に膜状の流体層を形成する流体供給ユニットと、該保持テーブルで保持された該測定対象物に向けて該流体層を介して超音波を送波できるとともに該超音波の反射波を受波できる超音波送受波ユニットと、該超音波送受波ユニットで受波された超音波の波形から該測定対象物の厚さを算出する厚さ算出部と、を備え、該厚さ算出部は、該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の下面で第１の反射回数で反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第１の反射波と、該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の該下面で該第１の反射回数とは異なる第２の反射回数で反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第２の反射波と、の該超音波送受波ユニットに到達する時間の差に基づいて該測定対象物の厚さを算出することを特徴とする超音波厚さ測定器が提供される。

本発明の他の一態様によれば、測定対象物の厚さを計測する超音波厚さ測定器であって、上方に露出した保持面を有し、該保持面に載る該測定対象物を保持できる保持テーブルと、該保持テーブルで保持された該測定対象物の上面に流体を供給し続け、該測定対象物上に膜状の流体層を形成する流体供給ユニットと、該保持テーブルで保持された該測定対象物に向けて該流体層を介して超音波を送波できるとともに該超音波の反射波を受波できる超音波送受波ユニットと、該超音波送受波ユニットで受波された超音波の波形から該測定対象物の厚さを算出する厚さ算出部と、を備え、該厚さ算出部は、該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の下面で反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第１の反射波と、該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の該下面で反射され、該上面で反射され、該下面で再び反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第２の反射波と、の該超音波送受波ユニットに到達する時間の差に基づいて該測定対象物の厚さを算出することを特徴とする超音波厚さ測定器が提供される。

本発明のさらに他の一態様によれば、該保持テーブルで保持された該測定対象物を該上面から研削し、該測定対象物を薄化する研削ユニットを有する研削装置であって、該超音波厚さ測定器を備え、該保持テーブルで保持された該測定対象物の厚さを該超音波厚さ測定器で測定しながら該測定対象物を所定の厚さになるまで該研削ユニットで研削することを特徴とする研削装置が提供される。

本発明の一態様に係る超音波厚さ測定器は、超音波送受波ユニットによりウェーハ等の測定対象物に上面から超音波を入射し、該測定対象物の下面で反射された反射波を検出する。該測定対象物の内部では、上面と下面とで超音波の反射が繰り返される。そして、厚さ算出部は、反射回数が互いに異なる第１の反射波及び第２の反射波の超音波送受波ユニットに到達する時間の差に基づいて測定対象物の厚さを算出する。

ここで、本発明の一態様に係る超音波厚さ測定器が測定対象物の厚さの算出に利用する第１の反射波及び第２の反射波は、いずれも、測定対象物の内部を進行し下面で反射した超音波である。そのため、超音波送受波ユニットに到達した第１の反射波及び第２の反射波の波形は、同様の形状となる。そのため、両反射波の波形を高精度に対応させることで、両反射波の受波されるまでの時間の差を精密に特定できる。すなわち、本発明の一態様に係る超音波厚さ測定器では、測定対象物の厚さを高精度に測定できる。

したがって、本発明の一態様により、測定対象物の厚さを高精度に測定できる超音波厚さ測定器、及び該超音波厚さ測定器を備える研削装置が提供される。

研削装置を模式的に示す断面図である。 保持テーブルと、測定対象物と、超音波厚さ測定器と、を模式的に示す断面図である。 第１の反射波と、第２の反射波と、の進行経路を模式的に示す断面図である。 測定される超音波の波形を模式的に示すグラフである。 所定の角度で測定対象物に入射する超音波と、該超音波の反射波と、の進行経路を模式的に示す断面図である。

本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る超音波厚さ測定器は、例えば、半導体デバイスが表面に形成されたウェーハを裏面側から研削して所定の厚さに薄化する研削装置で使用される。図１は、研削装置２を模式的に示す断面図である。また、図１には、研削装置２で研削される被加工物であるウェーハ１を模式的に示す断面図が含まれている。該ウェーハ１は、本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０による厚さの測定対象物である。

研削装置２で研削されるウェーハ１は、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、若しくは、その他の半導体等の材料、または、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる略円板状の基板等である。該ガラスは、例えば、アルカリガラス、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等である。

ウェーハ１の下面（表面）１ｂにはＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイス（不図示）が形成される。研削装置２によりウェーハ１を上面（裏面）１ａ側から研削して該ウェーハ１を薄化し、デバイス毎に該ウェーハ１を分割すると、個々のデバイスチップを形成できる。研削装置２では、ウェーハ１の裏面（上面１ａ）側が上方に露出された状態で該裏面が研削される。ウェーハ１の表面（下面１ｂ）側には、デバイスを保護するために、テープ状の保護部材３が貼着される。

次に、研削装置２について説明する。研削装置２は、各構成要素を支持する基台４を有する。基台４の上には、上方に露出した保持面２０ａを有し、該保持面２０ａに載るウェーハ（測定対象物）１を保持できる保持テーブル（チャックテーブル）６を備える。保持面２０ａは、例えば、多孔質部材２０の上面によって構成される。保持テーブル６は、ウェーハ１と同程度の径を有する該多孔質部材２０と、該多孔質部材２０を収容する凹部が上面に形成された枠体１８と、を備える。

保持テーブル６は、一端が吸引源（不図示）と接続された吸引路（不図示）を内部に有し、該吸引路の他端には多孔質部材２０が接続される。保持テーブル６は、保持面２０ａ上にウェーハ１が載せられた際に該吸引源を作動させ、多孔質部材２０を通して負圧を該ウェーハ１に作用させることで該ウェーハ１を吸引保持できる。

保持テーブル６は、テーブル支持台１２の上に固定されている。テーブル支持台１２の下面には、基台４上に固定されたテーブル回転モータ８がスピンドル１０を介して接続されている。テーブル回転モータ８を作動させると、テーブル支持台１２に固定された保持テーブル６が保持面２０ａに交差するテーブル回転軸１４の周りに回転する。

基台４の後部には支持部１６が立設されている。支持部１６の前面には、研削ユニット２４を鉛直方向に沿って移動可能に支持する研削送りユニット２６が配設されている。研削送りユニット２６は、支持部１６の前面に鉛直方向に沿って設けられたガイドレール２８と、該ガイドレール２８にスライド可能に固定された移動部３０と、を備える。

移動部３０の背面側には、鉛直方向に沿ったボールネジ３４に螺合されたナット部３２が固定されており、ボールネジ３４の上端には、該ボールネジ３４を回転させるパルスモータ３６が接続されている。パルスモータ３６を作動させてボールネジ３４を回転させると、研削ユニット２４を支持する移動部３０が鉛直方向に沿って加工送りされる。研削送りユニット２６は、例えば、高さの検出に使用できるスケールを備えてもよく、研削ユニット２４を所定の高さに位置付けられる。

研削送りユニット２６の移動部３０に支持された研削ユニット２４は、鉛直方向に沿って伸長するスピンドル４２と、該スピンドル４２の上端に接続されたスピンドルモータ４０と、を備える。スピンドル４２の下端には、円板状のホイールマウント４４が配設され、該ホイールマウント４４下面には研削ホイール４６が固定されている。研削ホイール４６の下面には、円環状に並ぶ複数の研削砥石４８が装着されている。

スピンドルモータ４０を作動させスピンドル４２をホイール回転軸４２ａの周りに回転させると、研削ホイール４６が回転して研削砥石４８が環状軌道上を移動する。そして、研削送りユニット２６を作動させて研削ユニット２４を下降させ、研削砥石４８を保持テーブル６に保持されたウェーハ１の上面１ａに接触させると、該ウェーハ１が該上面１ａ側から研削される。

ウェーハ１を研削ユニット２４で研削する際には、ウェーハ１の上面１ａに純水等の研削液を供給する。保持テーブル６の近傍には、該保持テーブルで保持されたウェーハ１の上面１ａに外部から研削液を噴射する噴射ノズル２２が設けられている。噴射ノズル２２は、例えば、研削ホイール４６の中央下方から研削砥石４８に向けて研削液を噴射する。研削液は、研削で生じる研削屑及び加工熱を速やかに除去する。

ウェーハ１を所定の厚さになるまで研削する際、研削送りユニット２６で送られる研削ユニット２４の送り量を監視することでウェーハ１の厚さを管理することも考えられる。しかしながら、ウェーハ１を研削する間に研削砥石４８が消耗して薄くなるため、該研削送り量と、研削によるウェーハ１の除去厚さと、が一致しなくなる。そのため、ウェーハ１を所定の厚さとなるように研削するために、厚さ測定器が使用される。

保持テーブル６の近傍には、研削ユニット２４で研削されているウェーハ１を測定対象物としてその厚さを測定する超音波厚さ測定器５０が設けられている。ウェーハ１を所定の仕上げ厚さになるまで研削するために、超音波厚さ測定器５０でウェーハ１の厚さが監視される。次に、本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０について説明する。

図２には、本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０を模式的に示す断面図が含まれている。図２では、一部の構成要素がブロック図で示されている。超音波厚さ測定器５０は、内部に流体路６０が形成された本体５２と、該流体路６０中に先端が露出した超音波送受波ユニット５４と、を備える。流体路６０は、本体５２を一端から他端までを連通するように形成されており、該流体路６０の一端側から他端側まで流体が流れる。

流体路６０の一端側には、流体の供給源５６に達する供給路５８が接続されている。供給源５６から超音波厚さ測定器５０に供給される流体は、例えば、純水である。供給源５６から供給される該流体は温度管理されていてもよく、例えば、室温程度の温度とされる。超音波厚さ測定器５０の本体５２に供給された流体は、流体路６０を満たしつつ本体５２の平坦な下面に形成された開口に達する。なお、該開口は、超音波送受波ユニット５４の直下に形成される。

超音波厚さ測定器５０が使用される際には、本体５２の該下面と、測定対象物であるウェーハ１の上面１ａと、が１ｍｍ以上２ｍｍ以下の所定の距離となるまで本体５２がウェーハ１に近づけられる。この状態で供給源５６から本体５２の流体路６０に流体を供給すると、該流体路６０を通り抜けた該流体が、該開口からウェーハ１の上面１ａに吐出される。そして、上面１ａ上に該流体が広がり、本体５２の下面及びウェーハ１の上面１ａの間で膜状の流体層６２が形成される。

膜状の流体層６２を構成する流体は、やがて、本体５２と重なる領域の外側に流出する。しかしながら、供給源５６からは次々に流体路６０に流体が供給され続けられ、該開口からは流体が吐出され続ける。そのため、本体５２の下面及びウェーハ１の上面の間が流体で満たされ続け、膜状の流体層６２が定常的に維持され続ける。本体５２の開口から流体が流出し続けるため、ウェーハ１の上面１ａを研削砥石４８で加工することで生じた加工屑等が、超音波送受波ユニット５４と、ウェーハ１と、の間に進入することはない。

なお、供給源５６から流体路６０に供給される流体の供給量は、毎分１．０Ｌ〜１．５Ｌ程度とするとよい。ただし、該供給量はこれに限定されない。また、供給源５６から流体路６０に供給される流体は純水でなくてもよく、気体でもよい。ただし、該流体に液体を使用すると、超音波の伝播速度が比較的高くなる上、超音波の減衰も小さくなる。さらに、該流体に純水を用いると、該流体がウェーハ１を研削している研削砥石４８に到達しても、実施されている研削加工が何らかの影響を受けることもない。

超音波厚さ測定器５０では、超音波送受波ユニット５４と、ウェーハ１と、の間が該流体で満たされている。すなわち、供給源５６、供給路５８、及び流体路６０等は、保持テーブル６で保持された測定対象物であるウェーハ１の上面１ａに流体を供給し続け、該測定対象物上に膜状の流体層６２を形成する流体供給ユニットとして機能する。

そして、超音波送受波ユニット５４は、保持テーブル６で保持された測定対象物であるウェーハ１に向けて流体層６２を介して超音波を送波できるとともに該超音波の反射波を受波できる。超音波送受波ユニット５４は、例えば、制御ユニット６４に接続されている。

制御ユニット６４は、マイクロプロセッサやＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置、及び、フラッシュメモリ等の記憶装置を含むコンピュータによって構成される。記憶装置に記憶されるプログラム等のソフトウェアに従い処理装置を動作させることによって、制御ユニット６４は、ソフトウェアと処理装置（ハードウェア資源）とが協働した具体的手段として機能する。制御ユニット６４は、例えば、研削装置２の各構成要素を制御する制御ユニットでもよい。

制御ユニット６４は、超音波送受波ユニット５４で受波された超音波の波形を解析できる波形解析部６６を備える。後述の通り、超音波送受波ユニット５４からウェーハ１に超音波７０を送波させ、該超音波７０の反射波７２が該超音波送受波ユニット５４で受波されたとき、超音波送受波ユニット５４は、波形解析部６６に反射波７２の波形に関する情報を送る。

波形解析部６６は、反射波７２の波形を解析し、超音波７０が送波されてから反射波７２が受波されるまでの時間等の情報を作成する。また、制御ユニット６４は、波形解析部６６で作成された情報からウェーハ１の厚さを算出する厚さ算出部６８を備える。ここで、超音波厚さ測定器５０によりウェーハ１の厚さを測定する手順について説明する。

図３は、超音波送受波ユニット５４と、ウェーハ１と、該超音波送受波ユニット５４及び該ウェーハ１に挟まれた流体層６２と、を模式的に示す断面図である。なお、図３では、超音波厚さ測定器５０の本体５２等を省略している。ウェーハ１の厚さを測定する際には、まず、超音波送受波ユニット５４から流体層６２に向けて超音波７０を送波させる。すると、流体層６２を伝播した超音波７０がウェーハ１の上面１ａに到達する。

なお、図３では、超音波７０等や各反射波の進路が模式的に示されている。また、説明の便宜のため、図３では、超音波７０及び各反射波の進行経路がウェーハ１の上面１ａの垂直方向から一定の角度で傾斜しているように示しているが、超音波７０のウェーハ１への入射角はこれに限定されない。入射角はゼロであることが好ましいが、該入射角はゼロでなくてもよい。以下、入射角がゼロである場合を例に説明する。

ウェーハ１の上面１ａに到達した超音波７０の一部は該上面１ａで反射され、超音波７０の他の一部は、ウェーハ１の内部に入射する。そして、上面１ａで反射された反射波７４は、超音波送受波ユニット５４に到達して受波される。また、ウェーハ１の内部に入射した超音波７０は、ウェーハ１の下面１ｂに到達し、該下面１ｂで反射される。

超音波７０の反射波７２ａは、ウェーハ１の内部を再び進行してウェーハ１の上面１ａに到達する。そして、ウェーハ１の上面１ａに到達した反射波７２ａは、一部が流体層６２に進行して超音波送受波ユニット５４に受波される。反射波７２ａの他の一部は、上面１ａで反射されてさらにウェーハ１の内部を進行する。

従来の超音波厚さ測定器では、ウェーハ１の上面１ａで反射された反射波７４と、ウェーハ１の内部に進行して下面１ｂで反射された反射波７２ａと、の超音波送受波ユニット５４に到達した時間の差からウェーハ１の厚さを算出していた。反射波７４の進行経路と、反射波７２ａの進行経路と、を比較すると、ウェーハ１の厚さの２倍に相当する差がある。

換言すると、反射波７２ａは、ウェーハ１の厚さの２倍に相当する長さで該ウェーハ１の内部を伝播するのに要した時間だけ反射波７４に遅れて超音波送受波ユニット５４に到達する。そこで、従来の超音波厚さ測定器では、ウェーハ１を進行する超音波７０及び反射波７２ａの速度に反射波７４が受波されたときから反射波７２ａが受波されるまでの時間を乗じ、これを２で除すことでウェーハ１の厚さを算出していた。

ここで、超音波送受波ユニット５４に到達した超音波を受波した際に得られ得る該超音波の波形について説明する。図４は、超音波送受波ユニット５４で受波された超音波の強度の時間変化を表すグラフ７６である。縦軸が超音波の強度を表し、横軸が時間の経過を表す。

該グラフ７６には、ウェーハ１の上面１ａで反射され該超音波送受波ユニット５４に受波された反射波７４の波形８２と、ウェーハ１の下面１ｂで反射され該超音波送受波ユニット５４に受波された反射波７２ａの波形８０ａと、等が含まれている。

ここで、反射波７４はウェーハ１の内部を進行していない一方で、反射波７２ａはウェーハ１の内部を進行しているため、超音波送受波ユニット５４で受波された際の波形の形状が互いに異なる。そのため、波形８２及び波形８０ａを精密に対応させることはできず、反射波７４が受波されてから反射波７２ａが受波されるまでの時間を精密に特定することもできない。該時間の精度が低いため、該時間に基づいて算出されるウェーハ１の厚さの精度も低くなる。

そこで、本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０では、従来の超音波厚さ測定器とは異なり、測定対象物であるウェーハ１の厚さの算出に、反射波７４が受波されてから反射波７２ａが受波されるまでの時間を用いない。次に、本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０でウェーハ１の厚さを算出する手順について説明する。

図３に示す通り、ウェーハ１に超音波７０を送波し、ウェーハ１の下面１ｂで反射された反射波（第１の反射波）７２ａの一部は、ウェーハ１の上面１ａで反射されてさらにウェーハ１の内部を進行する。この反射波（第２の反射波）７２ｂは、ウェーハ１の下面１ｂで反射されてさらにウェーハ１の内部を進行してウェーハ１の上面１ａから流体層６２に進行して超音波送受波ユニット５４に受波される。

すなわち、反射波７２ａは、上面１ａから測定対象物（ウェーハ１）中に進出し、該測定対象物の下面１ｂで反射され、該上面１ａから該測定対象物の外部に進出して超音波送受波ユニット５４に到達した反射波である。そして、反射波７２ｂは、上面１ａから該測定対象物中に進出し、該測定対象物の下面１ｂで反射され、該上面１ａで反射され、該下面１ｂで再び反射され、該上面１ａから該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニット５４に到達した反射波である。

図４に示す通り、グラフ７６には、反射波７２ｂの波形８０ｂが含まれる。ここで、反射波（第１の反射波）７２ａ及び反射波（第２の反射波）７２ｂは、いずれもウェーハ１の内部を進行するため、図４に示す通り、波形８０ａ及び波形８０ｂの形状は互いに類似する。少なくとも、波形８０ａの形状は、波形８２の形状よりも波形８０ｂの形状に類似する。そのため、波形８０ａは、波形８０ｂに比較的精密に対応させることができる。

すなわち、本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０の波形解析部６６は、超音波送受波ユニット５４で受波された超音波の強度の時間変化を表すグラフ７６に基づいて、反射波７２ａが受波されてから反射波７２ｂが受波されるまでの時間を精密に特定できる。

反射波７２ｂは、ウェーハ１の厚さの２倍に相当する長さで該ウェーハ１の内部を伝播するのに要した時間だけ反射波７２ａに遅れて超音波送受波ユニット５４に到達する。そこで、ウェーハ１を進行する反射波７２ａ及び反射波７２ｂの速度に反射波７２ａが受波されたときから反射波７２ｂが受波されるまでの時間を乗じ、これを２で除すことでウェーハ１の厚さを算出できる。

本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０は、超音波送受波ユニット５４で受波された超音波の波形から測定対象物であるウェーハ１の厚さを算出する厚さ算出部６８を備える。厚さ算出部６８は、反射波（第１の反射波）７２ａと、反射波（第２の反射波）７２ｂと、の超音波送受波ユニット５４に到達する時間の差に基づいて測定対象物（ウェーハ１）の厚さを算出する。

ここで、測定対象物を進行する超音波の速度は、測定対象物の材質により変化する。そこで、制御ユニット６４の記憶部には、測定対象物となり得る各種の部材中を進行する超音波の速度が登録されている。また、超音波の速度は温度により変化する。そこで、例えば、研削装置２の内部の雰囲気や流体層６２を構成する流体、そして、噴射ノズル２２から噴射される研削液の温度が室温程度とされる場合、室温における超音波の速度が制御ユニット６４の記憶部に登録されるとよい。

本実施形態に係る超音波厚さ測定器５０によると、反射波７２ａと、反射波７２ｂと、の受波されるまでの時間の差を精密に特定できるため、測定対象物（ウェーハ１）の厚さを精密に算出できる。

なお、上記実施形態では、ウェーハ１の下面１ｂで１回反射された反射波７２ａの波形８０ａと、ウェーハ１の下面１ｂで２回反射された反射波７２ｂの波形８０ｂと、に基づいてウェーハ１の厚さを算出する場合について説明した。しかしながら、本発明の一態様はこれに限定されない。すなわち、本発明の一態様では、グラフ７６に現れたウェーハ１の下面１ｂで１回以上反射された２つの反射波の波形に基づいてウェーハ１の厚さが算出されればよい。

この場合、算出の基礎となる第１の反射波は、上面１ａから測定対象物（ウェーハ１）中に進出し、該測定対象物の下面１ｂで第１の反射回数で反射され、該上面１ａから該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した反射波である。そして、算出の基礎となる第２の反射波は、上面１ａから該測定対象物中に進出し、該測定対象物の該下面１ｂで該第１の反射回数とは異なる第２の反射回数で反射され、該上面１ａから該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した反射波である。

グラフ７６には、ウェーハ１の下面１ｂで１回反射された反射波７２ａの波形８０ａと、下面１ｂで２回反射された反射波７２ｂの波形８０ｂと、下面１ｂで３回反射された反射波の波形８０ｃと、下面１ｂで４回反射された反射波の波形８０ｄと、が現れている。例えば、下面１ｂで１回反射された反射波７２ａを第１の反射波とし、下面１ｂで４回反射された反射波を第２の反射波としてもよい。

この場合、第１の反射波が受波されてから第２の反射波が受波されるまでの時間は、第２の反射波がウェーハ１の厚さの６倍に相当する長さで該ウェーハ１の内部を伝播するのに要した時間と一致する。そこで、ウェーハ１を進行する該第２の反射波の速度に該時間を乗じ、これを６で除すことでウェーハ１の厚さを算出できる。このように、厚さ算出部６８は、第１の反射波及び第２の反射波の超音波送受波ユニット５４に到達する時間の差に基づいて測定対象物（ウェーハ１）の厚さを算出する。

なお、上記実施形態では、超音波送受波ユニット５４からウェーハ１の上面１ａに該上面１ａに垂直な方向から超音波７０がウェーハ１に入射する場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。すなわち、超音波７０は、所定の入射角をもってウェーハ１に入射してもよい。

図５は、所定の入射角でウェーハ１に入射する超音波９４と、該超音波の反射波９８ａ，９８ｂと、の進行経路を模式的に示す断面図である。図５に示す超音波厚さ測定器８４は、超音波送受波ユニットとして機能する超音波送波部９０及び超音波受波部９２を収容する筒状の流体路８６を有する。流体路８６の内部は、流体８８で満たされる。超音波送波部９０から送波され流体層６２を進行した超音波９４は、ゼロではない所定の角度９６でウェーハ１に入射する。

そして、ウェーハ１の下面１ｂで超音波９４が反射され、その反射波９８ａの一部はウェーハ１の上面１ａから流体層６２に進み、超音波受波部９２で受波される。また、反射波９８ａの他の一部は、ウェーハ１の上面１ａで反射されてウェーハ１の内部に進行し、再びウェーハの下面１ｂで反射される。この反射波９８ｂの一部は、ウェーハ１の上面１ａから流体層６２に進み、超音波受波部９２で受波される。なお、ウェーハ１の上面１ａ及び下面１ｂにおける各超音波の入射角及び反射角は、角度９６と一致する。

そして、超音波受波部９２で受波された超音波が波形解析部６６で解析され、該超音波の強度の時間変化を表すグラフ７６から、反射波９８ａが受波された時間と、反射波９８ｂが受波された時間と、の差が算出される。そして、厚さ算出部６８は、反射波９８ａ，９８ｂの受波されるまでの時間の差に基づいてウェーハ１の厚さを算出する。このとき、厚さ算出部６８は、反射波９８ｂの入射角及び反射角である角度９６を考慮する。

より詳細には、角度９６の大きさをθとしたとき、反射波９８ａ及び反射波９８ｂの進行経路の差は、ウェーハ１の厚さの２倍に相当する長さをｃｏｓθで除した長さとなる。そこで、ウェーハ１を進行する反射波９８ａ及び反射波９８ｂの速度に反射波９８ａが受波されたときから反射波９８ｂが受波されるまでの時間を乗じ、これにｃｏｓθを乗じて２で除すことでウェーハ１の厚さを算出できる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ ウェーハ
１ａ 上面
１ｂ 下面
３ 保護部材
２ 研削装置
４ 基台
６ 保持テーブル
８ テーブル回転モータ
１０ スピンドル
１２ テーブル支持台
１４ テーブル回転軸
１６ 支持部
１８ 枠体
２０ 多孔質部材
２０ａ 保持面
２２ 噴射ノズル
２４ 研削ユニット
２６ 研削送りユニット
２８ ガイドレール
３０ 移動部
３２ ナット部
３４ ボールネジ
３６ パルスモータ
４０ スピンドルモータ
４２ スピンドル
４４ ホイールマウント
４６ 研削ホイール
４８ 研削砥石
５０，８４ 超音波厚さ測定器
５２ 本体
５４ 超音波送受波ユニット
５６ 供給源
５８ 供給路
６０，８６ 流体路
６２ 流体層
６４ 制御ユニット
６６ 波形解析部
６８ 厚さ算出部
７０，９４ 超音波
７２，７２ａ，７２ｂ，９８ａ，９８ｂ 反射波
７６ グラフ
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８２ 波形
８８ 流体
９０ 超音波送波部
９２ 超音波受波部
９６ 角度

Claims (3)

1. 測定対象物の厚さを計測する超音波厚さ測定器であって、
   上方に露出した保持面を有し、該保持面に載る該測定対象物を保持できる保持テーブルと、
   該保持テーブルで保持された該測定対象物の上面に流体を供給し続け、該測定対象物上に膜状の流体層を形成する流体供給ユニットと、
   該保持テーブルで保持された該測定対象物に向けて該流体層を介して超音波を送波できるとともに該超音波の反射波を受波できる超音波送受波ユニットと、
   該超音波送受波ユニットで受波された超音波の波形から該測定対象物の厚さを算出する厚さ算出部と、を備え、
   該厚さ算出部は、
   該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の下面で第１の反射回数で反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第１の反射波と、
   該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の該下面で該第１の反射回数とは異なる第２の反射回数で反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第２の反射波と、
   の該超音波送受波ユニットに到達する時間の差に基づいて該測定対象物の厚さを算出することを特徴とする超音波厚さ測定器。
2. 測定対象物の厚さを計測する超音波厚さ測定器であって、
   上方に露出した保持面を有し、該保持面に載る該測定対象物を保持できる保持テーブルと、
   該保持テーブルで保持された該測定対象物の上面に流体を供給し続け、該測定対象物上に膜状の流体層を形成する流体供給ユニットと、
   該保持テーブルで保持された該測定対象物に向けて該流体層を介して超音波を送波できるとともに該超音波の反射波を受波できる超音波送受波ユニットと、
   該超音波送受波ユニットで受波された超音波の波形から該測定対象物の厚さを算出する厚さ算出部と、を備え、
   該厚さ算出部は、
   該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の下面で反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第１の反射波と、
   該上面から該測定対象物中に進出し、該測定対象物の該下面で反射され、該上面で反射され、該下面で再び反射され、該上面から該測定対象物の外部に進出して該超音波送受波ユニットに到達した第２の反射波と、
   の該超音波送受波ユニットに到達する時間の差に基づいて該測定対象物の厚さを算出することを特徴とする超音波厚さ測定器。
3. 該保持テーブルで保持された該測定対象物を該上面から研削し、該測定対象物を薄化する研削ユニットを有する研削装置であって、
   請求項１及び請求項２のいずれかに記載の超音波厚さ測定器を備え、
   該保持テーブルで保持された該測定対象物の厚さを該超音波厚さ測定器で測定しながら該測定対象物を所定の厚さになるまで該研削ユニットで研削することを特徴とする研削装置。

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