JP2023100410A - 計測装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】短時間で板状物の厚み又は高さを計測することができる計測装置を提供する。【解決手段】板状物１０を保持する保持手段３と、保持手段３に保持された板状物１０の厚み又は高さを計測する計測手段６と、を含み、計測手段６は、所定の波長域の光源６２と、光源６２が発した光Ｌ１を保持手段３に保持された板状物１０に照射する集光レンズ６１ａと、板状物１０で反射した戻り光Ｌ２を平行光に生成するコリメートレンズ６６と、平行光に生成された戻り光Ｌ２の干渉光Ｗを透過する透過フィルター６７と、透過フィルター６７を透過した干渉光Ｗを受光して光強度Ｑを検出する座標を備えたセンサー６８と、センサー６８が検出した光強度Ｑの高い座標位置Ｓ１～Ｓ４を、板状物１０の厚み、又は高さとする計測手段と、を含み構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、板状物の厚み又は高さを計測する計測装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが、分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削され薄化された後、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チップに分割され、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、ウエーハを所望の厚みに加工することができる。
上記の研削装置の計測手段として、ブ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採用すると、研削面に傷を付ける場合があることから、近年では、ウエーハの研削面（上面）から反射した光と、ウエーハを透過して反射面（下面）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採用されている（例えば特許文献１を参照）。
また、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を内部に位置付けて照射し内部に改質層を形成する場合にも、上面から一定の深さ位置に該集光点を位置付けるために、ウエーハの厚み、又は高さを正確に計測すべく、上記の如くウエーハの上面から反射した光と、ウエーハを透過して下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る（例えば特許文献２を参照）。
特開２０１２－０２１９１６号公報 特開２０１１－１２２８９４号公報
ところで、上記した特許文献１、２に記載された技術において採用される非接触タイプの計測手段は、ウエーハに光を照射してウエーハの上面と下面とで反射した戻り光を回折格子で分光して分光干渉波形を取得し、波長毎の光強度を演算（フーリエ変換）してウエーハの厚み又は高さを検出する構成であり、ウエーハの所望の領域の厚みを短時間に計測できない、という問題がある。
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、短時間で板状物の厚み又は高さを計測することができる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、板状物の厚み又は高さを計測する計測装置であって、板状物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された板状物の厚み又は高さを計測する計測手段と、を含み、該計測手段は、所定の波長域の光源と、該光源が発した光を該保持手段に保持された板状物に照射する集光レンズと、板状物で反射した戻り光を平行光に生成するコリメートレンズと、平行光に生成された該戻り光の干渉光を透過する透過フィルターと、該透過フィルターを透過した干渉光を受光して光強度を検出する座標を備えたセンサーと、該センサーが検出した光強度の高い座標位置を、該板状物の厚み、又は高さとする制御手段と、を含み構成される計測装置が提供される。
該光源が発した光は、第一の光ファイバーで該集光レンズまで導かれ、該戻り光は、第二の光ファイバーで該コリメートレンズまで導かれ、該第一の光ファイバーと該第二の光ファイバーは光サーキュレータにより連結されていることが好ましい。また、板状物の上面で反射した戻り光と板状物の下面で反射した戻り光との干渉光によって板状物の厚みを計測することが好ましい。さらに、光路長が特定された基準光と板状物の上面で反射した戻り光との干渉光によって板状物の上面の高さを計測し、該基準光と板状物の下面で反射した戻り光との干渉光とによって板状物の下面の高さを計測し、板状物の上面の高さと下面の高さとの差によって板状物の厚みを計測するものであってもよい。
本発明の計測装置は、板状物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された板状物の厚み又は高さを計測する計測手段と、を含み、該計測手段は、所定の波長域の光源と、該光源が発した光を該保持手段に保持された板状物に照射する集光レンズと、板状物で反射した戻り光を平行光に生成するコリメートレンズと、平行光に生成された該戻り光の干渉光を透過する透過フィルターと、該透過フィルターを透過した干渉光を受光して光強度を検出する座標を備えたセンサーと、該センサーが検出した光強度の高い座標位置を、該板状物の厚み、又は高さとする制御手段と、を含み構成されていることから、板状物の厚みを計測するために、戻り光を回折格子によって分光して、波長毎の光強度を演算（フーリエ変換等）する必要がなく、短時間で板状物の厚みを計測することができる。
計測装置の全体斜視図である。 被計測物であるウエーハの斜視図である。 図１の計測装置に装着される計測手段の光学系を示すブロック図である。 図３の計測手段の透過フィルター及びセンサーの機能を示す概念図である。 図３に示す計測手段の別の実施形態を示すブロック図である。
以下、本発明に基づいて構成される計測装置に係る実施形態について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１には、本実施形態の計測装置２の全体斜視図が示されている。計測装置２は、基台２ａ上に配設された被計測対象の板状物（ウエーハ１０）を保持する保持手段３と、保持手段３に保持されるウエーハ１０の厚みを計測する計測手段６と、を少なくとも備えている。また、本実施形態の計測装置２は、該保持手段３をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる移動手段４と、移動手段４の側方に立設される垂直壁部５ａ及び該垂直壁部５ａの上端部から水平方向に延びる水平壁部５ｂからなる枠体５と、を備えている。計測手段６の光学系（追って詳述する）は、水平壁部５ｂの内部に収容されている。
保持手段３は、図１に示すように、Ｘ軸方向において移動自在に基台２ａに搭載された矩形状のＸ軸方向可動板３１と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板３１に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板３２と、Ｙ軸方向可動板３２の上面に固定された円筒状の支柱３３と、支柱３３の上端に固定された矩形状のカバー板３４とを含む。カバー板３４には、カバー板３４上に形成された長穴を通って上方に延びるチャックテーブル３５が配設されている。チャックテーブル３５は、Ｘ座標及びＹ座標で特定されるＸＹ平面を保持面としウエーハ１０を保持する手段であり、支柱３３内に収容された図示を省略する回転駆動手段により回転可能に構成される。チャックテーブル３５の該保持面は、通気性を有する多孔質材料から形成された吸着チャック３６により構成されている。吸着チャック３６は、支柱３３を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されており、吸着チャック３６の周囲には、後述するウエーハ１０をチャックテーブル３５に保持する際に環状のフレームＦを把持する４つのクランプ３７が等間隔で配置されている。
移動手段４は、上記したチャックテーブル３５をＸ軸方向に移動するＸ軸移動手段４ａと、チャックテーブル３５をＹ軸方向に移動するＹ軸移動手段４ｂとを備えている。Ｘ軸移動手段４ａは、モータ４２ａの回転運動を、ボールねじ４２ｂを介して直線運動に変換してＸ軸方向可動板３１に伝達し、基台２ａ上にＸ軸方向に沿って配設された一対の案内レール２ｂ、２ｂに沿ってＸ軸方向可動板３１をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動手段４ｂは、モータ４４ａの回転運動を、ボールねじ４４ｂを介して直線運動に変換し、Ｙ軸方向可動板３２に伝達し、Ｘ軸方向可動板３１上においてＹ軸方向に沿って配設された一対の案内レール３１ａ、３１ａに沿ってＹ軸方向可動板３２をＹ軸方向に移動させる。
図２には、本実施形態の計測手段６によって厚みが計測される板状物であるウエーハ１０が示されている。ウエーハ１０は、複数のデバイス１２が分割予定ライン１４によって区画されて表面１０ａに形成された、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。該デバイス１２は、例えば、ＬＥＤ等の光デバイスである。
図３には、本実施形態の計測手段６の光学系の概略を示すブロック図が示されている。計測手段６は、所定の広波長域の光Ｌ１を照射する光源６２と、光源６２が発した光Ｌ１を保持手段３のチャックテーブル３５に保持されたウエーハ１０に照射する集光レンズ６１ａを備えた集光器６１と、ウエーハ１０で反射して逆行する戻り光Ｌ２を平行光に生成するコリメートレンズ６６と、平行光に生成された戻り光Ｌ２を構成する干渉光Ｗを透過する透過フィルター６７と、透過フィルター６７を透過した干渉光Ｗを受光して光強度Ｑを検出する座標を備えたセンサー６８と、を含み、制御手段１００は、センサー６８が検出した光強度Ｑの高い座標位置をウエーハ１０の厚み（又は高さ）として計測し、該計測結果を表示手段７に表示する。
光源６２は、例えば、波長が１２８０～１３６０ｎｍ領域の光Ｌ１を発することが可能な光源を採用することができ、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）、ＳＣ（ＳｕｐｅｒＣｏｎｔｉｎｕｕｍ）光源等から選択することができる。
透過フィルター６７は、フーリエ変換を利用した周波数フィルターとして知られているいわゆる濃淡変換フィルターである。該透過フィルター６７は、戻り光Ｌ２を構成する干渉光Ｗを透過するフィルターであるが、図４に示すように、ウエーハ１０の厚みに対応して変化する干渉光Ｗ１～Ｗ４に応じて透過する位置が変化するように設計製作された透過膜によって構成されている。より具体的に言えば、例えば、図から理解されるように、ウエーハ１０の厚みが１００μｍである場合にウエーハ１０の上面と下面とにおいて反射した戻り光Ｌ２は干渉光Ｗ１によって構成され、該干渉光Ｗ１は透過フィルター６７の位置６７ａのみを良好に透過し、他の位置は殆ど透過しない。また、ウエーハ１０の厚みが３００μｍである場合に戻り光Ｌ２を構成する干渉光Ｗ２は、透過フィルター６７の位置６７ｂのみを良好に透過し、他の位置は殆ど透過しない。同様に、ウエーハ１０の厚みが５００μｍである場合に戻り光Ｌ２を構成する干渉光Ｗ３は、透過フィルター６７の位置６７ｃのみを良好に透過し、他の位置は殆ど透過しない。さらに、ウエーハ１０の厚みが７００μｍである場合に戻り光Ｌ２を構成する干渉光Ｗ４は、透過フィルター６７の位置６７ｄのみを良好に透過し、他の位置は殆ど透過しない。なお、図３、図４に示す実施形態では、戻り光Ｌ２が干渉光Ｗ３（実線で示す）によって構成されている場合について示し、干渉光Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４は破線により示している。また、図４の実施形態では、説明の都合上、端的な例として、４種類の干渉光Ｗ１～Ｗ４が透過フィルター６７の対応する位置６７ａ～６７ｄを透過する例のみを示しているが、実際の透過フィルター６７においては、例えば、ウエーハ１０の厚みが１００μｍ～８００μｍの間で変化した場合に形成される干渉光Ｗのそれぞれに対応して透過する位置が変化するように設計製作される。
ここで、上記のセンサー６８においては、透過フィルター６７を透過した干渉光Ｗ１～Ｗ４のいずれかを検出し、検出された干渉光Ｗ１～Ｗ４に応じた座標位置で、光強度Ｑの高いピークＳ１～Ｓ４が出現する。上記したように、センサー６８によって検出されるピークＳ１～Ｓ４の座標位置は、ウエーハ１０の厚み（又は高さ）に対応するように制御手段１００に記憶されていることから、表示手段７に示されているように、ピークＳ１～Ｓ４が出現した該座標位置６８ａ～６８ｄに基づいて、ウエーハ１０の厚みを計測することができる。
上記した実施形態の計測手段６によってウエーハ１０の厚みを計測するに際しては、図２に示すウエーハ１０を、チャックテーブル３５に載置して吸引保持する。次いで、移動手段４を作動して、ウエーハ１０を集光器６１の直下に位置付ける。なおウエーハ１０を集光器６１の直下に位置付ける前に、図示を省略する撮像手段によってウエーハ１０の被計測位置（例えば、分割予定ライン１４上の計測位置Ｐ）を撮像して計測位置情報を制御手段１００に記憶して、該計測位置情報に基づき、ウエーハ１０を集光器６１の直下に位置付けるようにしてもよい。本実施形態においては、光源６２が発した光Ｌ１を、第一の光ファイバー６３によって集光器６１の集光レンズ６１ａに導き、ウエーハ１０上の計測位置Ｐに照射する。ウエーハ１０に照射された光Ｌ１は、ウエーハ１０の上面（表面１０ａ）と下面（裏面１０ｂ）とで反射し、反射した戻り光Ｌ２は、第一の光ファイバー６３を通り、光サーキュレータ６５により第二の光ファイバー６４に導かれてコリメートレンズ６６に至り、透過フィルター６７に照射される。ここで、図３、図４に基づき説明したように、該戻り光Ｌ２が干渉光Ｗ３で構成されていた場合、干渉光Ｗ３は、透過フィルター６７の位置６７ｃを良好に透過し、他の位置においては殆ど透過しないことから、該位置６７ｃに対応するセンサー６８の座標位置６８ｃにおいて、光強度Ｑが高いピークＳ３を出現させ、該ピークＳ３が検出された座標位置６８ｃに対応する厚み（５００μｍ）が計測される。このようにして計測された厚み（５００μｍ）は、上記の計測位置Ｐを特定するＸＹ座標に対応して制御手段１００に記憶される。上記の計測位置Ｐにおける厚みを計測したならば、必要に応じて、上記の移動手段４を作動して、計測位置Ｐをウエーハ１０上で移動し、他の位置における厚みも適宜計測し、制御手段１００に記憶する。
上記した実施形態によれば、従来技術のように、板状物の厚みを計測するために、戻り光Ｌ２を回折格子によって分光して、波長毎の光強度をフーリエ変換等する必要がなく、短時間で板状物の厚みを計測することができる。そして、上記のように板状物の厚みが容易に効率よく計測されることで、レーザー加工や研削加工の効率化も図ることができる。
本発明は、上記した実施形態の計測装置１に限定されない。図５には、上記の計測装置１に配設された計測手段６の別の実施形態である計測手段６’が示されている。なお、計測手段６と計測手段６’とは、概ね同一の構成であり、同一の部材については、同一の番号を付し、新たに追加された部材には新たな番号を付している。
図示の実施形態における計測手段６’は、計測手段６と同様の光源６２を備え、該光源６２が発した光Ｌ１は、第一の光ファイバー６３で集光レンズ６１ａまで導かれ、戻り光Ｌ２は、第二の光ファイバー６４でコリメートレンズ６６まで導かれ、第一の光ファイバー６３と第二の光ファイバー６４は光サーキュレータ６５’に連結されている。本実施形態の光サーキュレータ６５’は、上記の第一の光ファイバー６３、第二の光ファイバー６４とは異なる光路８１に光Ｌ１を分岐し、光路８１に導かれた光Ｌ１は、反射ミラー６９によって光路が変更され、集光器６１に固定された反射ミラー６１ｂに導かれる。該反射ミラー６１ｂにおいて反射した戻り光Ｌ３は、光サーキュレータ６５’によって、第二の光ファイバー６４に導かれて、上記の戻り光Ｌ２と共にコリメートレンズ６６を介して透過フィルター６７に照射される。図から理解されるように、光サーキュレータ６５’から該反射ミラー６１ｂまでの光路長は、ウエーハ１０の厚みに影響されず、該集光器６１がいずれの位置にあったとしても変化しない特定された値となるものであり、該反射ミラー６１ｂにおいて反射し逆行する戻り光Ｌ３を、以下においては、基準光Ｌ３と称する。なお、光サーキュレータ６５’から該反射ミラー６１ｂまでの光路長は、光サーキュレータ６５’からチャックテーブル３５の吸着チャック３６の表面までの光路長よりも短く設定され、本実施形態においては、光サーキュレータ６５’からチャックテーブル３５の吸着チャック３６の表面までの光路長よりも例えば１０００μｍ短く設定されている。
上記の計測手段６’において、光源６２が発した光Ｌ１は、第一の光ファイバー６３によって集光レンズ６１ａに導かれると共に、光サーキュレータ６５’において分岐され、反射ミラー６９を介して反射ミラー６１ｂに導かれる。集光レンズ６１ａを介して光Ｌ１がウエーハ１０に照射されて、表面１０ａと裏面１０ｂとで反射した反射光を含む戻り光Ｌ２と、反射ミラー６１ｂにて反射した基準光Ｌ３とにより、戻り光Ｌ２＋Ｌ３を形成し、光サーキュレータ６５’を経由して第二の光ファイバー６４及びコリメートレンズ６６を経由して透過フィルター６７に照射される。
上記したように、該透過フィルター６７は、戻り光Ｌ２＋Ｌ３を構成する干渉光を透過し、ウエーハ１０の厚み及び高さに対応して変化する干渉光に応じて、透過する位置が変化するように設定されているフィルターであり、センサー６８によって、透過フィルター６７を透過して照射された光強度Ｑの高いピークが出現する座標位置を特定可能である。制御手段１００は、該座標位置に基づいてウエーハ１０の上面（表面１０ａ）及び下面（裏面１０ｂ）の高さ、及びウエーハ１０の厚みを計測する。より具体的には、図５に示すように、戻り光Ｌ２＋Ｌ３に含まれる基準光Ｌ３とウエーハ１０の表面１０ａで反射した戻り光との干渉光Ｗ５が透過フィルター６７の所定の位置６７ｅを透過して、センサー６８の座標位置６８ｅに、光強度Ｑが高いピークＳ５を出現させ、該ピークＳ５が検出された座標位置６８ｅに基づき、ウエーハ１０の表面１０ａの高さが４５０μｍであることが計測される。これと同時に、該基準光Ｌ３とウエーハ１０の裏面１０ｂで反射した戻り光との干渉光Ｗ６が透過フィルター６７の所定の位置６７ｆを透過して、センサー６８の座標位置６８ｆに光強度Ｑが高いピークＳ６を出現させ、該ピークＳ６が検出された座標位置６８ｆに基づき、ウエーハ１０の裏面１０ｂの高さが８００μｍであることが計測される。なお、上記した高さは、基準光Ｌ３の光路長を基準とするものであり、該基準光Ｌ３の光路長と光サーキュレータ６５’から表面１０aまでの光路長との差、及び該基準光Ｌ３の光路長と光サーキュレータ６５’から裏面１０ｂまでの光路長との差である。該光サーキュレータ６５’から該反射ミラー６１ｂまでの光路長は、光サーキュレータ６５’からチャックテーブル３５の吸着チャック３６の表面までの光路長よりも１０００μｍ短く設定されていることから、ウエーハ１０の表面１０ａの高さの値（４５０μｍ）は裏面１０ｂの高さの値（８００μｍ）よりも小さい値となる。
上記した実施形態では、ウエーハ１０の表面１０ａの高さの値（４５０μｍ）と、裏面１０ｂの高さの値（８００μｍ）が計測されることから、その差を演算することにより、ウエーハ１０の該計測位置Ｐの厚みが演算される（３５０μｍ）。なお、上記したように、戻り光Ｌ２は、ウエーハ１０の表面１０ａと裏面１０ｂとで反射した反射光を含んでおり、該反射光を構成する干渉光Ｗ７は、透過フィルター６７の所定の位置６７ｇを透過することから、センサー６８の座標位置６８ｇにおいて光強度Ｑが高いピークＳ７が検出される。そして、上記した制御手段１００に記憶されたテーブルを参照することで、そのピークＳ７が検出された座標位置６８ｇに対応する厚みが３５０μｍであることが計測される。なお、上記した実施形態では、光Ｌ１がウエーハ１０を透過するものとして説明したが、上記の計測手段６’のように、光路長が特定された基準光Ｌ３の光路長とウエーハ１０において反射した反射光との光路長の差を計測する構成によれば、仮にウエーハ１０が光Ｌ１を透過しない場合であっても、ウエーハ１０の表面１０ａの高さを正確に計測することが可能である。
上記した計測手段６’によれば、光路長が特定された基準光Ｌ３を使用して、該基準光Ｌ３の光路長とウエーハ１０において反射した戻り光Ｌ２との光路長差に基づく高さを容易に計測できることから、回折格子で分光し波長毎の光の強度を演算（フーリエ変換）することなく、短時間でウエーハ１０の高さ、及び厚みを計測することができる。
上記した実施形態では、計測装置２が、専ら、ウエーハの厚み、又は高さを計測する装置であるとして説明したが、本発明はこれに限定されず、板状物に対して加工を施す加工装置に配設されてもよく、例えば、板状物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を内部に位置付けて照射し、内部に改質層を形成して分割の起点とするレーザー加工装置に配設されてもよい。
２：計測装置
２ａ：基台
３：保持手段
３１：Ｘ軸方向可動板
３２：Ｙ軸方向可動板
３３：支柱
３４：カバー部材
３５：チャックテーブル
３６：吸着チャック
４：移動手段
４ａ：Ｘ軸移動手段
４ｂ：Ｙ軸移動手段
５：枠体
６、６’：計測手段
６２：光源
６１：集光器
６１ａ：集光レンズ
６１ｂ：反射ミラー
６２：光源
６３：第一の光ファイバー
６４：第二の光ファイバー
６５、６５’：光サーキュレータ
６６：コリメートレンズ
６７：透過フィルター
６７ａ～６７ｄ：位置
６８：センサー
６８ａ～６８ｄ：座標位置
６９：反射ミラー
７：表示手段
１０：ウエーハ
１２：デバイス
１４：分割予定ライン
８１：光路
Ｌ１：光
Ｌ２：戻り光
Ｑ：光強度
Ｗ、Ｗ１～Ｗ７：干渉光
Ｓ１～Ｓ７：光強度のピーク

Claims (4)

  1. 板状物の厚み又は高さを計測する計測装置であって、
    板状物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された板状物の厚み又は高さを計測する計測手段と、を含み、
    該計測手段は、所定の波長域の光源と、該光源が発した光を該保持手段に保持された板状物に照射する集光レンズと、板状物で反射した戻り光を平行光に生成するコリメートレンズと、平行光に生成された該戻り光の干渉光を透過する透過フィルターと、該透過フィルターを透過した干渉光を受光して光強度を検出する座標を備えたセンサーと、該センサーが検出した光強度の高い座標位置を、該板状物の厚み、又は高さとする制御手段と、
    を含み構成される計測装置。
  2. 該光源が発した光は、第一の光ファイバーで該集光レンズまで導かれ、該戻り光は、第二の光ファイバーで該コリメートレンズまで導かれ、該第一の光ファイバーと該第二の光ファイバーは光サーキュレータにより連結されている請求項１に記載の計測装置。
  3. 板状物の上面で反射した戻り光と板状物の下面で反射した戻り光との干渉光によって板状物の厚みを計測する請求項１又は２に記載の計測装置。
  4. 光路長が特定された基準光と板状物の上面で反射した戻り光との干渉光によって板状物の上面の高さを計測し、該基準光と板状物の下面で反射した戻り光との干渉光とによって板状物の下面の高さを計測し、板状物の上面の高さと下面の高さとの差によって板状物の厚みを計測する請求項１又は２に記載の計測装置。
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