JP5681452B2

JP5681452B2 - 測定方法および測定装置

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Publication number: JP5681452B2
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Inventors: 信康北原; 高橋　邦充; 邦充高橋; 幸伸大浦
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Description

本発明は、ワーク表面に形成された保護膜の厚みを測定する測定方法および測定装置に関する。

半導体ウェーハ等のワークをストリートに沿って分割する方法として、レーザー加工により分割する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のレーザー加工方法では、半導体ウェーハに対するレーザー光線の照射によって、照射領域に発生する熱エネルギーにより半導体ウェーハ上がストリートに沿って連続的に加工される。半導体ウェーハ上の照射領域には、熱エネルギーが集中してデブリ（加工屑）が発生する場合があり、このデブリがＬＳＩのボンディングパッド等に付着して半導体チップの品質を低下させるという問題がある。

この問題を解決するために、本件出願人は、半導体ウェーハ表面に水溶性の保護膜を形成し、保護膜を通して半導体ウェーハにレーザー光線を照射するレーザー加工方法を考案した（例えば、特許文献２参照）。特許文献２のレーザー加工方法では、保護膜を通して半導体ウェーハが加工されるため、レーザー加工により飛散したデブリを保護膜に付着させることができる。そして、洗浄工程においてデブリが付着した保護膜が除去されることで、半導体ウェーハ表面へのデブリの付着を抑制して半導体チップの品質低下を防止する。

特開平６−１２０３３４号公報特開２００４−３２２１６８号公報

レーザー加工により保護膜を通して半導体ウェーハを加工するためには、保護膜の厚みが一定であることが好ましい。すなわち、保護膜の厚みがレーザー加工結果に影響を与えており、保護膜が薄すぎると、半導体ウェーハをデブリから十分に保護できず、保護膜が厚すぎると、レーザー加工の妨げとなる。このため、レーザー加工前に半導体ウェーハ上の保護膜の厚みを精度よく測定する方法が求められていたが、従来の測定方法を行う測定装置は大掛かりかつ高コストであり、測定装置を加工装置の台数分用意したり、加工装置に組み込むことが難しいという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、従来の測定装置よりも簡素にワーク表面に形成された保護膜の厚みを精度よく測定できる測定方法および測定装置を提供することを目的とする。

本発明の測定方法は、ワークに紫外線波長域のレーザー光線を照射してレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記レーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含んだ水溶性樹脂によって形成された保護膜の厚みを測定する測定方法であって、前記吸収材を含んだ水溶性樹脂によってワーク表面に所定の厚みとなる様に前記保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜形成工程の後に、ワーク表面に形成された前記保護膜に前記吸収剤が吸収する２５０ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下の波長の光を照射して、該光の吸収によって前記吸収剤が発光する光スペクトルを受光して測定するスペクトル測定工程と、前記保護膜形成工程で形成する前記保護膜の厚みを変化させながら前記スペクトル測定工程を行うことで前記保護膜の厚み変化に対する前記光スペクトルの変化を表すマップを作製するマップ作製工程を含み、ワークの表面に塗布された前記保護膜の厚みを測定する際は、前記保護膜に前記吸収剤が吸収する波長の光を照射して前記光スペクトルを測定し、前記マップに基づいて前記保護膜の厚みを測定する保護膜厚み測定工程を実施することを特徴とする。本発明の他の測定方法は、ワークに可視光波長域のレーザー光線を照射してレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記レーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含んだ水溶性樹脂によって形成された保護膜の厚みを測定する測定方法であって、前記吸収材を含んだ水溶性樹脂によってワーク表面に所定の厚みとなる様に前記保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜形成工程の後に、ワーク表面に形成された前記保護膜に前記吸収剤が吸収する４６０ｎｍ以上かつ６５０ｎｍ以下の波長の光を照射して、該光の吸収によって前記吸収剤が発光する光スペクトルを受光して測定するスペクトル測定工程と、前記保護膜形成工程で形成する前記保護膜の厚みを変化させながら前記スペクトル測定工程を行うことで前記保護膜の厚み変化に対する前記光スペクトルの変化を表すマップを作製するマップ作製工程を含み、ワークの表面に塗布された前記保護膜の厚みを測定する際は、前記保護膜に前記吸収剤が吸収する波長の光を照射して前記光スペクトルを測定し、前記マップに基づいて前記保護膜の厚みを測定する保護膜厚み測定工程を実施することを特徴とする。

本発明の測定装置は、上記測定方法によって、ワークをレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記レーザーの波長の光を吸収する前記吸収剤を含んだ水溶性樹脂によって形成された前記保護膜の厚みを測定する測定装置であって、前記吸収剤が吸収する波長の光をワーク表面に形成された前記保護膜に向けて照射する光照射部と、前記吸収剤が前記光照射部からの光を吸収して発光する光スペクトルを受光する受光部と、前記保護膜の厚み変化に対する前記光スペクトルの変化を表すマップを記憶する記憶手段と、前記受光部で受光した光スペクトルと前記記憶手段で記憶した前記マップに基づいて前記保護膜の厚みを求める算出手段と、を有することを特徴とする。

これらの構成によれば、保護膜が加工用レーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含むため、吸収剤が吸収する波長の光の照射によって、保護膜の厚みの変化に対する光スペクトルの変化を表すマップが作製される。このマップに基づいて、吸収剤が吸収する波長の光を照射して得られる光スペクトルから保護膜の厚みを精度よく測定できる。したがって、保護膜の厚みを一定に保った状態でレーザー加工することができ、ワークに対するデブリの付着を抑えてワークの品質低下を防止することができる。また、保護膜が光を吸収して発する光スペクトルを測定するため、ワークの種類に依らず同一のマップに基づいて保護膜を測定できる。

また本発明は、上記測定方法において、前記吸収剤が吸収する光の波長は少なくとも２５０ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下、もしくは４６０ｎｍ以上かつ６５０ｎｍ以下のいずれかの波長を含んでいる。

本発明によれば、ワーク表面に形成された保護膜がレーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含むことで、吸収剤が吸収する波長の光により保護膜の厚みを精度よく従来の測定装置よりも簡素に測定できる。

本発明に係る測定方法の実施の形態を示す図であり、レーザー加工装置の斜視図である。本発明に係る測定方法の実施の形態を示す図であり、レーザー加工装置の厚み測定処理の光学系の模式図である。本発明に係る測定方法の実施の形態を示す図であり、発光強度と保護膜の種類および厚みとの関係の説明図である。本発明に係る測定方法の実施の形態を示す図であり、厚み測定処理の説明図である。本発明に係る測定方法の実施の形態を示す図であり、レーザー加工装置の動作のフローチャートである。本発明に係る測定方法の変形例であり、レーザー加工装置の厚み測定処理の光学系の模式図である。

図１を参照して、本発明に係る測定方法が適用されたレーザー加工装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。なお、本発明の測定方法が適用されるレーザー加工装置は、図１に示す構成に限定されない。レーザー加工装置は、ワークに対してレーザー加工するものであれば、どのような構成を有していてもよい。また、本発明の測定方法は、図１に示すレーザー加工装置に適用される構成に限定されず、例えば、レーザー加工装置とは別体の膜厚測定専用の測定装置に適用される構成としてもよい。

図１に示すように、レーザー加工装置１は、デブリの付着を防止する保護膜６１（図２参照）をウェーハＷに成膜すると共に、成膜後のウェーハＷをレーザー加工するように構成されている。ウェーハＷは、略円板状に形成されており、表面に格子状に配列された図示しないストリート（分割予定ライン）によって複数の領域に区画されている。ストリートによって区画された各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。また、ウェーハＷは、貼着テープ６３を介して環状フレーム６２に支持され、カセット２内に収容された状態でレーザー加工装置１に搬入および搬出される。

なお、本実施の形態においては、ワークとしてシリコンウェーハ（Ｓｉ）、ガリウムヒソ（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等のウェーハＷを例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではない。例えば、チップ実装用としてウェーハＷの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイア（Al₂O₃）系の無機材料基板、液晶ディスプレイドライバー等の各種電気部品、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料をワークとしてもよい。

レーザー加工装置１は、直方体状のベッド部３と、ベッド部３の側方に設けられた搬入台４と、ベッド部３および搬入台４の後方で立設する立壁部５とを有している。搬入台４には、前方側にカセット２が載置される搬入搬出機構１１が設けられ、後方側にウェーハＷ表面に保護膜６１を形成する他、加工済みのウェーハＷを洗浄する保護膜形成機構１２が設けられている。搬入搬出機構１１および保護膜形成機構１２の側方には、チャックテーブル１３と、チャックテーブル１３上のウェーハＷをレーザー加工するレーザー加工ユニット１４と、レーザー加工前に、ウェーハＷの保護膜６１の厚みを測定する厚み測定ユニット１５とが設けられている。

搬入台４の上面には、搬入搬出機構１１に載置されたカセット２に対してウェーハＷを出し入れするプッシュプル機構１６が設けられている。搬入台４の上面には、プッシュプル機構１６の駆動時に、ウェーハＷをスライド可能にガイドする一対のガイドレール１７が設けられている。一対のガイドレール１７と保護膜形成機構１２との間には、ベッド部３および搬入台４でウェーハＷの受け渡しを行う搬送機構１８が設けられている。

搬入搬出機構１１は、カセット２を載置した状態で昇降されることにより、高さ方向におけるウェーハＷの出し入れ位置を調整している。プッシュプル機構１６は、前後方向に移動可能に構成されており、ウェーハＷの周囲の環状フレーム６２を挟持する挟持部２３が設けられている。挟持部２３は、上下方向に離間する一対の平行板を有し、図示しないエアーアクチュエータにより駆動される。

保護膜形成機構１２は、搬入台４の上面に形成された開口部２５の中央に、ウェーハＷを保持する成膜用テーブル２６を有している。成膜用テーブル２６は、ウェーハＷを吸着保持する真空チャック式であり、周囲に環状フレーム６２を保持する４つのクランプ部２７が設けられている。このクランプ部２７は、成膜用テーブル２６の四方から延びる支持板に振り子状に支持されており、成膜用テーブル２６の回転によって作用する遠心力により跳ね上げられてクランプする。

搬入台４の上面において成膜用テーブル２６の近傍には、液状樹脂供給部２８が設けられている。液状樹脂供給部２８は、成膜用テーブル２６上のウェーハＷの上面に液状樹脂を塗布する。ウェーハＷには、液状樹脂として、レーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含むポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の水溶性樹脂が塗布される。この場合、紫外線波長域のレーザー光線（例えば３５５ｎｍの波長）を用いた加工時には、吸収剤として紫外域の範囲（例えば２５０ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下の波長）の光を吸収する紫外線吸収剤が添加される。この場合、例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾエート系のプラスチック添加剤が用いられる。また、可視光の波長域のレーザー光線（例えば５３３ｎｍの波長）を用いた加工時には、吸収剤として可視光の範囲（例えば４６０ｎｍ以上かつ６５０ｎｍ以下の波長）の光を吸収する光吸収剤が添加される。この場合、例えば、水溶性染料化合物、水溶性色素化合物が用いられる。そして、保護膜形成機構１２は、成膜用テーブル２６を下降させて搬入台４の内部で高速回転させ、液状樹脂をウェーハＷ全面に広げることで成膜する。

また、保護膜形成機構１２は、加工済みのウェーハＷから保護膜６１を除去する洗浄機構としても機能する。搬入台４の内部には、図示しない洗浄ノズルが設けられている。保護膜形成機構１２は、成膜用テーブル２６に加工済みのウェーハＷが載置されると、開口部２５を介して成膜用テーブル２６を搬入台４内に下降させる。そして、成膜用テーブル２６は、搬入台４内において高速回転しつつ、洗浄水が噴射されることでウェーハＷから水溶性樹脂の保護膜６１を洗浄除去する。その後、成膜用テーブル２６は、高速回転された状態で洗浄水の噴射が停止され、ウェーハＷを乾燥する。

搬送機構１８は、上下方向に延在する回動軸３１と、回動軸３１の上端に支持された伸縮アーム３２と、伸縮アーム３２の先端に設けられ、ウェーハＷを吸着保持する吸着保持部３３とを有している。回動軸３１は、上下動可能かつ回動可能に構成されており、伸縮アーム３２は延在方向に伸縮可能に構成されている。吸着保持部３３は、回動軸３１の回動および伸縮アーム３２の伸縮により水平面内における位置調整がされ、回動軸３１の上下動により高さ方向における位置調整がされる。

そして、搬送機構１８は、レーザー加工前においては、一対のガイドレール１７上のウェーハＷをピックアップして、成膜用テーブル２６に載置し、成膜用テーブル２６上の成膜済みウェーハＷをピックアップして、チャックテーブル１３に載置する。搬送機構１８は、レーザー加工後においては、チャックテーブル１３上の加工済みウェーハＷをピックアップして、成膜用テーブル２６に載置し、成膜用テーブル２６上の洗浄済みウェーハＷをピックアップして、一対のガイドレール１７に戻す。

ベッド部３の上面には、チャックテーブル１３をＸ軸方向に加工送りすると共に、Ｙ軸方向に割出送りするチャックテーブル移動機構３５が設けられている。チャックテーブル移動機構３５は、ベッド部３上においてＸ軸方向に延在し、互いに平行な一対のガイドレール３６と、一対のガイドレール３６にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル３７とを有している。また、チャックテーブル移動機構３５は、Ｘ軸テーブル３７上においてＹ軸方向に延在し、互いに平行な一対のガイドレール３８と、一対のガイドレール３８にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル３９とを有している。

Ｙ軸テーブル３９の上部には、チャックテーブル１３が設けられている。なお、Ｘ軸テーブル３７およびＹ軸テーブル３９の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ４１、４２が螺合されている。そして、ボールネジ４１、４２の一端部には、それぞれ駆動モータ４３、４４が連結され、これら駆動モータ４３、４４によりボールネジ４１、４２が回転駆動される。

チャックテーブル１３は、Ｙ軸テーブル３９の上面においてＺ軸回りに回転可能なθテーブル４５と、θテーブル４５の上部に設けられ、ウェーハＷを吸着保持するワーク保持部４６とを有している。ワーク保持部４６は、ウェーハＷを吸着保持する真空チャック式であり、上面にポーラスセラミック材により吸着面が形成されている。吸着面は、負圧により貼着テープ６３を介してウェーハＷを吸着する面であり、θテーブル４５の内部の配管を介して吸引源に接続されている。

ワーク保持部４６の周囲には、θテーブル４５の四方から径方向外側に延びる一対の支持アームを介して４つのクランプ部４８が設けられている。この４つのクランプ部４８は、エアーアクチュエータにより駆動し、ウェーハＷの周囲の環状フレーム６２を四方から挟持固定する。

チャックテーブル１３の後方に立設した立壁部５には、前面にアーム部５１が突出して設けられている。アーム部５１の先端側には、厚み測定ユニット１５の測定ヘッド５２と、レーザー加工ユニット１４の加工ヘッド５３と、アライメント用の撮像ヘッド５４とが横並びに設けられている。測定ヘッド５２からは、ウェーハＷの保護膜６１の厚みを測定する測定光が照射される。加工ヘッド５３からは、ウェーハＷを加工するレーザー光線が照射される。撮像ヘッド５４からは、撮像用の照明光が照射される。測定ヘッド５２、加工ヘッド５３、撮像ヘッド５４、アーム部５１、立壁部５内には、各種光学系が設けられている。

測定光は、吸収剤を含む水溶性樹脂により形成されたウェーハＷの保護膜６１によって吸収可能な波長に調整されている。例えば、紫外線波長域でレーザー加工される場合には、上記したように紫外線波長域の光を吸収可能な吸収剤が用いられるため、紫外線の範囲内に測定光の波長が合わせられる。また、可視光の波長域でレーザー加工される場合には、可視光を吸収可能な吸収剤が用いられるため、可視光の範囲内に測定光が合わせられる。厚み測定ユニット１５は、測定光の吸収による保護膜６１の蛍光発光を受光することで保護膜６１の厚みを測定する。この場合、予めベッド部３内の制御部１９に記憶された保護膜６１の厚みの変化に対する光スペクトル（スペクトル分布）の変化を示すマップを参照して、保護膜６１の厚みが測定される。そして、保護膜６１の厚みが所定範囲内の場合には、レーザー加工ユニット１４によってレーザー加工が開始され、保護膜６１の厚みが所定範囲外の場合には、保護膜形成機構１２において保護膜６１が形成し直される。

このように、レーザー加工ユニット１４では、保護膜６１の厚みが一定のウェーハＷのみがレーザー加工される。よって、レーザー加工時における保護膜６１の厚みに起因する不具合が改善され、ウェーハＷに対するデブリの付着を抑えてウェーハＷの品質低下が防止される。このとき、保護膜６１にレーザー波長の光を吸収する吸収剤が添加されているため、レーザー加工時にウェーハＷの加工と共に保護膜６１も除去される。このため、ウェーハＷの熱分解物の蒸気等の圧力によって、保護膜６１が剥がれることがなく、保護膜６１の剥がれに起因するデブリの付着も防止される。

厚み測定ユニット１５による測定位置およびレーザー加工ユニット１４による加工位置は、撮像ヘッド５４によるアライメント処理により位置調整される。撮像ヘッド５４は、ＣＣＤ等の撮像素子によりウェーハＷの表面を撮像して撮像画像をベッド部３内の制御部１９に出力する。制御部１９は、予め記憶部に記憶された基準パターンと撮像画像に含まれるチップパターンとをマッチングさせることにより、アライメント処理を実施する。このアライメント処理により、レーザー加工時にはストリートに沿って精度よくレーザー加工される。

制御部１９は、レーザー加工装置１を統括制御するものであり、各種処理を実行するプロセッサ（算出手段）や、記憶部（記憶手段）等により構成されている。記憶部は、用途に応じてＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。記憶部には、厚み測定処理、アライメント処理、レーザー加工処理の各処理に用いられる制御プログラム等が記憶されている。また、記憶部には、厚み測定処理に用いるマップ、アライメント処理に用いる基準パターンが記憶されている。

図２を参照して、レーザー加工装置の厚み測定処理の光学系について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の厚み測定処理の光学系の模式図である。なお、レーザー加工処理のレーザー光学系、アライメント処理の読み取り光学系については、詳細な説明を省略するが、一般的な構成を備えたものであればどのような構成でもよい。

図２に示すように、レーザー加工装置の光学系には、ウェーハＷの保護膜６１の厚みを測定するための測定用光源５５が設けられている。測定用光源５５は、吸収剤に吸収される波長の測定光（本実施形態ではレーザー光線を用いる）を発振可能に設定されている。測定用光源５５から出射された測定光の光路上には、ハーフミラー５６、ミラー５７、集光レンズ５８が配置されている。ハーフミラー５６は測定用光源５５から出射された測定光を透過してミラー５７に導き、ウェーハＷの保護膜６１からの発光を、ミラー５７を介して受光部５９に導くように構成されている。測定用光源５５、ハーフミラー５６、ミラー５７、集光レンズ５８は、測定光を保護膜６１に向けて照射する光照射部として機能する。

受光部５９は、図示しない受光素子等により、測定光の吸収による保護膜６１の発光強度を電圧信号に変換して制御部１９に出力する。制御部１９では、レーザー加工装置１の加工ヘッド５３の稼働前の予備測定時に電圧信号に基づいて光スペクトルのマップを作製する他、レーザー加工装置１の加工ヘッド５３の稼働時に当該マップを用いて保護膜の厚みを測定する。集光レンズ５８は、光軸方向に駆動可能に構成されており、測定光の集点を調整する。なお、集光レンズ５８は、単レンズ、または組み合わせレンズで構成されている。また、マップの作成処理および測定処理の詳細については、後述する。

測定用光源５５から出射された測定光は、ハーフミラー５６を透過してミラー５７にて集光レンズ５８に向けて反射され、集光レンズ５８により集光されてウェーハＷの保護膜６１に照射される。保護膜６１は、測定光を吸収して発光する。そして、保護膜６１の発光は、集光レンズ５８を介してミラー５７に入射され、ミラー５７およびハーフミラー５６で反射されて受光部５９に入射される。なお、本実施の形態においては、厚み測定処理、レーザー加工処理、アライメント処理に用いられる光学系を個別に設ける構成としたが、共通の光学系で構成されてもよい。この場合、測定光として単位面積あたりの照射エネルギーを低く設定して紫外線波長域の加工用のレーザー光線を用いてもよい。

ここで、図３を参照して、発光強度と保護膜の種類および厚みとの関係について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る発光強度と保護膜の種類および厚みとの関係の説明図である。なお、図３は、吸収剤として紫外線吸収剤を用いられる場合を示し、Ｗ１はＡ保護膜（厚み２μｍ）が発する光スペクトル、Ｗ２はＡ保護膜（厚み０．８μｍ）が発する光スペクトル、Ｗ３はＢ保護膜（厚み２μｍ）が発する光スペクトル、Ｗ４はＣ保護膜（厚み２μｍ）が発する光スペクトルをそれぞれ示す。また、Ａ保護膜は、Ｂ保護膜よりも紫外線吸収剤の含有量が少なく、Ｃ保護膜は紫外線吸収剤が含まれていない。

上記した厚み測定ユニット１５により、保護膜６１に紫外線波長域の測定光を照射して発光強度を測定することで、保護膜６１の任意の厚みに対する光スペクトルが得られる。さらに、保護膜６１の種類および厚みを変化させることで、例えば、図３に示すような測定データが得られる。図３に示すように、Ａ保護膜（２．０μｍ）が発する光スペクトルＷ１は、略３６０ｎｍから略５６０ｎｍの波長域で発光強度が山なりに変化する。Ｂ保護膜（２．０μｍ）が発する光スペクトルＷ３は、略３６０ｎｍから略５６０ｎｍ以上の波長域で発光強度が山なりに変化し、Ａ保護膜（２．０μｍ）よりも発光強度のピーク値が高い。

Ｃ保護膜（２．０μｍ）が発する光スペクトルＷ４は、保護膜６１に紫外線吸収剤が含まれていないため、発光強度が０の状態で変化しない。このように、保護膜６１の種類によって、スペクトルの分布が異なっている。Ａ保護膜（０．８μｍ）の光スペクトルＷ２は、Ａ保護膜（２．０μｍ）の光スペクトルＷ１よりも発光強度が低下している。このように、同一種類の保護膜６１の場合には、所定の波長域において保護膜６１の厚みに応じて発光強度が変化する。本発明では、この保護膜６１の厚みの変化に対する発光強度の変化を利用して、ウェーハＷの保護膜６１の厚みを測定する。

図４を参照して、厚み測定処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る厚み測定処理の説明図である。なお、図４に示す分布は、一例に過ぎず、測定対象の膜厚、閾値等を適宜変更することが可能である。また、図４の例では、保護膜の膜厚等による発光強度の違いが明確となる所定波長を特定するために、広波長域の発光強度の分布を示すマップを作製しているが、この構成に限定されるものではない。図４に示す広波長域の発光強度の分布を示すものではなく、予め定められた所定波長付近の測定結果のみでマップを作製してもよい。

図４（ａ）に示すように、レーザー加工装置１の加工ヘッド５３の稼働前の予備測定時に、光スペクトルのマップが作製される。具体的には、保護膜６１の厚みＴをＴ₀μｍからＴ₄μｍまで所定間隔で変化させたウェーハＷを複数用意し、各ウェーハＷに対して測定光を照射する。そして、保護膜６１が発する光スペクトルを測定することで、保護膜６１の厚みの変化に応じた光スペクトルデータが制御部１９に入力される。制御部１９は、光スペクトルデータからマップを作製して記憶する。この場合、各保護膜６１の厚みの光スペクトルは、グラフ内両端における波長域において発光強度が０となり、所定波長Ｌ付近において保護膜６１の膜厚による発光強度の違いが明確となるので、測定光の波長としてはＬ付近がより好ましいことが分かる。

レーザー加工装置１の加工ヘッド５３の稼働時の厚み測定処理には、このように作製された光スペクトルのマップに基づいて、ウェーハＷの保護膜６１の厚みが測定される。例えば、図４（ｂ）に示すように、光スペクトルのマップに発光強度の閾値ｔ₀からｔ₅を設定し、測定光が照射されることで保護膜６１が発する光スペクトルの所定波長Ｌ付近の発光強度と閾値ｔとを比較することで保護膜６１の厚みが測定される。図４の例では、保護膜６１の厚みの測定値は、閾値ｔ₀より大きく閾値ｔ₁以下の発光強度でＴ₀μｍ、閾値ｔ₁より大きく閾値ｔ₂以下の発光強度でＴ₁μｍ、閾値ｔ₂より大きく閾値ｔ₃以下の発光強度でＴ₂μｍ、閾値ｔ₃より大きく閾値ｔ₄以下の発光強度でＴ₃μｍ、閾値ｔ₄より大きく閾値ｔ₅以下の発光強度でＴ₄μｍとなる。また、保護膜６１の厚みの測定値は、閾値ｔ₀以下の発光強度でＴ₀μｍ以下、閾値ｔ₅以上の発光強度でＴ₄μｍ以上となる。

なお、本実施の形態においては、光スペクトルの所定波長Ｌ付近の発光強度により、保護膜６１の厚みが測定される構成としたが、この構成に限定されるものではない。保護膜６１の厚みは、光スペクトルの複数部分または全体により測定される構成としてもよい。

ここで、図５を参照してレーザー加工装置の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の動作のフローチャートである。レーザー加工装置１の加工ヘッド５３の稼働前には、予備測定が行われて光スペクトルのマップが作製される。ここでは、搬送機構１８により保護膜６１が形成されていないマップ作成用のウェーハＷが保護膜形成機構１２に搬送され、ウェーハＷ表面に所定の厚みとなるように保護膜６１が形成される（保護膜形成工程：ステップＳ０１）。尚、保護膜形成工程では従来の膜厚測定装置を使用して保護膜６１が所定の厚みであることの確認を行う。次に、搬送機構１８によりウェーハＷがチャックテーブル１３に搬送され、吸収剤に吸収される波長の測定光が保護膜６１に照射されることで、保護膜６１の任意の厚みに対する光スペクトルが測定される（スペクトル測定工程：ステップＳ０２）。そして、保護膜形成工程でウェーハＷに形成する保護膜６１の厚みを変化させながらスペクトル測定工程を必要回数繰り返すことで、複数の厚みの保護膜６１が発する光スペクトルが測定される。測定結果は、制御部１９に入力されて保護膜の厚みの変化に対する光スペクトルの変化を表すマップが作製される（マップ作製工程）。そして、マップ作製工程が終了することで予備測定が終了する。尚、保護膜６１の測定位置は、撮像ヘッド５４によるアライメント処理により調整されている。

次に、レーザー加工装置の加工ヘッド５３が稼働されると、プッシュプル機構１６によりカセット２内から加工対象のウェーハＷが一対のガイドレール１７上に引き出され、搬送機構１８によりウェーハＷが保護膜形成機構１２の成膜用テーブル２６に搬送される。保護膜形成機構１２において加工対象のウェーハＷ表面に所定の厚みとなるように保護膜６１が形成される（ステップＳ０３）。ここでは、成膜用テーブル２６上のウェーハＷに対し液状樹脂供給部２８から液状樹脂が塗布される。そして、成膜用テーブル２６が搬入台４内部で高速回転されることで、液状樹脂によりウェーハＷ全面が成膜される。

次に、搬送機構１８によりウェーハＷがチャックテーブル１３に搬送され、チャックテーブル１３により測定ヘッド５２の下方に位置付けられる。測定ヘッド５２の下方にウェーハＷが位置付けられると、ウェーハＷの保護膜６１の厚みが測定される（保護膜厚み測定工程：ステップＳ０４）。ここでは、撮像ヘッド５４によってアライメント処理が行われて、測定ヘッド５２の測定位置が保護膜６１上の任意の位置に調整される。測定ヘッド５２により保護膜６１に測定光が照射され、保護膜６１の吸収剤による測定光の吸収によって発せられる光スペクトルの所定波長における発光強度が検出される。そして、制御部１９において光スペクトルのマップに基づいて保護膜６１の厚みが測定される。

次に、制御部１９において保護膜６１の厚みが所定範囲内か否かが判定される（ステップＳ０５）。ここでは、例えば、保護膜厚み測定工程において測定された保護膜６１の厚みとマップ作製工程において予め定められた判定用の上限閾値と下限閾値とが比較される。そして、保護膜６１の厚みが下限閾値以上かつ上限閾値以下の場合に、適切な厚みの保護膜６１として所定範囲内と判定される。保護膜６１の厚みが下限閾値より小さい場合または上限閾値より大きい場合に、厚過ぎまたは薄過ぎの保護膜６１として所定範囲外と判定される。なお、ステップＳ０５の判定処理は、保護膜６１上の数か所（例えば、５箇所）で行われる。また、判定処理は、保護膜６１の厚みの異常を特定可能であればよく、例えば、数か所の厚みのバラツキから判定してもよい。

保護膜６１の厚みが所定範囲内と判定されると（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）、レーザー加工が開始される（ステップＳ０６）。ここでは、加工ヘッド５３の射出口がウェーハＷのストリートに位置合わせされ、ストリートに沿ってレーザー光線が照射される。この場合、ウェーハＷの保護膜６１が適切な厚みに形成されているため、保護膜６１の厚みに起因した不具合が改善され、ウェーハＷに対するデブリの付着を抑えてウェーハＷの品質低下が防止される。また、保護膜６１にはレーザー光線を吸収する吸収剤が含まれるため、レーザー光線により保護膜６１が除去されつつウェーハＷがレーザー加工される。これにより、保護膜６１の剥がれに起因するデブリの付着も防止される。

次に、ウェーハＷの全てのストリートが加工されると、搬送機構１８により加工済みのウェーハＷがチャックテーブル１３から保護膜形成機構１２の成膜用テーブル２６に搬送される。本実施形態では水溶性樹脂を保護膜６１として使用しているので、保護膜形成機構１２において加工済みのウェーハＷから保護膜が洗浄除去される（ステップＳ０７）。ここでは、搬入台４内部で洗浄水が噴射されながら、成膜用テーブル２６が高速回転されることで、ウェーハＷ表面から保護膜６１と共にデブリが洗い流される。そして、搬送機構１８により洗浄済みのウェーハＷが成膜用テーブル２６から一対のガイドレール１７に搬送され、プッシュプル機構１６によりウェーハＷがカセット２に収容される。

一方、保護膜６１の厚みが所定範囲外と判定されると（ステップＳ０５：Ｎｏ）、保護膜厚み測定工程におけるウェーハＷに対する保護膜６１の形成回数が所定回数ｎ以下か否かが判定される（ステップＳ０８）。保護膜６１の形成回数が所定回数ｎ以下と判定された場合（ステップＳ０８：Ｙｅｓ）、保護膜形成機構１２に搬送されて、ステップＳ０７と同様な洗浄処理によりウェーハＷから保護膜６１が洗い流され（ステップＳ０９）、ステップＳ０３に戻って保護膜６１が形成し直される。また、保護膜６１の形成回数が所定回数ｎより多いと判定された場合（ステップＳ０８：Ｎｏ）、制御部１９によりエラーが出力されてレーザー加工装置１が停止される（ステップＳ１０）。なお、保護膜６１の形成回数は、ステップＳ０３の保護膜形成処理時にカウントされるが、ステップＳ０４の保護膜６１の厚み測定時およびステップＳ０５の判定処理時にカウントされる構成としてもよい。また、レーザー加工装置１は、複数枚ウェーハを加工する場合には、稼働時の処理（ステップＳ０３〜ステップＳ１０）を枚数分繰り返す。

以上のように、本実施の形態に係る測定方法によれば、保護膜６１の厚みの変化に対する光スペクトルの変化を表すマップに基づいて、保護膜６１に吸収剤が吸収する測定光を照射して得られる発光強度から保護膜６１の厚みを精度よく従来の測定装置よりも簡素に測定できる。したがって、測定装置を加工装置の台数分用意したり、加工装置に組み込むことが容易となり、保護膜６１の厚みを一定に保った状態でレーザー加工することができ、ウェーハＷに対するデブリの付着を抑えてウェーハＷの品質低下を防止することができる。また、保護膜６１が測定光を吸収して発光するため、ウェーハＷの種類に依らず同一のマップに基づいて保護膜６１を測定できる。

なお、光学系として、例えば、図６に示すような射光式の光学系を用いてもよい。なお、図６は、可視光でレーザー加工される場合に用いられる厚み測定用の光学系を示すが、紫外光でレーザー加工される場合に用いられる厚み測定用の光学系に適用することも可能である。図６に示すように、この光学系の照射系側には、ウェーハＷの保護膜６１の厚みを測定するための測定用光源として白色光源６５が設けられている。白色光源６５は、保護膜６１表面に対して斜めに照射するように構成されており、白色光源６５から出射された光吸収剤が吸収する波長の光を含む測定光の光路上には、測定光の焦点を調整する集光レンズ６６が配置されている。白色光源６５及び集光レンズ６６は、測定光を保護膜６１に向けて照射する光照射部として機能する。

この光学系の受光系側には、測定光を吸収した保護膜６１の吸収剤からの発光を受光して発光強度を測定する受光部６９が設けられている。保護膜６１から受光部６９に向かう光の光路上には、任意波長の光以外を遮断するバンドパスフィルタ６７、バンドパスフィルタ６７を通った光を受光部６９の受光面に集光する集光レンズ６８が配置されている。なお、集光レンズ６６、６８は、単レンズ、または組み合わせレンズで構成されている。

白色光源６５から出射された測定光は、集光レンズ６６により集光されてウェーハＷ表面に対して斜めに照射される。保護膜６１は、吸収剤により測定光を吸収して、測定光の吸収によって発光する。そして、ウェーハＷからの光は、バンドパスフィルタ６７、集光レンズ６８を介して受光部６９に入射される。なお、バンドパスフィルタ６７の代わりに分光器により保護膜６１からの光を分光して、任意波長の光を取得する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、保護膜の厚みと光スペクトルとの関係を示す測定データとして、マップ形式のデータが用いられたが、この構成に限定されるものではない。測定データは、保護膜の厚みと光スペクトルとの関係を示すデータであればよく、例えば、保護膜の厚みの変化に対する保護膜の発光による光スペクトルの変化を示すテーブル形式のデータでもよい。

また、上記した実施の形態においては、保護膜が吸収剤を含む水溶性樹脂により形成されたが、この構成に限定されるものではない。保護膜は、吸収剤を含めば、水溶性樹脂以外の樹脂材料により形成されてもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、吸収剤が吸収する波長の光によりワークの保護膜の厚みを精度よく測定できるという効果を有し、特に、レーザー加工によりワークを分割するレーザー加工装置に適用される測定方法および測定装置に有用である。

１レーザー加工装置（測定装置）
１１搬入搬出機構
１２保護膜形成機構
１３チャックテーブル
１４レーザー加工ユニット
１５厚み測定ユニット
１６プッシュプル機構
１８搬送機構
１９制御部（記憶手段、算出手段）
２８液状樹脂供給部
５２測定ヘッド
５３加工ヘッド
５４撮像ヘッド
５５測定用光源（光照射部）
５６ハーフミラー（光照射部）
５７ミラー（光照射部）
５８、６６集光レンズ（光照射部）
５９受光部
６１保護膜
６５白色光源（光照射部）
Ｗウェーハ（ワーク）

Claims

ワークに紫外線波長域のレーザー光線を照射してレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記レーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含んだ水溶性樹脂によって形成された保護膜の厚みを測定する測定方法であって、
前記吸収材を含んだ水溶性樹脂によってワーク表面に所定の厚みとなる様に前記保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後に、ワーク表面に形成された前記保護膜に前記吸収剤が吸収する２５０ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下の波長の光を照射して、該光の吸収によって前記吸収剤が発光する光スペクトルを受光して測定するスペクトル測定工程と、
前記保護膜形成工程で形成する前記保護膜の厚みを変化させながら前記スペクトル測定工程を行うことで前記保護膜の厚み変化に対する前記光スペクトルの変化を表すマップを作製するマップ作製工程を含み、
ワークの表面に塗布された前記保護膜の厚みを測定する際は、前記保護膜に前記吸収剤が吸収する波長の光を照射して前記光スペクトルを測定し、前記マップに基づいて前記保護膜の厚みを測定する保護膜厚み測定工程を実施することを特徴とする測定方法。
ワークに可視光波長域のレーザー光線を照射してレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記レーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含んだ水溶性樹脂によって形成された保護膜の厚みを測定する測定方法であって、
前記吸収材を含んだ水溶性樹脂によってワーク表面に所定の厚みとなる様に前記保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後に、ワーク表面に形成された前記保護膜に前記吸収剤が吸収する４６０ｎｍ以上かつ６５０ｎｍ以下の波長の光を照射して、該光の吸収によって前記吸収剤が発光する光スペクトルを受光して測定するスペクトル測定工程と、
前記保護膜形成工程で形成する前記保護膜の厚みを変化させながら前記スペクトル測定工程を行うことで前記保護膜の厚み変化に対する前記光スペクトルの変化を表すマップを作製するマップ作製工程を含み、
ワークの表面に塗布された前記保護膜の厚みを測定する際は、前記保護膜に前記吸収剤が吸収する波長の光を照射して前記光スペクトルを測定し、前記マップに基づいて前記保護膜の厚みを測定する保護膜厚み測定工程を実施することを特徴とする測定方法。
請求項１又は請求項２に記載の測定方法によって、ワークをレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記レーザーの波長の光を吸収する前記吸収剤を含んだ水溶性樹脂によって形成された前記保護膜の厚みを測定する測定装置であって、
前記吸収剤が吸収する波長の光をワーク表面に形成された前記保護膜に向けて照射する光照射部と、
前記吸収剤が前記光照射部からの光を吸収して発光する光スペクトルを受光する受光部と、
前記保護膜の厚み変化に対する前記光スペクトルの変化を表すマップを記憶する記憶手段と、
前記受光部で受光した光スペクトルと前記記憶手段で記憶した前記マップに基づいて前記保護膜の厚みを求める算出手段と、を有することを特徴とする測定装置。