KR101844071B1 - 측정 방법 및 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 워크 표면에 형성된 보호막의 두께를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 측정 방법 및 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 측정 방법은, 웨이퍼(W)에 광 흡수제를 함유하는 보호막(61)을 형성하는 단계와, 보호막(61)을 통해 웨이퍼(W)에 측정광을 조사하고, 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 수광하는 단계와, 사전에 제작된 보호막(61)의 두께의 변화에 대한 웨이퍼(W)의 반사 강도의 변화를 나타내는 측정 데이터를 참조하여 웨이퍼(W)의 반사 강도로부터 보호막(61)의 두께를 측정하는 단계를 포함하는 구성으로 하였다.

Description

측정 방법 및 측정 장치{MEASUREMENT METHOD AND MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은, 워크 표면에 형성된 보호막의 두께를 측정하는 측정 방법 및 측정 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 워크를 스트리트를 따라 분할하는 방법으로서, 레이저 가공에 의해 분할하는 방법이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1의 레이저 가공 방법에서는, 반도체 웨이퍼에 대한 레이저 광선의 조사에 의해 조사 영역에 발생하는 열에너지에 의해 반도체 웨이퍼가 스트리트를 따라 연속적으로 가공된다. 반도체 웨이퍼 상의 조사 영역에는, 열에너지가 집중하여 데브리(debris; 가공 칩)가 발생하는 경우가 있고, 이 데브리가 LSI의 본딩 패드 등에 부착되어 반도체 칩의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.
이 문제를 해결하기 위해서, 본 건 출원인은, 반도체 웨이퍼 표면에 수용성의 보호막을 형성하고, 보호막을 통해 반도체 웨이퍼에 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법을 고안하였다(예컨대, 특허문헌 2 참조). 특허문헌 2의 레이저 가공 방법에서는, 보호막을 통해 반도체 웨이퍼가 가공되기 때문에, 레이저 가공에 의해 비산된 데브리를 보호막에 부착시킬 수 있다. 그리고, 세정 공정에 있어서 데브리가 부착된 보호막이 제거됨으로써, 반도체 웨이퍼 표면에의 데브리의 부착을 억제하여 반도체 칩의 품질 저하를 방지한다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제6-120334호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-322168호 공보
레이저 가공에 의해 보호막을 통해 반도체 웨이퍼를 가공하기 위해서는, 보호막의 두께가 일정한 것이 바람직하다. 즉, 보호막의 두께가 레이저 가공 결과에 영향을 주고 있어, 보호막이 너무 얇으면, 반도체 웨이퍼를 데브리로부터 충분히 보호할 수 없고, 보호막이 너무 두꺼우면, 레이저 가공의 방해가 된다. 이 때문에, 레이저 가공 전에 반도체 웨이퍼 상의 보호막의 두께를 정밀도 좋게 측정하는 방법이 요구되고 있었지만, 종래의 측정 방법을 행하는 측정 장치는 대규모이고 또한 고비용이어서, 측정 장치를 가공 장치의 대수만큼 준비하거나, 가공 장치에 내장하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 종래의 측정 장치보다도 간소하게 워크 표면에 형성된 보호막의 두께를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 측정 방법 및 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 측정 방법은, 워크를 레이저 가공할 때에 발생하는 가공 칩으로부터 워크의 표면을 보호하기 위해서 상기 레이저의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 형성된 보호막의 두께를 측정하는 측정 방법으로서, 상기 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 워크 표면에 정해진 두께가 되도록 상기 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정과, 상기 보호막 형성 공정 후에, 워크 표면에 형성된 상기 보호막에 상기 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 조사하여 반사 강도를 측정하는 강도 측정 공정과, 상기 보호막 형성 공정에서 형성되는 상기 보호막의 두께를 변화시키면서 상기 강도 측정 공정을 행함으로써 상기 보호막의 두께 변화에 대한 상기 반사 강도의 변화를 나타내는 맵을 제작하는 맵 제작 공정을 포함하며, 워크의 표면에 도포된 상기 보호막의 두께를 측정할 때에는, 상기 보호막에 상기 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 조사하여 상기 반사 강도를 측정하고, 상기 맵에 기초하여 상기 보호막의 두께를 측정하는 보호막 두께 측정 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 측정 장치는, 워크를 레이저 가공할 때에 발생하는 가공 칩으로부터 워크의 표면을 보호하기 위해서 상기 레이저의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 형성된 보호막의 두께를 측정하는 측정 장치로서, 상기 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 워크 표면에 형성된 보호막을 향해 조사하는 광 조사부와, 상기 광 조사부가 조사한 광의 반사광을 수광하여 반사 강도를 취득하는 수광부와, 상기 보호막의 두께 변화에 대한 상기 반사 강도의 변화를 나타내는 맵을 기억하는 기억 수단과, 상기 수광부에서 취득한 상기 반사 강도와 상기 기억 수단에서 기억한 상기 맵에 기초하여 상기 보호막의 두께를 구하는 산출 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이들의 구성에 따르면, 보호막이 가공용 레이저의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 함유하기 때문에, 흡수제가 흡수하는 파장의 광의 조사에 의해, 보호막의 두께의 변화에 대한 반사 강도의 변화를 나타내는 맵이 제작된다. 이 맵에 기초하여 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 조사하여 얻어지는 반사 강도로부터 보호막의 두께를 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 따라서, 보호막의 두께를 일정하게 유지한 상태에서 레이저 가공할 수 있고, 워크에 대한 데브리의 부착을 억제하여 워크의 품질 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 흡수제가 흡수하는 광의 파장은 적어도 250 ㎚ 이상 380 ㎚ 이하, 또는 460 ㎚ 이상 650 ㎚ 이하 중 어느 하나의 파장을 포함하고 있다.
본 발명에 따르면, 워크 표면에 형성된 보호막이 레이저의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 함유함으로써, 흡수제가 흡수하는 파장의 광에 의해 보호막의 두께를 정밀도 좋게 종래의 측정 장치보다도 간소하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 측정 방법의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 방법의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 레이저 가공 장치의 두께 측정 처리의 광학계의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 측정 방법의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 보호막의 두께와 웨이퍼의 반사 강도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 방법의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 레이저 가공 장치의 동작의 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 측정 방법의 변형례로서, 레이저 가공 장치의 두께 측정 처리의 광학계의 모식도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 측정 방법이 적용된 레이저 가공 장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다. 또한, 본 발명의 측정 방법이 적용되는 레이저 가공 장치는, 도 1에 도시된 구성으로 한정되지 않는다. 레이저 가공 장치는, 워크에 대하여 레이저 가공하는 것이면, 어떠한 구성을 갖고 있어도 좋다. 또한, 본 발명의 측정 방법은, 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 적용되는 구성에 한정되지 않고, 예컨대, 레이저 가공 장치와는 별개의 부재인 막 두께 측정 전용의 측정 장치에 적용되는 구성으로 하여도 좋다.
도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 데브리의 부착을 방지하는 보호막(61)(도 2 참조)을 웨이퍼(W)에 성막하고, 성막 후의 웨이퍼(W)를 레이저 가공하도록 구성되어 있다. 웨이퍼(W)는, 대략 원판형으로 형성되어 있고, 표면에 격자형으로 배열된 도시하지 않은 스트리트(분할 예정 라인)에 의해 복수의 영역으로 구획되어 있다. 스트리트에 의해 구획된 각 영역에는, IC, LSI 등의 디바이스가 형성되어 있다. 또한, 웨이퍼(W)는, 접착 테이프(63)를 통해 환형 프레임(62)에 지지되고, 카세트(2) 내에 수용된 상태로 레이저 가공 장치(1)에 반입 및 반출된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 워크로서 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 실리콘 카바이드(SiC) 등의 웨이퍼(W)를 예를 들어 설명하지만, 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 예컨대, 칩 실장용으로서 웨이퍼(W)의 이면에 설치되는 DAF(Die Attach Film) 등의 점착 부재, 반도체 제품의 패키지, 세라믹, 유리, 사파이어(Al2O3)계의 무기 재료 기판, 액정 디스플레이 드라이버 등의 각종 전기부품, 미크론 오더의 가공 위치 정밀도가 요구되는 각종 가공 재료를 워크로 하여도 좋다.
레이저 가공 장치(1)는, 직방체형의 베드부(3)와, 베드부(3)의 측방에 설치된 반입대(4)와, 베드부(3) 및 반입대(4)의 후방에서 세워 설치되는 수직벽부(5)를 포함하고 있다. 반입대(4)에는, 전방측에 카세트(2)가 배치되는 반입 반출 기구(11)가 설치되고, 후방측에 웨이퍼(W) 표면에 보호막(61)을 형성하는 것 이외에 가공이 완료된 웨이퍼(W)를 세정하는 보호막 형성 기구(12)가 설치되어 있다. 반입 반출 기구(11) 및 보호막 형성 기구(12)의 측방에는, 척 테이블(13)과, 척 테이블(13) 상의 웨이퍼(W)를 레이저 가공하는 레이저 가공 유닛(14)과, 레이저 가공 전에, 웨이퍼(W)의 보호막(61)의 두께를 측정하는 두께 측정 유닛(15)이 설치되어 있다.
반입대(4)의 상면에는, 반입 반출 기구(11)에 배치된 카세트(2)에 대하여 웨이퍼(W)를 꺼내고 넣는 푸시풀 기구(16)가 설치되어 있다. 반입대(4)의 상면에는, 푸시풀 기구(16)의 구동시에, 웨이퍼(W)를 슬라이드 가능하게 가이드하는 한 쌍의 가이드 레일(17)이 설치되어 있다. 한 쌍의 가이드 레일(17)과 보호막 형성 기구(12) 사이에는 베드부(3) 및 반입대(4)에 의해 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 반송 기구(18)가 설치되어 있다.
반입 반출 기구(11)는, 카세트(2)를 배치한 상태로 승강됨으로써, 높이 방향에서의 웨이퍼(W)를 꺼내고 넣는 위치를 조정하고 있다. 푸시풀 기구(16)는, 전후 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 웨이퍼(W) 주위의 환형 프레임(62)을 협지하는 협지부(23)가 설치되어 있다. 협지부(23)는, 상하 방향으로 이격되는 한 쌍의 평행판을 포함하며, 도시하지 않은 에어 액추에이터에 의해 구동된다.
보호막 형성 기구(12)는, 반입대(4)의 상면에 형성된 개구부(25)의 중앙에, 웨이퍼(W)를 유지하는 성막용 테이블(26)을 포함하고 있다. 성막용 테이블(26)은, 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 진공척식으로서, 주위에 환형 프레임(62)을 유지하는 4개의 클램프부(27)가 설치되어 있다. 이 클램프부(27)는, 성막용 테이블(26)의 사방에서 연장되는 지지판에 진자(振子)형으로 지지되어 있고, 성막용 테이블(26)의 회전에 의해 작용하는 원심력에 의해 튕겨져 웨이퍼(W)를 클램프한다.
반입대(4)의 상면에 있어서 성막용 테이블(26) 근방에는, 액상 수지 공급부(28)가 설치되어 있다. 액상 수지 공급부(28)는, 성막용 테이블(26) 상의 웨이퍼(W)의 상면에 액상 수지를 도포한다. 웨이퍼(W)에는, 액상 수지로서, 레이저의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 함유하는 폴리비닐알코올(PVA) 등의 수용성 수지가 도포된다. 이 경우, 자외선 파장 영역의 레이저 광선(예컨대 355 ㎚ 파장)을 이용한 가공시에는, 흡수제로서 자외 영역의 범위(예컨대, 250 ㎚ 이상 380 ㎚ 이하의 파장)의 광을 흡수하는 자외선 흡수제가 첨가된다. 이 경우, 예컨대, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 트리아진계, 벤조에이트계의 플라스틱 첨가제가 이용된다. 또한, 가시광의 파장 영역의 레이저 광선(예컨대, 533 ㎚의 파장)을 이용한 가공시에는, 흡수제로서 가시광의 범위(예컨대, 460 ㎚ 이상 650 ㎚ 이하의 파장)의 광을 흡수하는 광 흡수제가 첨가된다. 이 경우, 예컨대, 수용성 염료 화합물, 수용성 색소 화합물이 이용된다. 그리고, 보호막 형성 기구(12)는, 성막용 테이블(26)을 하강시켜 반입대(4)의 내부에서 고속 회전시키고, 액상 수지를 웨이퍼(W) 전면으로 퍼지게 함으로써 성막한다.
또한, 보호막 형성 기구(12)는, 가공이 완료된 웨이퍼(W)로부터 보호막(61)을 제거하는 세정 기구로서도 기능한다. 반입대(4)의 내부에는, 도시하지 않은 세정 노즐이 설치되어 있다. 보호막 형성 기구(12)는, 성막용 테이블(26)에 가공이 완료된 웨이퍼(W)가 배치되면, 개구부(25)를 통해 성막용 테이블(26)을 반입대(4) 내에 하강시킨다. 그리고, 성막용 테이블(26)은, 반입대(4) 내에서 고속 회전하면서, 세정수가 분사됨으로써 웨이퍼(W)로부터 수용성 수지의 보호막(61)을 세정 제거한다. 그 후, 성막용 테이블(26)은, 고속 회전된 상태로 세정수의 분사가 정지되며, 웨이퍼(W)를 건조시킨다.
반송 기구(18)는, 상하 방향으로 연장되어 있는 회동축(31)과, 회동축(31)의 상단에 지지된 신축 아암(32)과, 신축 아암(32)의 선단에 설치되어 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 흡착 유지부(33)를 포함하고 있다. 회동축(31)은, 상하 이동 가능하고 또한 회동 가능하게 구성되어 있고, 신축 아암(32)은 연장되어 있는 방향으로 신축 가능하게 구성되어 있다. 흡착 유지부(33)는, 회동축(31)의 회동 및 신축 아암(32)의 신축에 의해 수평면 내에서 위치 조정되며, 회동축(31)의 상하 이동에 의해 높이 방향으로 위치 조정된다.
그리고, 반송 기구(18)는, 레이저 가공 전에 있어서는, 한 쌍의 가이드 레일(17) 상의 웨이퍼(W)를 픽업하여 성막용 테이블(26)에 배치하고, 성막용 테이블(26) 상의 성막이 완료된 웨이퍼(W)를 픽업하여 척 테이블(13)에 배치한다. 반송 기구(18)는, 레이저 가공 후에 있어서는, 척 테이블(13) 상의 가공이 완료된 웨이퍼(W)를 픽업하여 성막용 테이블(26)에 배치하고, 성막용 테이블(26) 상의 세정이 완료된 웨이퍼(W)를 픽업하여 한 쌍의 가이드 레일(17)로 되돌린다.
베드부(3)의 상면에는, 척 테이블(13)을 X축 방향으로 가공 이송하고, Y축 방향으로 인덱싱 이송하는 척 테이블 이동 기구(35)가 설치되어 있다. 척 테이블 이동 기구(35)는, 베드부(3) 상에 있어서 X축 방향으로 연장되어 있고, 서로 평행한 한 쌍의 가이드 레일(36)과, 한 쌍의 가이드 레일(36)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 X축 테이블(37)을 포함하고 있다. 또한, 척 테이블 이동 기구(35)는, X축 테이블(37) 상에 있어서 Y축 방향으로 연장되어 있고, 서로 평행한 한 쌍의 가이드 레일(38)과, 한 쌍의 가이드 레일(38)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 Y축 테이블(39)을 포함하고 있다.
Y축 테이블(39)의 상부에는, 척 테이블(13)이 설치되어 있다. 또한, X축 테이블(37) 및 Y축 테이블(39)의 배면측에는, 각각 도시하지 않은 너트부가 형성되고, 이들 너트부에 볼나사(41, 42)가 나사 결합되어 있다. 그리고, 볼나사(41, 42)의 일단부에는, 각각 구동 모터(43, 44)가 연결되고, 이들 구동 모터(43, 44)에 의해 볼나사(41, 42)가 회전 구동된다.
척 테이블(13)은, Y축 테이블(39)의 상면에 있어서 Z축 주위로 회전 가능한 θ 테이블(45)과, θ 테이블(45)의 상부에 설치되어 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 워크 유지부(46)를 포함하고 있다. 워크 유지부(46)는, 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 진공척식으로서, 상면에 다공성 세라믹재에 의해 흡착면이 형성되어 있다. 흡착면은, 부압에 의해 접착 테이프(63)를 통해 웨이퍼(W)를 흡착하는 면으로서, θ 테이블(45) 내부의 배관을 통해 흡인원에 접속되어 있다.
워크 유지부(46)의 주위에는, θ 테이블(45)의 사방에서 직경 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 지지 아암을 통해 4개의 클램프부(48)가 설치되어 있다. 이 4개의 클램프부(48)는, 에어 액추에이터에 의해 구동되며, 웨이퍼(W) 주위의 환형 프레임(62)을 사방에서 협지 고정한다.
척 테이블(13)의 후방에 세워 설치한 수직벽부(5)에는, 전면에 아암부(51)가 돌출하여 설치되어 있다. 아암부(51)의 선단측에는, 두께 측정 유닛(15)의 측정 헤드(52)와, 레이저 가공 유닛(14)의 가공 헤드(53)와, 얼라인먼트용 촬상 헤드(54)가 옆으로 나란히 설치되어 있다. 측정 헤드(52)로부터는, 웨이퍼(W)의 보호막(61)의 두께를 측정하는 측정광이 조사된다. 가공 헤드(53)로부터는, 웨이퍼(W)를 가공하는 레이저 광선이 조사된다. 촬상 헤드(54)로부터는, 촬상용 조명광이 조사된다. 측정 헤드(52), 가공 헤드(53), 촬상 헤드(54), 아암부(51), 수직벽부(5) 내에는, 각종 광학계가 설치되어 있다.
측정광은, 흡수제를 함유하는 수용성 수지에 의해 형성된 웨이퍼(W)의 보호막(61)에 의해 흡수 가능한 파장으로 조정되어 있다. 예컨대, 자외선 파장 영역에서 레이저 가공되는 경우에는, 전술한 바와 같이 자외선 파장 영역의 광을 흡수할 수 있는 흡수제가 이용되기 때문에, 자외선의 범위 내에 측정광의 파장을 맞출 수 있다. 또한, 가시광의 파장 영역에서 레이저 가공되는 경우에는, 가시광을 흡수할수 있는 흡수제가 이용되기 때문에, 가시광의 범위 내에 측정광의 파장을 맞출 수 있다. 두께 측정 유닛(15)은, 측정광의 흡수에 의해 감소된 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 수광함으로써 보호막(61)의 두께를 측정한다. 이 경우, 미리 베드부(3) 내의 제어부(19)에 기억된 보호막(61)의 두께의 변화에 대한 반사 강도의 변화를 나타내는 맵을 참조하여 보호막(61)의 두께가 측정된다. 그리고, 보호막(61)의 두께가 정해진 범위 내인 경우에는, 레이저 가공 유닛(14)에 의해 레이저 가공이 시작되고, 보호막(61)의 두께가 정해진 범위 밖인 경우에는, 보호막 형성 기구(12)에 의해 보호막(61)이 다시 형성된다.
이와 같이, 레이저 가공 유닛(14)에서는, 보호막(61)의 두께가 일정한 웨이퍼(W)만이 레이저 가공된다. 따라서, 레이저 가공시에 있어서의 보호막(61)의 두께에 기인하는 문제가 개선되고, 웨이퍼(W)에 대한 데브리의 부착을 억제하여 웨이퍼(W)의 품질 저하가 방지된다. 이 때, 보호막(61)에 레이저 파장의 광을 흡수하는 흡수제가 첨가되어 있기 때문에, 레이저 가공시에 웨이퍼(W)의 가공과 함께 보호막(61)도 제거된다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 열분해물의 증기 등의 압력에 의해, 보호막(61)이 박리되지 않아, 보호막(61)의 박리에 기인하는 데브리의 부착도 방지된다.
두께 측정 유닛(15)에 의한 측정 위치 및 레이저 가공 유닛(14)에 의한 가공 위치는, 촬상 헤드(54)에 의한 얼라인먼트 처리에 의해 위치 조정된다. 촬상 헤드(54)는, CCD 등의 촬상 소자에 의해 웨이퍼(W)의 표면을 촬상하여 촬상 화상을 베드부(3) 내의 제어부(19)에 출력한다. 제어부(19)는, 미리 기억부에 기억된 기준 패턴과 촬상 화상에 포함되는 칩 패턴을 매칭시킴으로써, 얼라인먼트 처리를 실시한다. 이 얼라인먼트 처리에 의해, 두께 측정시에는 웨이퍼(W)의 매회 같은 위치의 보호막(61)의 두께를 측정하기 때문에, 웨이퍼 표면의 재질(기판, 디바이스)의 차이에 기인한 측정 결과의 편차가 억제되고, 레이저 가공시에는 스트리트를 따라 정밀도 좋게 레이저 가공된다.
제어부(19)는, 레이저 가공 장치(1)를 통괄 제어하는 것으로서, 각종 처리를 실행하는 프로세서(산출 수단)나, 기억부(기억 수단) 등에 의해 구성되어 있다. 기억부는, 용도에 따라 ROM(Read 0nly Memory), RAM(Random Access Memory) 등의 하나 또는 복수의 기억 매체로 구성된다. 기억부에는, 두께 측정 처리, 얼라인먼트 처리, 레이저 가공 처리의 각 처리에 이용되는 제어 프로그램 등이 기억되어 있다. 또한, 기억부에는, 두께 측정 처리에 이용하는 맵, 얼라인먼트 처리에 이용하는 기준 패턴이 기억되어 있다.
도 2를 참조하여, 레이저 가공 장치의 두께 측정 처리의 광학계에 대해서 설명한다. 도 2는, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 두께 측정 처리의 광학계의 모식도이다. 또한, 레이저 가공 처리의 레이저 광학계, 얼라인먼트 처리의 판독 광학계에 대해서는, 상세한 설명을 생략하지만, 일반적인 구성을 갖춘 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치의 광학계에는, 웨이퍼(W)의 보호막(61)의 두께를 측정하기 위한 측정용 광원(55)이 설치되어 있다. 측정용 광원(55)은, 흡수제에 흡수되는 파장의 측정광(본 실시형태에서는 레이저 광선을 이용함)을 발진시킬 수 있도록 설정되어 있다. 측정용 광원(55)으로부터 출사된 측정광의 광로 상에는, 하프 미러(56), 미러(57), 집광 렌즈(58)가 배치되어 있다. 하프 미러(56)는 측정용 광원(55)으로부터 출사된 측정광을 투과하여 미러(57)로 유도하고, 웨이퍼(W)로부터의 반사광을, 미러(57)를 통해 수광부(59)로 유도하도록 구성되어 있다. 측정용 광원(55), 하프 미러(56), 미러(57), 집광 렌즈(58)는, 측정광을 보호막(61)을 향해 조사하는 광 조사부로서 기능한다.
수광부(59)는, 도시하지 않은 수광 소자 등에 의해, 웨이퍼(W)로부터의 반사 강도를 전압 신호로 변환하여 제어부(19)에 출력한다. 제어부(19)에서는, 레이저 가공 장치(1)의 가공 헤드(53)의 가동 전의 예비 측정시에 전압 신호에 기초하여 반사 강도의 맵을 제작하는 것 이외에, 레이저 가공 장치(1)의 가공 헤드(53)의 가동시에 그 맵을 이용하여 보호막의 두께를 측정한다. 집광 렌즈(58)는, 광축 방향으로 구동 가능하게 구성되어 있고, 측정광의 집점(集点)을 조정한다. 이 때, 측정광이 집광됨으로써, 요철면이 있는 웨이퍼(W) 표면에 형성된 보호막(61)의 두께를 측정할 때에 광의 산란이 억제되어 효율적으로 측정된다. 또한, 집광 렌즈(58)는, 싱글 렌즈 또는 조합 렌즈로 구성되어 있다. 또한, 맵의 작성 처리 및 측정 처리의 세부 사항에 대해서는, 후술한다.
측정용 광원(55)으로부터 출사된 측정광은, 하프 미러(56)를 투과하여 미러(57)에 의해 집광 렌즈(58)를 향해 반사되고, 집광 렌즈(58)에 의해 집광되어 웨이퍼(W)의 보호막(61)에 조사된다. 보호막(61)은 흡수제에 의해 측정광을 흡수하여 웨이퍼(W)로부터의 측정광의 반사 강도를 감소시킨다. 그리고, 웨이퍼(W)로부터의 반사광은, 집광 렌즈(58)를 통해 미러(57)에 입사되고, 미러(57) 및 하프 미러(56)에 의해 반사되어 수광부(59)에 입사된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 두께 측정 처리, 레이저 가공 처리, 얼라인먼트 처리에 이용되는 광학계를 개별로 설치하는 구성으로 하였지만, 공통의 광학계로 구성되어도 좋다. 이 경우, 측정광으로서 단위 면적당 조사 에너지를 낮게 설정하여 가공용 레이저 광선을 이용하여도 좋다.
여기서, 도 3을 참조하여, 보호막의 두께와 웨이퍼의 반사 강도와의 관계에 대해서 설명한다. 도 3은, 보호막의 두께와 웨이퍼의 반사 강도와의 관계를 나타낸 도면이다. 또한, 도 3에서는, 실선은 보호막이 흡수제를 함유하는 경우의 실측 강도 곡선, 파선은 보호막이 흡수제를 함유하지 않는 경우의 이상 강도 곡선, 도트는 보호막이 흡수제를 함유하지 않는 경우의 실측 데이터를 각각 나타낸다. 또한, 여기서는 흡수제로서 자외선 흡수제, 측정광으로서 자외선 파장의 광이 이용되는 것으로 한다.
전술한 두께 측정 유닛(15)에 의해, 자외선 파장 영역의 측정광이 웨이퍼(W)에 조사됨으로써, 보호막(61)을 통해 웨이퍼(W)의 반사 강도를 얻을 수 있다. 또한, 측정광의 파장을 유지한 상태로 자외선 흡수제의 유무 및 보호막(61)의 두께를 변화시킴으로써, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같은 측정 결과를 얻을 수 있다. 실선으로 나타낸 바와 같이, 보호막(61)이 자외선 흡수제를 함유하는 경우에는, 보호막(61)의 두께의 증가에 따라, 웨이퍼(W)의 반사 강도가 선형으로 감소한다. 보호막(61)의 두께가 커지면, 자외선 흡수제에 의한 측정광의 흡수량이 증가하기 때문이다. 본 발명에서는, 이 보호막(61)의 두께의 변화에 대한 반사 강도의 변화를 이용하여 웨이퍼(W)의 보호막(61)의 두께가 측정된다.
한편, 파선으로 나타낸 바와 같이, 보호막(61)이 자외선 흡수제를 함유하지 않는 경우에는, 보호막(61) 표면으로부터의 반사광과 보호막(61)의 바닥면(웨이퍼(W) 표면)으로부터의 반사광과의 간섭에 의해, 보호막(61)의 두께의 증가에 따라 증감을 반복하면서 감쇠된다. 따라서, 반사광의 간섭의 영향에 의해 보호막(61)의 두께에 대하여 반사 강도가 선형으로 추이하지 않아 보호막(61)의 막 두께를 측정하는 것이 곤란하다. 이 경우, 반사광에 의한 간섭을 고려하여 반사 강도를 보정하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 실제로는 파선으로 나타낸 바와 같이 이상적으로 증감하지 않고, 도트로 나타낸 바와 같이 반사 강도가 불규칙하게 편차가 나기 때문에 반사광에 의한 간섭을 보정하는 것이 곤란하다.
이와 같이, 레이저 가공 장치(1)의 가공 헤드(53)의 가동시의 두께 측정 처리시에는, 도 3의 실선으로 나타낸 바와 같은 반사 강도의 맵을 참조하여 보호막(61)의 두께가 측정된다. 이 맵은, 레이저 가공 장치(1)의 가공 헤드(53)의 가동 전의 예비 측정시에 제작된다. 구체적으로는, 보호막(61)이 형성되지 않는 웨이퍼(W)로부터 보호막(61)이 두껍게 형성된 웨이퍼(W)까지, 보호막(61)의 두께가 상이한 웨이퍼(W)를 복수 장 준비하고, 각 웨이퍼(W)에 대하여 자외선 파장 영역의 측정광을 조사한다. 그리고, 보호막(61)을 통해 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 수광함으로써, 보호막(61)의 두께의 변화에 따른 반사 강도 데이터가 제어부(19)에 입력된다. 제어부(19)는, 반사 강도 데이터로부터 맵을 제작하여 기억한다.
맵의 제작 처리는, 가공 대상인 웨이퍼(W)의 종류가 변할 때마다 행해진다. 이것은, 웨이퍼의 종류에 따라 재질이 상이하기 때문에, 웨이퍼(W)의 반사 강도가 변하기 때문이다. 또한, 도 3의 실선으로 나타낸 맵은, 일례에 불과하며, 측정광의 파장, 측정 대상인 막 두께 등을 적절하게 변경할 수 있다.
여기서, 도 4를 참조하여 레이저 가공 장치의 동작에 대해서 설명한다. 도 4는, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 동작의 흐름도이다. 레이저 가공 장치(1)의 가공 헤드(53)의 가동 전에는, 예비 측정이 행해져 반사 강도의 맵이 제작된다. 여기서는, 반송 기구(18)에 의해 보호막(61)이 형성되어 있지 않은 맵 작성용 웨이퍼(W)가 보호막 형성 기구(12)에 반송되어 웨이퍼(W) 표면에 정해진 두께가 되도록 보호막(61)이 형성된다(보호막 형성 공정: 단계 SO1). 또한, 보호막 형성 공정에서는 종래의 막 두께 측정 장치를 사용하여 보호막(61)이 정해진 두께인 것임을 확인한다. 다음으로, 반송 기구(18)에 의해 웨이퍼(W)가 척 테이블(13)에 반송되고, 흡수제에 흡수되는 파장의 측정광이 보호막(61)에 조사됨으로써, 보호막(61)을 통해 웨이퍼(W)의 반사 강도가 측정된다(강도 측정 공정: 단계 S02). 그리고, 보호막 형성 공정에서 웨이퍼(W)에 형성되는 보호막(61)의 두께를 변화시키면서 스펙트럼 측정 공정을 필요 횟수 반복함으로써, 보호막(61)의 두께가 상이한 복수의 웨이퍼(W)의 반사 강도가 측정된다. 측정 결과는, 제어부(19)에 입력되어 보호막(61)의 두께의 변화에 대한 반사 강도의 변화를 나타내는 맵이 제작된다(맵 제작 공정). 그리고, 맵 제작 공정이 종료됨으로써 예비 측정이 종료된다. 또한, 보호막(61)의 측정 위치는, 촬상 헤드(54)에 의한 얼라인먼트 처리에 의해 조정되고 있다.
다음으로, 레이저 가공 장치의 가공 헤드(53)가 가동되면, 푸시풀 기구(16)에 의해 카세트(2) 내에서 가공 대상인 웨이퍼(W)가 한 쌍의 가이드 레일(17) 상에 인출되고, 반송 기구(18)에 의해 웨이퍼(W)가 보호막 형성 기구(12)의 성막용 테이블(26)에 반송된다. 보호막 형성 기구(12)에 있어서 가공 대상인 웨이퍼(W) 표면에 정해진 두께가 되도록 보호막(61)이 형성된다(단계 S03). 여기서는, 성막용 테이블(26) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 액상 수지 공급부(28)로부터 액상 수지가 도포된다. 그리고, 성막용 테이블(26)이 반입대(4) 내부에서 고속 회전됨으로써, 액상 수지에 의해 웨이퍼(W) 전면이 성막된다.
다음으로, 반송 기구(18)에 의해 웨이퍼(W)가 척 테이블(13)에 반송되고, 척 테이블(13)에 의해 측정 헤드(52)의 아래쪽에 위치된다. 측정 헤드(52)의 아래쪽에 웨이퍼(W)가 위치되면, 웨이퍼(W)의 보호막(61)의 두께가 측정된다(보호막 두께 측정 공정: 단계 S04). 여기서는, 촬상 헤드(54)에 의해 얼라인먼트 처리가 행해져 측정 헤드(52)의 측정 위치가 보호막(61) 상의 임의의 위치로 조정된다. 측정 헤드(52)에 의해 보호막(61)에 측정광이 조사되고, 보호막(61)의 측정광의 흡수에 의해 감소된 웨이퍼(W)로부터의 반사 강도가 검출된다. 그리고, 제어부(19)에 있어서 반사 강도의 맵에 기초하여 보호막(61)의 두께가 측정된다.
다음으로, 제어부(19)에 있어서 보호막(61)의 두께가 정해진 범위 내인지 여부가 판정된다(단계 S05). 여기서는, 예컨대, 보호막 두께 측정 공정에서 측정된 보호막(61)의 두께와 맵 제작 공정에서 미리 정해진 판정용의 상한 임계값과 하한 임계값이 비교된다. 그리고, 보호막(61)의 두께가 하한 임계값 이상 또한 상한 임계값 이하인 경우에, 적절한 두께의 보호막(61)으로서 정해진 범위 내라고 판정된다. 보호막(61)의 두께가 하한 임계값보다 작은 경우 또는 상한 임계값보다 큰 경우에, 너무 두껍거나 또는 너무 얇은 보호막(61)으로서 정해진 범위 밖이라고 판정된다. 또한, 단계 S05의 판정 처리는, 보호막(61) 상의 여러 지점(예컨대, 5지점)에서 행해진다. 또한, 판정 처리는, 보호막(61)의 두께 이상을 특정 가능하면 좋고, 예컨대, 여러 지점의 두께의 편차로부터 판정하여도 좋다.
보호막(61)의 두께가 정해진 범위 내라고 판정되면(단계 S05: Yes), 레이저 가공이 시작된다(단계 S06). 여기서는, 가공 헤드(53)의 사출구가 웨이퍼(W)의 스트리트에 위치 맞춤되고, 스트리트를 따라 레이저 광선이 조사된다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 보호막(61)이 적절한 두께로 형성되어 있기 때문에, 보호막(61)의 두께에 기인한 문제가 개선되고, 웨이퍼(W)에 대한 데브리의 부착을 억제하여 웨이퍼(W)의 품질 저하가 방지된다. 또한, 보호막(61)에는 레이저 광선을 흡수하는 흡수제가 함유되기 때문에, 레이저 광선에 의해 보호막(61)이 제거되면서 웨이퍼(W)가 레이저 가공된다. 이에 따라, 보호막(61)의 박리에 기인하는 데브리의 부착도 방지된다.
다음으로, 웨이퍼(W)의 모든 스트리트가 가공되면, 반송 기구(18)에 의해 가공이 완료된 웨이퍼(W)가 척 테이블(13)로부터 보호막 형성 기구(12)의 성막용 테이블(26)에 반송된다. 본 실시형태에서는 수용성 수지를 보호막(61)으로서 사용하고 있기 때문에, 보호막 형성 기구(12)에 있어서 가공이 완료된 웨이퍼(W)로부터 보호막이 세정 제거된다(단계 S07). 여기서는, 반입대(4) 내부에서 세정수가 분사되면서, 성막용 테이블(26)이 고속 회전됨으로써, 웨이퍼(W) 표면으로부터 보호막(61)과 함께 데브리가 씻겨진다. 그리고, 반송 기구(18)에 의해 세정이 완료된 웨이퍼(W)가 성막용 테이블(26)로부터 한 쌍의 가이드 레일(17)에 반송되고, 푸시풀 기구(16)에 의해 웨이퍼(W)가 카세트(2)에 수용된다.
한편, 보호막(61)의 두께가 정해진 범위 밖이라고 판정되면(단계 S05: No), 보호막 두께 측정 공정에 있어서의 웨이퍼(W)에 대한 보호막(61)의 형성 횟수가 정해진 횟수(n) 이하인지 여부가 판정된다(단계 S08). 보호막(61)의 형성 횟수가 정해진 횟수(n) 이하라고 판정된 경우(단계 S08: Yes), 보호막 형성 기구(12)에 반송되어 단계 S07과 동일한 세정 처리에 의해 웨이퍼(W)로부터 보호막(61)이 씻겨지고(단계 S09), 단계 S03으로 되돌아가 보호막(61)이 다시 형성된다. 또한, 보호막(61)의 형성 횟수가 정해진 횟수(n)보다 많다고 판정된 경우(단계 S08: No), 제어부(19)에 의해 에러가 출력되어 레이저 가공 장치(1)가 정지된다(단계 S10). 또한, 보호막(61)의 형성 횟수는, 단계 S03의 보호막 형성 처리시에 카운트되지만, 단계 S04의 보호막(61)의 두께 측정시 및 단계 S05의 판정 처리시에 카운트되는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 레이저 가공 장치(1)는, 복수 장의 웨이퍼를 가공하는 경우에는, 가동시의 처리(단계 S03∼단계 S10)를 장수만큼 반복한다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 측정 방법에 의하면, 보호막(61)의 두께의 변화에 대한 반사 강도의 변화를 나타내는 맵에 기초하여 웨이퍼(W)에 흡수제가 흡수하는 광을 조사하여 얻어지는 반사 강도로부터 보호막(61)의 두께를 정밀도 좋게 종래의 측정 장치보다도 간소하게 측정할 수 있다. 따라서, 측정 장치를 가공 장치의 대수만큼 준비하거나, 가공 장치에 내장하는 것이 용이해지고, 보호막(61)의 두께를 일정하게 유지한 상태에서 레이저 가공할 수 있으며, 웨이퍼(W)에 대한 데브리의 부착을 억제하여 웨이퍼(W)의 품질 저하를 방지할 수 있다.
또한, 광학계로서, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같은 사광식(射光式)의 광학계를 이용하여도 좋다. 또한, 도 5는, 가시광으로 레이저 가공되는 경우에 이용되는 두께 측정용 광학계를 나타내지만, 자외광으로 레이저 가공되는 경우에 이용되는 두께 측정용 광학계에 적용하는 것도 가능하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 광학계의 조사계측에는, 웨이퍼(W)의 보호막(61)의 두께를 측정하기 위한 측정용 광원으로서 백색 광원(65)이 설치되어 있다. 백색 광원(65)은, 웨치퍼(W) 표면에 대하여 비스듬하게 조사하도록 구성되어 있고, 백색 광원(65)으로부터 출사된 광 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 포함하는 측정광의 광로 상에는, 측정광의 초점을 조정하는 집광 렌즈(66)가 배치되어 있다. 백색 광원(65) 및 집광 렌즈(66)는, 측정광을 보호막(61)을 향해 조사하는 광 조사부로서 기능한다.
이 광학계의 수광계측에는, 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 수광하여 반사 강도를 측정하는 수광부(69)가 설치되어 있다. 웨이퍼(W) 표면으로부터 수광부(69)를 향하는 반사광의 광로 상에는, 임의 파장의 광 이외의 것을 차단하는 대역 통과 필터(67), 대역 통과 필터(67)를 통한 광을 수광부(69)의 수광면에 집광하는 집광 렌즈(68)가 배치되어 있다. 또한, 집광 렌즈(66, 68)는, 싱글 렌즈 또는 조합 렌즈로 구성되어 있다.
백색 광원(65)으로부터 출사된 측정광은, 집광 렌즈(66)에 의해 집광되어 웨이퍼(W) 표면에 대하여 비스듬하게 조사된다. 보호막(61)은, 흡수제에 의해 측정광을 흡수하여 웨이퍼(W)로부터의 측정광의 반사 강도를 감소시킨다. 그리고, 웨이퍼(W)로부터의 반사광은, 대역 통과 필터(67), 집광 렌즈(68)를 통해 수광부(69)에 입사된다. 또한, 대역 통과 필터(67) 대신에 분광기에 의해 반사광을 분광하여 임의 파장의 광을 취득하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 보호막의 두께와 반사 강도와의 관계를 나타내는 측정 데이터로서, 맵 형식의 데이터가 이용되었지만, 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 측정 데이터는, 보호막의 두께와 반사 강도와의 관계를 나타내는 데이터이면 좋고, 예컨대, 보호막의 두께의 변화에 대한 웨이퍼로부터의 반사 강도의 변화를 나타내는 테이블 형식의 데이터여도 좋다.
또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 보호막이 흡수제를 함유하는 수용성 수지에 의해 형성되었지만, 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 보호막은, 흡수제를 함유하고, 세정 가능하면, 수용성 수지 이외의 수지 재료에 의해 형성되어도 좋다.
또한, 이번에 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시로서 이 실시형태로 제한되지 않는다. 본 발명의 범위는, 전술한 실시형태만의 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 나타내어지며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 흡수제가 흡수하는 파장의 광에 의해 보호막의 두께를 정밀도 좋게 측정할 수 있다고 하는 효과를 가지며, 특히, 레이저 가공에 의해 워크를 분할하는 레이저 가공 장치에 적용되는 측정 방법 및 측정 장치에 유용하다.
1 : 레이저 가공 장치(측정 장치) 11 : 반입 반출 기구
12 : 보호막 형성 기구 13 : 척 테이블
14 : 레이저 가공 유닛 15 : 두께 측정 유닛
16 : 푸시풀 기구 18 : 반송 기구
19 : 제어부(기억 수단, 산출 수단) 28 : 액상 수지 공급부
52 : 측정 헤드 53 : 가공 헤드
54 : 촬상 헤드 55 : 측정용 광원(광 조사부)
56 : 하프 미러(광 조사부) 57 : 미러(광 조사부)
58, 66 : 집광 렌즈(광 조사부) 59 : 수광부
61 : 보호막 65 : 백색 광원(광 조사부)
W : 웨이퍼(워크)

Claims (3)

  1. 워크에 자외선 파장 영역의 레이저 광선을 조사해 레이저 가공할 때에 발생하는 가공 칩으로부터 워크의 표면을 보호하기 위해서 상기 레이저의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 형성된 보호막의 두께를 측정하는 측정 방법으로서,
    상기 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 워크 표면에 정해진 두께가 되도록 상기 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정과,
    상기 보호막 형성 공정 후에, 워크 표면에 형성된 상기 보호막에 상기 흡수제가 흡수하는 250 ㎚ 이상이고 380 ㎚ 이하의 파장의 광을 조사하여 반사 강도를 측정하는 강도 측정 공정과,
    상기 보호막 형성 공정에서 형성되는 상기 보호막의 두께를 변화시키면서 상기 강도 측정 공정을 행함으로써 상기 보호막의 두께 변화에 대한 상기 반사 강도의 변화를 나타내는 맵을 제작하는 맵 제작 공정을 포함하며,
    워크의 표면에 도포된 상기 보호막의 두께를 측정할 때에는,
    상기 보호막에 상기 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 조사하여 상기 반사 강도를 측정하고, 상기 맵에 기초하여 상기 보호막의 두께를 측정하는 보호막 두께 측정 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  2. 워크에 가시광선 파장 영역의 레이저 광선을 조사해 레이저 가공할 때에 발생하는 가공 칩으로부터 워크의 표면을 보호하기 위해서 상기 레이저의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 형성된 보호막의 두께를 측정하는 측정 방법으로서,
    상기 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 워크 표면에 정해진 두께가 되도록 상기 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정과,
    상기 보호막 형성 공정 후에, 워크 표면에 형성된 상기 보호막에 상기 흡수제가 흡수하는 460 ㎚ 이상이고 650 ㎚ 이하의 파장의 광을 조사하여 반사 강도를 측정하는 강도 측정 공정과,
    상기 보호막 형성 공정에서 형성되는 상기 보호막의 두께를 변화시키면서 상기 강도 측정 공정을 행함으로써 상기 보호막의 두께 변화에 대한 상기 반사 강도의 변화를 나타내는 맵을 제작하는 맵 제작 공정을 포함하며,
    워크의 표면에 도포된 상기 보호막의 두께를 측정할 때에는,
    상기 보호막에 상기 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 조사하여 상기 반사 강도를 측정하고, 상기 맵에 기초하여 상기 보호막의 두께를 측정하는 보호막 두께 측정 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항의 측정 방법에 의해 워크를 레이저 가공할 때에 발생하는 가공 칩으로부터 워크의 표면을 보호하기 위해서 상기 레이저의 파장의 광을 흡수하는 상기 흡수제를 함유한 수용성 수지에 의해 형성된 상기 보호막의 두께를 측정하는 측정 장치로서,
    상기 흡수제가 흡수하는 파장의 광을 워크 표면에 형성된 상기 보호막을 향해 조사하는 광 조사부와,
    상기 광 조사부가 조사한 광의 반사광을 수광하여 반사 강도를 취득하는 수광부와,
    상기 보호막의 두께 변화에 대한 상기 반사 강도의 변화를 나타내는 맵을 기억하는 기억 수단과,
    상기 수광부에서 취득한 상기 반사 강도와 상기 기억 수단에서 기억한 상기 맵에 기초하여 상기 보호막의 두께를 구하는 산출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
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