KR102309389B1 - 계측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 단시간에 효율적으로 판상물의 두께 또는 높이를 계측할 수 있는 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 영역의 광을 발하는 브로드밴드 광원과, 상기 브로드밴드 광원이 발한 광을 파장 영역으로 분광하는 분광기와, 상기 분광기에 의해 분광된 각 파장의 광을, 시간 경과에 의해 분배 방향을 변경하는 분배 수단과, 상기 분배 수단에 의해 분배된 각 파장의 광을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈와 대면하고, 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 각 파장의 광을 전달하는 광 전달 수단과, 상기 광 전달 수단을 구성하는 복수의 광파이버의 다른 쪽 단부면을 2 경로로 분기하고 복수의 제1 단부면에 배치되어 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러와, 상기 판상물에 대면하고 열을 이루어 복수의 제2 단부면에 대응하여 배치되는 복수의 대물렌즈를 구비한 측정 단자와, 상기 판상물의 상면에서 반사된 광과 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 광이 각 광파이버를 역행한 제2 귀환광과 상기 제1 귀환광을, 광 전달 수단의 광의 전달 경로 상에 배치되어 각 광파이버로부터 분기하는 광 분기 수단과, 상기 제1 귀환광과 상기 제2 귀환광의 파장을 상기 분배 수단에 의해 각 광파이버에 대하여 분배된 시간으로부터 각 파장의 광의 강도를 검출하고 각 광파이버에 대응하여 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 각 광파이버에 대응한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여, 판상물의 두께 또는 높이를 산출하는 산출 수단을 적어도 포함하는 계측 장치가 제공된다.

Description

계측 장치{MEASURING APPARATUS}

본 발명은, 판상물의 두께 또는 높이를 계측하는 계측 장치에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 이면이 연삭되어 소정의 두께로 형성된 후, 다이싱 장치, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스로 분할되어, 휴대전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.

종래의 연삭 장치에 대하여, 판상의 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼의 이면을 연삭하는 연삭 지석이 환형으로 배치된 연삭휠을 회전 가능하게 구비한 연삭 수단과, 웨이퍼의 높이, 두께를 분광 간섭 파형에 의해 비접촉으로 검출하는 검출 수단을 적어도 구비함으로써, 웨이퍼를 원하는 두께 또는 높이로 연삭하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2011-143488호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 유지 수단에 유지된 웨이퍼의 두께 또는 높이를 검출하는 단자를 수평 방향으로 요동시켜 웨이퍼 전체면을 검출하는 구성으로 되어 있고, 수평 방향의 요동과, 웨이퍼의 이동을 적절하게 반복하면서의 계측을 행해야만 하며, 이러한 수단을 이용하여 웨이퍼 전체면의 두께 또는 높이를 검출하기 위해서는 상당한 시간을 필요로 하여, 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주된 기술 과제는, 단시간에 효율적으로 판상물의 두께 또는 높이를 계측할 수 있는 계측 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 판상물의 두께 또는 높이를 계측하는 계측 장치로서, 판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 영역의 광을 발하는 브로드밴드 광원과, 상기 브로드밴드 광원이 발한 광을 파장 영역에 분광하는 분광기와, 상기 분광기에 의해 분광된 각 파장의 광을, 시간 경과에 의해 분배 방향을 변경하는 분배 수단과, 상기 분배 수단에 의해 분배된 각 파장의 광을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈와 대면하고, 복수의 광파이버의 한쪽 단부면이 열을 이루어 배치되고 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 각 파장의 광을 전달하는 광 전달 수단과, 상기 광 전달 수단을 구성하는 복수의 광파이버의 다른 쪽 단부면을 2 경로로 분기하고 복수의 제1 단부면에 배치되며 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러와, 상기 판상물에 대면하고 열을 이루어 복수의 제2 단부면에 대응하여 배치되는 복수의 대물렌즈를 구비한 측정 단자와, 상기 판상물의 상면에서 반사된 광과 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 광이 각 광파이버를 역행한 제2 귀환광과 상기 제1 귀환광을, 광 전달 수단의 광의 전달 경로 상에 배치되어 각 광파이버로부터 분기하는 광 분기 수단과, 상기 광 분기 수단으로 분기된 각 광파이버에 대응한 상기 제1 귀환광과 상기 제2 귀환광 파장을 상기 분배 수단에 의해 각 광파이버에 대하여 분배된 시간으로부터 각 파장의 광의 강도를 검출하고 각 광파이버에 대응하여 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한, 각 광파이버에 대응한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여, 각 광파이버에 대응한 판상물의 표면 높이 또는 두께를 산출하는 산출 수단을 적어도 포함하는 계측 장치가 제공된다.

또한, 상기 판상물을 유지하는 유지 수단을 구비하고, 상기 측정 단자와 상기 유지 수단은 X축 방향으로 상대적으로 이동 가능하게 구성되며, 상기 측정 단자를 구성하는 각 광파이버의 단부면에 대응하여 배치된 대물렌즈의 열은, X축 방향과 직교하는 Y축 방향에 위치되고, 상기 측정 단자와 상기 유지 수단의 상대적인 X축 방향의 이동과, Y축 방향에 위치된 대물렌즈로 특정되는 X 좌표, Y 좌표에 있어서, 상기 두께 산출 수단으로 산출된 판상물의 두께를 기억하는 기억 수단을 구비하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 계측 장치는, 판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 영역의 광을 발하는 브로드밴드 광원과, 상기 브로드밴드 광원이 발한 광을 파장 영역으로 분광하는 분광기와, 상기 분광기에 의해 분광된 각 파장의 광을, 시간 경과에 의해 분배 방향을 변경하는 분배 수단과, 상기 분배 수단에 의해 분배된 각 파장의 광을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈와 대면하고, 복수의 광파이버의 한쪽 단부면이 열을 이루어 배치되고 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 각 파장의 광을 전달하는 광 전달 수단과, 상기 광 전달 수단을 구성하는 복수의 광파이버의 다른 쪽 단부면을 2 경로로 분기하고 복수의 제1 단부면에 배치되며 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러와, 상기 판상물에 대면하고 열을 이루어 복수의 제2 단부면에 대응하여 배치되는 복수의 대물렌즈를 구비한 측정 단자와, 상기 판상물의 상면에서 반사된 광과 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 광이 각 광파이버를 역행한 제2 귀환광과 제1 귀환광을, 광 전달 수단의 광의 전달 경로 상에 배치되어 각 광파이버로부터 분기하는 광 분기 수단과, 상기 광 분기 수단으로 분기된 각 광파이버에 대응한 상기 제1 귀환광과 제2 귀환광의 파장을 상기 분배 수단에 의해 각 광파이버에 대하여 분배된 시간으로부터 각 파장의 광의 강도를 검출하고 각 광파이버에 대응하여 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 각 광파이버에 대응한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여, 각 광파이버에 대응한 판상물의 표면 높이 또는 두께를 산출하는 산출 수단으로 적어도 구성되기 때문에, 복수의 열을 이루어 배치되는 복수의 대물렌즈와 복수의 광파이버에 의해 동시에 복수의 두께 정보 또는 높이 정보가 얻어져 단시간에 필요한 계측이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 기초하여 구성되는 계측 장치가 적용되는 연삭 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 기초하여 구성되는 계측 장치의 구성을 설명하기 위한 설명도.
도 3은 도 2에 도시된 계측 장치의 작용을 설명하기 위한 설명도.
도 4는 도 3에 도시된 계측 장치를 구성하는 폴리곤 미러의 작용을 설명하기 위한 설명도.
도 5는 도 2에 도시된 계측 장치에 의해 생성되는 분광 간섭 파형의 일례를 도시한 도면.
도 6은 도 2에 도시된 계측 장치에 의해 분광 간섭 파형을 파형 해석함으로써 얻어지는 광로 길이차와 신호 강도의 일례를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 계측 장치에 의해, 각 광파이버마다 취득되는 웨이퍼의 높이 및 두께의 일례를 도시한 도면.

이하, 본 발명에 기초하여 구성된 계측 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1에는, 본 발명의 계측 장치를 구비한 연삭 장치(1)의 전체 사시도 및 본 발명의 계측 장치에 의해 두께 또는 높이가 계측되는 판상물로서의 웨이퍼(10)가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 연삭 장치(1)는, 전체를 번호 2로 나타내는 장치 하우징을 구비하고 있다. 이 장치 하우징(2)은 거의 직방체 형상의 주부(主部)(21)와, 상기 주부(21)의 후단부(도 1에 있어서 우측 상단)에 설치되어 위쪽으로 연장되는 직립벽(22)을 갖고 있다. 직립벽(22)의 전면에는, 연삭 수단으로서의 연삭 유닛(3)이 상하 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있다.

연삭 유닛(3)은, 이동 베이스(31)와 상기 이동 베이스(31)에 장착된 스핀들 유닛(4)을 구비하고 있다. 이동 베이스(31)는, 직립벽(22)에 배치된 한 쌍의 안내 레일과 슬라이딩 가능하게 걸어 맞춰지도록 구성되어 있다. 이와 같이 직립벽(22)에 설치된 한 쌍의 상기 안내 레일에 슬라이딩 가능하게 장착된 이동 베이스(31)의 전면에는, 전방으로 돌출된 지지부를 통해 연삭 수단으로서의 스핀들 유닛(4)이 부착된다.

상기 스핀들 유닛(4)은, 스핀들 하우징(41)과, 상기 스핀들 하우징(41)에 회전 가능하게 배치된 회전 스핀들(42)과, 상기 회전 스핀들(42)을 회전 구동하기 위한 구동원으로서의 서보 모터(43)를 구비하고 있다. 스핀들 하우징(41)에 회전 가능하게 지지된 회전 스핀들(42)은, 일단부(도 1에 있어서 하단부)가 스핀들 하우징(41)의 하단으로부터 돌출되어 배치되어 있고, 하단부에는 휠 마운트(44)가 설치되어 있다. 그리고, 이 휠 마운트(44)의 하면에 연삭휠(5)이 부착된다. 이 연삭휠(5)의 하면에는 복수의 세그먼트로 구성된 연삭 지석(51)이 배치되어 있다.

도시된 연삭 장치(1)는, 연삭 유닛(3)을 상기 한 쌍의 안내 레일을 따라 상하 방향(후술하는 척 테이블의 유지면에 대하여 수직인 방향)으로 이동시키는 연삭 유닛 이송 기구(6)를 구비하고 있다. 이 연삭 유닛 이송 기구(6)는, 직립벽(22)의 앞쪽에 배치되어 실질적으로 수직으로 연장되는 수나사 로드(61), 상기 수나사 로드(61)를 회전 구동하기 위한 구동원으로서의 펄스 모터(62)를 구비하고, 상기 이동 베이스(31)의 배면에 구비된 도시하지 않은 수나사 로드(61)의 베어링 부재 등으로 구성된다. 이 펄스 모터(62)가 정회전하면 이동 베이스(31), 즉 연마 유닛(3)이 하강, 즉 전진되고, 펄스 모터(62)가 역회전하면 이동 베이스(31), 즉 연삭 유닛(3)이 상승, 즉 후퇴된다.

상기 하우징(2)의 주부(21)에 피가공물로서의 판상물(웨이퍼(10))을 유지하는 유지 수단으로서의 척 테이블 기구(7)가 배치되어 있다. 척 테이블 기구(7)는, 척 테이블(71)과, 상기 척 테이블(71)의 주위를 덮는 커버 부재(72)와, 상기 커버 부재(72)의 전후로 배치된 벨로우즈 수단(73, 74)을 구비하고 있다. 척 테이블(71)은, 그 상면(유지면)에 웨이퍼(10)를 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써 흡인 유지하도록 구성되어 있다. 또한, 척 테이블(71)은, 도시하지 않은 회전 구동 수단에 의해 회전 가능하게 구성됨과 더불어, 도시하지 않은 척 테이블 이동 수단에 의해 도 1에 도시하는 피가공물 배치 영역(70a)과 연삭휠(5)과 대향하는 연삭 영역(70b) 사이(화살표 X로 나타내는 X축 방향)에서 이동된다.

또한, 전술한 서보 모터(43), 펄스 모터(62), 도시하지 않은 척 테이블 이동 수단 등은, 후술하는 제어 수단(20)에 의해 제어된다. 또한, 웨이퍼(10)는, 도시된 실시형태에 있어서는 외주부에 결정 방위를 나타내는 노치가 형성되어 있고, 그 표면에 보호 부재로서의 보호 테이프(12)가 첩착되며, 이 보호 테이프(12)측이 척 테이블(71)의 상면(유지면)에 유지된다.

도시된 연삭 장치(1)는, 척 테이블(71)에 유지되는 웨이퍼(10)의 두께, 높이를 계측하는 계측 장치(8)를 구비하고 있다. 이 계측 장치(8)는, 계측 하우징(80)에 내장되어 있고, 계측 하우징(80)은, 도면에 도시된 바와 같이 장치 하우징(2)을 구성하는 직방체 형상의 주부(21)의 상면에 있어서, 척 테이블(71)이 피가공물 배치 영역(70a)으로부터 연삭 영역(70b) 사이에서 이동되는 경로 중간의 측방에 배치되고, 척 테이블(71)이 피가공물 배치 영역(70a)과 연삭 영역(70b) 사이에서 이동할 때에, 척 테이블(71) 상에 유지되는 웨이퍼(10)의 전체를 위쪽으로부터 계측 가능하게 배치되어 있다. 상기 계측 장치(8)에 대해서, 도 2를 참조하여 더 설명한다.

도시된 실시형태에 있어서의 계측 장치(8)는, 피가공물로서의 웨이퍼(10)에 대하여 투과성을 갖는 소정의 파장 영역(예컨대, 파장 1000 ㎚∼1100 ㎚)을 포함하는 광을 발하는 브로드밴드 광원으로서의 발광원(81)과, 상기 발광원(81)으로부터의 광(8a)을 반사시키면서 소정의 파장 영역으로 분광하는 분광기(82)를 구비하고 있다. 상기 발광원(81)은, LED, SLD(Superluminescent diode), ASE(Amplified Spontaneous Emission), SC(Supercontinuum), 할로겐 광원 등을 선택할 수 있다. 상기 분광기(82)는, 회절 격자에 의해 구성되고, 상기 회절 격자의 작용에 의해, 1000 ㎚∼1100 ㎚ 파장으로 구성되는 광(8a)이 분광되어 소정의 퍼짐을 갖는 광(8b)을 형성한다. 상기 광(8b)은, 도면 중 하방측으로 짧은 파장(1000 ㎚), 상방측으로 긴 파장(1100 ㎚)의 광에 의해 구성되도록 분광된다.

분광기(82)에 의해 분광되어 반사된 광(8b)은, 각 파장의 광을 시간 경과에 의해 그 분배 방향을 변경하는 기능을 갖는 분배 수단에 의해 반사된다. 상기 분배 수단은, 각 변이 반사면(미러)으로 이루어진 예컨대 정팔면체로 이루어진 폴리곤 미러(83)에 의해 구성되고, 상기 폴리곤 미러(83)는, 도면 중 시계 방향으로, 소정의 회전 속도로 회전하도록 구성되어 있다. 폴리곤 미러(83)의 반사면에 입사된 광(8b)은, 소정의 퍼짐을 가지며 반사되어 광(8c)이 되어 폴리곤 미러(83)의 반사면과 대향하여 배치된 집광 렌즈(84)에 입사된다. 집광 렌즈(84)에 의해 각 파장의 광이 집광된 광(8c)은, 소정 간격으로 차례로 배열되어 단부가 유지 부재(85)로 유지된 광 전달 수단을 구성하는 예컨대 18개의 광파이버 (1)∼(18)에 입사된다. 또한, 웨이퍼의 직경에 대한 광파이버의 직경을 작게 하여 광파이버의 개수를 늘림으로써(예컨대 100개) 후술하는 계측의 분해능을 높일 수도 있다. 본 실시형태에서는, 폴리곤 미러(83)가 도 2에 도시된 바와 같은 소정의 각도 위치에 있을 때, 폴리곤 미러(83)의 하나의 반사면에서 반사된 광이, 전부 집광 렌즈(84)에 입사된다. 상기 유지 부재(85)에 유지된 광파이버 (1)∼(18)에 대하여 분광된 파장마다 입사되도록 분광기(82), 폴리곤 미러(83), 집광 렌즈(84) 및 유지 부재(85)의 설치 위치, 각도 등이 설정된다. 또한, 폴리곤 미러(83)의 작용에 대해서는 추후에 상세히 설명한다.

상기 계측 장치(8)는, 광파이버 (1)∼(18)에 입사된 광을, 광파이버 (1)∼(18)에 의해 형성된 광의 제1 경로(8d)를 지나 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)를 향하는 제2 경로(8e)측으로 유도함과 더불어, 웨이퍼(10)로 반사하여 상기 제2 경로(8e)를 역행하는 반사광을 분기시켜 제3 경로(8f)로 유도하기 위한 광 분기 수단(86)을 구비하고 있다. 또한, 상기 제1∼제3 경로(8d∼8f)는, 광파이버 (1)∼(18)로 구성되어 있고, 광 분기 수단(86)은, 예컨대, 편파 유지 파이버 커플러, 편파 유지 파이버 서큘레이터, 싱글 모드 파이버 커플러 등 중 어느 하나로부터 적절하게 선택된다.

광 분기 수단(86)을 통해 제2 경로(8e)로 유도된 광은, 척 테이블(71) 상에 유지된 웨이퍼(10)를 향하는 측정 단자(87)로 유도된다. 상기 측정 단자(87)는, Y축 방향으로 가늘고 긴 형상을 이루고, 계측 대상인 웨이퍼(10)의 직경을 커버하는 치수로 형성되어 있다. 또한, 상기 측정 단자(87)는, 상기 광 전달 수단을 구성하는 복수의 광파이버 (1)∼(18)의 다른 쪽 단부를 2개의 경로로 분기하는 분기부(87a)와, 집광부(87b)로 구성되어 있다. 상기 집광부(87b)에는, 상기 분기부(87a)에서 분기된 한쪽 경로의 단부마다 상기 광파이버 (1)∼(18)를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 복수의 미러(89)와, 상기 분기부(87a)에서 분기된 다른 쪽 경로의 단부마다 유도된 광을 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10) 상으로 유도하는 복수의 대물렌즈(88)가 설치되어 있고, 상기 대물렌즈(88) 및 미러(89)는, 척 테이블(71)이 이동하는 방향(X축 방향)과 직교하는 방향(Y축 방향)으로 열을 이루도록 배치되어 있다. 또한, 도 2에서는, 설명의 형편상 상기 분기부(87a)로부터 미러(89)까지의 거리가 짧게 기재되어 있지만, 실제로는, 상기 분기부(87a)로부터 척 테이블(71)의 상면까지의 거리를 기준으로 하여 미러(89)의 위치가 설정된다.

상기 제3 경로(8f)는, 제2 경로(8e)를 역행해 오는 광이, 광 분기 수단(86)에 있어서 분기되어 전달되는 광파이버 (1)∼(18)에 의해 형성되고, 그 단부면에는, 광의 강도를 검출하는 수단으로서의 라인 이미지 센서(90)가 배치되어 있다. 라인 이미지 센서(90)는, 제3 경로(8f)를 구성하는 광파이버 (1)∼(18)의 각 단부에 대응하는 위치에 있어서 각 광파이버 (1)∼(18)로부터 조사되는 광의 광강도를 검출 가능하게 구성되어 있고, 계측된 광강도는 상기 계측 장치(8)를 구성하는 제어 장치(20)에 보내지며, 검출된 시간(t)과 함께 상기 제어 장치(20)의 기억부에 기억된다.

상기 제어 수단(20)은, 컴퓨터에 의해 구성되고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치(CPU)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)와, 검출된 검출치, 연산 결과 등을 일시적으로 저장하기 위한 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)와, 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 구비하고 있다(상세한 내용에 대한 도시는 생략). 본 실시형태에 있어서의 제어 수단(20)은, 연삭 장치(1)의 각 구동 부분을 제어함과 더불어, 상기 계측 장치(8)를 구성하는 것으로서, 전술한 바와 같이, 라인 이미지 센서(90)의 검출치를 기억시키고, 폴리곤 미러(83), 발광 수단(81)을 구동함으로써, 웨이퍼(10)의 두께, 높이를 산출하는 기능을 갖도록 구성되어 있다. 본 실시형태의 연삭 장치(1), 계측 장치(8)는 대략 이상과 같이 구성되어 있고, 그 작용에 대해서 이하에 설명한다.

본 발명의 계측 장치(8)에 의한 웨이퍼(10)의 두께, 높이의 계측은, 예컨대, 척 테이블(71)에 배치된 웨이퍼(10)를 연삭 장치(1)에 의해 연삭한 후, 연삭 영역(70b)으로부터 피가공물 배치 영역(70a)으로 이동시킴으로써 측정 단자(87)의 바로 아래를 통과시켜 행한다. 그 때, 제어 수단(20)은, 라인 이미지 센서(90)에 의한 광의 강도를 나타내는 검출 신호로부터 도 5에 도시된 바와 같은 분광 간섭 파형을 구하여, 상기 분광 간섭 파형에 기초하여 파형 해석을 실행하고, 측정 단자(87)에 구비된 미러(89)로 반사하여 역행하는 제1 귀환광이 따르는 광로 길이와, 척 테이블(71) 상에 배치된 웨이퍼(10)의 상면 및 하면에서 반사되어 역행하는 제2 귀환광이 따르는 광로 길이와의 차로부터 웨이퍼(10)의 상면의 높이, 하면의 높이, 및 웨이퍼(10)의 두께(T)를 산출하는 것이 가능하다. 구체적인 산출 방법에 대해서는 후술한다.

본 실시형태에 있어서의 웨이퍼(10)의 두께 및 높이를 산출하는 절차에 대해서 도 2 내지 도 4를 참조하면서 설명한다. 폴리곤 미러(83)는 전술한 바와 같이, 정팔각형을 이루는 각 변이 반사면(미러)에 의해 구성되어 있고, 도시하지 않은 펄스 모터 등의 구동 수단에 의해 그 회전 위치가 시간(t)과 관련되어 제어 수단(20)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)에 기억되면서, 도면 중 시계 방향으로 회전 구동된다.

발광원(81)으로부터 광이 조사되어, 폴리곤 미러(83)가 도면 중 화살표의 방향으로 회전되면, 분광기(82)에 의해 분광되어 퍼짐을 갖는 광(8b)의 일부가 폴리곤 미러(83)의 반사면(83a)에서 반사되어 반사광(8c)을 이루고, 집광 렌즈(84)에 입사되기 시작한다. 그리고, 폴리곤 미러(83)의 반사면(83a)이 도 3의 (a)에 도시된 상태가 되었을 때, 집광 렌즈(84)에 의해 집광된 광(8c)의 일부를 구성하는 1000 ㎚ 파장의 영역이 유지 부재(85)에 일단부가 유지된 광파이버(1)에 입사된다(시간 t1). 광파이버(1)에 입사된 1000 ㎚ 파장의 광은, 전술한 광 전달 수단을 구성하는 제1, 제2 경로(8d, 8e)를 진행하여, 측정 단자(87)에 도달한다. 상기 측정 단자(87)에 도달한 1000 ㎚ 파장의 광은, 분기부(87a)에서 분기되며, 한쪽 광은 미러(89)로 반사되어 제1 귀환광이 되고, 제2 경로(8e)를 역행하여 도달한 광 분기 수단(86)에 있어서, 제3 경로(8f)를 구성하는 광파이버(1)에 분기된다. 그리고, 상기 분기된 광은 라인 이미지 센서(90)에 있어서의 광파이버(1)에 할당된 위치에 도달한다. 또한, 동시에 분기부(87a)에 있어서 대물렌즈(88)측으로 분기된 다른 쪽 광은, 상기 측정 단자(87)의 바로 아래에서 X축 방향으로 이동되는 웨이퍼(10)의 상면 및 하면에서 반사되고, 제2 경로(8e)를 역행하는 제2 귀환광을 형성하며, 광 분기 수단(86)으로 분기되어 라인 이미지 센서(90)에 있어서의 광파이버(1)에 할당된 위치에 도달한다. 그 결과, 광파이버(1)에 대하여 광이 입사된 시간 t1에 있어서의 제1, 제2 귀환광에 의해 구성되는 반사광의 광강도가 검출된다. 이 광강도는, 시간 t1과, 조사된 웨이퍼(10)의 X축 방향의 X 좌표, Y축 방향의 Y 좌표의 위치와 관련되어 제어 수단(20)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)의 임의의 기억 영역에 기억된다.

또한, 도 4는 횡축에 시간(t), 종축에 광파이버 (1)∼(18)의 단부의 배치 위치를 나타내고, 시간(t)의 경과에 따라, 폴리곤 미러(83)로 반사된 1000 ㎚∼1100 ㎚ 파장의 광 중 어느 파장 영역이, 어느 광파이버 (1)∼(18)에 입사되는지를 나타내는 것으로서, 예컨대, 시간 t1에서, 광파이버(1)에 1000 ㎚ 파장의 광이 입사되기 시작하는 것이 이해된다. 이 도 4에 도시된 시간(t)과, 어느 파장 영역이, 어느 광파이버 (1)∼(18)에 입사되는지를 나타내는 관계가 제어 수단(20)에 기억되어 있음으로써 라인 이미지 센서(90)로 검출되는 광강도가, 어느 파장 영역이 어느 광파이버 (1)∼(18)에 입사되고 있을 때에 검출된 것인지를 관련시킬 수 있다.

도 3으로 되돌아가 설명을 계속하면, 시간 t1에서 분광기(82)에 의해 분광된 광이 광파이버(1)에 입사된 이후, 폴리곤 미러(83)가 계속해서 회전됨으로써, 광(8b)에 대한 폴리곤 미러(83)의 반사면(83a)의 방향이 변화되고, 분광된 광(8b)의 1000 ㎚∼1100 ㎚ 파장의 영역이 도면 중 아래쪽으로 이동하면서, 순차 광파이버 (1)∼(18)를 유지하는 유지 수단(85)에 조사된다. 그리고, 시간 t2에 있어서는, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 광파이버 (1)∼(18)에 대하여, 분광기(82)에 의해 분광된 광의 영역의 전부가 입사된 상태가 된다(도 4도 함께 참조). 이 상태에서는, 광파이버(1)에 1100 ㎚ 파장의 광이 입사되고, 광파이버(18)에 1000 ㎚ 파장의 광이 입사된다. 즉, 시간 t1에서 t2에 걸쳐 광파이버(1)에 대하여, 분광기(82)에 의해 분광된 1000 ㎚∼1100 ㎚ 파장 영역의 전부가 입사되게 된다.

도 3의 (b)에 도시된 상태로부터, 폴리곤 미러(83)가 회전하여 시간 t3에 더 도달하면, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 분광기(82)에 의해 분광된 광의 파장 영역 중, 1100 ㎚ 파장의 영역이 광파이버(18)에 입사되는 상태가 되고, 시간 t1∼t3에 걸쳐 분광기(82)에 의해 분광된 1000 ㎚∼1100 ㎚ 파장의 광이 광파이버 (1)∼(18)의 전부에 조사된다. 또한, 도 3, 도 4로부터 이해되는 바와 같이, 시간이 더 경과하여 t4가 되면, 폴리곤 미러(83)의 반사면(83a)에 인접하는 반사면(83b)에 대하여 분광된 광(8b)이 조사되어 1000 ㎚ 파장의 광의 영역이 다시 광파이버(1)에 조사되기 시작하고, 도 3의 (a)와 동일한 상태가 되어, 이후 동일한 작동이 반복된다.

전술한 바와 같이, 제어 수단(20)에는, 시간(t)에 관련되어 라인 이미지 센서(90)에 의해 검출되는 광강도와, 도 4에 도시된 바와 같은 상기 시간(t)에 있어서의 각 광파이버 (1)∼(18)에 대하여 폴리곤 미러(83)에 의해 분배되는 파장이 기억되어 있고, 양자를 참조함으로써, 각 광파이버 (1)∼(18)마다 도 5에 도시된 바와 같은 분광 간섭 파형을 생성할 수 있다. 도 5는, 예컨대 광파이버(1)에 대해서 검출되는 분광 간섭 파형(F(1))을 나타내고 있고, 횡축은 광파이버에 입사되는 반사광 파장(λ), 종축은 라인 센서(90)에 의해 검출되는 광강도를 나타내고 있다.

이하, 제어 수단(20)이 전술한 분광 간섭 파형에 기초하여 실행하는 파형 해석에 기초하여, 웨이퍼(10)의 두께 및 높이를 산출하는 예에 대해서 설명한다.

제2 경로(8e)에 있어서의 측정 단자(87)의 분기부(87a)로부터 미러(89)까지의 광로 길이를 (L1)로 하고, 상기 측정 단자(87)의 분기부(87a)로부터 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)의 상면까지의 광로 길이를 (L2)으로 하며, 상기 측정 단자(87)의 분기부(87a)로부터 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)의 하면까지의 광로 길이를 (L3)으로 하고, 광로 길이 (L1)과 광로 길이 (L2)와의 차를 제1 광로 길이차(d1=L1-L2), 광로 길이 (L1)과 광로 길이 (L3)과의 차를 제2 광로 길이차(d2=L1-L3), 광로 길이 (L3)과 광로 길이 (L2)와의 차를 제3 광로 길이차(d3=L3-L2)로 한다. 또한, 전술한 바와 같이, 상기 광로 길이 (L1) 자체는 변화하지 않는 것이며, 측정 단자(87)의 분기부(87a)로부터 척 테이블(71)의 상면까지의 거리를 상정하여 설정되어 있다.

다음에, 제어 수단(20)은, 전술한 도 5에 도시된 바와 같은 광파이버 (1)∼(18)마다에 대하여 생성된 분광 간섭 파형에 기초하여 파형 해석을 실행한다. 이 파형 해석은, 예컨대 푸리에 변환 이론이나 웨이블릿 변환 이론에 기초하여 실행할 수 있지만, 이하에 설명하는 실시형태에 있어서는 하기 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 나타내는 푸리에 변환식을 이용한 예에 대해서 설명한다.

상기 수학식에 있어서, λ는 파장, d는 상기 제1 광로 길이차(d1=L1-L2), 제2 광로 길이차(d2=L1-L3) 및 제3 광로 길이차(d3=L3-L2), W(λn)는 창함수이다. 상기 수학식 1은, cos의 이론 파형과 상기 분광 간섭 파형(I(λn))과의 비교에서 가장 파(波)의 주기가 가까운(상관성이 높은), 즉 분광 간섭 파형과 이론상의 파형 함수와의 상관 계수가 높은 광로 길이차(d)를 구한다. 또한, 상기 수학식 2는, sin의 이론 파형과 상기 분광 간섭 파형(I(λn))과의 비교에서 가장 파의 주기가 가까운(상관성이 높은), 즉 분광 간섭 파형과 이론상의 파형 함수와의 상관 계수가 높은 제1 광로 길이차(d1=L1-L2), 제2 광로 길이차(d2=L1-L3) 및 제3 광로 길이차(d3=L3-L2)를 구한다. 그리고, 상기 수학식 3은, 수학식 1의 결과와 수학식 2의 결과의 평균치를 구한다.

제어 수단(20)은, 상기 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 기초한 연산을 실행함으로써, 반사광에 포함되는 귀환광의 각 광로 길이차에 기인하는 분광의 간섭에 기초하여, 도 6에 도시된 신호 강도의 파형을 얻을 수 있다. 도 6에 있어서 횡축은 광로 길이차(d)를 나타내고, 종축은 신호 강도를 나타내고 있다. 도 6에 도시된 예에 있어서는, 광로 길이차(d)가 450 ㎛인 위치, 300 ㎛인 위치, 150 ㎛인 위치에서 신호 강도가 높게 나타내어져 있다. 즉, 광로 길이차(d)가 450 ㎛인 위치의 신호 강도(a)는 제1 광로 길이차(d1=L1-L2)의 위치이며 웨이퍼(11)의 상면의 높이(h)를 나타내고 있다. 또한, 광로 길이차(d)가 300 ㎛인 위치의 신호 강도(b)는 제2 광로 길이차(d2=L1-L3)의 위치이며 웨이퍼(11)의 하면의 높이(h)를 나타내고 있다. 또한, 광로 길이차(d)가 150 ㎛인 위치의 신호 강도(c)는 제3 광로 길이차(d3=L3-L2)의 위치이며 웨이퍼(10)의 두께(T)를 나타내고 있다. 그리고, 상기 측정 단자(87)와 상기 척 테이블(71)과의 상대적인 X축 방향의 위치와, Y축 방향에 위치된 대물렌즈(88)의 위치에서 특정되는 계측 위치의 좌표(X 좌표, Y 좌표)에 있어서의 웨이퍼(10)의 높이(h), 두께(T)를 기억한다. 이러한 계측을, 웨이퍼(10)를 X축 방향으로 이동시키면서 전체면에 대하여 실행한다.

이상과 같이, 도시된 실시형태에 있어서의 계측 장치(8)에 따르면, 웨이퍼(10)의 두께 및 높이를 구할 수 있고, 반사되는 반사광의 광로 길이차에 기인하여 얻어지는 분광 간섭 파형에 기초하여 웨이퍼(10)의 가공시에 있어서의 웨이퍼(10)의 상면, 하면의 높이(h), 두께(T)를 검출하기 때문에, 웨이퍼(10)의 표면에 접착된 보호 테이프(12)의 두께의 변화에 영향을 미치지 않고 웨이퍼(11)의 두께(T), 높이를 정확히 계측할 수 있다.

계측 장치(8)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하, 상기 계측 장치(8)를 구비한 연삭 장치(1)를 이용하여 웨이퍼(10)를 소정의 두께로 연삭하는 절차에 대해서 설명한다.

표면에 보호 테이프(12)가 접착된 웨이퍼(10)는, 도 1에 도시된 연삭 장치(1)에 있어서의 피가공물 배치 영역(70a)에 위치되어 있는 척 테이블(71) 상에 보호 테이프(12)측이 배치되고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써 척 테이블(71) 상에 흡인 유지된다. 따라서, 척 테이블(71) 상에 흡인 유지된 웨이퍼(11)는, 이면(10b)이 상측이 된다.

다음에, 제어 수단(20)은, 웨이퍼(10)를 유지한 척 테이블(71)의 도시하지 않은 이동 수단을 작동시키고, 척 테이블(71)을 이동시켜 연삭 영역(70b)에 위치되며, 연삭휠(5)의 복수의 연삭 지석(51)의 외주 가장자리가 척 테이블(71)의 회전 중심을 통과하도록 위치된다.

이와 같이 연삭휠(5)과 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)가 소정의 위치 관계로 세트되고, 제어 수단(20)은 도시하지 않은 회전 구동 수단을 구동하여 척 테이블(71)을 예컨대 300 rpm의 회전 속도로 회전시킴과 더불어, 상기한 서보 모터(43)를 구동하여 연삭휠(5)을 예컨대 6000 rpm의 회전 속도로 회전시킨다. 그리고, 웨이퍼(10)에 대하여 연삭수를 공급하면서, 연삭 유닛 이송 기구(6)의 펄스 모터(62)를 정회전 구동하여 연삭휠(5)을 하강(연삭 이송)하여 복수의 연삭 지석(51)을 웨이퍼(10)의 상면(이면(10b))인 피연삭면에 소정의 압력으로 누른다. 이 결과, 웨이퍼(10)의 피연삭면이 연삭된다(연삭 공정).

연삭 공정을 끝냈다면, 연삭된 웨이퍼(10)를 유지한 척 테이블(71)을 X축 방향의 전방에 위치하는 피가공물 배치 영역(70a)측으로 이동시킴으로써, 웨이퍼(10)를 계측 장치(8)의 측정 단자(87)의 바로 아래에 위치시킴과 더불어, 전술한 바와 같이 계측 장치(8)를 작동시켜 웨이퍼(10) 전체면의 각 부위에 대응하는 분광 간섭 파형을 얻음과 더불어 파형 해석하여, 웨이퍼(10)의 두께 및 높이를 계측한다. 도 7에 도시된 표는, 측정 단자(87)가 웨이퍼(10)의 중심을 지나 Y축 방향을 따른 소정의 위치에 있어서, 웨이퍼(10)의 두께(T) 및 상면의 높이(h)를 계측한 예를 나타낸다. 이러한 계측을 웨이퍼(10)의 X축 방향에 있어서의 소정 간격마다 실행하여, 웨이퍼(10)의 표면의 높이, 두께를 기억하고, 연삭 후의 웨이퍼(10) 전체면의 두께 및 높이를 확인함으로써, 연삭 공정의 양부를 판정함과 더불어, 필요에 따라 재연삭을 실시할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 분광기에 의해 분광된 각 파장의 광을 시간 경과에 의해 분배 방향을 변경하는 분배 수단으로서 폴리곤 미러(83)를 채용하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 시간 경과와 함께 반사면의 방향을 제어하는 것이 가능한, 예컨대, 갈바노 스캐너를 채용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 반사광의 광 강도를 검출하기 위한 수광 소자로서, 라인 이미지 센서(90)를 이용하였지만, 이것에 한정되지 않고, 광파이버 (1)∼(18)마다 대응시켜 배치하는 광검출기여도 좋다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 상기 계측 장치(8)에 의한 계측을, 연삭 공정을 끝낸 웨이퍼의 전체면에 대하여 행하도록 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 상기 계측 장치(8)의 계측 하우징(80)의 설치 위치를 도 1에 도시된 연삭 영역(70b)의 근방에 설정함과 더불어, 그 계측 하우징(80)의 설치 위치를 이동 가능하게 설치할 수도 있다. 그와 같이 구성함으로써, 연삭 장치의 척 테이블에 유지된 웨이퍼가 연삭휠의 작용을 받아 연삭되고 있을 때에, 노출된 웨이퍼에 대면하여 측정 단자(87)를 연삭시에 공급되는 연삭수에 수몰시켜 위치시키고, 연삭중인 웨이퍼의 두께를 계측하는 것도 가능하며, 연삭중인 웨이퍼(10)의 두께를 제어 수단(20)에 피드백함으로써 원하는 두께로 연삭하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 기초하여 구성되는 계측 장치(8)는, 본 실시형태와 같이 연삭 장치(1)에 배치될 필요는 없고, 연삭 장치(1)와는 독립된 하나의 장치로서 구성하거나 혹은 연삭 장치와는 상이한 다른 가공 장치에 병설하거나 하여도 좋다.

1: 연삭 장치
2: 장치 하우징
3: 연삭 유닛
4: 스핀들 유닛
5: 연삭휠
7: 척 테이블 기구
8: 계측 장치
8d: 제1 경로
8e: 제2 경로
8f: 제3 경로
80: 계측 하우징
81: 발광원
82: 분광기
83: 폴리곤 미러(분배 수단)
86: 광 분기 수단
87: 측정 단자
88: 대물렌즈
89: 미러
90: 라인 이미지 센서

Claims (2)

1. 판상물의 두께 또는 높이를 계측하는 계측 장치로서,
   판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 영역의 광을 발하는 브로드밴드 광원과,
   상기 브로드밴드 광원이 발한 광을 상기 파장 영역 내에서 분광하는 분광기와,
   상기 분광기에 의해 분광된 각 파장의 광을, 시간 경과에 의해 분배 방향을 변경하는 분배 수단과,
   상기 분배 수단에 의해 분배된 각 파장의 광을 집광하는 집광 렌즈와,
   상기 집광 렌즈와 대면하고, 복수의 광파이버의 한쪽 단부면이 열을 이루어 배치되고 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 각 파장의 광을 전달하는 광 전달 수단과,
   상기 광 전달 수단을 구성하는 복수의 광파이버의 다른 쪽 단부면을 2 경로로 분기하고 복수의 제1 단부면에 배치되어 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러와, 상기 판상물에 대면하고 열을 이루어 복수의 제2 단부면에 대응하여 배치되는 복수의 대물렌즈를 구비한 측정 단자와,
   상기 판상물의 상면에서 반사된 광과 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 광이 각 광파이버를 역행한 제2 귀환광과 상기 제1 귀환광을, 광 전달 수단의 광의 전달 경로 상에 배치되어 각 광파이버로부터 분기하는 광 분기 수단과,
   상기 광 분기 수단으로 분기된 각 광파이버에 대응한 상기 제1 귀환광과 상기 제2 귀환광의 파장을 상기 분배 수단에 의해 각 광파이버에 대하여 분배된 시간으로부터 각 파장의 광의 강도를 검출하고 각 광파이버에 대응하여 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과,
   상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한, 각 광파이버에 대응한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여, 각 광파이버에 대응한 판상물의 두께 또는 높이를 산출하는 산출 수단
   을 적어도 포함하는 계측 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 판상물을 유지하는 유지 수단을 구비하고,
   상기 측정 단자와 상기 유지 수단은 X축 방향으로 상대적으로 이동 가능하게 구성되며,
   상기 측정 단자를 구성하는 각 광파이버의 단부면에 대응하여 배치된 대물렌즈의 열은, X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 위치되고,
   상기 측정 단자와 상기 유지 수단의 상대적인 X축 방향의 이동과, Y축 방향에 위치된 대물렌즈로 특정되는 X 좌표, Y 좌표에 있어서, 상기 산출 수단으로 산출된 판상물의 두께 또는 높이를 기억하는 기억 수단을 구비하는 계측 장치.

Images