KR20150012194A - 균열 두께 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저가의 구성으로, 연삭 중에 웨이퍼의 균열과 두께를 검출하는 것을 목적으로 한다.
웨이퍼(W)에 생긴 균열의 유무 및 웨이퍼의 두께를 검출하는 균열 두께 검출 장치로서, 웨이퍼의 표면(71)에 대하여 정해진 입사각으로 제1 초음파를 발진하는 초음파 발진부(51)와, 웨이퍼의 표면에 대하여 수직으로 제2 초음파를 발진하며, 웨이퍼로부터의 제1, 제2 초음파의 반사파를 수신하는 초음파 발진 수신부(52)와, 제1 초음파의 반사파에 기초하여 웨이퍼의 균열의 유무를 판정하는 균열 판정부(56)와, 제2 초음파의 반사파에 기초하여 웨이퍼의 두께를 산출하는 두께 산출부(57)를 구비하고, 초음파 발진 수신부가 제1 초음파의 반사파와 제2 초음파의 반사파를 교대로 수신한다.

Description

균열 두께 검출 장치{DEVICE FOR DETECTING CRACKING AND THICKNESS}
본 발명은 웨이퍼의 연삭 중에 웨이퍼의 균열과 두께를 검출 가능한 균열 두께 검출 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼의 표면에 격자형으로 분할 예정 라인이 형성되고, 분할 예정 라인에 의해 구획된 영역에 IC, LSI 등의 회로가 형성된다. 웨이퍼는 절삭 장치에 의해 이면이 연삭되어 정해진 두께로 형성된 후, 절삭 장치에 의해 분할 예정 라인을 따라 절삭되어 개개의 디바이스 칩으로 분할된다. 이와 같이 하여 분할된 디바이스 칩은, 패키징되어 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 널리 이용된다.
연삭 장치에서는, 척 테이블 상에 유지된 웨이퍼의 이면에, 연삭 지석을 환형으로 배치한 연삭 휠이 회전 접촉됨으로써 웨이퍼가 연삭된다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 웨이퍼의 연삭 중에는, 연삭 지석의 눈 막힘, 지립의 덩어리의 탈락, 연삭수의 부가 정도의 변화 등에 기인하여 웨이퍼에 예측할 수 없는 부하가 걸려, 육안으로는 확인할 수 없는 미세한 균열이 웨이퍼에 생기는 경우가 있다. 이러한 미세한 균열은, 디바이스 불량으로 되기 때문에 연삭 공정의 종료 후에 발견해 두는 것이 바람직하다. 웨이퍼의 균열을 검출하는 장치로서는, 초음파 탐촉자를 웨이퍼에 접촉시키는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-153090호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2011-146568호 공보
그러나, 특허문헌 2에 기재된 장치는, 연삭 장치와는 별도 장치이며, 또한 웨이퍼를 흡착한 상태로 초음파를 발진하는 구성이기 때문에, 연삭 중에 웨이퍼의 균열을 검출할 수 없다. 또한, 연삭 중에는 웨이퍼의 두께를 리얼 타임으로 측정할 필요가 있지만, 연삭 중에 균열을 검출하기 위해서는, 두께 검출 장치 외에 균열 검출 장치를 설치해야 하고, 장치 비용이 증대하여 버리는 문제가 있다. 연삭 중에 균열 검출과 두께 검출을 병행하여 행하는 검출 장치는 존재하지 않는다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 저가의 구성으로, 연삭 중에 웨이퍼의 균열과 두께를 검출할 수 있는 균열 두께 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 균열 두께 검출 장치는, 회전하는 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 생긴 균열의 유무 및 웨이퍼의 두께를 검출하는 균열 두께 검출 장치로서, 척 테이블에 유지된 웨이퍼의 표면에 대하여 정해진 입사각을 가지고 제1 초음파를 발진하는 초음파 발진부와, 웨이퍼의 표면에 대하여 수직으로 제2 초음파를 발진하며 웨이퍼 내부에 전파되어 반사된 제1 초음파 및 제2 초음파를 수신하는 초음파 발진 수신부와, 초음파 발진부 및 초음파 발진 수신부에 펄스 전압을 인가하는 펄스 전압 발생부와, 초음파 발진 수신부가 수신한 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼의 균열의 유무를 판정하는 균열 판정부와, 초음파 발진 수신부가 수신한 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼의 두께를 산출하는 두께 산출부를 구비하고, 회전하는 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 대하여, 초음파 발진부 및 초음파 발진 수신부로부터 시간차를 가지고 교대로 제1 초음파 및 제2 초음파가 발진되며 또한 초음파 발진 수신부는 제1 초음파 및 제2 초음파를 교대로 수신하여, 초음파 발진부로부터 웨이퍼에 대하여 비스듬하게 발진된 제1 초음파가 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼에 생긴 균열에 난반사된 반사파를 초음파 발진 수신부가 수신하였을 때에 균열 판정부는 웨이퍼에 균열이 발생하였다고 판정하고, 초음파 발진 수신부로부터 웨이퍼에 대하여 수직으로 발진된 상기 제2 초음파가 웨이퍼의 표면에서 반사한 표면 반사파와 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼의 바닥면에서 반사된 바닥면 반사파로서 초음파 발진 수신부가 수신한 시간차에 의해 두께 산출부는 웨이퍼의 두께를 산출한다.
이 구성에 따르면, 초음파 발진부로부터 웨이퍼의 표면에 대하여 정해진 입사각으로 제1 초음파가 발진되고, 초음파 발진 수신부로부터 웨이퍼의 표면에 대하여 수직의 입사각으로 제2 초음파가 발진된다. 그리고, 제1, 제2 초음파의 반사파가 함께 초음파 발진 수신부에 수신되어, 제1 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼의 균열이 검출되고, 제2 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼의 두께가 검출된다. 따라서, 1대의 장치로 웨이퍼에 생긴 균열과 웨이퍼의 두께를 검출할 수 있는 데 더하여, 제1, 제2 초음파의 반사파를 초음파 발진 수신부에 수신시킴으로써 부품 개수를 저감할 수 있기 때문에, 장치 비용의 증대를 억제할 수 있다. 또한, 초음파 발진 수신부에서는, 제1 초음파와 제2 초음파의 수신이 교대로 반복되기 때문에, 연삭 중에 웨이퍼의 균열 검출과 두께 검출을 병행하여 행할 수 있다. 또한, 연삭 중에는 웨이퍼의 표면으로부터 바닥면을 향하여 세로 균열이 생기기 쉽지만, 제1 초음파가 세로 방향에 대하여 교차하는 방향으로 전파하기 때문에, 이러한 세로 균열이 검출되기 쉽게 되어 있다.
본 발명의 상기 균열 두께 검출 장치에 있어서, 웨이퍼의 두께를 산출할 때에, 바닥면 반사파를 초음파 발진 수신부가 수신하였을 때의 초음파의 파형 정보에 변동이 생긴 경우에, 두께 산출부는 웨이퍼에 균열이 발생하였다고 판정한다.
본 발명의 상기 균열 두께 검출 장치에 있어서, 펄스 전압 발생부 및 파형 검출부를 제어하는 제어부를 가지고, 제어부는, 펄스 전압 발생부가 초음파 발진부에 펄스 전압을 인가하였을 때에는 파형 검출부가 검출한 파형 정보를 균열 판정부에 송신시키며, 펄스 전압 발생부가 초음파 발진 수신부에 펄스 전압을 인가하였을 때에는 파형 검출부가 검출한 파형 정보를 두께 산출부에 송신시키고, 펄스 전압 발생부가 초음파 발진부에 펄스 전압을 인가하였을 때에는, 파형 검출부는, 초음파 발진부에서 발진된 초음파가 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼에 생긴 균열에 난반사된 반사파를 초음파 발진 수신부가 수신하였을 때의 파형을 검출하며, 펄스 전압 발생부가 초음파 발진 수신부에 펄스 전압을 인가하였을 때에는, 파형 검출부는, 초음파 발진 수신부에서 발진된 초음파가 웨이퍼의 표면에서 반사된 표면 반사파와 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼의 바닥면에서 반사된 바닥면 반사파를 초음파 발진 수신부가 수신한 파형을 검출한다.
본 발명에 따르면, 제1 초음파를 웨이퍼 표면에 대하여 비스듬하게 발진하고, 제2 초음파를 웨이퍼 표면에 대하여 수직으로 발진하며, 제1, 제2 초음파의 반사파를 초음파 발진 수신부에서 교대로 수신하도록 한 것으로, 저가의 구성으로, 연삭 중에 웨이퍼의 균열과 두께를 검출할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 연삭 장치의 사시도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 균열 검출 시의 균열 두께 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 균열 검출 시의 반사파의 파형 정보를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 두께 검출 시의 균열 두께 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 실시형태에 따른 두께 검출 시의 반사파의 파형 정보를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 두께 검출 시에 균열 검출을 실시하는 균열 두께 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 두께 검출 시에 균열 검출할 때의 반사파의 파형 정보를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 실시형태에 따른 균열 두께 검출 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 연삭 장치(1)의 사시도이다. 또한, 연삭 장치(1)는, 도 1에 나타내는 구성에 한정되지 않는다. 연삭 장치(1)는, 연삭 중에 웨이퍼의 균열과 두께를 검출하는 균열 두께 검출 장치를 구비한 구성이면, 어떠한 구성이어도 좋다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 연삭 장치(1)는, 웨이퍼(W)가 유지된 척 테이블(3)과 연삭 수단(4)의 연삭 휠(31)을 상대 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)를 원하는 두께까지 연삭하도록 구성되어 있다. 웨이퍼(W)는, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 등의 반도체 웨이퍼여도 좋고, 세라믹, 유리, 사파이어(Al2O3)계의 무기 재료 기판, 판형 금속이나 수지의 연성 재료, 미크론 오더로부터 서브 미크론 오더의 평탄도(TTV: Total Thickness Variation)가 요구되는 각종 가공 재료여도 좋다.
연삭 장치(1)는, 대략 직육면체형의 베이스(2)를 가지고 있고, 베이스(2)의 상면에는 복수의 척 테이블(3)(도 1에서는 1개만 나타냄)이 배치된 턴 테이블(6)이 설치되어 있다. 턴 테이블(6)의 후방에는, 연삭 수단(4)을 지지하는 지주부(11)가 세워서 설치되어 있다. 각 척 테이블(3)은, 턴 테이블(6)의 상면에 회전 가능하게 설치되어 있다. 척 테이블(3)의 상면에는 포러스 세라믹재에 의해 유지면(15)(도 2 참조)이 형성되어 있다. 유지면(15)은 척 테이블(3) 내의 관로를 통하여 흡인원에 접속되며, 유지면(15)에 생기는 부압에 의해 웨이퍼(W)가 흡인 유지된다.
베이스(2)의 상면에 있어서, 턴 테이블(6)의 근방에는 웨이퍼(W)의 연삭 중의 균열과 두께를 검출하는 균열 두께 검출 장치(7)가 설치되어 있다. 균열 두께 검출 장치(7)는, 역 L자형의 지지부(41)를 통해 척 테이블(3)의 상방에서 요동 가능하게 지지되어 있다. 균열 두께 검출 장치(7)는, 연삭 중에 웨이퍼(W)에 대하여 초음파를 발진하여, 웨이퍼(W)로부터의 반사파의 파형 형상으로부터 웨이퍼(W)의 균열과 두께를 검출한다. 웨이퍼(W) 내의 균열로부터 디바이스 불량으로 되는 부분이 특정되며, 웨이퍼(W)의 두께에 기초하여 연삭량이 제어된다. 또한, 균열 두께 검출 장치(7)의 상세에 대해서는 후술한다.
지주부(11)에는, 연삭 수단(4)을 상하 이동시키는 연삭 이동 수단(5)이 설치되어 있다. 연삭 이동 수단(5)은, 지주부(11)의 전면에 배치된 Z축 방향에 평행한 한쌍의 가이드 레일(21)과, 한쌍의 가이드 레일(21)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 Z축 테이블(22)을 가지고 있다. Z축 테이블(22)의 전면에는 하우징(23)을 통해 연삭 수단(4)이 지지되어 있다. Z축 테이블(22)의 배면측에는, 도시하지 않는 너트부가 형성되고, 너트부에 볼 나사(24)가 나사 결합되어 있다. 볼 나사(24)의 일단부에 연결된 구동 모터(25)가 회전 구동됨으로써, 연삭 수단(4)이 가이드 레일(21)을 따라 Z축 방향으로 이동된다.
연삭 수단(4)은, 원통형의 스핀들(26)의 하단에 마운트(27)를 설치하여 구성되어 있다. 스핀들(26)에는 직경 방향으로 확장되는 플랜지(28)가 설치되고, 이 플랜지(28)를 통해 하우징(23)에 연삭 수단(4)이 지지된다. 마운트(27)의 하면에는, 복수의 연삭 지석(32)을 환형으로 배치한 연삭 휠(31)이 장착된다. 이와 같이 구성된 연삭 장치(1)에서는, 균열 두께 검출 장치(7)에 의해 웨이퍼(W)의 두께가 리얼 타임으로 검출되고, 웨이퍼(W)의 두께의 검출 결과가 웨이퍼(W)의 완성 두께에 근접하도록 연삭 수단(4)의 이송량이 제어된다. 동시에 디바이스 불량이 될 것 같은 웨이퍼(W)의 균열도 검출되고 있으며, 균열이 검출된 시점에서 작업자에게 통지된다.
이하, 도 2부터 도 7을 참조하여, 균열 두께 검출 장치(7)에 의한 균열 검출 및 두께 검출에 대해서 설명한다. 도 2는 균열 검출 시의 균열 두께 검출 장치를 나타내는 블록도이다. 도 3은 균열 검출 시의 반사파의 파형 정보를 나타내는 도면이다. 도 4는 두께 검출 시의 균열 두께 검출 장치를 나타내는 블록도이다. 도 5는 두께 검출 시의 반사파의 파형 정보를 나타내는 도면이다. 도 6은 두께 검출 시에 균열 검출을 실시하는 균열 두께 검출 장치를 나타내는 블록도이다. 도 7은 두께 검출 시에 균열 검출할 때의 반사파의 파형 정보를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 균열 두께 검출 장치(7)는, 원통형의 케이스(42)를 웨이퍼(W)의 표면(71)에 근접시켜, 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 초음파 전파 매체로서의 물(A)을 공급하면서 초음파를 발진하도록 구성되어 있다. 케이스(42)의 하부는, 둘레벽부(43)의 하단부보다 상방에 바닥판(44)이 설치되고, 웨이퍼(W)의 표면(71)과의 사이에 물이 고이도록 오목형으로 형성되어 있다. 바닥판(44)에는, 초음파 발진부(51)와 초음파 발진 수신부(52)가 설치되어 있고, 초음파 발진부(51)와 초음파 발진 수신부(52)의 각 초음파 진동자(61, 62)가 웨이퍼(W)의 표면(71)측에 노출되어 있다.
초음파 발진부(51)는, 바닥판(44)에 비스듬하게 부착되어 있고, 초음파 발진 수신부(52)는, 바닥판(44)에 세로 방향으로 부착되어 있다. 초음파 발진부(51) 및 초음파 발진 수신부(52)는, 각각 펄스 전압 발생부(53)에 접속되어 있다. 초음파 발진부(51)는, 펄스 전압 발생부(53)로부터 초음파 진동자(61)에 펄스 전압이 인가됨으로써, 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 정해진 입사각을 가지고 제1 초음파를 발진한다. 초음파 발진 수신부(52)는, 펄스 전압 발생부(53)로부터 초음파 진동자(62)에 펄스 전압이 인가됨으로써, 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 수직으로 제2 초음파를 발진한다.
펄스 전압 발생부(53)는, 제어부(54)로 제어되어, 펄스 전압의 인가처를 초음파 발진부(51)와 초음파 발진 수신부(52) 사이에서 교대로 전환하고 있다. 이에 의해, 초음파 발진부(51)와 초음파 발진 수신부(52)로부터 제1, 제2 초음파가 시간차를 가지고 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 교대로 발진된다. 또한, 초음파 발진 수신부(52)는, 제2 초음파의 발진뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 내부에 전파되어 반사된 제1, 제2 초음파의 반사파를 수신한다. 이때, 초음파 발진 수신부(52)는, 펄스 전압 발생부(53)의 펄스 전압의 전환에 동기하여, 제1, 제2 초음파를 교대로 수신한다.
초음파 발진 수신부(52)는, 제1, 제2 초음파의 반사파를 수신하면, 이들 반사파의 파형 정보를 파형 검출부(55)에 출력한다. 파형 검출부(55)는, 증폭기, A/D 변환기, 필터 등으로 이루어지고, 파형 정보에 대하여 증폭, 아날로그 데이터로부터 디지털 데이터로의 변환 처리, 잡음 제거 등의 각종 처리를 실시한다. 또한, 파형 검출부(55)는, 제어부(54)로 제어되어, 파형 정보의 출력처를 균열 판정부(56)와 두께 산출부(57) 사이에서 교대로 전환하고 있다. 펄스 전압의 인가처가 초음파 발진부(51)인 경우에는, 균열 판정부(56)에 파형 정보가 출력되며, 펄스 전압의 인가처가 초음파 발진 수신부(52)인 경우에는, 두께 산출부(57)에 파형 정보가 출력된다.
균열 판정부(56)는, 제1 초음파의 반사파의 파형 정보에 포함되는 난반사의 유무에 따라 웨이퍼(W) 내의 균열을 판정하고, 판정 결과를 통지부(58)에 출력한다. 통지부(58)는, 웨이퍼(W) 내에 균열이 존재하는 경우에 오퍼레이터에 대하여 웨이퍼(W)의 균열을 통지한다. 두께 산출부(57)는, 제2 초음파의 반사파의 파형 정보에 포함되는 표면 반사파와 바닥면 반사파에 기초하여 웨이퍼(W)의 두께를 산출하고, 출력부(59)를 통해 산출 결과를 연삭 이동 수단(5)(도 1 참조)에 출력한다. 연삭 이동 수단(5)은, 웨이퍼(W)의 두께의 산출 결과에 기초하여 연삭량을 제어하고 있다.
또한, 케이스(42)의 바닥판(44)에는, 초음파 전파 매체인 물의 공급구(45)가 개구되어 있고, 이 공급구(45)는 케이스(42) 내의 관로를 통하여 물 공급원(46)에 접속되어 있다. 물 공급원(46)으로부터 물이 공급되면, 바닥판(44)과 웨이퍼(W)의 표면(71) 사이가 물로 채워진다. 그리고, 초음파 발진부(51) 및 초음파 발진 수신부(52)의 초음파 진동자(61, 62)가 수중에 침지되어, 공기의 층을 개재하지 않고 제1, 제2 초음파가 웨이퍼(W)의 표면(71)에 입사된다. 따라서, 물의 층과 웨이퍼(W)의 계면(표면(71))에서 제1, 제2 초음파의 반사가 억제되어, 웨이퍼(W)의 내부에의 제1, 제2 초음파의 전파성이 향상되고 있다.
여기서, 도 2를 참조하여, 연삭 중에 있어서의 웨이퍼(W)의 균열 검출에 대해서 설명한다. 원통형의 케이스(42)가 웨이퍼(W)의 표면(71)에 근접되고, 웨이퍼(W)의 표면(71)에 접촉하지 않을 정도로 둘레벽부(43)의 하단부가 포지셔닝된다. 이에 의해, 둘레벽부(43)와 바닥판(44)과 웨이퍼(W)의 표면(71)에 의해 공간이 형성된다. 그리고, 공급구(45)로부터 공간 내에 물(A)이 공급되고, 공간 내의 공기를 둘레벽부(43)의 하부와 웨이퍼(W)의 표면(71)의 간극으로부터 외부에 압출하도록 하여, 바닥판(44)과 웨이퍼(W)의 표면(71) 사이가 물(A)로 채워진다. 이와 같이 하여, 초음파 발진부(51) 및 초음파 발진 수신부(52)의 초음파 진동자(61, 62)가 침지되는 수조가 형성된다.
다음에, 제어부(54)에 의해 제어되어, 펄스 전압 발생부(53)로부터 초음파 발진부(51)의 초음파 진동자(61)에 펄스 전압이 인가된다. 초음파 진동자(61)로부터 제1 초음파가 발진되고, 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 정해진 입사각을 가지고 제1 초음파가 웨이퍼(W)의 내부에 전파된다. 제1 초음파는 웨이퍼(W)의 내부에 생긴 균열(C1)에서 난반사되고, 이 반사파는 초음파 발진 수신부(52)에 수신된다. 연삭 중에는, 연삭 휠(31)에 의해 웨이퍼(W)에 대하여 상방으로부터 부하가 작용하여, 웨이퍼(W)의 표면(71)으로부터 바닥면(72)을 향하여 세로 균열이 생기기 쉽기 때문에, 제1 초음파가 웨이퍼(W)의 내부에 비스듬하게 전파됨으로써 웨이퍼(W) 내의 균열(C1)이 검출되기 쉽게 되어 있다.
초음파 발진 수신부(52)에 제1 초음파의 반사파가 수신되면, 아날로그 신호의 파형 정보로서 파형 검출부(55)에 출력되고, 파형 검출부(55)에서 디지털 신호로 변환된다. 또한, 파형 정보에 포함되는 주위의 잡음이나 웨이퍼(W)의 표면(71) 및 바닥면(72)으로부터의 반사파 등이 필터에 의해 제거된다. 이 결과, 도 3a 및 도 3b에 나타내는 파형 정보가 균열 판정부(56)에 출력된다. 도 3a에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 내부에 균열(C1)이 존재하지 않는 경우에는, 제1 초음파의 반사파의 파형 정보는 대략 일정한 크기로 미세하게 진폭한다. 도 3b에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 내부에 균열(C1)이 존재하는 경우에는, 제1 초음파의 반사파의 파형 정보는 일시적으로 크게 진폭한다.
균열 판정부(56)에서는, 이 파형의 변화에 기초하여 웨이퍼(W)의 균열(C1)이 검출된다. 예컨대, 제1 초음파의 반사파의 파형 정보에 있어서 임계값(T1) 이상의 진폭이 얻어진 경우에 웨이퍼(W)에 균열(C1)(도 2 참조)이 존재한다고 판정된다. 또한, 균열 판정부(56)에서는, 웨이퍼(W)가 유지되는 척 테이블(3)의 기준 위치(0도 위치)를 제로점 센서(도시되지 않음)로 검출하여, 척 테이블(3)의 기준 위치에 대한 웨이퍼(W) 내의 균열(C1)의 각도 위치를 검출하여도 좋다. 도 3b에 나타내는 바와 같이, 기준 위치로부터 θ도를 회전시킨 각도 위치에서 웨이퍼(W)의 균열(C1)이 검출된다. 균열 판정부(56)에 있어서 웨이퍼(W)의 균열(C1)이 검출되면, 통지부(58)에 의해 오퍼레이터에 웨이퍼(W)의 균열(C1)이 통지된다.
계속해서, 도 4를 참조하여, 연삭 중에 있어서의 웨이퍼(W)의 두께 검출에 대해서 설명한다. 웨이퍼(W)의 두께 검출 시에는, 제어부(54)로 제어되어, 펄스 전압 발생부(53)에 의한 펄스 전압의 인가처가 초음파 발진부(51)로부터 초음파 발진 수신부(52)로 전환된다. 그리고, 바닥판(44)과 웨이퍼(W)의 표면(71) 사이가 물(A)로 채워진 상태로, 펄스 전압 발생부(53)로부터 초음파 발진 수신부(52)의 초음파 진동자(62)에 펄스 전압이 인가된다. 초음파 진동자(62)로부터 제2 초음파가 발진되고, 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 수직으로 제2 초음파가 웨이퍼(W)의 내부에 전파된다.
제2 초음파는, 웨이퍼(W)의 표면(71)에서 일부 반사되어 표면 반사파로서 초음파 발진 수신부(52)에 수신된다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면(71)을 투과한 제2 초음파는, 바닥면(72)에서 반사되어 바닥면 반사파로서 초음파 발진 수신부(52)에 수신된다. 초음파 발진 수신부(52)에 표면 반사파 및 바닥면 반사파가 수신되면, 아날로그 신호의 파형 정보로서 파형 검출부(55)에 출력되어, 파형 검출부(55)에서 디지털 신호로 변환된다. 또한, 파형 정보에 포함되는 주위의 잡음 등이 필터에 의해 제거된다. 이 결과, 도 5에 나타내는 바와 같은 파형 정보가 두께 산출부(57)에 출력된다. 제2 초음파의 반사파의 파형 정보는, 표면 반사파와 바닥면 반사파에 있어서 일시적으로 크게 진폭한다.
두께 산출부(57)에서는, 이 표면 반사파와 바닥면 반사파의 시간차에 기초하여 웨이퍼(W)의 두께가 검출된다. 예컨대, 다음 식 (1)에 따라 웨이퍼(W)의 두께가 산출된다. 또한, 식 (1)의 표면 반사 시간과 바닥면 반사 시간은, 각각 초음파 발진 수신부(52)에 표면 반사파와 바닥면 반사파가 수신된 시간을 나타내고 있다. 또한, 표면 반사파와 바닥면 반사파는, 제2 초음파의 반사파의 파형 정보에 있어서 임계값(T2) 이상의 진폭이 얻어진 경우에 검출된다.
Figure pat00001
예컨대, 실리콘 웨이퍼에서는, 바닥면 반사 시간이 1172 [μsec], 표면 반사 시간이 1000 [μsec]인 경우, 매체인 실리콘의 음속(전파 속도)이 8433 [m/sec]이기 때문에, 실리콘 웨이퍼의 두께가 725 [㎛]로서 산출된다. 두께 산출부(57)에 있어서 웨이퍼(W)의 두께가 산출되면, 출력부(59)를 통해 연삭 이동 수단(5)(도 1 참조)에 출력된 연삭량이 제어된다.
상기한 바와 같이, 균열 두께 검출 장치(7)에서는, 웨이퍼(W)의 균열 검출과 두께 검출이 교대로 전환되고 있다. 이 경우, 파형 검출부(55)에서 생성되는 파형 정보가 도중에 끊기지 않는 타이밍으로, 펄스 전압 발생부(53)에 의한 펄스 전압의 인가처가 초음파 발진부(51)와 초음파 발진 수신부(52) 사이에서 전환된다. 예컨대, 척 테이블 회전수가 300 [rpm]인 경우에는, 0.5 [msec] 주기로 펄스 전압 발생부(53)에 의한 펄스 전압의 인가처가 초음파 발진부(51)와 초음파 발진 수신부(52) 사이에서 전환된다. 이와 같이, 웨이퍼(W)의 균열 검출과 두께 검출이 교대로 전환됨으로써, 연삭 중에 웨이퍼(W)의 균열 검출과 두께 검출을 병행하여 행할 수 있게 되어 있다.
그런데, 도 6에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 생긴 균열(C2)의 방향이, 제1 초음파의 입사 방향과 같은 경우에는, 제1 초음파의 전파 방향과 웨이퍼(W) 내의 균열(C2)의 방향이 평행해져, 균열 검출 시에 웨이퍼(W)의 균열(C2)을 검출할 수 없다. 이러한 경우에는, 두께 검출 시에 바닥면 반사파의 파형 정보의 변동을 파악함으로써, 웨이퍼(W)의 균열을 검출하는 것이 가능하다. 초음파 진동자(62)로부터 제2 초음파가 발진되면, 웨이퍼(W)의 표면(71)으로부터 수직으로 제2 초음파가 웨이퍼(W) 내를 전파한다. 이 때문에, 웨이퍼(W)에 비스듬하게 들어간 균열(C2)에 대하여 제2 초음파의 전파 방향이 교차한다.
제2 초음파는, 웨이퍼(W)의 표면(71)에서 일부 반사되어 표면 반사파로서 초음파 발진 수신부(52)에 수신된다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면(71)을 투과한 제2 초음파는, 웨이퍼(W)의 내부에 생긴 균열(C2)에서 난반사되고, 이 반사파는 바닥면 반사파로서 초음파 발진 수신부(52)에 수신된다. 초음파 발진 수신부(52)에 표면 반사파 및 바닥면 반사파가 수신되면, 파형 검출부(55)에서 각종 처리가 실시되고, 도 7에 나타내는 바와 같은 파형 정보가 두께 산출부(57)에 출력된다. 제2 초음파의 반사파의 파형 정보는, 표면 반사파와 바닥면 반사파에 있어서 일시적으로 크게 진폭한다.
이때, 도 7에 나타내는 바닥면 반사파는, 도 5에 나타내는 것과 같은 웨이퍼(W)에 균열이 생기지 않는 경우의 바닥면 반사파와 비교하여 파형이 변화하고 있다. 두께 산출부(57)에서는, 이 파형의 변화가 검출되면, 웨이퍼(W)의 두께가 아니라, 웨이퍼(W)의 균열(C2)이 검출된다. 예컨대, 제2 초음파의 반사파의 파형 정보에 있어서, 바닥면 반사파의 진폭이 임계값(T3) 이상 또한 임계값(T2) 이하인 경우에, 웨이퍼(W)에 균열(C2)이 존재한다고 판정된다. 또한, 두께 산출부(57)에서는, 균열 판정부(56)와 마찬가지로 척 테이블(3)의 기준 위치(0도 위치)에 대한 웨이퍼(W)의 균열의 각도 위치를 검출하여도 좋다. 두께 산출부(57)에 있어서 웨이퍼(W)의 균열(C2)이 검출되면, 두께 산출부(57)의 출력처가 출력부(59)로부터 통지부(58)로 전환되어, 통지부(58)에 의해 오퍼레이터에 웨이퍼(W)의 균열(C2)이 통지된다.
이와 같이 구성된 균열 두께 검출 장치(7)에서는, 웨이퍼(W)의 연삭 개시와 동시에 구동되고, 웨이퍼(W)의 중앙 부근과 외측 둘레 가장자리 사이에서 왕복 요동하면서 웨이퍼(W)의 균열과 두께가 검출된다. 연삭 중에는, 연삭 휠(31)(도 1 참조)의 원호형의 연삭면이 웨이퍼(W)의 중심을 통과하도록 포지셔닝되기 때문에, 웨이퍼(W)의 중심에 균열 두께 검출 장치(7)를 포지셔닝할 수 없다. 웨이퍼(W)의 두께에 대해서는, 웨이퍼(W)의 외측 둘레 가장자리에서도 검출할 수 있지만, 웨이퍼(W)의 중심의 균열을 검출하기 위해서는 웨이퍼(W)의 중심에 균열 두께 검출 장치(7)를 포지셔닝할 필요가 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 중심을 제외한 범위에 대해서는 연삭 중에 균열을 검출하고, 웨이퍼(W)의 중심에 대해서는, 연삭 종료 후에 균열을 검출하고 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 균열 두께 검출 장치(7)에 따르면, 초음파 발진부(51)로부터 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 정해진 입사각으로 제1 초음파가 발진되고, 초음파 발진 수신부(52)로부터 웨이퍼(W)의 표면(71)에 대하여 수직으로 제2 초음파가 발진된다. 그리고, 제1, 제2 초음파의 반사파가 함께 초음파 발진 수신부(52)에 수신되고, 제1 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼(W)의 균열이 검출되며, 제2 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼(W)의 두께가 검출된다. 따라서, 1대의 장치로 웨이퍼(W)에 생긴 균열과 웨이퍼의 두께를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 제1, 제2 초음파의 반사파를 초음파 발진 수신부(52)에 수신시킴으로써 부품 개수를 저감할 수 있기 때문에, 장치 비용의 증대를 억제할 수 있다. 또한, 초음파 발진 수신부(52)에서는, 제1 초음파와 제2 초음파의 수신이 교대로 반복되기 때문에, 연삭 중에 웨이퍼(W)의 균열 검출과 두께 검출을 병행하여 행할 수 있다. 또한, 연삭 중에는 웨이퍼(W)의 표면(71)으로부터 바닥면(72)을 향하여 세로 균열이 생기기 쉽지만, 제1 초음파가 세로 방향에 대하여 교차하는 방향으로 전파하기 때문에, 이러한 세로 균열이 검출되기 쉽게 되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 여러가지 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 상기 실시형태에 있어서, 첨부 도면에 도시되어 있는 크기나 형상 등에 대해서는, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 그 외, 본 발명의 원하는 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
예컨대, 상기 실시형태에 있어서는, 균열 판정부(56)는, 제1 초음파의 반사파의 파형 정보에 있어서 임계값(T1) 이상의 진폭이 얻어진 경우(도 3 참조)에, 웨이퍼에 균열이 존재한다고 판정하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 균열 판정부(56)는, 웨이퍼(W) 내의 균열을 검출 가능하면 좋고, 임계값(T1) 이상의 진폭이 일정 시간 이상 계속된 경우에 웨이퍼에 균열이 존재한다고 판정하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 두께 산출부(57)는, 바닥면 반사파의 진폭이 임계값(T3) 이상 또한 임계값(T2) 이하의 진폭인 경우(도 7 참조)에, 웨이퍼(W)에 균열(C2)이 존재한다고 판정하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 두께 산출부(57)는, 바닥면 반사파의 변화를 검출 가능하면 좋고, 임계값(T3) 이상 또한 임계값(T2) 이하의 진폭이 일정 시간 이상 계속된 경우에 웨이퍼에 균열이 존재한다고 판정하여도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 저가의 구성으로, 웨이퍼의 균열과 두께를 검출할 수 있다고 하는 효과를 가지고, 특히, 반도체 웨이퍼용의 연삭 장치에 탑재되는 균열 두께 검출 장치에 유용하다.
1 연삭 장치
3 척 테이블
4 연삭 수단
6 턴 테이블
7 균열 두께 검출 장치
51 초음파 발진부
52 초음파 발진 수신부
53 펄스 전압 발생부
54 제어부
55 파형 검출부
56 균열 판정부
57 두께 산출부
61, 62 초음파 진동자
71 웨이퍼의 표면
72 웨이퍼의 바닥면
C1, C2 균열
W 웨이퍼

Claims (2)

  1. 회전하는 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 생긴 균열의 유무 및 웨이퍼의 두께를 검출하는 균열 두께 검출 장치로서,
    상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼의 표면에 대하여 정해진 입사각을 가지고 제1 초음파를 발진하는 초음파 발진부와, 웨이퍼의 표면에 대하여 수직으로 제2 초음파를 발진하며 웨이퍼 내부에 전파되어 반사된 상기 제1 초음파 및 상기 제2 초음파를 수신하는 초음파 발진 수신부와, 상기 초음파 발진부 및 상기 초음파 발진 수신부에 펄스 전압을 인가하는 펄스 전압 발생부와, 상기 초음파 발진 수신부가 수신한 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼의 균열의 유무를 판정하는 균열 판정부와, 상기 초음파 발진 수신부가 수신한 초음파의 파형 정보로부터 웨이퍼의 두께를 산출하는 두께 산출부를 구비하고,
    회전하는 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 대하여, 상기 초음파 발진부 및 상기 초음파 발진 수신부로부터 시간차를 가지고 교대로 상기 제1 초음파 및 상기 제2 초음파가 발진되며 또한 상기 초음파 발진 수신부는 상기 제1 초음파 및 상기 제2 초음파를 교대로 수신하고,
    상기 초음파 발진부로부터 웨이퍼에 대하여 비스듬하게 발진된 상기 제1 초음파가 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼에 생긴 균열에 난반사된 반사파를 상기 초음파 발진 수신부가 수신하였을 때에 상기 균열 판정부는 웨이퍼에 균열이 발생하였다고 판정하며,
    상기 초음파 발진 수신부로부터 웨이퍼에 대하여 수직으로 발진된 상기 제2 초음파가 웨이퍼의 표면에서 반사된 표면 반사파와 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼의 바닥면에서 반사된 바닥면 반사파로서 상기 초음파 발진 수신부가 수신한 시간차에 의해 상기 두께 산출부는 웨이퍼의 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 균열 두께 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 두께를 산출할 때에, 상기 바닥면 반사파를 상기 초음파 발진 수신부가 수신하였을 때의 초음파의 파형 정보에 변동이 생긴 경우에, 상기 두께 산출부는 웨이퍼에 균열이 발생하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 균열 두께 검출 장치.
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