KR20180026345A

KR20180026345A - 계측 장치

Info

Publication number: KR20180026345A
Application number: KR1020170111214A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-03-12
Also published as: CN107796314A; TW201812248A; JP2018036213A; CN107796314B; JP6802012B2; TWI734817B; KR102254616B1

Abstract

[과제] 본 발명의 과제는, 구성이 단순하고 저렴한 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
[해결 수단] 본 발명에 따르면, 판상물(웨이퍼(10))의 두께 또는 높이를 계측하는 계측 장치(8)로서, 판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 영역의 광을 펄스광으로 발하는 펄스 브로드밴드 광원(82)과, 상기 펄스 브로드밴드 광원(82)이 발한 펄스광을 전달하고 전달 거리에 따라 상이한 파장으로 펄스광을 분광하여 역행시키는 파이버 브래그 그레이팅(83)과, 상기 파이버 브래그 그레이팅(83)에 배치되어 역행한 펄스광을 분기시켜 광파이버에 전달하는 광파이버 전달 수단(83a)과, 상기 광파이버의 단부를 2분기하여 한쪽의 단부면에 배치되어 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러(81b)와, 다른쪽의 단부면에 배치되어 펄스광을 판상물에 집광하는 대물렌즈(81a)를 구비한 측정 단자(81)와, 상기 제1 귀환광 및 상기 판상물의 상면에서 반사된 펄스광과 상기 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 펄스광이 간섭하여 상기 광파이버를 역행한 제2 귀환광을 분기시키는 광 분기 수단(84)과, 상기 광 분기 수단(84)으로 분기된 제1 귀환광과 제2 귀환광의 1펄스에서의 시간차로부터 파장을 구하여 각 파장의 광의 강도를 검출하여 1펄스에서의 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여 판상물의 두께 또는 높이를 산출하는 산출 수단으로 적어도 구성되는 계측 장치(8)가 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, 절삭 장치에 의해 이면이 연삭되어 미리 정해진 두께로 형성된 후, 다이싱 장치, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스로 분할되어, 휴대전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.

연삭 장치는, 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼의 이면을 연삭하는 연삭 지석이 환형으로 배치된 연삭휠을 회전 가능하게 배치한 연삭 수단을 구비하고, 웨이퍼의 두께를 분광 간섭 파형에 의해 비접촉으로 검출하는 검출 수단을 구비함으로써 웨이퍼를 원하는 두께로 연삭하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2011-143488호 공보

그러나, 상기한 특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서 두께나 높이를 검출하고자 한 경우, 피가공물의 상면 및 하면에서 반사된 반사광을 분기시킨 후에, 반사광을 평행광으로 하는 콜리메이션 렌즈, 회절 격자에 의해 양 반사광의 간섭을 회절시키고, 또한, 각 파장에 대응하는 회절 신호를 집광 렌즈를 통해 라인 이미지 센서로 보내어, 상기 라인 이미지 센서 등에 의해 검출된 반사광의 각 파장에서의 광강도를 검출하여 분광 간섭 파형을 구할 필요가 있다. 이것으로부터, 두께나 높이를 계측하기 위해 탑재되는 장치가 많아지고, 구성이 복잡하여 장치 전체가 고액이 된다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주된 기술 과제는, 구성이 단순하고 저렴한 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 펄스광으로 발하는 펄스 브로드밴드 광원과, 상기 펄스 브로드밴드 광원이 발한 펄스광을 전달하고 전달 거리에 따라 상이한 파장으로 펄스광을 분광하여 역행시키는 파이버 브래그 그레이팅과, 상기 파이버 브래그 그레이팅에 배치되어 역행한 펄스광을 분기시켜 광파이버에 전달하는 광파이버 전달 수단과, 상기 광파이버의 단부를 2분기하여 한쪽의 단부면에 배치되어 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러와, 다른쪽의 단부면에 배치되어 펄스광을 판상물에 집광하는 대물렌즈를 구비한 측정 단자와, 상기 판상물의 상면에서 반사된 펄스광과 상기 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 펄스광이 간섭하여 상기 광파이버를 역행한 제2 귀환광을 분기시키는 광 분기 수단과, 상기 광 분기 수단으로 분기된 제1 귀환광과 제2 귀환광의 1펄스에서의 시간차로부터 파장을 구하여 각 파장의 광의 강도를 검출하여 1펄스에서의 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여 판상물의 두께 또는 높이를 산출하는 산출 수단으로 적어도 구성되는 계측 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 계측 장치는, 전술한 바와 같이 구성되며, 특히, 판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 영역의 광을 펄스광으로 발하는 펄스 브로드밴드 광원과, 상기 펄스 브로드밴드 광원이 발한 펄스광을 전달하고 전달 거리에 따라 상이한 파장으로 펄스광을 분광하여 역행시키는 파이버 브래그 그레이팅과, 상기 파이버 브래그 그레이팅에 배치되어 역행한 펄스광을 분기시켜 광파이버에 전달하는 광파이버 전달 수단과, 상기 광파이버의 단부를 2분기하여 한쪽의 단부면에 배치되어 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러와, 다른쪽의 단부면에 배치되어 펄스광을 판상물에 집광하는 대물렌즈를 구비한 측정 단자와, 상기 판상물의 상면에서 반사된 펄스광과 상기 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 펄스광이 간섭하여 상기 광파이버를 역행한 제2 귀환광을 분기시키는 광 분기 수단과, 상기 광 분기 수단으로 분기된 제1 귀환광과 제2 귀환광의 1펄스에서의 시간차로부터 파장을 구하여 각 파장의 광의 강도를 검출하여 1펄스에서의 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여 판상물의 두께 또는 높이를 산출하는 산출 수단으로 구성되어 있음으로써, 단순한 구성으로 두께 편차를 계측할 수 있어, 저렴한 계측 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 기초하여 구성되는 계측 장치가 적용되는 연삭 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 기초하여 구성되는 계측 장치의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 도 2에 도시된 계측 장치에 의해 생성되는 분광 간섭 파형의 일례 및 상기 분광 간섭 파형을 파형 해석함으로써 얻어지는 광로 길이차와 신호 강도의 일례를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 계측 장치에 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, 높이가 계측되는 판상물로서의 웨이퍼(10)가 도시되어 있다. 도면에 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)을 구비하고 있고, 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)를 위쪽으로부터 계측 가능하게 배치되어 있다. 상기 계측 하우징(80)의 하면에는, 바로 아래에 위치되는 척 테이블(71)을 바라보도록 측정 단자(81)가 구비되어 있고, 도면 중 화살표 Y로 나타내는 방향(Y축 방향)으로 왕복 운동 가능하게 구성되어 있다. 상기 계측 장치(8)에 대해서는, 도 2를 참조하면서 더욱 상세히 설명한다.

도시된 실시형태에서의 계측 장치(8)는, 피가공물로서의 웨이퍼(10)에 대하여 투과성을 갖는 미리 정해진 파장(예컨대, 파장 1100 ㎚∼1900 ㎚)을 포함하는 펄스광을 발진하는 브로드밴드 광원(이하 「펄스 브로드밴드 광원(82)」이라고 함)과, 상기 펄스 브로드밴드 광원(82)으로부터의 펄스광 LB1이 입사되는 광파이버 전달 수단(83a)과, 광파이버 전달 수단(83a)을 통해 펄스광 LB1이 입사되는 파이버 브래그 그레이팅(83)과, 상기 파이버 브래그 그레이팅(83)으로 반사하여 역행한 광이 광파이버 전달 수단(83a)으로 분기되어 전달되는 광파이버(f2)와, 상기 광파이버(f2)에 접속되는 광파이버(f3)와, 상기 광파이버(f3)의 단부를 2개의 광로로 분기하여 한쪽의 광로를 형성하는 광파이버(f4)의 단부면에 배치되어 상기 광파이버(f4)를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러(81c)와, 상기 2개로 분기된 다른쪽의 광로(광파이버(f3))의 단부면에 배치되고, 상기 광파이버(f3)에 전달된 광을 웨이퍼(10)에 집광하는 대물렌즈(81a)를 구비한 측정 단자(81)와, 상기 대물렌즈(81a)로부터 조사된 광 LB2를 상기 웨이퍼(10)의 상면에서 반사된 반사광과 상기 웨이퍼(10)를 투과하여 웨이퍼(10)의 하면에서 반사된 반사광에 의해 간섭시켜 상기 광파이버(f3)를 역행하는 제2 귀환광 및 상기 제1 귀환광을 분기시키는 광 분기 수단(84)과, 상기 광 분기 수단(84)으로 분기된 제1 귀환광과, 제2 귀환광이 간섭하여 광파이버(f5)를 진행한 귀환광의 광강도를 검출하는 수광 소자(85)와, 1펄스에서의 시간차로부터 수광 소자(85)에 있어서 수광한 상기 귀환광의 파장을 특정함으로써, 각 파장마다의 광강도를 검출하고, 수광 소자(85)에 의해 검출된 파장마다의 상기 광강도가 입력되어 기억되는 제어 수단(20)을 구비하고 있다. 그리고, 상기 제어 수단(20)은, 시간차에 기초하여 특정되는 파장과 상기 검출한 광강도에 기초하여 1펄스에서의 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여 웨이퍼(10)의 두께 및 웨이퍼(10)의 표면, 이면의 높이를 산출하는 산출 수단을 구비하고 있다. 또한, 상기 펄스 브로드밴드 광원(82)은, LED, LD, SLD(Super Luminescent Diode), ASE(Amplified Spontaneous Emission), SC(Super Continuum), 할로겐 광원 등을 선택할 수 있고, 예컨대, 반복 주파수 10 kHz(펄스 간격=100 μs), 펄스폭 10 ns로 조사한다.

파이버 브래그 그레이팅(83)은, 파이버 브래그 그레이팅(83)을 구성하는 광파이버(f1)에, 광대역의 스펙트럼을 가진 광이 입사되면, 입사된 광의 특정한 파장 성분만을 반사하고, 그 이외의 파장을 전부 투과시키는 회절 격자(k1∼k17)가 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 상기 광파이버(f1)의 길이를 약 8 km로 구성하고, 입사 위치로부터 500 m마다, 차례로 상기 회절 격자(k1∼k17)가 배치되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 입사 위치에 가장 가까운 회절 격자(k1)는 파장이 1100 ㎚인 광만을 반사하고, 그 밖의 파장 성분의 광은 투과한다. 또한, 다음 회절 격자(k2)는, 파장 1150 ㎚의 파장 성분의 광만을 반사하고, 그 밖의 파장 성분의 광을 투과한다. 이와 같이 하여 나머지 회절 격자(k3∼k17)는 50 ㎚마다인 1200 ㎚, 1250 ㎚, ···1900 ㎚에 설정된 파장 성분의 광을 차례로 반사한다.

또한, 파이버 브래그 그레이팅(83)으로 반사된 광을 분기시키는 기능을 발휘하는 광파이버 전달 수단(83a), 웨이퍼(10)로 반사된 귀환광을 분기시키는 광 분기 수단(84)은, 예컨대, 편파 유지 파이버 커플러, 편파 유지 파이버 서큘레이터, 싱글 모드 파이버 커플러 등 중 어느 하나로부터 적절하게 선택된다. 또한, 광강도를 검출하는 수광 소자(85)로서는, 일반적으로 알려져 있는 포토디텍터, 라인 이미지 센서 등을 사용할 수 있다.

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 실시형태에서의 제어 수단(20)은, 연삭 장치(1)의 각 구동 부분을 제어함과 더불어, 전술한 바와 같이 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과, 상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여 웨이퍼(10)의 두께, 높이를 산출하는 산출 수단을 실행하는 프로그램을 리드 온리 메모리(ROM)에 기억하고 있고, 펄스 브로드밴드 광원(82)을 구동하며, 수광 소자(85)의 검출치를 랜덤 액세스 메모리(RAM)에 기억시킴으로써, 웨이퍼(10)의 두께, 높이를 산출하는 기능을 갖는다. 본 실시형태의 연삭 장치(1), 계측 장치(8)는 대략 이상과 같이 구성되어 있고, 그 작용에 대해서, 도 2, 도 3을 참조하면서 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)의 방향으로 이동시킴으로써 측정 단자(81)의 바로 아래를 통과시킬 때에 행한다. 전술한 바와 같이, 펄스 브로드밴드 광원(82)으로부터는, 웨이퍼(10)에 대하여 투과성을 갖는 미리 정해진 파장(1100 ㎚∼1900 ㎚) 성분을 포함하는 펄스폭 10 ns의 펄스광이, 반복 주파수 10 kHz(조사하는 간격=100 μs)로 조사된다. 펄스 브로드밴드 광원(82)으로부터 조사된 펄스광 LB1은, 파이버 브래그 그레이팅(83)에 배치된 광파이버 전달 수단(83)을 통해 광파이버(f1)에 입사된다.

광파이버(f1)에 입사된 펄스광은 1100∼1900 ㎚의 파장 성분을 갖는 광으로서, 상기 광파이버(f1)의 입사 위치에 가장 가까운 회절 격자(k1)에 있어서 1100 ㎚의 파장 성분의 광만이 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 반사되어 광파이버(f1)를 역행하고, 그 밖의 파장 성분의 광은 투과한다. 회절 격자(k1)에 의해 반사되어 광파이버(f1)를 역행한 광은, 광파이버 전달 수단(83a)에 의해 광파이버(f2)로 분기된다. 광파이버(f2)로 분기된 광은, 광 분기 수단(84)을 경유하여 광파이버(f3)에 전달되고, 상기 광파이버(f3)의 선단부에서 2개로 분기된 한쪽의 광로를 형성하는 광파이버(f4)로 진행한다. 광파이버(f4)로 진행한 상기 광은, 광파이버(f4)의 단부면에 형성된 미러(81c)에서 반사되고, 상기 광파이버(f4)를 역행하여, 제1 귀환광을 형성한다. 또한, 이것과 동시에, 광파이버(f3)의 선단부에서 2개로 분기된 다른쪽의 광로(광파이버(f3))를 진행한 광은, 측정 단자(81)의 대물렌즈(81a)를 통해 바로 아래에 위치된 웨이퍼(10)의 측정 위치에 조사된다. 웨이퍼(10)의 미리 정해진 측정 위치에 조사된 1100 ㎚ 파장의 광은, 웨이퍼(10)의 상면 및 하면에서 반사되고, 양 반사광이 간섭하면서 광파이버(f3)를 역행하는 제2 귀환광을 형성한다. 상기 제1 귀환광과 제2 귀환광은, 간섭되어 하나의 귀환광이 되어 광파이버(f3)를 역행하고, 광 분기 수단(84)으로 분기되어, 광파이버(f5)를 진행하여 수광 소자(85)에 도달한다. 그 결과, 광파이버(f1)에 대하여 하나의 펄스광이 입사된 시간 t1에서의 1100 ㎚의 파장의 귀환광의 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.

도 2에 기초하여 설명을 계속하면, 시간 t1에서 광파이버 전달 수단(83a)을 통해 펄스광 LB1이 광파이버(f1)에 입사된 후, 회절 격자(k1)를 투과한 펄스광이 시간차를 가지고 다음 회절 격자(k2)에 도달한다. 회절 격자(k2)는, 1150 ㎚의 파장 성분의 광만을 반사하고, 그 밖의 파장 성분의 광은 투과한다. 회절 격자(k2)에 의해 화살표로 나타낸 바와 같이 반사하여 광파이버(f1)를 역행한 1150 ㎚의 광은, 전술한 1100 ㎚의 광과 마찬가지로, 광 분기 수단(84)을 경유하여 광파이버(f3)에 전달되고, 측정 단자(81)의 대물렌즈(81a)를 통해 바로 아래에 위치된 웨이퍼(10)의 측정 위치에 조사됨과 더불어, 미러(81c)에 조사된다. 상기 미러(81c)에서 반사된 광은, 광파이버(f4)를 역행하여 제1 귀환광을 형성하고, 웨이퍼(10)에 도달한 광은, 상기 측정 단자(81a)의 바로 아래에 위치되어 있는 웨이퍼(10)의 상면 및 하면에서 반사되어 양 반사광이 간섭하면서 광파이버(f3)를 역행하는 제2 귀환광을 형성한다. 상기 제1 귀환광과 상기 제2 귀환광은 간섭되어 하나의 귀환광을 형성하여 광파이버(f3)를 역행하고, 광 분기 수단(84)으로 분기되어, 광파이버(f5)를 진행하여 수광 소자(85)에 도달한다. 상기 1150 ㎚ 파장의 귀환광은, 상기 회절 격자(k1)로부터 광파이버(f1)를 500 m 진행한 위치에 배치된 다음 회절 격자(k2)에 의해 반사되고 있기 때문에, 광파이버(f1)에 대하여 광이 입사된 시간 t1로부터 미리 정해진 시간차를 가지고 수광 소자(85)에 도달한다(시간 t2). 이와 같이 하여 상기 시간차에 의해 특정되는 시간 t2에 의해 웨이퍼(10)의 상면 및 하면에서 반사된 1150 ㎚ 파장의 귀환광의 광강도가 특정된다. 이 광강도는, 시간 t2에 기초하여 특정되는 파장과, 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.

이하, 마찬가지로, 파이버 브래그 그레이팅(83)의 광파이버(f1) 상의 회절 격자(k3∼k17)에 의해, 미리 정해진 시간차를 가지고 각 회절 격자마다 설정된 상이한 파장 성분(1200 ㎚, 1250 ㎚···1900 ㎚)의 광이 순차 반사되어 상기 미러(81c)와 웨이퍼(10)에 조사되고, 미러(81c)에서 반사된 제1 귀환광과, 웨이퍼(10)의 상면과 하면에서 반사된 반사광이 간섭하면서 제2 귀환광이 형성되고, 순차 수광 소자(85)에 의해 광강도가 검출된다. 그리고, 상기 광강도와, 상기 시간 t3∼t17로 특정되는 파장과, 조사된 웨이퍼(10)의 X축 방향의 X 좌표, Y축 방향의 Y 좌표의 위치가 관련되어 제어 수단(20)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)의 임의의 기억 영역에 기억된다. 또한, 파이버 브래그 그레이팅(83)에 의해 발생되는 각 파장 성분의 광의 반사 시간차는, 펄스 간격에 비하여 매우 짧은 시간이며, 하나의 펄스광이 조사되고, 다음 펄스광이 조사되기 전에, 모든 파장 성분(1100∼1900 ㎚)의 귀환광에 대한 광강도의 검출이 종료된다.

전술한 바와 같이, 제어 수단(20)에는, 펄스 브로드밴드 광원(82)으로부터 하나의 펄스광이 조사되기 시작하고 나서의 시간차에 의해 특정되는 파장과, 수광 소자(85)에 의해 검출되는 광강도와, 특정 좌표 위치가 관련되어 기억되어 있고, 웨이퍼(10)의 미리 정해진 좌표 위치마다 도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 분광 간섭 파형을 생성할 수 있다. 도 3의 (a)는, 횡축은 귀환광의 파장(λ), 종축은 수광 소자(85)에 의해 검출되는 상기 파장마다의 광강도를 나타내고 있다.

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

상기 측정 단자(81)에 위치되는 광파이버(f3)의 상단부에서 미러(81c)까지의 광로 길이를 (L1)로 하고, 상기 광파이버(f3)의 상단부에서 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)의 상면까지의 광로 길이를 (L2)으로 하며, 상기 광파이버(f3)의 상단부에서 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, 상기 광로 길이 (L1) 자체는 변화하지 않는 것으로서, 광파이버(f3)의 상단부에서 척 테이블(71)의 상면까지의 거리를 상정하여 그 길이가 설정되어 있다.

다음에, 제어 수단(20)은, 전술한 도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 웨이퍼(10)의 미리 정해진 위치마다에 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), 제2의 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 3의 (b)에 도시된 신호 강도의 파형을 얻을 수 있다. 도 3의 (b)에 있어서 횡축은 광로 길이차(d)를 나타내고, 종축은 신호 강도를 나타내고 있다. 도 3의 (b)에 도시된 예에 있어서는, 광로 길이차(d)가 500 ㎛인 위치(s1), 330 ㎛인위치(s2), 180 ㎛인 위치(s3)에서 신호 강도가 높게 나타내어져 있다. 즉, 광로 길이차(d)가 500 ㎛인 위치(s1)의 신호 강도는 제1 광로 길이차(d1=L1-L2)의 위치이며, 척 테이블(71) 상에서 위쪽에 위치된 웨이퍼(11)의 이면(10b)의 척 테이블(71)의 상면으로부터의 높이를 나타내고 있다. 또한, 광로 길이차(d)가 300 ㎛인 위치(s2)의 신호 강도는 제2 광로 길이차(d2=L1-L3)의 위치이며, 척 테이블(71) 상에서 아래쪽에 위치된 웨이퍼(11)의 표면(10a)의 척 테이블(71)의 상면으로부터의 높이를 나타내고 있다. 또한, 광로 길이차(d)가 150 ㎛인 위치(s3)의 신호 강도는 제3 광로 길이차(d3=L3-L2)의 위치이며, 웨이퍼(10)의 두께를 나타내고 있다. 그리고, 상기 측정 단자(87)와 상기 척 테이블(71)의 상대적인 X축 방향의 위치와, Y축 방향에 위치된 대물렌즈(88)의 위치에 의해 특정되는 계측 위치의 좌표(X 좌표, Y 좌표)에서의 웨이퍼(10)의 높이, 두께를 제어 수단(20)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)에 기억한다.

본 실시형태에서는, 측정 단자(81)가 유지된 구동 기구(81b)의 작동에 의해, 화살표 Y1로 나타내는 방향으로 왕복 운동 가능하게 구성되어 있고, 계측 장치(8)의 바로 아래에 위치된 웨이퍼(10)에 대하여, 측정 단자(81)를 Y축 방향으로 이동시킴과 더불어, 척 테이블(71)을 X축 방향으로 이동시키면서, 전술한 두께 계측을 웨이퍼(10) 전체면에 대하여 실행한다.

도시된 실시형태에서의 계측 장치(8)에 따르면, 웨이퍼(10)의 두께를 단순한 구성으로 용이하게 구할 수 있고, 반사되는 반사광의 광로 길이차에 기인하여 얻어지는 분광 간섭 파형에 기초하여 웨이퍼(10)의 가공시에서의 웨이퍼(10)의 두께, 높이를 검출하기 때문에, 웨이퍼(10)의 표면에 첩착된 보호 테이프(12)의 두께의 변화에 영향을 미치지 않고 웨이퍼(11)의 두께, 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 미리 정해진 두께로 연삭하는 절차에 대해서 설명한다.

표면에 보호 테이프(12)가 첩착된 웨이퍼(10)는, 도 1에 도시된 연삭 장치(1)에서의 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(10)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 미리 정해진 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 미리 정해진 압력으로 누른다. 이 결과, 웨이퍼(10)의 피연삭면이 연삭된다(연삭 공정).

상기 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(81)의 바로 아래에 위치시킴과 더불어, 전술한 바와 같이 계측 장치(8)를 작동시켜 웨이퍼(10) 상의 각 좌표 위치에 대응하는 분광 간섭 파형을 얻음과 더불어 파형 해석 수단을 실행하여, 웨이퍼(10)의 두께, 높이를 계측하여 기억한다. 이러한 계측을 웨이퍼(10)의 미리 정해진 위치마다 실행하여, 웨이퍼(10)의 표면의 두께, 높이를 기억하고, 연삭 후의 웨이퍼(10) 전체면의 두께, 높이를 확인함으로써, 연삭 공정의 양부를 판정함과 더불어, 필요에 따라 재연삭을 실행하여, 미리 정해진 두께가 될 때까지 연삭 공정을 실시한다.

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 설정할 수도 있다. 그와 같이 구성함으로써, 연삭 장치(1)의 척 테이블 기구(7)에 유지된 웨이퍼(10)가 연삭휠(5)의 작용을 받아 연삭되고 있을 때에, 노출된 웨이퍼(10)에 대면하여 측정 단자(85)를 이동시키면서 연삭시에 공급되는 연삭수에 수몰시켜 위치시키고, 연삭중인 웨이퍼(10)의 두께를 계측하는 것도 가능하며, 연삭중인 웨이퍼(10)의 두께를 제어 수단(20)에 피드백함으로써 효율적으로 원하는 두께, 높이로 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 구성할 수 있다. 또한, 연삭 장치(1)와는 상이한 다른 가공 장치에 병설하여도 좋고, 예컨대, 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼의 분할 예정 라인에 대하여 레이저 광선을 조사하여 분할의 기점이 되는 가공을 행하여 개개의 디바이스로 분할하는 레이저 가공 장치에 적용할 수 있다. 보다 구체적으로 말하면, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 분할 예정 라인의 내부에 위치시켜 조사하여 분할 예정 라인을 따라 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공 방법이 알려져 있고, 본 발명의 계측 장치에 의해, 분할 예정 라인을 따라 웨이퍼의 표면 높이를 계측하고, 상기 계측된 웨이퍼 표면의 높이에 기초하여, 레이저 광선의 집광점 위치를 제어할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 레이저 가공시의 집광점 위치를 웨이퍼 내부의 원하는 깊이에 위치시킬 수 있어, 양호하게 분할하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 계측 장치에 따르면, 계측 대상이 되는 판상물의 두께, 높이를 구하는 것이 가능하지만, 필요에 따라, 두께, 높이 중 어느 하나만을 계측하는 것이라도 좋다.

1: 연삭 장치 2: 장치 하우징
3: 연삭 유닛 4: 스핀들 유닛
5: 연삭휠 7: 척 테이블 기구
8: 계측 장치 10: 웨이퍼
80: 계측 하우징 81: 측정 단자
81a: 대물렌즈 81b: 미러
82: 펄스 브로드밴드 광원 83: 파이버 브래그 그레이팅
83a: 광파이버 전달 수단 84: 광 분기 수단
85: 수광 소자 k1∼k17: 회절 격자
f1∼f5: 광파이버

Claims

판상물의 두께 또는 높이를 계측하는 계측 장치로서,
판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 영역의 광을 펄스광으로 발하는 펄스 브로드밴드 광원과,
상기 펄스 브로드밴드 광원이 발한 펄스광을 전달하고 전달 거리에 따라 상이한 파장으로 펄스광을 분광하여 역행시키는 파이버 브래그 그레이팅과,
상기 파이버 브래그 그레이팅에 배치되어 역행한 펄스광을 분기시켜 광파이버에 전달하는 광파이버 전달 수단과,
상기 광파이버의 단부를 2분기하여 한쪽의 단부면에 배치되어 상기 광파이버를 역행하는 제1 귀환광을 생성하는 미러와, 다른쪽의 단부면에 배치되어 펄스광을 판상물에 집광하는 대물렌즈를 포함하는 측정 단자와,
상기 제1 귀환광 및 상기 판상물의 상면에서 반사된 펄스광과 상기 판상물을 투과하여 하면에서 반사된 펄스광이 간섭하여 상기 광파이버를 역행한 제2 귀환광을 분기시키는 광 분기 수단과,
상기 광 분기 수단으로 분기된 제1 귀환광과 제2 귀환광의 1펄스에서의 시간차로부터 파장을 구하여 각 파장의 광의 강도를 검출하여 1펄스에서의 분광 간섭 파형을 생성하는 분광 간섭 파형 생성 수단과,
상기 분광 간섭 파형 생성 수단이 생성한 분광 간섭 파형을 파형 해석하여 판상물의 두께 또는 높이를 산출하는 산출 수단
으로 적어도 구성되는 계측 장치.