KR20200086624A - 두께 계측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 판형물의 두께를 광범위하게 효율적으로 계측할 수 있는 두께 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
두께 계측 장치의 두께 계측 유닛은, 백색 광원과, 백색 광원으로부터 출사된 백색광을 파장마다 대응시켜 시간차를 생기게 하여 분광하는 분광 기구와, 분광 기구에 의해 분광된 광을 판형물에 조사하여, 판형물의 상면 및 하면으로부터 반사된 복귀광을 수광하는 복수의 화소를 구비한 수광 영역을 갖는 2차원 이미지 센서와, 상기 화소가 시간차에 의해 순차 수취하는 분광된 파장에 대응하는 복귀광의 강도를 분광 간섭 파형으로서 화소마다 기억하는 기억부와, 복수 종류의 견본 분광 간섭 파형을 판형물의 두께에 대응시켜 기록한 파형 테이블을 포함한다.

Description

두께 계측 장치{THICKNESS MEASURING APPARATUS}

본 발명은, 판형물의 두께를 계측하는 두께 계측 장치에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 연삭 장치에 의해 이면이 연삭되어 박화된 후, 다이싱 장치, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기기기에 이용된다.

웨이퍼의 이면을 연삭하는 연삭 장치는, 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼를 연삭하는 연삭휠을 회전 가능하게 구비한 연삭 유닛과, 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼의 두께를 계측하는 계측 유닛으로 대략 구성되어 있어, 웨이퍼를 소망의 두께로 가공할 수 있다.

상기 연삭 장치에 배치되는 두께를 계측하는 계측 유닛으로는, 프로버(센서 단자)를 웨이퍼의 연삭면에 접촉시켜 웨이퍼의 두께를 계측하는 접촉 타입이 알려져 있지만, 상기 접촉 타입의 두께 계측 유닛을 이용하면 연삭면에 흠집을 내기 때문에, 웨이퍼의 연삭면으로부터 반사된 광과 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼의 하면으로부터 반사된 광의 광로 길이 차에 의해 생성되는 분광 간섭 파형에 의해 두께를 계측하는 비접촉 타입의 계측 유닛이 사용되고 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).

상기한 두께를 계측하는 계측 유닛은, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 웨이퍼의 내부에 위치시켜 조사하여, 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하는 가공 장치에도 사용되며, 웨이퍼의 두께를 정확하게 계측함으로써, 집광점의 위치를 웨이퍼의 상면으로부터 소망의 위치에 정확하게 위치시키는 것을 가능하게 하고 있다(예컨대, 특허문헌 2를 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2012-021916호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2011-122894호 공보

상기한 특허문헌 1, 및 특허문헌 2에 개시된 기술은, 두께를 계측하는 웨이퍼의 1점에 광을 조사하여 웨이퍼의 상면과 하면으로부터 얻은 반사광을 회절격자로 분광하고, 파장마다 분광된 광의 강도에 기초한 분광 간섭 파형을 푸리에 변환 이론 등의 파형 해석을 실시하는 연산 처리에 의해, 웨이퍼의 두께를 국소적으로 검출하는 구성이다. 따라서, 웨이퍼의 전면에 걸쳐 두께를 계측하는 경우는, 웨이퍼의 전면을 주사하여, 각 점의 두께를 일일이 연산하지 않으면 안 되어, 효율이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 판형물의 두께를 광범위하게 효율적으로 계측할 수 있는 두께 계측 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 판형물의 두께를 계측하는 두께 계측 장치로서, 판형물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 판형물의 두께를 비접촉으로 계측하는 두께 계측 유닛을 구비하고, 상기 두께 계측 유닛은, 백색 광원과, 상기 백색 광원이 발한 백색광을 파장에 대응하여 시간차를 발생시켜 분광하여 조사하는 분광수단과, 상기 분광 수단에 의해 분광된 광이 유도되어 상기 척 테이블에 유지된 판형물의 X축 방향 및 Y축 방향으로 규정된 2차원 영역에 상기 광을 조사하는 빔 분할기와, 상기 판형물의 2차원 영역의 상면 및 하면으로부터 반사된 복귀광을, 상기 빔 분할기를 통해 수광하는 2차원 이미지 센서와, 상기 2차원 이미지 센서를 구성하여 상기 판형물의 상기 2차원 영역에 대응한 X축 방향, 및 Y축 방향으로 늘어서는 복수의 화소가 시간차에 의해 순차 수취하는 분광된 파장에 대응하는 복귀광의 강도를 분광 간섭 파형으로서 기억하는 기억부와, 복수 종류의 견본 분광 간섭 파형을 판형물의 두께에 대응하여 기록한 파형 테이블과, 상기 기억부에 기억된 화소마다의 분광 간섭 파형에 기초하여 판형물의 상기 2차원 영역을 규정하는 좌표 위치의 두께를 결정하는 두께 결정부를 포함하고, 상기 두께 결정부는, 상기 기억부에 기억된 분광 간섭 파형과, 상기 파형 테이블의 각 견본 분광 간섭 파형을 비교하여 상기 분광 간섭 파형과 파형이 일치한 견본 분광 간섭 파형에 대응하는 두께를 상기 판형물의 두께로서 결정하는 두께 계측 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 두께 계측 유닛은, 상기 분광 수단과, 상기 빔 분할기 사이에 배치되는 집광 렌즈와, 상기 빔 분할기로부터 확산된 광을 평행광으로서 상기 척 테이블에 유지된 판형물의 X축 방향, 및 Y축 방향으로 규정된 2차원 영역에 조사하는 텔레센트릭 렌즈와, 상기 빔 분할기와 상기 2차원 이미지 센서 사이에 배치되고, 상기 판형물의 상면 및 하면으로부터 반사된 복귀광을 평행광으로 생성하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 백색 광원은, SLD 광원, ASE 광원, 수퍼컨티늄(supercontinuum) 광원, LED 광원, 할로겐 광원, 크세논 광원, 수은 광원 및 메탈할라이드 광원으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명에 따르면, 상기한 두께 계측 장치를 구비한 가공 장치가 제공된다.

본 발명의 두께 계측 장치에 따르면, 한 번에, 넓은 영역의 판형물의 두께를 계측할 수 있다. 그리고, 이 두께 계측 장치를 구비한 가공 장치는, 한 번에, 넓은 영역의 판형물의 두께를 계측할 수 있기 때문에, 피가공물인 판형물의 두께 정보를 사용하는 가공을, 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명 실시형태의 두께 계측 장치를 구비한 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 두께 계측 장치의 개략을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 두께 계측 장치의 두께 계측 유닛에 배치되는 파형 테이블을 나타낸 도면이다.
도 4는 웨이퍼의 2차원 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 4에 도시된 웨이퍼의 2차원 영역에 대응하여 설정되는 2차원 이미지 센서의 수광 영역을 나타낸 도면이다.
도 6은 두께 계측 유닛에 의해 생성되는 분광 간섭 파형을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명 실시형태의 두께 계측 장치 및 이 두께 계측 장치를 구비한 가공 장치에 대해서 첨부 도면을 참조하여, 상세히 설명한다.

도 1에, 판형물[예컨대, 실리콘을 포함하는 웨이퍼(W)]에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 내부에 위치시켜 조사하여, 웨이퍼(W)의 내부에 개질층을 형성하는 본 실시형태의 레이저 가공 장치(1)의 사시도를 나타낸다.

레이저 가공 장치(1)는, 보호테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 의해 지지된 웨이퍼(W)를 유지하는 유지 유닛(20)과, 유지 유닛(20)을 이동시키는 이동 기구(30)와, 유지 유닛(20)에 유지된 웨이퍼(W)에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛(40)과, 얼라인먼트 유닛(50)과, 두께 계측 유닛(60)을 포함하는 두께 계측 장치(6)를 구비하고 있다.

유지 유닛(20)은, 도면 중에 화살표 X로 나타내는 X축 방향에 있어서 이동 자유롭게 베이스(2)에 배치되는 직사각 형상의 X축 방향 가동판(21)과, 도면 중에 화살표 Y로 나타내는 Y축 방향에 있어서 이동 자유롭게 X축 방향 가동판(21)에 배치되는 직사각 형상의 Y축 방향 가동판(22)과, Y축 방향 가동판(22)의 상면에 고정된 원통형의 지주(23)와, 지주(23)의 상단에 고정된 직사각 형상의 커버판(26)을 포함한다. 커버판(26)에는, 커버판(26) 상에 형성된 긴 구멍을 통해 위쪽으로 연장되는 원 형상의 척 테이블(24)이 배치되어 있다. 척 테이블(24)은 웨이퍼(W)를 유지하고, 도시하지 않은 회전 구동 수단에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 척 테이블(24)의 상면에는, 다공질 재료로 형성되어 실질상 수평으로 연장되는 원 형상의 흡착척(25)이 배치되어 있다. 흡착척(25)은, 지주(23)의 내부를 지나는 유로에 의해 도시하지 않은 흡인 수단에 접속되어 있다. 척 테이블(24)에는, 보호 테이프(T)를 통해 웨이퍼(W)를 지지하는 환형의 프레임(F)을 고정하기 위한 클램프도 배치된다. 또한, X축 방향, Y축 방향으로 규정된 평면은 실질상 수평이다.

이동 기구(30)는, 정지 베이스(2) 상에 배치되고, 유지 유닛(20)을 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 방향 이송 기구(31)와, 유지 유닛(20)을 Y축 방향으로 인덱싱 이송하는 Y축 방향 이송 기구(32)를 구비하고 있다. X축 방향 이송 기구(31)는, 펄스 모터(33)의 회전 운동을, 볼 나사(34)를 통해 직선 운동으로 변환하여 X축 방향 가동판(21)에 전달하고, 베이스(2) 상의 안내 레일(2a, 2a)을 따라 X축 방향 가동판(21)을 X축 방향에서 진퇴시킨다. Y축 방향 이송 기구(32)는, 펄스 모터(35)의 회전 운동을, 볼 나사(36)를 통해 직선 운동으로 변환하여 Y축 방향 가동판(22)에 전달하고, X축 방향 가동판(21) 상의 안내 레일(21a, 21a)을 따라 Y축 방향 가동판(22)을 Y축 방향에서 진퇴시킨다. 또한, 도시는 생략하지만, X축 방향 이송 기구(31), Y축 방향 이송 기구(32), 및 척 테이블(24)에는, 위치 검출 수단이 배치되어 있고, 척 테이블(24)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 위치, 둘레 방향의 회전 위치가 정확히 검출되며, 후술하는 제어 유닛(10)(도 2를 참조)에 전달되고, 제어 유닛(10)으로부터 지시되는 지시 신호에 기초하여, X축 방향 이송 기구(31), Y축 방향 이송 기구(32), 및 도시하지 않은 척 테이블(24)의 회전 구동 수단이 구동되어, 임의의 좌표 위치, 및 회전 각도에 척 테이블(24)을 위치시키는 것이 가능하다.

제어 유닛(10)은, 컴퓨터에 의해 구성되며, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치(CPU)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)와, 검출한 검출치, 연산 결과 등을 일시적으로 저장하기 위한 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)와, 입력 인터페이스, 및 출력 인터페이스를 구비하고 있다(상세에 대한 도시는 생략). 또한, 이 제어 유닛(10)은, 상기한 레이저 가공 장치의 각 작동부를 제어하는 제어 유닛으로서 기능함과 더불어, 후술하는 두께 계측 장치(6)의 기억부(120), 두께 결정부(130), 파형 테이블(140)을 구비하고 있다.

도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 이동 기구(30)의 옆쪽에는, 프레임체(4)가 세워진다. 프레임체(4)는, 베이스(2) 상에 배치되는 수직 벽부(4a), 및 수직 벽부(4a)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 벽부(4b)를 구비하고 있다. 프레임체(4)의 수평 벽부(4b)의 내부에는, 레이저 광선 조사 유닛(40)의 광학계(도시는 생략함)가 내장되어 있다. 수평 벽부(4b)의 선단부 하면에는, 레이저 광선 조사 유닛(40)의 일부를 구성하는 집광기(42)가 배치되고, 집광기(42)의 내부에는, 도시하지 않은 집광 렌즈 등이 내장되어 있다. 레이저 광선 조사 유닛(40)에는, 레이저 발진기(도시는 생략함)가 배치되고, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선은, 집광기(42)의 상기 집광 렌즈에 의해 집광되며, 유지 유닛(20)에 유지되는 웨이퍼(W)의 소정 위치에 조사된다.

얼라인먼트 유닛(50)은, 수평 벽부(4b)의 선단부 하면에 있어서, 집광기(42)의 X축 방향으로 인접한 위치에 배치된다. 얼라인먼트 유닛(50)은, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD)와, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조사 수단과, 적외선 조사 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계가 포착한 적외선에 대응하는 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD)를 포함한다(모두 도시는 생략함).

도 1 이외에, 도 2도 참조하면서, 두께 계측 장치(6)에 대해서 설명한다. 두께 계측 장치(6)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 유지 유닛(20)과, 두께 계측 유닛(60)을 포함한다. 두께 계측 유닛(60)은, 수평 벽부(4b)의 선단부 하면에 있어서, 얼라인먼트 유닛(50)의 X축 방향으로 인접한 위치에 배치된다. 두께 계측 유닛(60)은, 백색 광원(61)과, 분광 수단(62)과, 집광 렌즈(63)와, 빔 분할기(64)와, 텔레센트릭 렌즈(65)와, 콜리메이션 렌즈(66)와, 2차원 이미지 센서(67)와, 제어 유닛(10)에 구성된 기억부(120)와, 두께 결정부(130)와, 파형 테이블(140)을 구비한다. 2차원 이미지 센서(67)는, 제어 유닛(10)에 접속된다.

기억부(120)는, 제어 유닛(10)에 배치되는 도시하지 않은 RAM, 도시하지 않은 외부 기억 장치, 또는 그 조합으로 구성할 수 있고, 2차원 이미지 센서(67)가 검출한 정보를 기억할 수 있다. 파형 테이블(140)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 판형물의 두께에 대응하여 복수 종류의 견본 분광 간섭 파형을 기록한 것으로, 두께 결정부(130)는, 2차원 이미지 센서(67)가 검출한 정보(분광 간섭 파형), 및 파형 테이블(140)에 기록된 견본 분광 간섭 파형에 기초하여, 웨이퍼(W)의 두께를 결정한다. 두께 결정부(130)는, 제어 유닛(10)에 배치되는 도시하지 않은 ROM에 기억된 연산 프로그램에 의해 구성할 수 있다. 파형 테이블(140)은, 미리 실시되는 실험, 또는 시뮬레이션 등에 의해 작성되며, 제어 유닛(10)의 도시하지 않은 ROM, 또는 외부 기억 장치에 기억된다. 두께 결정부(130)에 의해 결정된 두께 정보는, 적절하게 기억부(120)에 기억된다. 또한, 기억부(120), 두께 결정부(130), 및 파형 테이블(140)은, 제어 유닛(10) 내에 구성되는 것에 한정되지 않고, 제어 유닛(10)과는 별도의 독립된 장치로 구성하여도 좋다.

백색 광원(61)은, 파장이 400 ㎚∼900 ㎚의 범위이고, 가시광을 밸런스 좋게 포함하는 백색광(L0)을 발하는 광원이며, 예컨대, SLD 광원, ASE 광원, SC 광원, LED 광원, 할로겐 광원, 크세논 광원, 수은 광원, 메탈할라이드 광원 등의 어느 하나로부터 선택할 수 있다.

백색 광원(61)으로부터 조사되는 백색광(L0)은, 분광 수단(62)으로 유도된다. 분광 수단(62)은, 백색 광원(61)의 백색광(L0)을 구성하는 광의 파장에 대응하여 시간차를 생기게 하여 분광(L1)을 조사하는 소위 스위프 디바이스이다. 분광 수단(62)은, 예컨대, 파장 분산을 생기게 하는 광파이버를 이용함으로써 실현 가능하고, 보다 구체적으로 말하면, 광파이버 내에, 파장마다 반사 위치가 상이하도록 회절 격자를 형성하여, 짧은 파장의 광의 반사 거리가 짧아지도록, 긴 파장의 광의 반사 거리가 길어지도록 설정된 것으로 실현된다. 이것에 의해, 분광 수단(62)으로부터 조사되는 분광(L1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 가장 빨리 조사되는 짧은 파장의 청색광(la), 그 후, 파장이 짧은 순으로 조사되는 녹색광(lb), 황색광(lc), 및 적색광(ld)으로 구성된다. 또한, 도 2에 도시된 실시형태에서는, 설명의 형편상, 분광 수단(62)이, 단순한 4종류의 파장의 광[청색광(la), 녹색광(lb), 황색광(lc), 적색광(ld)]으로 구성되는 분광(L1)을 생성하여 조사하도록 설명하였지만, 실제로는, 도 2에 도시된 바와 같은 4종류의 파장의 광만으로 분광하여 조사하는 것이 아니라, 청색광(la), 녹색광(lb), 황색광(lc), 적색광(ld)의 각각, 나아가서는, 각 색의 경계부에서 더욱 미세하게 파장마다 시간차를 가지고 변화되는 분광(L1)을 생성하여 조사한다.

분광 수단(62)으로부터 조사된 분광(L1)의 광로 상에 집광 렌즈(63), 및 빔 분할기(64)가 배치된다. 본 실시형태에서는, 빔 분할기(64)로서 하프 미러가 채용되어 있다. 빔 분할기(64)는, 집광 렌즈(63)로부터 유도된 분광(L1)의 일부를 반사면(642)에서 반사하여 직각으로 광로를 변경하고 확산하여, 텔레센트릭 렌즈(65)로 유도한다. 텔레센트릭 렌즈(65)로 유도된 분광(L1)은 직경이 확대되어 평행광으로 된 확대 분광(L2)으로 되어, 유지 유닛(20)에 유지된 웨이퍼(W)의 X축 방향, 및 Y축 방향으로 규정된 2차원 영역에 조사된다.

웨이퍼(W)의 상기 2차원 영역에 대하여 위쪽으로부터 수직으로 조사된 확대 분광(L2)은, 상기 2차원 영역에 있어서의 상면(Wa)과 하면(Wb)에서 반사된 복귀광(L3)으로 되어 텔레센트릭 렌즈(65)로 유도된다. 또한, 확대 분광(L2)과 복귀광(L3)은 동일한 광로를 통과하기 때문에, 도면에서는, 아래쪽으로 향하는 화살표 L2, 위쪽으로 향하는 화살표 L3으로 나타냄으로써 구별하고 있다. 텔레센트릭 렌즈(65)에 의해 집광된 복귀광(L3)은, 다시 빔 분할기(64)로 유도된다. 빔 분할기(64)로 유도된 복귀광(L3)의 일부는, 반사면(642)을 투과하여, 빔 분할기(64)와 2차원 이미지 센서(67) 사이에 배치되는 콜리메이션 렌즈(66)로 유도된다.

복귀광(L3)은, 콜리메이션 렌즈(66)에 의해 평행광으로 된 복귀광(L4)이 되어, 2차원 이미지 센서(67)의 수광 영역(672)에서 수광된다. 2차원 이미지 센서(67)의 수광 영역(672)은, 웨이퍼(W) 상에 있어서 확대 분광(L2)이 조사되는 2차원 영역에 대응하여 규정된 X축 방향, Y축 방향으로 늘어서는 복수의 화소로 구성된다. 각 화소는, 시간차에 의해 순차 수취하는 분광된 파장에 대응하는 복귀광(L4)의 강도를 분광 간섭 파형으로서 제어 유닛(10)에 출력하고, 화소마다의 분광 간섭 파형을 제어 유닛(10)의 기억부(120)에 기억한다. 그리고, 두께 결정부(130)의 작용에 의해, 기억부(120)에 기억된 분광 간섭 파형과, 파형 테이블(140)의 각 견본 분광 간섭 파형을 비교하여, 분광 간섭 파형과 파형이 일치한 견본 분광 간섭 파형에 대응하는 두께를 구하여, 웨이퍼(W)의 소정의 좌표 위치에 있어서의 두께로서 결정한다. 두께 결정부(130)에 있어서 결정된 각 두께는, 웨이퍼(W) 상의 상기 좌표 위치에 대응되어, 기억부(120)에 기억된다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 빔 분할기(64)로서 하프미러를 채용하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 편광 빔 분할기를 채용할 수도 있다. 단, 빔 분할기(64)로서 편광 빔 분할기를 채용하는 경우에는, 빔 분할기(64)와, 텔레센트릭 렌즈(65) 사이에, 1/4 파장판을 배치한다. 1/4 파장판을 배치함으로써, 빔 분할기(64)의 반사면(642)에서 반사된 분광(L1)(S 편광)은 원편광으로 변환되고, 웨이퍼(W)에서 반사된 복귀광(L3)(원편광)은 1/4 파장판에서 P 편광으로 변환되어, 빔 분할기(64)의 반사면(642)을 투과하여, 콜리메이션 렌즈(66)를 통해 2차원 이미지 센서(67)로 유도된다.

본 실시형태의 두께 계측 장치(6), 및 두께 계측 장치(6)를 구비한 레이저 가공 장치(1)는 대략 상기한 바와 같은 구성을 구비하고 있고, 두께 계측 장치(6), 및 레이저 가공 장치(1)의 작용에 대해서 이하에 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 레이저 가공 장치(1)에 의해 레이저 가공을 실시할 때에는, 가공이 행해지는 판형물로서의 웨이퍼(W)를 준비한다. 예컨대, 웨이퍼(W)는, 실리콘을 포함하고, 표면에 분할 예정 라인에 의해 구획된 각 영역에 디바이스가 형성되며, 보호테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 의해 지지되어 있다.

상기한 웨이퍼(W)를 준비했다면, 웨이퍼(W)를 유지 유닛(20)의 척 테이블(24) 상에 배치하고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 척 테이블(24)의 흡착척(25)에 흡인 유지한다. 척 테이블(24)에 웨이퍼(W)를 흡인 유지했다면, 클램프를 작동시켜 프레임(F)을 파지하여 고정한다.

계속해서, 유지 유닛(20)을 구성하는 X축 방향 이동 기구(31), 및 Y축 방향 이동 기구(32)를 작동시켜, 도 2에 도시된 화살표 X로 나타내는 X축 방향, 및 지면에 수직인 Y축 방향으로 이동하여, 척 테이블(24)을 두께 계측 유닛(60)이 배치된 영역의 바로 아래로 이동시킨다.

척 테이블(24)을 두께 계측 유닛(60)의 바로 아래로 이동시켰으면, 두께의 계측을 시작한다. 두께의 계측을 시작함에 있어서, 우선, 백색 광원(61)을 작동시켜, 파장이 400 ㎚∼900 ㎚의 광을 밸런스 좋게 포함하는 백색광(L0)을 조사한다. 백색광(L0)은, 분광 수단(62)에 입사되고, 분광 수단(62)은, 백색광(L0)을 구성하는 광의 파장에 대응하여 시간차를 생기게 한 분광(L1)을 생성하여 조사한다. 보다 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 청색광(la), 녹색광(lb), 황색광(lc), 적색광(ld)을, 시간차를 가지며 차례로, 즉, 분광(L1)을 구성하는 파장 400 ㎚···500 ㎚···600 ㎚···900 ㎚의 광을, 시간차를 가지며 차례로 조사한다.

분광 수단(62)으로부터 출사된 분광(L1)은, 집광 렌즈(63)로 유도되어 집광되어 빔 분할기(64)로 유도된다. 빔 분할기(64)로 유도된 분광(L1)의 일부는, 빔 분할기(64)의 반사면(642)에서 반사되고, 직각으로 광로가 변경되어, 유지 유닛(20)의 척 테이블(24)에 유지된 웨이퍼(W) 측에 조사된다. 빔 분할기(64)로써 반사하여 확산된 분광(L1)은, 우선 텔레센트릭 렌즈(65)로 유도된다. 텔레센트릭 렌즈(65)로 유도된 분광(L1)은, 평행광으로 되어, 직경이 확대된 확대 분광(L2)으로 되어, X축 방향 및 Y축 방향의 좌표로 규정된 웨이퍼(W) 상의 2차원 영역에 조사한다. 여기서, 웨이퍼(W)의 X축 방향, Y축 방향의 좌표로 규정된 2차원 영역에 대해서, 도 4를 참조하면서 설명한다.

웨이퍼(W)의 전면을 포함하는 2차원 영역(R)은, 도 4 중에 점선으로 나타낸 바와 같이, A1∼A4, B1∼B4, C1∼C4, 및 D1∼D4로 구획되며, 각 구획은 X축 방향, Y축 방향의 X 좌표, Y 좌표로 규정된다. 여기서, 상기한 확대 분광(L2)이, 웨이퍼(W)의 2차원 영역(R)을 구성하는 구획 A1에 조사되는 경우에 대해서 설명한다.

도 4에 일점 쇄선의 원형으로 나타낸 L2’가, 확대 분광(L2)이 조사되는 조사 영역이다. 조사 영역(L2’) 내에는 구획 A1 전체가 포함되어 있고, 구획 A1은, 도면 중 하단에 도시된 바와 같이, X 좌표, Y 좌표로 미세한 영역으로 더 구분되며(도면 중 11∼110으로 나타냄), X 좌표, Y 좌표에 의해 그 위치가 특정된다. 또한, 다른 구획 A2∼A4, B1∼B4, C1∼C4, 및 D1∼D4도, 동일하게 구분되어 있고, 웨이퍼(W) 상의 소정 위치는, 각 구분에 의해 특정된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에 위쪽으로부터 수직으로 조사된 확대 분광(L2)은, 조사 영역(L2’)에 있어서의 웨이퍼(W)의 상면(Wa)과, 하면(Wb)에서 반사되어 복귀광(L3)이 되고, 다시, 텔레센트릭 렌즈(65)에 입사된다. 텔레센트릭 렌즈(65)에 입사된 복귀광(L3)은, 텔레센트릭 렌즈(65)에 의해 집광되어 빔 분할기(64)로 유도된다. 복귀광(L3)의 일부는, 상기 반사면(642)을 투과하여, 확산되면서 위쪽으로 진행되고, 위쪽에 배치된 콜리메이션 렌즈(66)로 유도된다. 콜리메이션 렌즈(36)로 유도된 복귀광(L3)은, 평행광으로 된 복귀광이 되어, 2차원 이미지 센서(67)의 수광 영역(672)에서 수광된다.

여기서, 2차원 이미지 센서(67)를 구성하는 수광 영역(672)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 2차원 영역(R)에 대응한 X축 방향, 및 Y축 방향의 좌표 위치에 의해 규정된 영역에, 각 구분 11∼구분 110에 대응하는 복수의 화소 11∼화소 110을 배치함으로써 구성되어 있다. 이것에 의해, 예컨대, 웨이퍼(W)의 구획 A1에 있어서의 구분 110에서 반사된 복귀광(L4)은, 수광 영역(672)의 화소 110에 의해 수광된다. 즉, 구획 A1의 구분 11∼구분 110의 각각에서 반사된 복귀광(L4)은, 구분 11∼구분 110에 대응하도록 규정된 수광 영역(672)의 화소 11∼화소 110의 각각에 의해 수광된다. 여기서, 화소 11∼화소 110이 수광하는 복귀광(L4)은, 웨이퍼(W)의 상면(Wa)과, 하면(Wb)에서 반사된 광로 길이 차를 갖는 광으로 구성되어 있다. 따라서, 각 화소는, 시간차에 의해 순차 수취하는 분광된 파장에 대응하는 복귀광(L4)의 강도를, 도 6에 도시된 바와 같은 분광 간섭 파형(H)으로서 제어 유닛(10)에 출력한다. 그리고, 제어 유닛(10)에 출력된 각 분광 간섭 파형(H)은, 2차원 영역(R)의 구획 A1의 구분 11∼110에 대응하는 화소 11∼화소 110의 각각에 관련시켜, 기억부(120)에 기억된다.

상기한 기억부(120)에 기억된 분광 간섭 파형에 기초하여, 두께 결정부(130)에 의해 두께를 연산하는 절차에 대해서 설명한다. 만일, 도 6에 도시된 분광 간섭 파형(H)이, 도 5에 도시된 수광 영역(672)을 구성하는 화소 110에 의해 출력된 분광 간섭 파형이라고 하고, 두께 결정부(130)에 의해, 화소 110에 대응하는 웨이퍼(W)의 구획 A1의 구분 110의 두께를 연산하는 경우, 두께 결정부(130)는, 화소 110으로부터 보내져 기억부(120)에 기억된 분광 간섭 파형(H)과, 파형 테이블(140)에 기억된 각 견본 분광 간섭 파형의 비교를 실시하여, 분광 간섭 파형(H)과 각 견본 분광 간섭 파형이 일치하는지 여부를 판정한다. 보다 구체적으로는, 두께 결정부(130)는, 분광 간섭 파형(H)과 비교하여, 형상, 및 위상의 일치도가 가장 높은 견본 분광 간섭 파형을 판정한다. 본 실시형태에서는, 화소 110에 의해 출력된 분광 간섭 파형(H)과, 도 3에 도시된 파형 테이블(140) 중의 견본 분광 간섭 파형(S)의 일치도가 가장 높다고 판정되고, 견본 분광 간섭 파형(S)이, 355 ㎛의 두께에 대응하는 것으로서 기억되어 있기 때문에, 두께 결정부(130)는, 이 355 ㎛를, 구획 A1의 구분 110에 있어서의 웨이퍼(W)의 상면(Wa)에서 반사된 광과, 하면(Wb)에서 반사된 광의 광로 길이 차에 기초하여 검출되는 두께로서 결정할 수 있다.

상기한 화소 110에 의해 얻어진 분광 간섭 파형(H)에 기초하여 결정된 두께의 정보는, 구획 A1의 구분 110을 특정하기 위한 X 좌표, Y 좌표의 정보와 함께 기억부(120)에 기억된다. 그리고, 동일한 연산을 나머지 다른 화소 11∼화소 109에 의해 얻어진 분광 간섭 파형에 대해서도 동시에 실시하고, 화소 11∼화소 109에 대응하는 각 구분의 X 좌표, Y 좌표의 정보와 함께 두께 정보를 기억부(120)에 기억한다.

본 실시형태에 구비된 두께 계측 장치(6)는, 백색광(L0)을, 분광 수단(62)에 의해, 파장에 대응하여 시간차를 생기게 하여 분광하여 조사하는 구성을 구비하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 하나의 구획을 구성하는 각 구분의 두께에 따라 발생하는 분광 간섭 파형을 동시에 얻을 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같은 각 구분의 두께를 산출하는 연산을, 구분 11∼구분 110에 대하여 단숨에 실시할 수 있어, 한 번에 넓은 영역의 두께를 효율적으로 계측할 수 있다.

상기한 절차에 따르면, 구획 A1을 구성하는 구분 11∼구분 110의 두께가 빠르게 효율적으로 결정된다. 그리고, 구획 A1 전역의 두께를 기억부(120)에 기억했다면, 이동 기구(30)를 작동시킴으로써, 척 테이블(24)을 X축 방향으로 적절하게 이동하여, 두께 계측 장치(6)의 바로 아래이며, 확대 분광(L2)의 조사 영역(L2’)에, 구획 A1에 인접한 구획 A2를 위치시킨다. 그리고, 상기 구획 A1에 대하여 실시한 것과 동일한 두께를 결정하기 위한 연산을 실시함으로써, 구획 A2를 구성하는 구분 11∼110의 두께를 빠르게 결정하여, 기억부(120)에 기억할 수 있다. 그리고, 척 테이블(24)을 X축 방향, Y축 방향으로 적절하게 이동하여, 동일한 연산을, 나머지 구획 A3∼A4, B1∼B4, C1∼C4, D1∼D4에 대하여 실시한다. 이상에 의해, 웨이퍼(W)의 2차원 영역(R) 전체의 두께가 효율적으로 미세하게 결정되어, 제어 유닛(10)의 기억부(120)에 기억된다.

상기한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 2차원 영역(R) 전체의 두께가 결정되어 계측되었으면, 웨이퍼(W)의 내부에, 분할 예정 라인을 따른 분할 기점이 되는 개질층을 형성한다. 보다 구체적으로는, 도 1에 도시된 레이저 가공 장치(1)의 얼라인먼트 유닛(50)을 작동시켜, 웨이퍼(W)의 가공 위치와, 레이저 광선 조사 유닛(40)에 의한 레이저 광선의 조사 위치와의 위치 맞춤(얼라인먼트)을 실시한다. 상기 얼라인먼트를 실시했다면, 웨이퍼(W)를 집광기(42)의 바로 아래에 위치시켜, 레이저 광선 조사 유닛(40)을 기동한다. 그리고, 웨이퍼(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을, 레이저 광선 조사 유닛(40)에 배치된 도시하지 않은 레이저 발진기로부터 출사하고, 웨이퍼(W)의 소정 내부에 집광점을 위치시켜, 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하고, X축 방향 이동 기구(31)를 작동하여, 척 테이블(24)을 화살표 X로 나타내는 방향으로 소정의 가공 이송 속도로 이동시킨다. 이때, 본 실시형태에서는, 유지 유닛(20)에 유지된 웨이퍼(W)의 좌표 위치에 의해 규정된 2차원 영역(R)의 각 구분에 있어서의 두께가 미리 결정되어 기억부(120)에 기억되어 있다. 이 기억부(120)에 기억된 두께의 정보에 기초하여, 레이저 광선의 집광점을, 상면(Wa)을 기준으로 한 소정의 내부 위치에 정확하게 위치시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 전술한 제어 유닛(10)에 의해, 레이저 광선 조사 유닛(50), X축 방향 이동 기구(31), Y축 방향 이동 기구(32), 및 척 테이블(24)을 회전시키는 도시하지 않은 회전 수단 등을 제어하여, 모든 분할 예정 라인을 따라 분할 기점이 되는 개질층을 소망의 내부 위치에 형성한다.

또한, 상기 레이저 광선 조사 유닛(50)에 의해 실행되는 개질층을 형성하는 공정은, 예컨대, 이하와 같은 레이저 가공 조건으로 실시된다.

파장 : 1064 ㎚

평균 출력 : 1 W

반복 주파수 : 100 kHz

펄스 폭 : 1 ns

스폿 직경 : 1 ㎛

가공 이송 속도 : 100 ㎜/초

상기한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 유지 유닛(20)에 유지된 웨이퍼(W)에 있어서의, X축 방향, Y축 방향의 좌표 위치에 의해 규정된 2차원 영역(R)의 각 구분에 있어서의 두께가 효율적으로 계측되어 기억부(120)에 기억되어 있고, 기억부(120)에 기억된 두께의 정보를 레이저 가공 장치(1)에 적용하여, 웨이퍼(W)의 내부에 개질층을 형성하기 위해, 레이저 가공 장치(1)를 이용한 레이저 가공을 효율적으로 실시할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형예가 제공된다. 상기한 실시형태에서는, 두께 계측 유닛(60)에 있어서 백색 광원(61)으로부터 조사된 백색광(L0)을, 분광 수단(62)을 통해 분광한 후, 집광 렌즈(63)를 통해 집광하여 빔 분할기(64)로 유도하고, 텔레센트릭 렌즈(65), 콜리메이션 렌즈(66)를 통해 2차원 이미지 센서(67)로써 수광하여 두께를 계측하였지만, 반드시, 집광 렌즈(63), 텔레센트릭 렌즈(65), 콜리메이션 렌즈(66)를 통할 필요는 없고, 분광 수단(62)에 의해 분광한 분광(L1)을, 그대로 빔 분할기(64)로 반사시켜 웨이퍼(W)에 조사하여, 웨이퍼(W)에서 반사된 복귀광(L3)을, 그대로 빔 분할기(64)를 투과시켜 2차원 이미지 센서(67)로 수광하여도 좋다. 또한, 상기한 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 2차원 영역(R)을, 16의 구획(A1∼A4, B1∼B4, C1∼C4, D1∼D4)으로 분할하여 설정하고, 각 구획에 대응하도록, 집광 렌즈(63), 및 텔레센트릭 렌즈(65)에 의해 확대 분광(L2)을 생성하여 조사하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 계측 대상이 되는 판형물(웨이퍼(W))의 크기나, 두께를 계측하고 싶은 점의 수 등에 따라, 분할하는 구획의 범위(면적)를 적절하게 변경할 수 있어, 그것에 맞춰 확대 분광(L2)의 조사 영역(L2’)의 크기를 적절하게 조정하면 좋다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 본 실시형태에 따른 두께 계측 유닛(60)을, 웨이퍼(W)의 내부에 개질층을 형성하기 위한 레이저 가공 장치(1)에 적용한 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 판형물을 피가공물로 하는 모든 가공 장치, 예컨대, 판형물의 표면을 연삭, 연마하는 장치, 판형물의 표면에 레이저 광선의 집광점을 위치시켜 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치, 절삭 블레이드를 사용하여 절삭하는 다이싱 장치 등에 적용하는 것이 가능하고, 판형물의 두께 정보를 필요로 하는 가공 장치라면, 가공 효율의 향상에 기여할 수 있다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 두께 계측 장치(60)를 레이저 가공 장치(1)에 구비한 예를 나타내었지만, 반드시 가공 장치와 일체적으로 구성하는 것에 한정되지 않고, 오로지 두께를 계측하는 독립된 두께 계측 장치로 하여도 좋다. 그 경우는, 계측되어 기억된 두께의 정보를 적절한 가공 장치에 전달하여 가공에 사용하면 좋다.

1 : 레이저 가공 장치 6 : 두께 계측 장치
60 : 두께 계측 유닛 61 : 백색 광원
62 : 분광 수단 63 : 집광 렌즈
64 : 빔 분할기 65 : 텔레센트릭 렌즈
66 : 콜리메이션 렌즈 67 : 2차원 이미지 센서
672 : 수광 영역 10 : 제어 유닛
120 : 기억부 130 : 두께 결정부
140 : 파형 테이블 20 : 유지 유닛
24 : 척 테이블 30 : 이동 기구
31 : X축 방향 이동 기구 32 : Y축 방향 이동 기구
40 : 레이저 광선 조사 유닛 50 : 얼라인먼트 유닛
W : 웨이퍼(판형물) L0 : 백색광
L1 : 분광 L2 : 확대 분광
L3, L4 : 복귀광

Claims (3)

1. 판형물의 두께를 계측하는 두께 계측 장치로서,
   판형물을 유지하는 척 테이블과,
   상기 척 테이블에 유지된 판형물의 두께를 비접촉으로 계측하는 두께 계측 유닛을 구비하고,
   상기 두께 계측 유닛은,
   백색 광원과,
   상기 백색 광원이 발한 백색광을 파장에 대응하여 시간차를 생기게 하여 분광하여 조사하는 분광 수단과,
   상기 분광 수단에 의해 분광된 광이 유도되어 상기 척 테이블에 유지된 판형물의 X축 방향 및 Y축 방향으로 규정된 2차원 영역에 상기 광을 조사하는 빔 분할기와,
   상기 판형물의 2차원 영역의 상면 및 하면으로부터 반사된 복귀광을, 상기 빔 분할기를 통해 수광하는 2차원 이미지 센서와,
   상기 2차원 이미지 센서를 구성하여 상기 판형물의 상기 2차원 영역에 대응한 X축 방향, 및 Y축 방향으로 늘어서는 복수의 화소가 시간차에 의해 순차 수취하는 분광된 파장에 대응하는 복귀광의 강도를 분광 간섭 파형으로서 기억하는 기억부와,
   복수 종류의 견본 분광 간섭 파형을 판형물의 두께에 대응하여 기록한 파형 테이블과,
   상기 기억부에 기억된 화소마다의 분광 간섭 파형에 기초하여 판형물의 상기 2차원 영역을 규정하는 좌표 위치의 두께를 결정하는 두께 결정부를 포함하고,
   상기 두께 결정부는,
   상기 기억부에 기억된 분광 간섭 파형과, 상기 파형 테이블의 각 견본 분광 간섭 파형을 비교하여 상기 분광 간섭 파형과 파형이 일치한 견본 분광 간섭 파형에 대응하는 두께를 상기 판형물의 두께로서 결정하는 것인 두께 계측 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 두께 계측 유닛은,
   상기 분광 수단과, 상기 빔 분할기 사이에 배치되는 집광 렌즈와,
   상기 빔 분할기로부터 확산된 광을 평행광으로서 상기 척 테이블에 유지된 판형물의 X축 방향, 및 Y축 방향으로 규정된 2차원 영역에 조사하는 텔레센트릭 렌즈와,
   상기 빔 분할기와 상기 2차원 이미지 센서 사이에 배치되고, 상기 판형물의 상면 및 하면으로부터 반사된 복귀광을 평행광으로 생성하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함하는 것인 두께 계측 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 백색 광원은, SLD 광원, ASE 광원, 수퍼컨티늄(supercontinuum) 광원, LED 광원, 할로겐 광원, 크세논 광원, 수은 광원 및 메탈할라이드 광원으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 두께 계측 장치.

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