KR20200124155A - 두께 계측 장치 - Google Patents

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KR20200124155A
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노부유키 기무라
케지 노마루
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 피가공물의 두께를 용이하게 한편 정밀하게 계측할 수 있는 두께 계측 장치를 제공한다.
(해결 수단) 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께를 계측하는 두께 계측 장치로서, 백색광을 발하는 광원과, 광원으로부터 제1 광로를 통해 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사되어, 피가공물로부터 반사된 반사광을 제2 광로에 분기하는 광 분기부와, 제2 광로에 배치된 회절 격자와, 회절 격자에 의해서 파장마다 분광 된 광의 광 강도 신호를 검출하는 이미지 센서와, 이미지 센서가 검출한 광 강도 신호에 의해 분광 간섭 파형을 생성해, 분광 간섭 파형에 기초하여 두께를 결정해 출력하는 두께 출력부를 포함한다. 두께 검출부는, 복수의 두께에 대응하는 분광 간섭 파형을 기준 파형으로서 기록한 기준 파형 기록부를 포함한다.

Description

두께 계측 장치{THICKNESS MEASURING APPARATUS}
본 발명은, 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께를 계측하는 두께 계측 장치에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해서 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 연삭 장치에 의해서 이면이 연삭되어 박화된 후, 다이싱 장치, 레이저-가공 장치에 의해서 개개의 디바이스칩으로 분할되고, 분할된 디바이스칩은 휴대 전화, 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.
웨이퍼의 이면을 연삭 하는 연삭 장치는, 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼를 연삭하는 연삭 휠을 회전 가능하게 구비한 연삭 유닛과, 상기 척 테이블에 유지된 웨이퍼의 두께를 계측하는 두께 계측 수단으로 대략 구성되어 있고, 웨이퍼를 원하는 두께로 가공할 수 있다.
상기 두께 계측 수단은, 프로버를 웨이퍼의 연삭면에 접촉시켜 웨이퍼의 두께를 계측하는 접촉 타입을 이용하면 연삭면에 손상을 주게 된다는 점에서, 웨이퍼의 연삭면으로부터 반사한 광과, 웨이퍼를 투과하여 반대면으로부터 반사한 광과의 분광 간섭 파형을 구해, 상기 분광 간섭 파형과 이론상의 파형 함수에 기초하여 파형 해석을 실시하는 것에 의해서 두께를 계측하는 비접촉 타입의 두께 계측 수단이 사용되고 있다(예컨대 특허문헌 1을 참조).
특개 2012-021916호 공보
상기한 특허 문헌 1에 기재된 두께 계측 수단에 의하면, 웨이퍼의 표면을 손상시키는 일 없이 웨이퍼의 두께를 계측하는 것이 가능하다. 여기서, 분광 간섭 파형과 파형 함수에 의해 파형 해석을 실시하는 것에 의해서 두께를 계측하는 경우, 상기 분광 간섭 파형에 대해서, 푸리에 변환 이론 등에 의한 파형 해석을 실시하여 신호 강도 파형을 구할 필요가 있고, 상기 파형의 피크치에 기초하여 웨이퍼의 표면과 이면에 의해 형성되는 광로 길이의 차이(光路長差), 즉 두께 정보를 얻는다. 그러나 웨이퍼가 얇아짐에 따라, 피크치에 기초하여 두께 정보를 얻을 때의 정밀도가 저하한다고 하는 문제가 있다. 또한, 피가공물을 구성하는 재질이 다른 경우는, 분광 간섭 파형의 파형 형상이 재질마다 달라, 적절한 파형 해석을 실시하는 것은 곤란하다. 특히, 복수의 재질에 의해서 적층되는 복합 웨이퍼인 경우, 분광 간섭 파형은, 각층에 있어서 반사하여 합성된 귀환광에 기초하여 형성되기 때문에, 개개의 층의 두께를 검출하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 발생했다.
따라서, 본 발명의 목적은, 피가공물의 두께를 용이하게 그리고 정밀하게 계측할 수 있는 두께 계측 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 척 테이블을 구비하고, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께를 계측하는 두께 계측 장치로서, 백색광을 발하는 광원과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 대해서 상기 광원이 발한 백색광을 집광하는 집광 수단과, 상기 광원과 상기 집광 수단을 연통하는 제1 광로와, 상기 제1 광로에 배설되어 상기 척 테이블에 유지된 피가공물로부터 반사한 반사광을 제2 광로에 분기하는 광 분기부와, 상기 제2 광로에 배설된 회절 격자와, 상기 회절 격자에 의해서 파장마다 분광된 광의 광 강도 신호를 검출하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서가 검출한 광 강도 신호에 의해 분광 간섭 파형을 생성하고, 상기 분광 간섭 파형에 기초하여 두께를 결정하여 출력하는 두께 출력 수단을 포함하고, 상기 두께 출력 수단은, 복수의 두께에 대응하는 분광 간섭 파형을 기준 파형으로서 기록한 기준 파형 기록부와, 상기 이미지 센서가 검출한 광 강도 신호에 기초하여 생성된 분광 간섭 파형과 상기 기준 파형 기록부에 기록된 기준 파형을 대조하여 파형이 일치한 기준 파형으로부터 두께를 결정하는 두께 결정부를 포함하고, 상기 기준 파형 기록부는, 피가공물을 구성하는 재질에 따라 기준 파형을 기록한 재질별 기준 파형 기록부를 복수 구비하고 있는 두께 계측 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 두께 출력 수단의 상기 두께 결정부는, 상기 이미지 센서가 검출한 광 강도 신호에 의해 생성된 분광 간섭 파형과 상기 기준 파형 기록부가 복수 구비하고 있는 상기 재질별 기준 파형 기록부에 기록된 기준 파형을 대조하여 파형이 일치한 기준 파형이 속하는 상기 재질별 기준파형 기록부를 선정한다. 바람직하게는, 상기 집광 수단은, 피가공물에 대해서 백색광을 집광하는 집광 위치를 변경하는 집광 위치 변경 수단을 포함하고, 피가공물을 구성하는 2 종류 이상의 재질에 따라 두께를 계측한다.
바람직하게는, 상기 피가공물은, 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하여 구성되는 복합 웨이퍼이거나, 또는, 상기 피가공물은, 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하여 구성되고, 제1 층, 또는 제2 층이, 평면 방향에 있어서 2 종류 이상의 재질로 구성된 복합 웨이퍼이다. 바람직하게는, 상기 광원은, SLD 광원, ASE 광원, 슈퍼컨티뉴엄 광원, LED 광원, 할로겐 광원, 크세논 광원, 수은 광원, 메탈할라이드 광원 중 어느 하나이다.
본 발명에 의하면, 상기한 두께 계측 장치가 배치된 가공 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 피가공물을 구성하는 재질에 따라 고정밀로 두께를 계측할 수 있다. 또한, 2층 이상의 구조로 이루어지는 피가공물이어도, 각층에 있어서의 재질에 따라 개별적으로 두께를 정밀도 좋게 계측할 수 있다.
본 발명의 가공 장치에 의하면, 상기한 두께 계측 장치가 배설되고 있는 것에 의해, 피가공물을 구성하는 재질에 따라 고정밀로 두께를 계측하면서 가공을 실시할 수 있다. 또한, 2층 이상의 구조로 이루어지는 피가공물이어도, 각층에 있어서의 재질에 따라 개별적으로 두께를 정밀도 좋게 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명 실시형태의 두께 계측 장치가 배치된 연삭 장치의 전체 사시도이다.
도 2는 도 1의 연삭 장치에 배설된 두께 계측 장치의 대략을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 두께 계측 장치에 배설된 재질별 기준 파형 기록부의 대략을 나타내는 대략도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 연삭 장치에 의해서 실시되는 연삭 공정의 실시형태를 나타내는 일부 확대 사시도이다.
도 5는 (a) 이미지 센서에 의해서 검출되는 광 강도 신호에 의해서 생성되는 분광 간섭 파형의 일례, (b) (a)에 나타내는 분광 간섭 파형과 일치하는 기준 파형을 대조해, 두께를 결정하는 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 두께 계측 장치의 다른 실시형태를 나타내는 블럭도이다.
도 7은 (a) 도 6에 나타내는 두께 계측 장치의 이미지 센서에 의해서 검출되는 광 강도 신호에 의해서 생성되는 분광 간섭 파형의 일례, (b)(a)에 나타내는 분광 간섭 파형과 일치하는 기준 파형을 대조해, 복합 웨이퍼의 각층의 두께를 개별적으로 결정하는 모양을 나타내는 그림이다.
도 8은 두께 계측 장치의 또한 다른 실시형태를 나타내는 블럭도이다.
이하, 본 발명 실시형태의 두께 계측 장치에 대해 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1에는, 본 실시형태와 관련되는 두께 계측 장치(8A)를 갖춘 연삭 장치(1)의 전체 사시도, 및 본 실시형태의 두께 계측 장치(8A)에 의해 두께가 계측되는 피가공물로서의 웨이퍼(10)가 나타나 있다. 웨이퍼(10)는, 예컨대, LN(니오브산리튬) 기판에 의해 구성된다.
도면에 나타내는 연삭 장치(1)는, 장치 하우징(2)을 구비하고 있다. 이 장치 하우징(2)은, 대략 직방체 형상의 메인부(21)와, 메인부(21)의 후단부에 설치되어 위쪽으로 늘어나는 직립벽(22)을 가지고 있다. 직립벽(22)의 전면에는, 연삭 유닛으로서의 연삭 유닛(3)이 상하 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있다.
연삭 유닛(3)은, 이동 베이스(31)와 이동 베이스(31)에 장착된 스핀들 유닛(4)을 구비하고 있다. 이동 베이스(31)는, 직립벽(22)에 배설된 한 쌍의 안내 레일과 슬라이딩 가능하게 결합하도록 구성되어 있다. 이와 같이 직립벽(22)에 설치된 한 쌍의 상기 안내 레일에 슬라이딩 가능하게 장착된 이동 베이스(31)의 전면에는, 전방에 돌출한 지지부를 통해 연삭 유닛으로서의 스핀들 유닛(4)이 장착된다.
스핀들 유닛(4)은, 스핀들 하우징(41)과, 스핀들 하우징(41)에 회전 가능하게 배설된 스핀들(42)과, 스핀들(42)을 회전 구동하기 위한 구동원으로서의 서보 모터(43)를 구비하고 있다. 스핀들 하우징(41)에 회전 가능하게 지지된 스핀들(42)은, 일단부(도 1에 있어서 하단부)가 스핀들 하우징(41)의 하단에서 돌출하여 배설되어 있고, 하단부에는 휠 마운트(44)가 설치되고 있다. 그리고 이 휠 마운트(44)의 하면에 연삭 휠(5)이 장착된다. 이 연삭 휠(5)의 하면에는 복수의 세그먼트로 구성된 연삭 지석(51)이 배설되어 있다.
연삭 장치(1)는, 연삭 유닛(3)을 상기 한 쌍의 안내 레일을 따라서 상하 방향으로 이동시키는 연삭 유닛 이송 기구(6)를 구비하고 있다. 이 연삭 유닛 이송 기구(6)는, 직립벽(22)의 앞쪽에 배설되어 실질상 수직으로 늘어나는 수나사 로드(61), 수나사 로드(61)를 회전 구동하기 위한 구동원으로서의 펄스 모터(62)를 구비하고, 이동 베이스(31)의 뒷면에 구비된 수나사 로드(61)와 나사 결합하는 도시하지 않는 베어링 부재 등으로 구성된다. 이 펄스 모터(62)가 정회전(正)하면 이동 베이스(31) 즉 연삭 유닛(3)이 하강하고, 펄스 모터(62)가 역회전하면 이동 베이스(31) 즉 연삭 유닛(3)이 상승된다.
상기 장치 하우징(2)의 메인부(21)에 웨이퍼(10)를 유지하는 유지 수단으로서의 척 테이블 기구(7)가 배치되어 있다. 척 테이블 기구(7)는, 척 테이블(71)과 척 테이블(71)의 주위를 덮는 커버 부재(72)와 커버 부재(72)의 전후에 배치된 벨로우즈 수단(73, 74)을 구비하고 있다. 척 테이블(71)은, 그 상면(유지면)에 웨이퍼(10)를 도시하지 않는 흡인 수단을 작동하는 것에 의해 흡인 유지하도록 구성되어 있다. 또한, 척 테이블(71)은, 도시하지 않는 회전 구동 수단에 의해서 회전 가능하게 구성되고, 도시하지 않는 척 테이블 이동 수단에 의해서 도 1에 나타내는 피가공물 배치 영역(70a)과 연삭 휠(5)로 대향하는 연삭 영역(70b)과의 사이(화살표 X 로 나타내는 X축 방향)에서 이동된다.
또한, 상술한 서보 모터(43), 펄스 모터(62), 도시하지 않는 척 테이블 이동 수단 등은, 도시하지 않는 제어 수단에 의해 제어된다. 또한, 웨이퍼(10)는, 외주부에 결정 방위를 나타내는 노치가 형성되어 있고, 웨이퍼(10)의 표면측에 보호 부재로서의 보호 테이프(14)가 점착되고, 이 보호 테이프(14) 측이 하방으로 향해져 척 테이블(71)의 상면(유지면)에 유지된다.
연삭 장치(1)는, 척 테이블(71)에 유지되는 웨이퍼(10)의 두께를 계측하는 두께 계측 장치(8A)를 갖추고 있다. 이 두께 계측 장치(8A)는, 계측 하우징(80)을 구비하고 있고, 도면에 도시한 바와 같이 장치 하우징(2)을 구성하는 직방체 형상의 메인부(21)의 상면에 있어서, 척 테이블(71)이 피가공물 배치 영역(70a)으로부터 연삭 영역(70b) 간을 이동되는 경로 도중의 측방에 배치되고, 척 테이블(71)이 피가공물 배치 영역(70a)과 연삭 영역(70b) 간을 이동하는 영역에 있어서 이동 가능하게 배설되고, 척 테이블(71) 상에 유지되는 웨이퍼(10)의 두께를 위쪽에서 계측 가능하게 배치되어 있다. 상기 계측 하우징(80)의 선단부의 하면에는, 바로 아래에 위치 결정되는 척 테이블(71)을 바라보고, 두께 계측용의 백색광을 집광하여 조사하는 집광 수단으로서 배치된 집광기(81A)가 구비되어 있다. 집광기(81A)는, 도면 중 화살표(Y)로 나타낼 방향(Y축 방향)으로 도시하지 않는 구동 수단에 의해 왕복 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 두께 계측 장치(8A)를 구성하는 광학계에 대해서, 도 2를 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 두께 계측 장치(8A)를 구성하는 광학계는, 척 테이블(71)을 향해서 조사하는 넓은 파장 영역의 백색광을 발하는 광원(82)과, 광원(82)으로부터의 광을 제1 광로(8a)로 유도하고 제1 광로(8a)를 역행하는 반사광을 제2 광로(8b)로 유도하는 광 분기부(83)와, 제1 광로(8a) 상의 광을 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)에 집광하는 집광기(81A)를 구비한다. 본 발명에서 말하는 「백색광을 발하는 광원」이란, 일반적으로 가시광선이라 불리는 400 nm ~ 800 nm 의 파장의 광을 발진하는 광원이다. 집광기(81A)는, 제1 광로(8a)상의 광을 평행광으로 형성하는 콜리메이션 렌즈(84)와, 콜리메이션 렌즈(84)에 의해서 평행광으로 형성된 광을 집광하여 웨이퍼(10)로 유도하는 대물렌즈(85)를 구비하고 있다.
광원(82)은, 예컨대, 백색광을 포함한 광을 발진하는 할로겐램프를 이용할 수 있다. 그러나 광원은, 상기한 할로겐램프로 한정되는 것은 아니다. 광원(82)으로서는, 예컨대, 백색광을 발할 수 있는 일반적으로 알려진 SLD 광원, ASE 광원, 슈퍼컨티뉴엄 광원, LED 광원, 크세논 광원, 수은 광원, 메탈할라이드 광원 등의 주지의 광원으로부터 적절하게 선택할 수 있다. 광 분기부(83)는, 편파 유지 섬유 커플러, 편파 유지 섬유 서큘레이터, 싱글 모드 섬유 커플러, 싱글 모드 섬유 커플러 서큘레이터 등을 이용할 수 있다. 또한, 광원(82)으로부터 광 분기부(83)까지의 경로, 제1 광로(8a), 및 제2 광로(8b)의 일부는, 광파이버에 의해서 구성되어 있다.
제2 광로(8b)의 경로 상에는, 콜리메이션 렌즈(86), 회절 격자(87), 집광 렌즈(88), 및 이미지 센서(89)가 배치되어 있다. 콜리메이션 렌즈(86)는, 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)의 상면, 및 하면에서 반사하고, 대물렌즈(85)와 콜리메이션 렌즈(84) 및 제1 광로(8a)를 역행하여 광 분기부(83)로부터 제2 광로(8b)에 유도된 반사광을 평행광으로 형성한다. 회절 격자(87)는, 콜리메이션 렌즈(86)에 의해서 평행광으로 형성된 상기 반사광을 회절해, 각 파장에 대응하는 회절광을, 집광 렌즈(88)를 통해 이미지 센서(89)에 보낸다. 이미지 센서(89)는, 수광 소자를 직선형으로 배열한, 이른바 라인 이미지 센서이며, 회절 격자(87)에 의해서 회절된 반사광의 파장마다의 광의 강도를 검출하여 광 강도 신호를 두께 출력 수단(100)에 보낸다.
두께 출력 수단(100)은, 컴퓨터에 의해 구성되고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치(CPU)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드온리 메모리(ROM)와, 검출한 검출치, 연산 결과 등을 일시적으로 저장하기 위한 판독 기록 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)와, 입력 인터페이스, 및 출력 인터페이스를 구비하고 있다(상세한 것에 대한 도시는 생략함). 두께 출력 수단(100)은, 이미지 센서(89)로부터 보내진 파장마다의 광 강도 신호에 기초하여 분광 간섭 파형을 생성하고, 상기 분광 간섭 파형은 일단 RAM 에 기억된다. 두께 출력 수단(100)에는, 또한, 상기 분광 간섭 파형에 기초하여 웨이퍼(10)의 두께를 결정하는 두께 결정부(110)와, 복수의 두께에 대응한 분광 간섭 파형을 기준 파형으로서 기록한 기준 파형 기록부(120)가 구비되어 있다. 두께 결정부(110)에는, 이미지 센서(89)에 의해 검출되어 RAM 에 기억된 상기 분광 간섭 파형과, 기준 파형 기록부(120)에 기록된 기준 파형을 대조하는 대조부(112)를 구비할 수 있고, 두께 결정부(110)에 의해서 결정된 두께 정보를 적절하게 RAM, 또는 외부 기억 수단 등에 기억하고, 적절하게 표시 수단(130)에 출력할 수 있다. 척 테이블(71)에는, 그 X, Y 좌표 위치를 검출하는 위치 검출 수단(75)이 구비되어 있다. 따라서, 집광기(81A)에 의해서 집광되는 집광 위치가 정확하게 특정된다. 또한, 본 실시형태의 두께 결정 수단(100)은, 독립한 컴퓨터에 의해서 구성되어도 좋지만, 연삭 장치(1)의 제어를 실시하는 각종의 제어 프로그램을 구비한 도시하지 않는 제어 수단 내에 구성되어도 좋다.
도 3을 참조하면서, 기준 파형 기록부(120)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 기준 파형 기록부(120)는, 예컨대, 피가공물을 구성하는 재질에 따라 기준 파형을 기록한 재질별 기준 파형 기록부(122a~122l)를 구비하고 있다. 재질별 기준 파형 기록부(122a)에는, Si(실리콘) 웨이퍼의 두께(μm)와, Si 웨이퍼에 대해서 두께 계측 장치(8A)의 집광기(81A)로부터 백색광을 조사했을 경우에, 이미지 센서(89)에 의해서 검출되는 광 강도 신호에 기초하여 생성되는 분광 간섭 파형의 기준 파형이 두께에 따라 기록되고 있다. 마찬가지로, 재질별 기준 파형 기록부(122b)에는, LN(니오브산리튬) 웨이퍼의 두께(μm)와 분광 간섭 파형의 기준 파형이, 재질별 기준 파형 기록부(122c)에는, GaN(질화 갈륨) 웨이퍼의 두께(μm)와 분광 간섭 파형의 기준 파형이, 재질별 기준 파형 기록부(122d)에는, SiO2(이산화 규소) 웨이퍼의 두께(μm)와, 분광 간섭 파형의 기준 파형이 기록되어 있다. 또한, 상기한 재질별 기준 파형 기록부(122a ~ 122d)는, 단일의 재질로 이루어지는 웨이퍼에 대응하여 기준 파형을 기록한 것으로서, 설명의 편의상, 일부 데이터가 생략되어 있다.
기준 파형 기록부(120)에는, 상기한 단일의 재질에 대응하여 기준 파형이 기록되는 재질별 기준 파형 기록부(122a ~ 122d)에 더하여, 피가공물인 웨이퍼가 2 종류 이상의 재질에 의해서 복수의 층(제1 층(상층), 제2 층(하층))을 구비한 복합 웨이퍼인 경우를 상정한 재질별 기준 파형 기록부(122k, 122l)를 구비할 수도 있다.
도 3 중의 재질별 기준 파형 기록부(122k)는, 제1 층이 A층(LN)이고, 제2 층이 B층(SiO2층)이며, 집광기(81A)로부터 백색광을 집광하여 조사했을 경우에 생성되는 분광 간섭 파형의 기준 파형이, A층, 및 B층의 두께마다 형성된 매트릭스 표에 기록되어 있다. 상기 매트릭스 표는, 횡축이 A층의 두께(μm), 세로축이 B층의 두께(μm)에 대응하여 기준 파형이 기록되고, 상기 기준 파형에 기초하여 A층, 및 B층의 두께를 개별적으로 결정하는 것이 가능하다. 또한, 재질별 기준 파형 기록부(122l)는, 제1 층이 C층(LN)이고, 제2 층이 D층(GaN)이며, 재질별 기준 파형 기록부(122k)와 마찬가지로, 집광기(81A)로부터 백색광을 조사했을 경우에 생성되는 분광 간섭 파형의 기준 파형이, C층, 및 D층의 두께마다 형성된 매트릭스 표에 기록되고 있다. 도 3에서는 2개의 복합 웨이퍼에 관한 재질별 기준 파형 기록부(122k, 122l)가 나타나고 있지만, 또한 다른 재질의 층으로 이루어지는 복합 웨이퍼를 상정한 재질별 기준 파형 기록부를 기준 파형 기록부(120)에 기록시켜도 좋다. 또한, 기준 파형 기록부(120)에 기록되는 기준 파형은, 컴퓨터에 의한 연산에 의한 이론 파형으로서 요구하는 것이 가능하다.
본 실시형태와 관련되는 연삭 장치(1), 및 두께 계측 장치(8A)는 대략 상기한 바와 같은 구성을 구비하고 있고, 이하에, 상기한 두께 계측 장치(8A)가 배설된 연삭 장치(1)를 이용하여 웨이퍼(10)의 두께를 계측하면서, 웨이퍼(10)를 목표 마무리 두께가 되도록 연삭하는 연삭 가공의 실시형태에 대해 설명한다.
우선, 연삭 가공을 실시할 때, 오퍼레이터는, 연삭 장치(1)의 조작 패널을 이용하여, 웨이퍼(10)의 목표 마무리 두께를 설정한다. 본 실시형태에 있어서의 웨이퍼(10)의 목표 마무리 두께는, 20 μm 로 한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(10)의 표면측에 보호 테이프(14)를 점착하고, 피가공물 배치 영역(70a)에 위치 결정된 척 테이블(71) 상에 보호 테이프(14) 측을 아래로 하여 배치한다. 그리고 도시하지 않는 흡인 수단을 작동하는 것에 의해서 웨이퍼(10)를 척 테이블(71) 상에 흡인 유지한다. 척 테이블(71) 상에 웨이퍼(10)를 흡인 유지했다면, 도시하지 않는 이동 수단을 작동하여, 척 테이블(71)을, 피가공물 배치 영역(70a) 측으로부터, X축 방향에 있어서의 화살표(X1)로 나타내는 방향으로 이동하여 연삭 영역(70b)에 위치 결정하고, 도 4에 도시한 바와 같이 연삭 휠(5)의 복수의 연삭 지석(51)의 외주 가장자리가, 척 테이블(71)의 회전 중심을 통과하도록 위치 결정을 한다. 그리고 두께 계측 장치(8A)를 화살표(X1)로 나타내는 방향으로 이동하고, 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)의 상방인 두께 계측 위치에 위치 결정한다.
상기한 바와 같이 연삭 휠(5)과 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)를, 미리 정해진 위치 관계로 설정하고, 두께 계측 장치(8A)를 두께 계측 위치에 위치 결정했다면, 도시하지 않는 회전 구동 수단을 구동하여, 척 테이블(71)을, 도 4에 있어서 화살표(R1)로 나타내는 방향으로 예컨대 300 rpm 의 회전 속도로 회전시키고, 연삭 휠(5)을 화살표(R2)로 나타내는 방향으로 예컨대 6000 rpm의 회전 속도로 회전시킨다. 그리고 연삭 유닛 이송 기구(6)의 펄스 모터(64)를 정회전(正) 구동하고 연삭 휠(5)을 하강(연삭 이송)하여 복수의 연삭 지석(51)을, 웨이퍼(10)에 미리 정해진 압력으로 압박한다. 이 결과, 웨이퍼(10)의 피 연삭면이 연삭된다(연삭 공정).
상기 연삭 공정을 실시하면서, 두께 계측 장치(8A)의 두께 출력 수단(100)에 의해, 척 테이블(71)에 유지된 상태로 웨이퍼(10)의 두께를 계측한다. 보다 구체적으로는, 광원(82)에 의해 발진되는 백색광을 집광기(81A)에 의해서 집광하여 웨이퍼(10)에 조사하고, 이미지 센서(89)로부터의 광 강도 신호에 기초하여, 도 5(a)에 나타내는 분광 간섭 파형(W1)을 생성하고 두께 출력 수단(100)의 RAM 에 기록한다. 분광 간섭 파형(W1)이 생성되었다면, 두께 결정부(110)의 대조부(112)에 의해서, RAM 에 기억된 분광 간섭 파형(W1)과, 기준 파형 기록부(120)의 각 재질별 기준 파형 기록부(122a ~ 122l)의 기준 파형을 대조한다. 그 결과, 분광 간섭 파형(W1)과 파형 및 위상이 일치하는 기준 파형(Wa)이, 도 5(b)에 나타내는 기준 파형 기록부(120) 중의 재질별 기준 파형 기록부(122b)에 속한다고 판정되고 재질별 기준 파형 기록부(122b)가 선정된다. 즉, 웨이퍼(10)가 LN기판으로 이루어지는 것이 확인된다.
상기한 바와 같이, 두께 결정부(110)에 의해서 분광 간섭 파형(W1)의 형상과, 재질 기준 파형 기록부(122b)에 속하는 기준 파형(Wa)이 일치한다고 판단했을 경우는, 재질별 기준 파형 기록부(122b)에 있어서, 그 기준 파형(Wa)이 기록된 위치에 대응하는 두께(20μm)를 웨이퍼(10)의 두께로서 결정하고, 두께 출력 수단(100)으로부터 표시 수단(130)에 출력하고 RAM 에 기억한다. 이와 같이 두께 출력 수단(100)으로부터 출력된 웨이퍼(10)의 두께가, 연삭 장치(1)의 도시하지 않는 제어 수단에 전송되고, 웨이퍼(10)의 목표 마무리 두께(20 μm)에 도달했는지 여부를 판정하여, 상기한 것처럼, 목표 두께에 도달했다고 판정되는 경우는, 연삭 공정을 종료시킬 수 있다.
상기한 실시형태에서는, 광원(82)으로부터 출사되는 백색광을 미리 정해진 위치에 집광하는 집광기(81A)를 구비한 두께 계측 장치(8A)를 이용하여, 단일의 재질(LN)로 이루어지는 웨이퍼(10)의 두께를 계측하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 본 발명에 의하면, 척 테이블(71) 상의 피가공물에 대해서 백색광을 집광하는 집광 위치를 적절하게 변경할 수 있는 집광 위치 변경 수단을 구비할 수 있고, 2 종류 이상의 재질에 의해서 제1 층(A층), 및 제2 층(B 층)이 형성된 복합 웨이퍼(10W)의 각층의 두께를 개별적으로 출력할 수 있다. 도 6, 도 7을 참조하면서, 집광 위치 변경 수단을 구비한 두께 계측 장치(8B)에 대해서, 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 도 6에 나타내는 두께 계측 장치(8B)에 있어서, 상기한 두께 계측 장치(8A)와 공통되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 6에 나타내는 두께 계측 장치(8B)는, 제1 광로(8a) 상에, 두께 출력 수단(100)으로부터의 지시 신호에 의해, 제1 광로(8a)를 통과하여 전송된 백색광의 집광 위치를 변경할 수 있도록, 제1 분기 경로(8a-1), 제2 분기 경로(8a-2), 제3 분기 경로(8a-3) 중 어느 하나에 분기하는 광 스위치(90)를 구비하고 있다. 그리고 광 스위치(90)에 의해 분기된 백색광은, 각 분기 경로에 대응한 콜리메이션 렌즈(84), 집광 렌즈(85)를 구비한 집광기(81B)에 유도된다. 여기서, 예컨대 광 스위치(90)에 의해, 백색광이 제1 분기 경로(8a-1)에 유도되고, 집광기(81B)에 의해서 집광되며, 복합 웨이퍼(10W)의 집광 위치(A1)에 집광되어 반사광이 형성되고, 그때에 이미지 센서(89)에 의해서 검출되는 광 강도 신호에 의해서, 도 7(a)에 나타내는 분광 간섭 파형(W2)이 생성된다.
도 7(a)에 나타내는 분광 간섭 파형(W2)이 생성되었다면, 두께 출력 수단(100)의 RAM 에 기록한다. 이와 같이 분광 간섭 파형(W2)이 생성되었다면, 두께 결정부(110)의 대조부(112)에 의해서, RAM 에 기억된 분광 간섭 파형(W2)과, 기준 파형 기록부(120)의 각 재질별 기준 파형 기록부(122a ~ 122l)의 기준 파형을 대조한다. 그 결과, 분광 간섭 파형(W2)과 파형 및 위상이 일치하는 기준 파형(Wb)이, 도 7(b)에 나타내는 기준 파형 기록부(120) 중의 재질별 기준 파형 기록부(122k)에 속하는 것이 발견되고, 재질별 기준 파형 기록부(122k)가 선정된다. 즉, 웨이퍼(10W)의 제1 층이 A층(LN)으로 이루어지고, 제2 층이 B층(SiO2)으로 이루어지는 것이 확인된다.
상기한 것처럼, 두께 출력 수단(100)에 있어서 검출되는 분광 간섭 파형(W2)의 형상과, 재질 기준 파형 기록부(122k)에 기록된 기준 파형(Wb)이 일치한다고 판정되었을 경우는, 재질별 기준 파형 기록부(122k)에 있어서, 그 기준 파형(Wb)이 기록된 위치에 대응하는 제1 층이 LN이고, 그 두께가 4.00 μm 라고 결정하고, 또한, 제2 층이 SiO2 이고, 그 두께가 0.27 μm 라고 결정하며, 두께 출력 수단(100)으로부터 출력하여 표시 수단(130)에 표시하고 RAM 에 기억한다.
또한, 상기한 광 스위치(90)에 의해서, 제1 광로(8a)를 통과하는 백색광의 경로를 제2 분기 경로(8a-2), 제3 분기 경로(8a-3)로 전환할 수 있고, 대응하는 집광 위치(A2), 집광 위치(A3)에 있어서의 제1 층, 제2 층의 두께를 개별적으로 결정하여 출력할 수 있다. 여기서, 만일, 집광 위치(A1, A2, A3)에 있어서의, 웨이퍼(10W)의 제2 층(하층)이 다른 재질에 의해서 구성되어 있는 경우(예컨대, 집광 위치(A1)의 위치의 제2 층이 SiO2이며, 집광 위치(A2)의 위치의 제2 층이 GaN 인 경우라도, 재질별 기준 파형(122k), 및 재질별 기준 파형(122l)을 구비하고 있는 것에 의해, 집광 위치마다, 각층의 두께를 재질별로 계측할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 상기한 두께 계측 장치(8A), 두께 계측 장치(8B)로 한정되지 않고, 또한 다른 실시형태가 제공된다. 도 8을 참조하면서, 피가공물에 대해서 백색광을 집광하는 집광 위치를 적절하게 변경하는 별개의 집광 위치 변경 수단을 구비한 두께 계측 장치(8C)에 대해 설명한다. 또한, 도 2에 나타내는 두께 계측 장치(8A)와 공통되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 8에 나타내는 두께 계측 장치(8C)에서는, 제1 광로(8a)를 통과하여 연통된 백색광이, 콜리메이션 렌즈(84)에 의해서 평행광으로 되고, 반사 미러(92)에 의해서 광로가 변경되며, 두께 출력 수단(100)으로부터의 제어 신호에 의해서 제어되는 갈바노 미러(94)에 유도된다. 갈바노 미러(94)에 의해서 광로가 미리 결정된 위치로 변경된 백색광은, fθ 렌즈(96)에 유도되어, 척 테이블(71) 상의 웨이퍼(10)로 유도되고, 적절하게 집광 위치가 변경되어, 백색광이 미리 결정된 집광 위치에 집광된다. 척 테이블(71)에 유지된 웨이퍼(10)의 상기 집광 위치에 있어서 반사한 반사광이, 이미지 센서(89)로 유도되어, 분광 간섭 파형이 형성된다. 그리고 상기 집광 위치에 있어서의 웨이퍼(10)의 두께가 상기한 순서에 의해 결정되어 출력된다.
상기한 실시형태에서는, 도 4에 기초하여 설명한 연삭 공정을 실시하고 있는 상태로 웨이퍼(10), 또는 복합 웨이퍼(10W)의 두께를 계측하도록 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 연삭 공정을 실시하기 전, 또는 연삭 공정을 실시한 후에, 척 테이블(71)을 피가공물 배치 영역(70a)과 연삭 영역(70b)의 사이에 위치 결정하고, 상기한 두께의 계측을 실시할 수 있다.
상기한 실시형태에서는, 두께 계측 장치(8A ~ 8C)가 연삭 장치(1)에 배치된 예를 나타냈지만, 본 발명은, 이것으로 한정되지 않고, 피가공물로서의 웨이퍼(10)를 가공하는 가공 장치이면, 연마 장치, 레이저-가공 장치, 다이싱 장치 등, 어떠한 가공 장치에 적용해도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 본 발명의 두께 계측 장치(8A ~ 8C)를, 피가공물을 가공하는 가공 장치에 배설한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 가공 장치와는 다른 독립한 두께 계측 장치여도 좋다.
1: 연삭 장치(가공 장치)
3: 연삭 유닛
4: 스핀들 유닛
5: 연삭 휠
7: 척 테이블 기구
71: 척 테이블
8A, 8B, 8C: 두께 계측 장치
8a: 제1 광로
8b: 제2 광로
80: 계측 하우징
81A, 81B, 81C: 집광기
82: 광원
83: 광 분기부
84, 86: 콜리메이션 렌즈
85: 집광 렌즈
87: 회절 격자
88: 집광 렌즈
89: 이미지 센서
10: 웨이퍼
10W: 복합 웨이퍼
14: 보호 테이프
100: 두께 출력 수단
110: 두께 결정부
112: 대조부
120: 기준 파형 기록부
122a ~ 122l: 재질별 기준 파형 기록부

Claims (7)

  1. 피가공물을 유지하는 척 테이블을 구비하고, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께를 계측하는 두께 계측 장치로서,
    백색광을 발하는 광원과,
    상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 대해서 상기 광원이 발한 백색광을 집광하는 집광 수단과,
    상기 광원과 상기 집광 수단을 연통하는 제1 광로와,
    상기 제1 광로에 배설되어 상기 척 테이블에 유지된 피가공물로부터 반사한 반사광을 제2 광로에 분기하는 광 분기부와,
    상기 제2 광로에 배설된 회절 격자와,
    상기 회절 격자에 의해서 파장마다 분광된 광의 광 강도 신호를 검출하는 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서가 검출한 광 강도 신호에 의해 분광 간섭 파형을 생성하고, 상기 분광 간섭 파형에 기초하여 두께를 결정하여 출력하는 두께 출력 수단
    을 포함하고,
    상기 두께 출력 수단은,
    복수의 두께에 대응한 분광 간섭 파형을 기준 파형으로서 기록한 기준 파형 기록부와,
    상기 이미지 센서가 검출한 광 강도 신호에 기초하여 생성된 분광 간섭 파형과 상기 기준 파형 기록부에 기록된 기준 파형을 대조하여 파형이 일치한 기준 파형으로부터 두께를 결정하는 두께 결정부
    를 포함하고,
    상기 기준 파형 기록부는, 피가공물을 구성하는 재질에 따라 기준 파형을 기록한 재질별 기준 파형 기록부를 복수 구비하고 있는 것인, 두께 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 두께 출력 수단의 상기 두께 결정부는, 상기 이미지 센서가 검출한 광 강도 신호에 의해 생성된 분광 간섭 파형과, 상기 기준 파형 기록부가 복수 구비하고 있는 상기 재질별 기준 파형 기록부에 기록된 기준 파형을 대조하여 파형이 일치한 기준 파형이 속하는 상기 재질별 기준 파형 기록부를 선정하는 것인, 두께 계측 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 집광 수단은, 피가공물에 대해서 백색광을 집광하는 집광 위치를 변경하는 집광 위치 변경 수단을 구비하고, 피가공물을 구성하는 2 종류 이상의 재질에 따라 두께를 계측하는 것인, 두께 계측 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피가공물은, 적어도 제1 층, 제2 층을 포함하여 구성되는 복합 웨이퍼인 것인, 두께 계측 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피가공물은, 2 종류 이상의 재질로 이루어지고, 상기 피가공물은, 적어도 제1 층, 제2 층을 포함하여 구성되고, 제1 층, 또는 제2 층이, 평면 방향에 있어서 2 종류 이상의 재질로 구성된 복합 웨이퍼인 것인, 두께 계측 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광원은, SLD 광원, ASE 광원, 슈퍼컨티뉴엄 광원, LED 광원, 할로겐 광원, 크세논 광원, 수은 광원 및 메탈할라이드 광원으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인, 두께 계측 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 두께 계측 장치가 배설된 가공 장치.
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