TW202117830A - 厚度計測裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種可以容易地且高精度地計測被加工物的厚度之厚度計測裝置。 [解決手段]一種厚度計測裝置，是計測已保持在工作夾台之被加工物的厚度，前述厚度計測裝置包含：複數個影像感測器，檢測藉由複數個繞射光柵而按每個波長分光之光的強度，並生成分光干涉波形；及厚度輸出單元，從複數個影像感測器所生成的分光干涉波形輸出厚度資訊。厚度輸出單元包含：基準波形記錄部，將對應於複數個厚度的分光干涉波形作為基準波形來記錄；以及厚度決定部，對照複數個影像感測器所生成之複數個分光干涉波形與已記錄於基準波形記錄部的基準波形，並從波形為一致的基準波形來決定對應於各分光干涉波形的厚度。

Description

厚度計測裝置
本發明是有關於一種計測已保持在工作夾台之被加工物的厚度之厚度計測裝置。
將IC、LSI等複數個器件以交叉之複數條分割預定線來區劃並形成於正面之晶圓，是在藉由磨削裝置來磨削背面而薄化之後，藉由切割裝置、雷射加工裝置來分割成一個個的器件晶片，並將所分割的器件晶片利用於行動電話、個人電腦等電氣機器上。
磨削晶圓之背面的磨削裝置大致是由工作夾台、磨削單元及計測裝置所構成，且可以將晶圓加工成所期望之厚度，前述工作夾台是保持晶圓，前述磨削單元可旋轉地設置有磨削輪，前述磨削輪是對保持在該工作夾台的晶圓進行磨削，前述計測裝置是計測已保持在該工作夾台之晶圓的厚度。
並且，由於計測厚度的計測裝置，若是使用讓探針接觸於晶圓的磨削面來計測晶圓的厚度的接觸型的裝置時，會有對磨削面造成損傷之問題，因此所使用的是非接觸型的計測裝置，前述非接觸型的計測裝置是藉由從晶圓的磨削面反射之光與穿透晶圓而從晶圓的相反面反射之光來形成分光干涉波形，並藉由前述分光干涉波形來計測厚度(參照例如專利文獻1)。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2012-21916號公報
發明欲解決之課題
然而，在藉由分光干涉波形與波形函數來實施波形解析，而藉此計測厚度的情況下，必須對該分光干涉波形執行由傅立葉轉換理論等所進行的波形解析來求出訊號強度波形，且有以下問題：隨著晶圓變薄，依據峰值來獲得厚度資訊時的精度會降低。又，在構成被加工物之材質不同的情況下，分光干涉波形的波形形狀會按材質而不同，欲實施適當的波形解析是困難的。特別是，在由複數種材質所積層的複合晶圓的情況下，因為分光干涉波形是依據在各層反射而被合成的返回光所形成，所以已產生有以下問題：要檢測一個個的層的厚度是困難的。
又，例如，若以依據分光干涉波形之計測裝置來對LN基板的下表面積層有比較薄之例如3μm以下的SiO2 之2層構造的晶圓進行計測時，是藉由構成計測裝置的繞射光柵來形成複數個干涉光，且以下資訊被合成：從LN基板的上表面反射之光與從LN基板的下表面反射之反射光之藉由干涉波而生成的LN基板的厚度資訊、及從LN基板的上表面反射之光與從SiO2 膜的下表面反射之反射光之藉由干涉波而生成的「LN基板+SiO2 膜」的厚度資訊，而有無法僅檢測LN基板的厚度之問題。
此外，若在構成晶圓之其中一側的層的平面方向上形成有2種以上的器件時，會有干涉波依據構成器件的素材而不同，而無法計測正確的厚度之問題。
據此，本發明之目的在於提供一種可以容易地且高精度地計測被加工物的厚度之厚度計測裝置。 用以解決課題之手段
根據本發明，可提供一種厚度計測裝置，是計測已保持在工作夾台之被加工物的厚度，前述厚度計測裝置具備：光源，射出白色光；複數個聚光器，對已保持在該工作夾台之被加工物將該光源所射出之白色光聚光；複數條第一光路，連通該光源與該聚光器；複數個光分歧部，配設於該複數條第一光路，並將從保持在該工作夾台之該被加工物反射之反射光分歧到複數條第二光路；複數個繞射光柵，配設在該複數條第二光路；複數個影像感測器，檢測藉由該複數個繞射光柵而按每個波長分光之光的強度，並生成分光干涉波形；及厚度輸出組件，從該複數個影像感測器所生成的分光干涉波形輸出厚度資訊， 該聚光器包含：複數個fθ透鏡，配設成分擔該被加工物的測定區域；及複數個掃描器，對應於該各fθ透鏡而配設， 該厚度輸出組件包含：基準波形記錄部，將對應於複數個厚度的分光干涉波形作為基準波形來記錄；及厚度決定部，對照該複數個影像感測器所生成之複數個分光干涉波形與已記錄於該基準波形記錄部的基準波形，並從波形為一致的基準波形來決定對應於各分光干涉波形的厚度。
較佳的是，該基準波形記錄部具備複數個因應於構成被加工物的素材而記錄有基準波形之材質區分基準波形記錄部，該厚度輸出組件的該厚度決定部是對照該影像感測器所生成的分光干涉波形、與已記錄於該基準波形記錄部所具備的複數個該材質區分基準波形記錄部的基準波形，來選定波形為一致的基準波形所屬的該材質區分基準波形記錄部。
被加工物是至少包含A層與B層而構成之複合晶圓。較佳的是，由複數種材質所構成的被加工物是以下之複合晶圓：至少包含A層與B層而構成，並且B層在平面方向上以複數種材質所構成。較佳的是，該光源是選自於SLD光源、ASE光源、超連續光譜(supercontinium)光源、LED光源、鹵素光源、氙光源、水銀光源、金屬鹵化物光源之中的任一種光源。
較佳的是，該厚度計測裝置是配設於加工裝置。 發明效果
根據本發明之厚度計測裝置，可以容易地且高精度地計測被加工物的厚度，此外，即使是由複數層的構造所構成的被加工物，也可以因應於各層的素材而精度良好地計測厚度。
又，根據本發明之具備有厚度計測裝置的加工裝置，可以容易地且高精度地計測被加工物的厚度，此外，即使是由複數層的構造所構成的被加工物，也可以因應於各層的素材而精度良好地計測厚度，而可以有效率地將被加工物加工成所期望之厚度。
用以實施發明之形態
以下，一邊參照附加圖式一邊詳細地說明本發明實施形態之厚度計測裝置、及具備有該厚度計測裝置之磨削裝置的實施形態。
於圖1中所顯示的是具備有本實施形態之厚度計測裝置8的磨削裝置1的整體立體圖、及藉由本實施形態之厚度計測裝置8來計測厚度之作為被加工物的晶圓10。圖1所示之晶圓10是藉由例如第一層10A(A層)、及第二層10B(B層)為不同的材質所形成之複合晶圓。
如圖所示之磨削裝置1具備有裝置殼體2。此裝置殼體2具有大致長方體形狀的主部21、及設置於主部21的後端部且朝上方延伸的直立壁22。於直立壁22的前表面，以可朝上下方向移動的方式裝設有作為磨削單元的磨削單元3。
磨削單元3具備有移動基台31和裝設在移動基台31的主軸單元4。移動基台31是構成為與配設在直立壁22之一對引導軌道可滑動地卡合。像這樣在可滑動地裝設在設置於直立壁22之一對該引導軌道的移動基台31的前表面，可透過朝前方突出之支撐部來安裝作為磨削單元的主軸單元4。
主軸單元4具備有主軸殼體41、旋轉自如地配設在主軸殼體41的旋轉主軸42、和用於旋轉驅動旋轉主軸42之作為驅動源的伺服馬達43。在主軸殼體41上可旋轉地被支撐的旋轉主軸42，是將一端部(在圖1中為下端部)從主軸殼體41的下端突出而配設，並且在下端部設有輪座44。並且，在此輪座44的下表面安裝有磨削輪5。於此磨削輪5的下表面配設有由複數個磨輪齒(segment)所構成的磨削磨石51。
圖示的磨削裝置1，具備有使磨削單元3沿著該一對引導軌道在上下方向上移動的磨削單元進給機構6。此磨削單元進給機構6具備配設在直立壁22的前側且實質上鉛直地延伸的公螺桿61、用於旋轉驅動公螺桿61之作為驅動源的脈衝馬達62，且可由和已設置在移動基台31的背面之公螺桿61螺合之未圖示的軸承構件等來構成。當此脈衝馬達62正轉時，會使磨削單元3與移動基台31一起下降，且當脈衝馬達62逆轉時，會使磨削單元3與移動基台31一起上升。
在上述裝置殼體2之主部21配設有作為保持晶圓10之工作夾台的工作夾台機構7。工作夾台機構7具備有工作夾台71、覆蓋工作夾台71之周圍的蓋構件72、及配設在蓋構件72之前後的蛇腹組件73、74。工作夾台71是構成為藉由使未圖示之吸引組件作動而將晶圓10吸引保持在其上表面(保持面)。此外，工作夾台71是藉由未圖示之旋轉驅動組件而可旋轉地被構成，並且可藉由未圖示之工作夾台移動組件而在圖1所示之被加工物載置區70a及和磨削輪5相向之磨削區70b之間(箭頭X所示之X軸方向上)移動。
再者，上述之伺服馬達43、脈衝馬達62、未圖示之工作夾台移動組件等，是受未圖示之控制組件所控制。又，在圖示之實施形態中，晶圓10在外周部形成有表示結晶方位的凹口(notch)，並且在晶圓10之形成有第一層10A(A層)的正面側貼附作為保護構件的保護膠帶14，且是將此保護膠帶14朝向下方來保持在工作夾台71的上表面(保持面)。
厚度計測裝置8具備有計測殼體8A，且如圖所示地在構成裝置殼體2的長方體形狀的主部21的上表面，配設在使工作夾台71於從被加工物載置區70a至磨削區70b之間移動的路徑中途的側邊，且在讓工作夾台71於被加工物載置區70a與到磨削區70b之間移動的區域中配設成可移動，且是為了藉由從上方照射之白色光來計測保持在工作夾台71上之晶圓10的厚度而配置。在計測殼體8A的前端部的下表面，具備有面向定位在正下方之工作夾台71，且將厚度計測用之白色光聚光並照射的2個聚光器81、91。聚光器81、91是藉由未圖示之驅動組件而以可和計測殼體8A一起在圖中箭頭Y所示之方向(Y軸方向)上往返移動的方式構成。參照圖2並且進一步詳細地說明容置於計測殼體8A之構成厚度計測裝置8的光學系統。
如圖2所示，構成厚度計測裝置8之光學系統具備有朝向工作夾台71照射之發出較寬的波長區的白色光之光源8B。從光源8B發出的光，是被導向第一光學系統80側與第二光學系統90側。
首先，一邊參照圖2一邊在以下說明第一光學系統80。從光源8B所產生的光是將通過光分歧部82與第一光路80a而連通的白色光，藉由準直透鏡83而形成為平行光，並藉由反射鏡84變更光路而被引導至受到來自厚度輸出組件100的控制訊號所控制的掃瞄器85，其中前述光分歧部82是將從光源8B所產生的光引導至第一光路80a並且將於第一光路80a逆行的反射光引導至第二光路80b之光分歧部。掃瞄器85是藉由例如電流計鏡(galvanometer mirror)而構成，且第一光路80a的白色光是藉由掃瞄器85而在圖中以箭頭R1表示之所期望的方向上變更光路。該白色光會被引導至已保持在構成聚光器81的鏡筒的fθ透鏡81A，而可在工作夾台71上的晶圓10上變更適當聚光位置。再者，掃瞄器85並不限定於上述之電流計鏡，也可以藉由多面鏡、共振掃描器等來構成。
光源8B可以使用例如發出白色光的鹵素燈。再者，在本發明中所謂的「發出白色光的光源」，一般而言是包含稱為可見光線之400nm~800nm的波長之光來進行照射之光源，並非限定於上述之鹵素燈的光源。作為光源8B，可以從例如可以發出白色光之一般所知的SLD光源、ASE光源、超連續光譜光源、LED光源、氙光源、水銀光源、金屬鹵化物光源等之公知的光源中適當選擇。光分歧部82可以使用偏振保持光纖耦合器、偏振保持光纖循環器、單模光纖耦合器、單模光纖耦合循環器等。
在藉由光分歧部82而分歧之第二光路80b的路徑上，配設有準直透鏡86、繞射光柵87、聚光透鏡88以及影像感測器89。準直透鏡86是將在保持於工作夾台71的晶圓10上反射且於第一光路80a逆行並從光分歧部82被引導到第二光路80b之反射光形成為平行光。繞射光柵87會將藉由準直透鏡86而形成為平行光之上述反射光繞射，並透過聚光透鏡88將與各波長對應的繞射光傳送至影像感測器89。影像感測器89是將受光元件排列成直線狀，而為所謂的線型影像感測器，且檢測已藉由繞射光柵87而繞射之反射光的每個波長的光之強度，並將光強度訊號傳送至厚度輸出組件100。再者，從光源8B經由光分歧部82而到達聚光器81為止的第一光路80a當中從光源8B到準直透鏡83的光路、及從光分歧部82到影像感測器89的第二光路80b的一部分，是藉由光纖所構成。
接著，一邊參照圖2一邊在以下說明另一邊的第二光學系統90。再者，第二光學系統90具備有與第一光學系統80大致相同的構成，而將關於各構成的詳細的說明適當省略。
從光源8B所產生的光是將通過光分歧部92與第一光路90a而連通的白色光，藉由準直透鏡93而形成為平行光，並藉由反射鏡94變更光路而被引導至受到來自厚度輸出組件100的控制訊號所控制的掃瞄器95，其中前述光分歧部92是將從光源8B所產生的光引導至配設於第二光學系統90側的第一光路90a並且將於第一光路90a逆行的反射光引導至第二光路90b之光分歧部。藉由掃瞄器95而在圖中以箭頭R2表示之所期望的方向上變更光路的白色光，是被引導至已保持在聚光器91的fθ透鏡91A，並且在工作夾台71上的晶圓10上適當變更聚光位置，而將白色光聚光於所期望的位置。
在藉由光分歧部92而分歧之第二光路90b的路徑上，配設有準直透鏡96、繞射光柵97、聚光透鏡98以及影像感測器99。準直透鏡96是將在保持於工作夾台71的晶圓10上反射且於第一光路90a逆行並從光分歧部92被引導到第二光路90b的反射光形成為平行光。繞射光柵97會將藉由準直透鏡96而形成為平行光之上述反射光繞射，並透過聚光透鏡98將與各波長對應的繞射光傳送至影像感測器99。影像感測器99是將受光元件排列成直線狀，而為所謂的線型影像感測器，且檢測已藉由繞射光柵97而繞射之反射光的每個波長的光之強度，並將光強度訊號傳送至厚度輸出組件100。
如從上述之說明可理解地，本實施形態的厚度計測裝置8具備發出白色光的光源8B，且具備：2個聚光器81、91，對保持在工作夾台71的晶圓10將光源8B所發出之白色光聚光；2條第一光路80a、90a，連通光源8B與聚光器81、91；2個光分歧部82、92，配設於2條第一光路80a、90a且讓從保持在工作夾台71的晶圓10反射之反射光分歧到2條第二光路80b、90b；2個繞射光柵87、97，配設於2條第二光路80b、90b；2個影像感測器89、99，檢測藉由2個繞射光柵87、97而按每個波長分光之光的強度，並生成分光干涉波形；厚度輸出組件100，從2個影像感測器89、99所生成的分光干涉波形輸出厚度資訊，此外，在2個聚光器81、91的每一個配設有fθ透鏡81A、91A。聚光器81及聚光器91是藉由各自所配設的fθ透鏡81A與fθ透鏡91A，而將晶圓10上的測定區域以分擔的方式來設定。針對此點，一邊參照圖3一邊在以下說明。
於圖3中所顯示的是將fθ透鏡81A、91A定位在保持於工作夾台71上之晶圓10的上方之狀態的平面圖。在本實施形態中計測晶圓10的厚度之時，是一邊使晶圓10與工作夾台71一起朝箭頭R3表示之方向旋轉，一邊從2個fθ透鏡81A、91A照射白色光來實施厚度計測。在此，如圖所示，2個fθ透鏡81A、91A是設定在以下位置：從晶圓10的中心觀看之半徑方向上，將fθ透鏡81A、91A的中心錯開成不一致的位置。
在驅動掃瞄器85、95而從fθ透鏡81A、91A對晶圓10照射白色光的情況下，用於從fθ透鏡81A、91A將白色光照射至所期望的位置而使用的區域，是聚光器81、91之將包含鏡筒的外側的無效區域81B、91B除外之中央的區域。據此，在晶圓10的全區隔著fθ透鏡81A、91A來照射白色光並計測晶圓10的厚度之情況下，是使fθ透鏡81A分擔對晶圓10的內側區域L1之白色光的照射，並使fθ透鏡91A分擔對晶圓10的外側區域L2之白色光的照射。更具體而言，如上述，是一邊使晶圓10在以R3表示的方向上旋轉，一邊藉由掃瞄器85讓白色光在以R1表示的方向上掃描，且藉由掃瞄器95讓白色光在以R2表示的方向上掃描。像這樣，可以藉由以分擔晶圓10上的測定區域的方式來配設fθ透鏡81A、91A，並與對應於fθ透鏡81A、91A而配設之掃瞄器85、95的驅動、與晶圓10往箭頭R3的旋轉相組合，來對晶圓10上的全區域照射白色光。
若回到圖2繼續說明，即厚度輸出組件100是由電腦所構成，並具備有依照控制程式進行運算處理之中央運算處理裝置(CPU)、保存控制程式等之唯讀記憶體(ROM)、用於暫時保存檢測出的檢測值、運算結果等之可讀寫的隨機存取記憶體(RAM)、輸入介面、及輸出介面(省略了有關細節的圖示)。
厚度輸出組件100是根據由影像感測器89、99所傳送之每個波長的光強度訊號來生成分光干涉波形，並且將該分光干涉波形暫時記憶到未圖示的RAM。在厚度輸出組件100中更具備有厚度決定部110與基準波形記錄部120，前述厚度決定部110是依據該分光干涉波形來決定晶圓10的厚度，前述基準波形記錄部120是將對應於複數個厚度之分光干涉波形記錄為基準波形。在厚度決定部110中具備有對照部112，前述對照部112是對藉由影像感測器89、99所檢測且已記憶於該RAM的該分光干涉波形、與已記錄於基準波形記錄部120的基準波形進行對照，在工作夾台71上具備有檢測工作夾台71之X座標(圖中左右方向)、Y座標(相對於圖式垂直之方向)的位置檢測組件75。掃瞄器85、95是因應於藉由位置檢測組件75所檢測的工作夾台71之座標位置來控制其驅動，而正確地控制從fθ透鏡81A、91A所照射的白色光的位置。藉由厚度決定部110所決定之厚度資訊是對應於藉由位置檢測組件75所檢測之保持於工作夾台71之晶圓10的X座標、Y座標而記錄於厚度記錄部130。已記憶於厚度記錄部130的厚度資訊可以適當輸出到顯示組件140。再者，本實施形態的厚度輸出組件100是在具備有進行磨削裝置1之控制的各種控制程式之未圖示的控制組件內構成。
一邊參照圖4一邊更具體地說明基準波形記錄部120。基準波形記錄部120具備有例如因應於構成被加工物的材質來記錄基準波形的材質區分基準波形記錄部122a~122l。在材質區分基準波形記錄部122a中，記錄有Si(矽)晶圓的厚度(μm)、與因應於其厚度之分光干涉波形的基準波形，其中前述分光干涉波形的基準波形是在從厚度計測裝置8的聚光器81、91對Si晶圓照射白色光的情況下，依據藉由影像感測器89、99所檢測的光強度訊號而生成。同樣地，在材質區分基準波形記錄部122b中記錄有LN(鈮酸鋰)晶圓的厚度(μm)與分光干涉波形的基準波形，在材質區分基準波形記錄部122c記錄有GaN(氮化鎵)晶圓的厚度(μm)與分光干涉波形的基準波形，在材質區分基準波形記錄部122d中記錄有SiO2 (二氧化矽)晶圓的厚度(μm)與分光干涉波形的基準波形。再者，上述之材質區分基準波形記錄部122a~122d是對應於由單一材質所構成之晶圓來記錄基準波形的記錄部，且為了方便說明，省略了一部分的資料。
在基準波形記錄部120中除了具備有上述之對應於單一材質來記錄基準波形的材質區分基準波形記錄部122a~122d之外，還具備有設想被加工物即晶圓為因不同的材質而具備有複數層(第一層(上層)、第二層(下層))之複合晶圓的情況之材質區分基準波形記錄部122k、122l。
圖4中的材質區分基準波形記錄部122k是第一層為A層(LN)，第二層為B層(SiO2 層)，且將從聚光器81、91聚光並照射白色光的情況下所生成的分光干涉波形的基準波形記錄在按A層及B層的每個厚度而形成的矩陣表。該矩陣表可對應於橫軸為A層的厚度(μm)、縱軸為B層的厚度(μm)來記錄基準波形，並依據該基準波形來個別地決定A層及B的厚度。此外，材質區分基準波形記錄部122l是第一層為C層(LN)，第二層為D層(GaN)，且和材質區分基準波形記錄部122k同樣地將從聚光器81、91照射白色光的情況下所生成之分光干涉波形的基準波形，記錄在按C層及D層的每個厚度而形成的矩陣表。在圖4中，雖然顯示有對基準波形記錄部120具備2個有關於複合晶圓的材質區分基準波形記錄部122k、122l之情形，但是也可以更使其事先記錄有設想了由其他材質的組合所構成的複合晶圓之材質區分基準波形記錄部。再者，記錄於基準波形記錄部120的基準波形可由以下方式求出：由電腦進行運算而得到理論上的波形。
本實施形態之磨削裝置1、及厚度計測裝置8具備有大致如上述的構成，以下針對使用對磨削裝置1而配設之厚度計測裝置8來計測晶圓10之厚度的實施態樣進行說明。
首先，在實施磨削加工時，操作人員是利用磨削裝置1的操作面板來設定晶圓10的目標成品厚度。如圖1所示，在晶圓10的正面側貼附保護膠帶14，並將保護膠帶14側設成朝下來載置於已定位在被加工物載置區70a的工作夾台71上。然後，藉由作動未圖示之吸引組件，而將晶圓10吸引保持於工作夾台71上。一邊將晶圓10吸引保持在工作夾台71上一邊作動未圖示之移動組件，而讓工作夾台71從被加工物載置區70a側朝X軸方向中的以箭頭X1表示之方向移動，並定位到厚度計測裝置8的正下方。然後，在以箭頭Y表示之方向上移動厚度計測裝置8，來將厚度計測裝置8之聚光器81、91之fθ透鏡81A、91A如依據圖3所說明地定位到晶圓10之內側區域L1及外側區域L2上，而定位到已保持於工作夾台71之晶圓10的厚度計測位置。再者，將工作夾台71定位到此厚度計測位置之時，可在實施磨削加工之前、實施的中途、實施後，而可在任意的時間點進行厚度計測之實施。
若已將晶圓10定位到厚度計測裝置8的正下方後，即藉由厚度輸出組件100的指示訊號，藉由聚光器81、91將藉由光源8B所振盪產生的白色光聚光，且一邊將白色光的聚光位置藉由掃瞄器85、95朝R1、R2的方向掃描一邊對晶圓10照射。此時，使晶圓10與工作夾台71一起以預定的旋轉速度旋轉1圈。在此，可依據來自影像感測器89、99的各自的光強度訊號而生成複數個分光干涉波形。於圖5(a)中，所顯示的是在保持於工作夾台71的晶圓10上之(X1、Y1)座標照射白色光，且藉由影像感測器99所生成的分光干涉波形W1。像這樣生成分光干涉波形W1後，是記錄於厚度輸出組件100的RAM，並藉由厚度決定部110的對照部112，來對已記憶於RAM的分光干涉波形W1、與記錄於基準波形記錄部120的各材質區分基準波形記錄部122a~122l的基準波形進行對照。其結果為，判定為波形及相位和分光干涉波形W1一致的基準波形Wa屬於圖5(b)所示之基準波形記錄部120之中的材質區分基準波形記錄部122k，而選定材質區分基準波形記錄部122k。亦即，可決定：晶圓10的第一層10A(A層)為LN(鈮酸鋰)且第二層10B(B層)為SiO2 層之由2層所構成的複合晶圓，且(X1 , Y1)座標中的第一層10A的厚度(TA1)為4.00μm，第二層10B的厚度(TB1)為0.27μm。
如上述，藉由一邊使工作夾台71旋轉一邊以掃瞄器85、95將白色光的聚光位置朝R1、R2的方向掃描，而可涵蓋晶圓10的全區域來照射白色光，且可涵蓋晶圓10的全區域((X1 ，Y1 )~(Xn，YJ))來計測對應於各座標位置之第一層10A的厚度TA1 ~TAn 及第二層10B的厚度TB1 ~TBn 。所計測出的厚度資訊是和在工作夾台71上所定義之XY座標((X1 ，Y1 )~(Xn，YJ))一起記錄於圖6所示的厚度記錄部130，且可因應於需要而顯示於顯示組件140。如此進行而將晶圓10的全區域的厚度記錄在厚度記錄部130後，即可因應於需要而評價晶圓10是否已藉由磨削加工而達到所期望的厚度、或是否已加工成均一的厚度等。在上述之厚度的計測為磨削加工的中途的情況下，可將工作夾台71移動至與磨削輪5相向之磨削區70b，且實施相當於預定的厚度的磨削加工。
上述之實施形態的厚度計測裝置8具備有厚度決定部110，前述厚度決定部110是對依據影像感測器89、99所檢測出的光強度訊號而生成之分光干涉波形與已記錄於基準波形記錄部120的基準波形進行對照，而從波形一致之基準波形決定厚度，且基準波形記錄部120具備有因應於構成被加工物的材質而記錄有基準波形的複數個材質區分基準波形記錄部(122a~122l)，藉此可以將被加工物因應於構成的材質來高精度地計測厚度。又，即使是由2層以上的構造所形成的被加工物，仍然可以因應於各層的材質而個別地且精度良好地計測厚度。此外，在上述之實施形態中，藉由聚光器是由配設成分擔被加工物的測定區域之較小徑的2個fθ透鏡81A、91A、與對應於各fθ透鏡而配設之2個掃瞄器85、95所構成，而可以在不使用較大徑且重量較重之高價的fθ透鏡的情形下，使用半徑比晶圓10的半徑更小且較輕量之較低價的fθ透鏡，以低成本的方式效率良好地計測晶圓10整面的厚度。
根據本發明，並不限定於上述之實施形態，而可提供各種的變形例。例如，上述之實施形態的厚度計測裝置8雖然藉由具備有第一光學系統80與第二光學系統90而設成具備2個聚光器81、91、2條第一光路80a、90a、及分歧成2條第二光路80b、90b的2個光分歧部82、92、2個繞射光柵87、97、與2個影像感測器，但本發明並不限定於此，亦可設成配合晶圓10的尺寸而具備3個以上的光學系統。例如，如圖3所示，在計測比晶圓10更大的晶圓10’(以虛線表示)的厚度之情況下，亦可設成：配合晶圓10’的尺寸，來對厚度計測裝置8配設和第一光學系統80、第二光學系統90相同的構成所構成的第三光學系統，而除了2個fθ透鏡81A、91A以外，還配設對應於晶圓10’的最外周的區域L3之第3個fθ透鏡B(以虛線表示)，且使用此fθ透鏡B來將白色光一邊在以R4表示的方向上掃描一邊進行照射來計測區域L3的厚度。
又，在上述之實施形態中，雖然顯示了在晶圓10為由第一層10A、第二層10B所構成之複合晶圓的情況下計測厚度之例子，但是本發明並不限定於此，也可以計測由單一材質所構成的被加工物(晶圓)的厚度。在圖7(a)中，所顯示的是在由單一的材料構成的晶圓上照射白色光，而藉由影像感測器89(或影像感測器99)所生成的分光干涉波形W2。像這樣生成分光干涉波形W2後，是記錄於厚度輸出組件100的RAM，並藉由厚度決定部110的對照部112，來對已記憶於RAM的分光干涉波形W2、與記錄於基準波形記錄部120的各材質區分基準波形記錄部122a~122l的基準波形進行對照。其結果，判定為波形及相位和分光干涉波形W2一致的基準波形Wb屬於圖7(b)所示之基準波形記錄部120之中的材質區分基準波形記錄部122b，而選定材質區分基準波形記錄部122b。亦即，可確認到以下情形：照射白色光之晶圓為單一的素材且由LN基板所構成。像這樣，在藉由厚度決定部110而判斷為分光干涉波形W2之形狀與材質、和屬於材質區分基準波形記錄部122b的基準波形Wb一致的情況下，可以在材質區分基準波形記錄部122b中，將對應於記錄有該基準波形Wb的位置之厚度(20μm)決定為晶圓10的厚度，並從厚度輸出組件100輸出至顯示組件140並且記憶於RAM。
又，在上述之實施形態中，雖然顯示有在晶圓10的第一層10A(A層)為LN(鈮酸鋰)且第二層10B(B層)為SiO2 層之由2層所構成的複合晶圓的情況下，將晶圓10的厚度按各層來計測的例子，但亦可為例如第二層10B(B層)為在平面方面上以2種以上的材質所構成的複合晶圓。例如，也可以將在圖3所示之晶圓10上的區域L1中是第一層10A為LN(鈮酸鋰)且第二層10B為SiO2 層之由2層所構成的複合晶圓，且進一步在晶圓10上的區域L2中是第一層10A為LN(鈮酸鋰)且第二層10B為GaN(氮化鎵)之複合晶圓的厚度計測，藉由本實施形態之厚度計測裝置8來計測。在該情況下，在藉由配設在第一光學系統80的聚光器81對晶圓10上的區域L1照射白色光時，可依據影像感測器89所生成的分光干涉波形來參照材質區分基準波形記錄部122k來計測第一層10A及第二層10B的厚度，並且在藉由配設在第二光學系統90之聚光器91對晶圓10上的區域L2照射白色光時，可依據影像感測器99所生成的分光干涉波形來參照材質區分基準波形記錄部122l來計測第一層10A及第二層10B的厚度。
在上述之實施形態中，雖然顯示了將厚度計測裝置8配設於磨削裝置1的例子，但本發明並不限定於此，亦可將厚度計測裝置8設為和磨削裝置1獨立之裝置。
1:磨削裝置 2:裝置殼體 21:主部 22:直立壁 3:磨削單元 31:移動基台 4:主軸單元 41:主軸殼體 42:旋轉主軸 43:伺服馬達 44:輪座 5:磨削輪 51:磨削磨石 6:磨削單元進給機構 61:公螺桿 62:脈衝馬達 7:工作夾台機構 70a:被加工物載置區 70b:磨削區 71:工作夾台 72:蓋構件 73,74:蛇腹組件 75:位置檢測組件 8:厚度計測裝置 8A:計測殼體 8B:光源 80:第一光學系統 80a,90a:第一光路 80b,90b:第二光路 81,91:聚光器 81A,91A:fθ透鏡 82,92:光分歧部 83,86,93,96:準直透鏡 84,94:反射鏡 85,95:掃瞄器 87,97:繞射光柵 88,98:聚光透鏡 89,99:影像感測器 90:第二光學系統 10 10’:晶圓 10A:第一層 10B:第二層 14:保護膠帶 100:厚度輸出組件 110:厚度決定部 112:對照部 120:基準波形記錄部 122a~122l:材質區分基準波形記錄部 130:厚度記錄部 140:顯示組件 L1:內側區域 L2:外側區域 L3:最外周的區域 R1,R2,R3,R4:箭頭 W1,W2:分光干涉波形 Wa,Wb:基準波形 X,Y:方向
圖1是配設有本發明實施形態之厚度計測裝置的磨削裝置的整體立體圖。 圖2是顯示配設在圖1所記載之厚度計測裝置的光學系統之概要的方塊圖。 圖3是顯示藉由圖2所示之厚度計測裝置來計測晶圓的厚度時之晶圓與fθ透鏡之關係的平面圖。 圖4是顯示配設於圖1所示之厚度計測裝置之材質區分基準波形記錄部之概要的概念圖。 圖5之(a)是顯示藉由影像感測器所檢測之光強度訊號而生成的分光干涉波形之一例、(b)是顯示對照與(a)所示之分光干涉波形一致之基準波形來決定厚度之態樣的概念圖。 圖6是配設於圖1所示之厚度計測裝置的厚度記錄部的概念圖。 圖7之(a)是顯示藉由影像感測器所檢測之光強度訊號而生成的分光干涉波形之其他例、(b)是顯示對照與(a)所示之分光干涉波形一致之基準波形來決定厚度之態樣的概念圖。
71:工作夾台
75:位置檢測組件
8:厚度計測裝置
8B:光源
80:第一光學系統
80a,90a:第一光路
80b,90b:第二光路
81,91:聚光器
81A,91A:fθ透鏡
82,92:光分歧部
83,96,93,96:準直透鏡
84,94:反射鏡
85,95:掃瞄器
87,97:繞射光柵
88,98:聚光透鏡
89,99:影像感測器
90:第二光學系統
10:晶圓
10A:第一層(A層)
10B:第二層(B層)
14:保護膠帶
100:厚度輸出組件
110:厚度決定部
112:對照部
120:基準波形記錄部
130:厚度記錄部
140:顯示組件
R1,R2:箭頭
X,Y:方向

Claims (5)

  1. 一種厚度計測裝置，是計測已保持在工作夾台之被加工物的厚度，前述厚度計測裝置具備： 光源，射出白色光； 複數個聚光器，對已保持在該工作夾台之被加工物將該光源所射出之白色光聚光； 複數條第一光路，連通該光源與該聚光器； 複數個光分歧部，配設於該複數條第一光路，並將從保持在該工作夾台的該被加工物反射之反射光分歧到複數條第二光路； 複數個繞射光柵，配設在該複數條第二光路； 複數個影像感測器，檢測藉由該複數個繞射光柵而按每個波長分光之光的強度，並生成分光干涉波形；及 厚度輸出組件，從該複數個影像感測器所生成的分光干涉波形輸出厚度資訊， 該聚光器包含： 複數個fθ透鏡，配設成分擔該被加工物的測定區域；及 複數個掃瞄器，對應於該各fθ透鏡而配設， 該厚度輸出組件包含： 基準波形記錄部，將對應於複數個厚度的分光干涉波形作為基準波形來記錄；及 厚度決定部，對照該複數個影像感測器所生成之複數個分光干涉波形與已記錄於該基準波形記錄部的基準波形，並從波形為一致的基準波形來決定對應於各分光干涉波形的厚度。
  2. 如請求項1之厚度計測裝置，其中該基準波形記錄部包含複數個因應於構成該被加工物的素材而記錄有基準波形的材質區分基準波形記錄部， 該厚度輸出組件的該厚度決定部是對照該影像感測器所生成的分光干涉波形、與已記錄於該基準波形記錄部所包含的複數個該材質區分基準波形記錄部的基準波形，來選定波形為一致之基準波形所屬的該材質區分基準波形記錄部。
  3. 如請求項1或2之厚度計測裝置，其中該被加工物是至少包含A層與B層而構成之複合晶圓。
  4. 如請求項1至3中任一項之厚度計測裝置，其中由複數種材質所構成的該被加工物是以下之複合晶圓：至少包含A層與B層，且該層B在平面方向上以複數種材質所構成。
  5. 如請求項1至4中任一項之厚度計測裝置，其中該光源是SLD光源、ASE光源、超連續光譜光源、LED光源、鹵素光源、氙光源、水銀光源、金屬鹵化物光源之中的任一種光源。
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