厚み検出装置および研削機
【課題】保護テープが貼着された被加工物の厚みを正確に検出し、被加工面に傷を付けることがない厚み検出装置および厚み検出装置を装備した研削機を提供する。
【解決手段】チャックテーブルに保持され加工され厚みが減少する被加工物の厚みを検出する厚み検出装置であって、被加工物の上面および下面で反射する反射光を受光したイメージセンサーの検出信号に基づき分光干渉波形を求め、分光干渉波形と理論上の波形関数に基づき波形解析を実行し、被加工物の上面および下面で反射した反射光間の光路長差に基づき被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、イメージセンサーの検出信号に基づき特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の厚みに達するまでは第１の演算手段により被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の厚みに達したならば第２の演算手段により被加工物の厚み減少量を求める。
【解決手段】チャックテーブルに保持され加工され厚みが減少する被加工物の厚みを検出する厚み検出装置であって、被加工物の上面および下面で反射する反射光を受光したイメージセンサーの検出信号に基づき分光干渉波形を求め、分光干渉波形と理論上の波形関数に基づき波形解析を実行し、被加工物の上面および下面で反射した反射光間の光路長差に基づき被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、イメージセンサーの検出信号に基づき特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の厚みに達するまでは第１の演算手段により被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の厚みに達したならば第２の演算手段により被加工物の厚み減少量を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置および厚み検出装置を装備した研削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるウエーハの表面に格子状に形成されたストリート（分割予定ライン）によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成し、該デバイスが形成された各領域を分割予定ラインに沿って分割することにより個々のデバイスを製造している。なお、ウエーハは、一般に個々のデバイスに分割する前に裏面を研削機によって研削して所定の厚みに形成されている。
【０００３】
ウエーハの厚みを検出する方法としては、表面高さを検出する計測用の第１の接触針をウエーハを保持するチャックテーブルの保持面に接触させてチャックテーブルの保持面の高さ位置HIを求め、次にチャックテーブルの保持面に保持されたウエーハの被研削面(上面)に第２の接触針を接触させてウエーハの上面の高さ位置H2を検出しつつ、H2−HIを演算してウエーハの厚みTを求めている。(例えば、特許文献１参照。)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９９３８２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、上述したウエーハの厚みを検出する方法においては、チャックテーブルの保持面に保持されたウエーハの高さ位置とチャックテーブルの保持面の高さ位置の差に基づいてウエーハの厚みを求めるので、ウエーハの表面に形成されたデバイスを保護するために貼着された保護テープの厚みが研削ホイールの押圧力によって変化することによって、ウエーハの表面から保護テープを剥離した後にウエーハの厚みを計測すると、ウエーハが設定された厚みに仕上がっていないという問題がある。
また、上述したウエーハの厚みを検出する方法においては、計測用の接触針をウエーハの被研削面に接触させるために、被研削面にリング状の傷がつきウエーハの品質を低下させるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工面と反対側の面に保護テープが貼着された被加工物であっても被加工物の厚みを正確に検出することができるとともに、被加工物の被加工面に傷を付けることがない厚み検出装置および厚み検出装置を装備した研削機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、チャックテーブルに保持され加工されて厚みが減少する被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置において、
被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の厚み減少量を求める、
ことを特徴とする厚み検出装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出装置と、を具備する研削機において、
該厚み検出装置は、被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く第１の光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の研削量を求める、
ことを特徴とする研削機が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による厚み検出装置においては、制御手段はイメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば第２の演算手段によって被加工物の厚み減少量（研削量）を求めるようにしたので、被加工物の厚みが薄くなっても被加工物の厚み減少量（研削量）を正確に計測することができ、被加工物を数μmの厚みまで正確に研削することができる。
また、本発明による厚み検出装置は非接触式であるため、被加工物の被研削面に傷がつくことはない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構成された研削機の斜視図。
【図２】図1に示す研削機に装備される厚み検出装置のブロック構成図。
【図３】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが１０μmのシリコン基板の分光干渉波形を示す説明図。
【図４】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが１０μmのシリコン基板の上面から下面までの光路長差を示す光路長差の説明図。
【図５】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが２μmのシリコン基板の分光干渉波形を示す説明図。
【図６】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが２μmのシリコン基板の上面から下面までの光路長差を示す光路長差の説明図。
【図７】図２に示す厚み検出装置を用いて１０００nmの波長においてシリコンウエーハの厚みを５μmから０μm近傍まで研削した際の干渉波形発生の様子を示す図。
【図８】図1に示す研削機によって研削されるウエーハの斜視図および要部を拡大して示す断面図。
【図９】図1に示す研削機によって実施する研削工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に従って構成された厚み検出装置および厚み検出装置を装備した研削機の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成された厚み検出装置を装備した研削機の斜視図が示されている。図１に示す研削機１は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。
【００１２】
研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３に研削手段としてのスピンドルユニット４が取り付けられる。
【００１３】
研削手段としてのスピンドルユニット４は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２と、該回転スピンドル４２を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ４３とを具備している。スピンドルハウジング４１に回転可能に支持された回転スピンドル４２は、一端部(図１において下端部)がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端(図１において下端)にホイールマウント４４が設けられている。そして、このホイールマウント４４の下面に研削ホイール5が取り付けられる。この研削ホイール5は、環状の砥石基台５１と、該砥石基台５１の下面に装着された研削砥石５２からなる複数のセグメントとによって構成されており、砥石基台５１が締結ねじ５３によってホイールマウント４４に装着される。上記サーボモータ４３は、後述する制御手段１０によって制御される。
【００１４】
図示の研削機１は、上記研削ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削ユニット送り機構６を備えている。この研削ユニット送り機構６は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド６１を具備している。この雄ねじロッド６１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材６２および６３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材６２には雄ねじロッド６１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ６４が配設されており、このパルスモータ６４の出力軸が雄ねじロッド６１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド６１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ６４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ６４が逆転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。なお、パルスモータ６４は、後述する制御手段１０によって制御される。
【００１５】
上記ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構７が配設されている。チャックテーブル機構７は、チャックテーブル７１と、該チャックテーブル７１の周囲を覆うカバー部材７２と、該カバー部材７２の前後に配設された蛇腹手段７３および７４を具備している。チャックテーブル７１は、図示しない回転駆動手段によって回転せしめられるようになっており、その上面（保持面）に被加工物としてのウエーハ１１を図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。なお、ウエーハ１１の表面には保護部材としての保護テープ１２が貼着され、この保護テープ１２側がチャックテーブル７１の上面（保持面）に保持される。また、チャックテーブル７１は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図１に示す被加工物載置域７０aと上記スピンドルユニット４を構成する研削ホイール5と対向する研削域７０bとの間で移動せしめられる。蛇腹手段７３および７４はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段７３の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材７２の前端面に固定されている。蛇腹手段７４の前端はカバー部材７２の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル７１が矢印７１ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段７３が伸張されて蛇腹手段７４が収縮され、チャックテーブル７１が矢印７１ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段７３が収縮されて蛇腹手段７４が伸張せしめられる。
【００１６】
図示の研削機１は、上記チャックテーブル７１に保持された被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置８を具備している。この厚み検出装置８は、上記カバー部材７２に回動可能に配設された支持手段８０によって所定の半径を持って旋回できるように支持されている。以下、厚み検出装置８について、図２を参照して説明する。
【００１７】
図示の実施形態における厚み検出装置８は、被加工物としてのウエーハ１１に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源８１と、該発光源８１からの光を第１の経路８aに導くとともに該第１の経路８aを逆行する反射光を第２の経路８ｂに導く光分岐手段８２と、第１の経路８aに導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズ８３と、該コリメーションレンズ８３によって平行光に形成された光をチャックテーブル７１に保持された被加工物としてのウエーハ１１に導く対物レンズ８４とを具備している。
【００１８】
発光源８１は、例えば波長が９００〜１０７０nm領域の光を発光するLED、SLD、LD、ハロゲン電源、ASE電源、スーパーコンティニアム電源を用いることができる。上記第１の光分岐手段８２は、偏波保持ファイバーカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。なお、上記発光源８１から光分岐手段８２までの経路および第１の経路８aは、光ファイバーによって構成されている。
【００１９】
上記第２の経路８ｂには、コリメーションレンズ８５と回折格子８６およびラインイメージセンサー８７が配設されている。コリメーションレンズ８５は、チャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面および下面で反射し対物レンズ８４とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光を平行光に形成する。上記回折格子８６は、コリメーションレンズ８５によって平行光に形成された上記両反射光の干渉を回折し、各波長に対応する回折信号をラインイメージセンサー８７に送る。上記ラインイメージセンサー８７は、回折格子８６によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段１０に送る。
【００２０】
制御手段１０は、ラインイメージセンサー８７による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、チャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面および下面で反射し対物レンズ８４とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光の光路長差(d)を求め、該光路長差(d)に基づいてウエーハ１１の厚み(t)を求める。即ち、制御手段１０は、ラインイメージセンサー８７からの検出信号に基づいて図３に示すような分光干渉波形を求める。図３は、シリコンウエーハの厚みが１０μmにおける分光干渉波形を示しており、横軸は反射光の波長(nm)を示し、縦軸は光強度を示している。
【００２１】
以下、制御手段１０が上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて実行する波形解析の一例について説明する。
制御手段１０は、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する。この波形解析は、例えばフーリエ変換理論やウエーブレット変換理論に基づいて実行することができるが、以下に述べる実施形態においては下記数式１、数式２、数式３に示すフーリエ変換式を用いた例について説明する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
【００２５】
上記数式において、λは波長、dは上記光路長差（d）、W(λｎ)は窓関数である。
上記数式１は、cosの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。また、上記数式２は、sinの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が光路長差（d）を求める。そして、上記数式３は、数式１の結果と数式２の結果の平均値を求める。
【００２６】
制御手段１０は、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行することにより、図４に示すように信号強度が光路長差（d）を求める（第１の演算手段）。図４において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図４に示す例においては、光路長差(d)が１０μmの位置で信号強度が高いピーク波形が表れている。この光路長差(d)がウエーハ１１の厚み(t)に相当する。
【００２７】
しかるに、ウエーハ１１の厚み(t)が薄くなると、所定波長領域における分光干渉波形の数が減少するため、フーリエ変換理論等による波形解析後のピーク先鋭度が低下して、厚みに換算した後の精度が低下する。図５は、シリコンウエーハの厚みが２μmにおける分光干渉波形を示しており、横軸は反射光の波長(nm)を示し、縦軸は光強度を示している。図５に示すようにシリコンウエーハの厚みが２μmにおける分光干渉波形は、分光干渉波の間隔が伸びて所定波長領域（９００〜１０７０nm）における分光干渉波形の数が減少する。このように所定波長領域（９００〜１０７０nm）における分光干渉波形の数が減少すると、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算結果による信号強度によって示される光路長差（d）が図６に示すようにノイズが多くピーク波形を読み取る精度が大幅に悪化する。従って、ウエーハの厚みが所定の切り替え厚み（例えば５μm）以下になると、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行することにより光路長差（d）を求めてもウエーハの厚みを正確に検出することができない。そこで、本発明においては、特定波長を通過する干渉波形の数をカウントすることにより、ウエーハの厚みを求める。図７は、１０００nmの波長においてシリコンウエーハの厚みを５μmから０μm近傍まで研削した際の干渉波形が通過する様子を示すもので、横軸はシリコンウエーハの厚み（μm）、縦軸は光強度を示している。図７から判るように、シリコンウエーハの場合、厚みが１μm減少する毎に６個の分光干渉波形のピークが通過する。従って、シリコンウエーハの厚みが０．１６７μm減少する毎に１個の分光干渉波形のピークが通過することになる。
【００２８】
ここで、分光干渉波形のピークが表れる条件について説明する。
分光干渉波形のピークは、r(屈折率×２)×２d(光路長差)＝λ(波長)×ｎ(整数)の時に発生する。
r(屈折率×２)をシリコンの屈折率（１．５）×２、d(光路長差)をシリコンの厚み(t)、λ(波長)を１μm（１０００nm）とすると、シリコンの厚みが５μmで分光干渉波形のピークが表れた場合、（１．５×２）×２×５＝１×ｎで、ｎ＝３０となる。
よって、次の分光干渉波形のピーク（ｎ＝２９）が表れるシリコンの厚み(t)即ち光路長差(d)は、（１．５×２）×２×d＝１×２９で、d＝４．８３３μmとなる。
よって、分光干渉波形のピーク間隔はシリコンウエーハの厚みが０．１６７μm減少する毎に１個発生することになる。
従って、所定波長（例えば１０００nm）において干渉波形のピークが通過した数をカウントすることにより、研削量（即ち厚み減少量）を計測することができる（第２の演算手段）。
【００２９】
図示の研削機１は以上のように構成されており、以下、研削機１を用いてウエーハを所定の厚みに研削する研削方法について説明する。
ここで、ウエーハ１１について、図８を参照して説明する。図８の(a)にはウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されており、図８の(b)には図８の(a)に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図８の(a)および図８の(b)に示す半導体ウエーハ１１は、シリコン基板１１０の表面１１０aに絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体１２０によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１３０がマトリックス状に形成されている。このように構成されたウエーハ１１は、図1に示すように表面に保護テープ１２が貼着され、研削機１における被加工物載置域７０aに位置付けられているチャックテーブル７１上に保護テープ１２が載置される。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル７１上に吸引保持される。従って、チャックテーブル７１上に吸引保持されたウエーハ１１は、シリコン基板１１０の裏面１１０bが上側となる。チャックテーブル７１上にウエーハ１１を吸引保持したならば、制御手段１０は図示しない移動手段を作動して、チャックテーブル７１を図１において矢印７１ａで示す方向に移動して研削域７０bに位置付け、図９に示すように研削ホイール5の複数の研削砥石５２の外周縁がチャックテーブル７１の回転中心を通過するように位置付ける。そして、厚み検出装置８をチャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上方である計測位置に位置付ける。
【００３０】
このように研削ホイール5とチャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１が所定の位置関係にセットされ、厚み検出装置８を計測位置に位置付けたならば、制御手段１０は図示しない回転駆動手段を駆動してチャックテーブル７１を図９において矢印７１ｃで示す方向に例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、上記サーボモータ４３を駆動して研削ホイール5を矢印５aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転する。そして、制御手段１０は、研削ユニット送り機構６のパルスモータ６４を正転駆動し研削ホイール5を下降（研削送り）して複数の研削砥石５２をウエーハ１１の上面であるシリコン基板１１０の裏面１１０bに所定の圧力で押圧する。この結果、シリコン基板１１０の裏面１１０bである被研削面が研削される（研削工程）。
【００３１】
上記研削工程においては、ウエーハ１１の加工時における厚み(t)が計測されている。即ち、制御手段１０は第１の演算手段によって上述したように上記数式１、数式２、数式３に基づいて光路長差（d）を求め、ウエーハ１１の加工時における厚み(t)を計測している。なお、この実施形態においてはウエーハ１１の厚み(t)は、ウエーハ１１を構成するシリコン基板１１０の裏面１１０bからシリコン基板１１０の表面１１０a（積層体１２０が積層された面）までの厚みとする。従って、制御手段１０はシリコン基板１１０の裏面１１０bで反射した反射光とシリコン基板１１０の表面１１０aで反射した反射光に基づいて解析する。そして制御手段１０は、ウエーハ１１の厚み(t)が切り替え厚み（例えば５μm）に達したならば、第２の演算手段によって例えば波長が１０００nmを通過する分光干渉波形のピークのカウントを開始する。本実施形態においては、分光干渉波形のピークは上述したようにシリコンウエーハの厚みが０．１６７μm減少する毎に１個通過するので、分光干渉波形のピークを６個カウントした時点で、ウエーハ１１を構成するシリコン基板１１０の裏面１１０bが１μm研削されたことになる。従って、シリコン基板１１０の厚みを２μmにしたい場合には切り替え厚み（例えば５μm）から３μm研削すればよいので、分光干渉波形のピークを１８個カウントする時点まで研削工程を継続する。そして、分光干渉波形のピークを１８個カウントしたならば、制御手段１０は研削ユニット送り機構６のパルスモータ６４を逆転駆動し研削ホイール5を上昇せしめる。
【００３２】
以上のように、上述した実施形態においてはウエーハの厚み(t)が所定の切り替え厚みに達するまでは上記第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、ウエーハの厚み(t)が所定の切り替え厚みに達したならば第２の演算手段によってウエーハの研削量即ち厚み減少量を求めるようにしたので、ウエーハの厚みが薄くなってもウエーハの研削量を正確に計測することができ、ウエーハを数μmの厚みまで正確に研削することができる。
また、上述した実施形態においては非接触式の厚み検出装置８によってウエーハ１の厚み(t)を計測しているので、ウエーハの被研削面に傷がつくことはない。
【符号の説明】
【００３３】
１：研削機
２：装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：移動基台
４：スピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４３：サーボモータ
４４：ホイールマウント
５：研削ホイール
５１：砥石基台
５２：研削砥石
６：研削ユニット送り機構
６４：パルスモータ
７：チャックテーブル機構
７１：チャックテーブル
８：厚み検出装置
８１：発光源
８２：光分岐手段
８３：コリメーションレンズ
８４：対物レンズ
８５：コリメーションレンズ
８６：回折格子
８７：ラインイメージセンサー
１０：制御手段
１１：ウエーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置および厚み検出装置を装備した研削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるウエーハの表面に格子状に形成されたストリート（分割予定ライン）によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成し、該デバイスが形成された各領域を分割予定ラインに沿って分割することにより個々のデバイスを製造している。なお、ウエーハは、一般に個々のデバイスに分割する前に裏面を研削機によって研削して所定の厚みに形成されている。
【０００３】
ウエーハの厚みを検出する方法としては、表面高さを検出する計測用の第１の接触針をウエーハを保持するチャックテーブルの保持面に接触させてチャックテーブルの保持面の高さ位置HIを求め、次にチャックテーブルの保持面に保持されたウエーハの被研削面(上面)に第２の接触針を接触させてウエーハの上面の高さ位置H2を検出しつつ、H2−HIを演算してウエーハの厚みTを求めている。(例えば、特許文献１参照。)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９９３８２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、上述したウエーハの厚みを検出する方法においては、チャックテーブルの保持面に保持されたウエーハの高さ位置とチャックテーブルの保持面の高さ位置の差に基づいてウエーハの厚みを求めるので、ウエーハの表面に形成されたデバイスを保護するために貼着された保護テープの厚みが研削ホイールの押圧力によって変化することによって、ウエーハの表面から保護テープを剥離した後にウエーハの厚みを計測すると、ウエーハが設定された厚みに仕上がっていないという問題がある。
また、上述したウエーハの厚みを検出する方法においては、計測用の接触針をウエーハの被研削面に接触させるために、被研削面にリング状の傷がつきウエーハの品質を低下させるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工面と反対側の面に保護テープが貼着された被加工物であっても被加工物の厚みを正確に検出することができるとともに、被加工物の被加工面に傷を付けることがない厚み検出装置および厚み検出装置を装備した研削機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、チャックテーブルに保持され加工されて厚みが減少する被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置において、
被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の厚み減少量を求める、
ことを特徴とする厚み検出装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出装置と、を具備する研削機において、
該厚み検出装置は、被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く第１の光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の研削量を求める、
ことを特徴とする研削機が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による厚み検出装置においては、制御手段はイメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する分光干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば第２の演算手段によって被加工物の厚み減少量（研削量）を求めるようにしたので、被加工物の厚みが薄くなっても被加工物の厚み減少量（研削量）を正確に計測することができ、被加工物を数μmの厚みまで正確に研削することができる。
また、本発明による厚み検出装置は非接触式であるため、被加工物の被研削面に傷がつくことはない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構成された研削機の斜視図。
【図２】図1に示す研削機に装備される厚み検出装置のブロック構成図。
【図３】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが１０μmのシリコン基板の分光干渉波形を示す説明図。
【図４】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが１０μmのシリコン基板の上面から下面までの光路長差を示す光路長差の説明図。
【図５】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが２μmのシリコン基板の分光干渉波形を示す説明図。
【図６】図２に示す厚み検出装置を構成する制御手段によって求められる厚みが２μmのシリコン基板の上面から下面までの光路長差を示す光路長差の説明図。
【図７】図２に示す厚み検出装置を用いて１０００nmの波長においてシリコンウエーハの厚みを５μmから０μm近傍まで研削した際の干渉波形発生の様子を示す図。
【図８】図1に示す研削機によって研削されるウエーハの斜視図および要部を拡大して示す断面図。
【図９】図1に示す研削機によって実施する研削工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に従って構成された厚み検出装置および厚み検出装置を装備した研削機の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成された厚み検出装置を装備した研削機の斜視図が示されている。図１に示す研削機１は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。
【００１２】
研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３に研削手段としてのスピンドルユニット４が取り付けられる。
【００１３】
研削手段としてのスピンドルユニット４は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２と、該回転スピンドル４２を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ４３とを具備している。スピンドルハウジング４１に回転可能に支持された回転スピンドル４２は、一端部(図１において下端部)がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端(図１において下端)にホイールマウント４４が設けられている。そして、このホイールマウント４４の下面に研削ホイール5が取り付けられる。この研削ホイール5は、環状の砥石基台５１と、該砥石基台５１の下面に装着された研削砥石５２からなる複数のセグメントとによって構成されており、砥石基台５１が締結ねじ５３によってホイールマウント４４に装着される。上記サーボモータ４３は、後述する制御手段１０によって制御される。
【００１４】
図示の研削機１は、上記研削ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削ユニット送り機構６を備えている。この研削ユニット送り機構６は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド６１を具備している。この雄ねじロッド６１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材６２および６３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材６２には雄ねじロッド６１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ６４が配設されており、このパルスモータ６４の出力軸が雄ねじロッド６１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド６１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ６４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ６４が逆転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。なお、パルスモータ６４は、後述する制御手段１０によって制御される。
【００１５】
上記ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構７が配設されている。チャックテーブル機構７は、チャックテーブル７１と、該チャックテーブル７１の周囲を覆うカバー部材７２と、該カバー部材７２の前後に配設された蛇腹手段７３および７４を具備している。チャックテーブル７１は、図示しない回転駆動手段によって回転せしめられるようになっており、その上面（保持面）に被加工物としてのウエーハ１１を図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。なお、ウエーハ１１の表面には保護部材としての保護テープ１２が貼着され、この保護テープ１２側がチャックテーブル７１の上面（保持面）に保持される。また、チャックテーブル７１は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図１に示す被加工物載置域７０aと上記スピンドルユニット４を構成する研削ホイール5と対向する研削域７０bとの間で移動せしめられる。蛇腹手段７３および７４はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段７３の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材７２の前端面に固定されている。蛇腹手段７４の前端はカバー部材７２の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル７１が矢印７１ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段７３が伸張されて蛇腹手段７４が収縮され、チャックテーブル７１が矢印７１ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段７３が収縮されて蛇腹手段７４が伸張せしめられる。
【００１６】
図示の研削機１は、上記チャックテーブル７１に保持された被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置８を具備している。この厚み検出装置８は、上記カバー部材７２に回動可能に配設された支持手段８０によって所定の半径を持って旋回できるように支持されている。以下、厚み検出装置８について、図２を参照して説明する。
【００１７】
図示の実施形態における厚み検出装置８は、被加工物としてのウエーハ１１に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源８１と、該発光源８１からの光を第１の経路８aに導くとともに該第１の経路８aを逆行する反射光を第２の経路８ｂに導く光分岐手段８２と、第１の経路８aに導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズ８３と、該コリメーションレンズ８３によって平行光に形成された光をチャックテーブル７１に保持された被加工物としてのウエーハ１１に導く対物レンズ８４とを具備している。
【００１８】
発光源８１は、例えば波長が９００〜１０７０nm領域の光を発光するLED、SLD、LD、ハロゲン電源、ASE電源、スーパーコンティニアム電源を用いることができる。上記第１の光分岐手段８２は、偏波保持ファイバーカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。なお、上記発光源８１から光分岐手段８２までの経路および第１の経路８aは、光ファイバーによって構成されている。
【００１９】
上記第２の経路８ｂには、コリメーションレンズ８５と回折格子８６およびラインイメージセンサー８７が配設されている。コリメーションレンズ８５は、チャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面および下面で反射し対物レンズ８４とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光を平行光に形成する。上記回折格子８６は、コリメーションレンズ８５によって平行光に形成された上記両反射光の干渉を回折し、各波長に対応する回折信号をラインイメージセンサー８７に送る。上記ラインイメージセンサー８７は、回折格子８６によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段１０に送る。
【００２０】
制御手段１０は、ラインイメージセンサー８７による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、チャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面および下面で反射し対物レンズ８４とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光の光路長差(d)を求め、該光路長差(d)に基づいてウエーハ１１の厚み(t)を求める。即ち、制御手段１０は、ラインイメージセンサー８７からの検出信号に基づいて図３に示すような分光干渉波形を求める。図３は、シリコンウエーハの厚みが１０μmにおける分光干渉波形を示しており、横軸は反射光の波長(nm)を示し、縦軸は光強度を示している。
【００２１】
以下、制御手段１０が上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて実行する波形解析の一例について説明する。
制御手段１０は、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する。この波形解析は、例えばフーリエ変換理論やウエーブレット変換理論に基づいて実行することができるが、以下に述べる実施形態においては下記数式１、数式２、数式３に示すフーリエ変換式を用いた例について説明する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
【００２５】
上記数式において、λは波長、dは上記光路長差（d）、W(λｎ)は窓関数である。
上記数式１は、cosの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。また、上記数式２は、sinの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が光路長差（d）を求める。そして、上記数式３は、数式１の結果と数式２の結果の平均値を求める。
【００２６】
制御手段１０は、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行することにより、図４に示すように信号強度が光路長差（d）を求める（第１の演算手段）。図４において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図４に示す例においては、光路長差(d)が１０μmの位置で信号強度が高いピーク波形が表れている。この光路長差(d)がウエーハ１１の厚み(t)に相当する。
【００２７】
しかるに、ウエーハ１１の厚み(t)が薄くなると、所定波長領域における分光干渉波形の数が減少するため、フーリエ変換理論等による波形解析後のピーク先鋭度が低下して、厚みに換算した後の精度が低下する。図５は、シリコンウエーハの厚みが２μmにおける分光干渉波形を示しており、横軸は反射光の波長(nm)を示し、縦軸は光強度を示している。図５に示すようにシリコンウエーハの厚みが２μmにおける分光干渉波形は、分光干渉波の間隔が伸びて所定波長領域（９００〜１０７０nm）における分光干渉波形の数が減少する。このように所定波長領域（９００〜１０７０nm）における分光干渉波形の数が減少すると、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算結果による信号強度によって示される光路長差（d）が図６に示すようにノイズが多くピーク波形を読み取る精度が大幅に悪化する。従って、ウエーハの厚みが所定の切り替え厚み（例えば５μm）以下になると、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行することにより光路長差（d）を求めてもウエーハの厚みを正確に検出することができない。そこで、本発明においては、特定波長を通過する干渉波形の数をカウントすることにより、ウエーハの厚みを求める。図７は、１０００nmの波長においてシリコンウエーハの厚みを５μmから０μm近傍まで研削した際の干渉波形が通過する様子を示すもので、横軸はシリコンウエーハの厚み（μm）、縦軸は光強度を示している。図７から判るように、シリコンウエーハの場合、厚みが１μm減少する毎に６個の分光干渉波形のピークが通過する。従って、シリコンウエーハの厚みが０．１６７μm減少する毎に１個の分光干渉波形のピークが通過することになる。
【００２８】
ここで、分光干渉波形のピークが表れる条件について説明する。
分光干渉波形のピークは、r(屈折率×２)×２d(光路長差)＝λ(波長)×ｎ(整数)の時に発生する。
r(屈折率×２)をシリコンの屈折率（１．５）×２、d(光路長差)をシリコンの厚み(t)、λ(波長)を１μm（１０００nm）とすると、シリコンの厚みが５μmで分光干渉波形のピークが表れた場合、（１．５×２）×２×５＝１×ｎで、ｎ＝３０となる。
よって、次の分光干渉波形のピーク（ｎ＝２９）が表れるシリコンの厚み(t)即ち光路長差(d)は、（１．５×２）×２×d＝１×２９で、d＝４．８３３μmとなる。
よって、分光干渉波形のピーク間隔はシリコンウエーハの厚みが０．１６７μm減少する毎に１個発生することになる。
従って、所定波長（例えば１０００nm）において干渉波形のピークが通過した数をカウントすることにより、研削量（即ち厚み減少量）を計測することができる（第２の演算手段）。
【００２９】
図示の研削機１は以上のように構成されており、以下、研削機１を用いてウエーハを所定の厚みに研削する研削方法について説明する。
ここで、ウエーハ１１について、図８を参照して説明する。図８の(a)にはウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されており、図８の(b)には図８の(a)に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図８の(a)および図８の(b)に示す半導体ウエーハ１１は、シリコン基板１１０の表面１１０aに絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体１２０によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１３０がマトリックス状に形成されている。このように構成されたウエーハ１１は、図1に示すように表面に保護テープ１２が貼着され、研削機１における被加工物載置域７０aに位置付けられているチャックテーブル７１上に保護テープ１２が載置される。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル７１上に吸引保持される。従って、チャックテーブル７１上に吸引保持されたウエーハ１１は、シリコン基板１１０の裏面１１０bが上側となる。チャックテーブル７１上にウエーハ１１を吸引保持したならば、制御手段１０は図示しない移動手段を作動して、チャックテーブル７１を図１において矢印７１ａで示す方向に移動して研削域７０bに位置付け、図９に示すように研削ホイール5の複数の研削砥石５２の外周縁がチャックテーブル７１の回転中心を通過するように位置付ける。そして、厚み検出装置８をチャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上方である計測位置に位置付ける。
【００３０】
このように研削ホイール5とチャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１が所定の位置関係にセットされ、厚み検出装置８を計測位置に位置付けたならば、制御手段１０は図示しない回転駆動手段を駆動してチャックテーブル７１を図９において矢印７１ｃで示す方向に例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、上記サーボモータ４３を駆動して研削ホイール5を矢印５aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転する。そして、制御手段１０は、研削ユニット送り機構６のパルスモータ６４を正転駆動し研削ホイール5を下降（研削送り）して複数の研削砥石５２をウエーハ１１の上面であるシリコン基板１１０の裏面１１０bに所定の圧力で押圧する。この結果、シリコン基板１１０の裏面１１０bである被研削面が研削される（研削工程）。
【００３１】
上記研削工程においては、ウエーハ１１の加工時における厚み(t)が計測されている。即ち、制御手段１０は第１の演算手段によって上述したように上記数式１、数式２、数式３に基づいて光路長差（d）を求め、ウエーハ１１の加工時における厚み(t)を計測している。なお、この実施形態においてはウエーハ１１の厚み(t)は、ウエーハ１１を構成するシリコン基板１１０の裏面１１０bからシリコン基板１１０の表面１１０a（積層体１２０が積層された面）までの厚みとする。従って、制御手段１０はシリコン基板１１０の裏面１１０bで反射した反射光とシリコン基板１１０の表面１１０aで反射した反射光に基づいて解析する。そして制御手段１０は、ウエーハ１１の厚み(t)が切り替え厚み（例えば５μm）に達したならば、第２の演算手段によって例えば波長が１０００nmを通過する分光干渉波形のピークのカウントを開始する。本実施形態においては、分光干渉波形のピークは上述したようにシリコンウエーハの厚みが０．１６７μm減少する毎に１個通過するので、分光干渉波形のピークを６個カウントした時点で、ウエーハ１１を構成するシリコン基板１１０の裏面１１０bが１μm研削されたことになる。従って、シリコン基板１１０の厚みを２μmにしたい場合には切り替え厚み（例えば５μm）から３μm研削すればよいので、分光干渉波形のピークを１８個カウントする時点まで研削工程を継続する。そして、分光干渉波形のピークを１８個カウントしたならば、制御手段１０は研削ユニット送り機構６のパルスモータ６４を逆転駆動し研削ホイール5を上昇せしめる。
【００３２】
以上のように、上述した実施形態においてはウエーハの厚み(t)が所定の切り替え厚みに達するまでは上記第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、ウエーハの厚み(t)が所定の切り替え厚みに達したならば第２の演算手段によってウエーハの研削量即ち厚み減少量を求めるようにしたので、ウエーハの厚みが薄くなってもウエーハの研削量を正確に計測することができ、ウエーハを数μmの厚みまで正確に研削することができる。
また、上述した実施形態においては非接触式の厚み検出装置８によってウエーハ１の厚み(t)を計測しているので、ウエーハの被研削面に傷がつくことはない。
【符号の説明】
【００３３】
１：研削機
２：装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：移動基台
４：スピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４３：サーボモータ
４４：ホイールマウント
５：研削ホイール
５１：砥石基台
５２：研削砥石
６：研削ユニット送り機構
６４：パルスモータ
７：チャックテーブル機構
７１：チャックテーブル
８：厚み検出装置
８１：発光源
８２：光分岐手段
８３：コリメーションレンズ
８４：対物レンズ
８５：コリメーションレンズ
８６：回折格子
８７：ラインイメージセンサー
１０：制御手段
１１：ウエーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャックテーブルに保持され加工されて厚みが減少する被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置において、
被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の厚み減少量を求める、
ことを特徴とする厚み検出装置。
【請求項２】
被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出装置と、を具備する研削機において、
該厚み検出装置は、被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の研削量を求める、
ことを特徴とする研削機。
【請求項１】
チャックテーブルに保持され加工されて厚みが減少する被加工物の厚みを検出するための厚み検出装置において、
被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の厚み減少量を求める、
ことを特徴とする厚み検出装置。
【請求項２】
被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出装置と、を具備する研削機において、
該厚み検出装置は、被加工物に対して透過性を有する所定の波長領域を備えた光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該チャックテーブルに保持された被加工物の上面および下面で反射し該対物レンズと該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて被加工物の厚みを求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、被加工物の上面で反射した反射光の光路長と被加工物の下面で反射した反射光の光路長との光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める第１の演算手段と、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて特定波長を通過する干渉波形の数をカウントする第２の演算手段とを備え、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達するまでは該第１の演算手段によって被加工物の厚みを求め、被加工物の厚みが所定の切り替え厚みに達したならば該第２の演算手段によって被加工物の研削量を求める、
ことを特徴とする研削機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１９１６（Ｐ２０１２−２１９１６Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１００７（Ｐ２０１０−１６１００７）
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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