計測装置
【課題】被加工物の研削時におけるノイズ信号による誤判定を防止し、被加工物の厚みまたは上面高さ位置を正確に計測することができる計測装置を提供する。
【解決手段】被加工物保持手段に保持された被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を計測する計測装置であって、被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光を受光した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、この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基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、この絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定する。
【解決手段】被加工物保持手段に保持された被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を計測する計測装置であって、被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光を受光した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、この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基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、この絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定する。
【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や被加工物保持手段に保持された被加工物の上面高さ位置を計測するための計測装置に関する。
【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と呼ばれる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。また、サファイヤ基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。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号公報
【０００５】
しかるに、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】
上述した問題を解消するために本出願人は、所定の波長領域を備えた光をチャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に照射し、被加工物の上面で反射した反射光と被加工物の下面で反射した光路長が一定の基準反射光との干渉を回折格子によって回折し、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イメージセンサーによって検出し、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基準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計測装置を特願２０１０−００４７３２号として提案した。この計測装置においては、図８に示すように上記光路長差（被加工物の厚み）を横軸にとり光強度を縦軸にとると、計測された被加工物の厚みに相当する光路長差（図８においては４０μm）で信号強度（光強度）が高く現れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した計測装置は、図８に示すように横軸の光路長差（被加工物の厚み）における略２０μmの位置を頂点として信号強度（光強度）の比較的高い山がノイズとして表れ、このノイズの山を被加工物の厚みとして誤検出することがある。本来であれば被加工物の上面（被研削面）で反射した反射光と被加工物の下面で反射した反射光（基準反射光）との干渉縞による信号強度は上記ノイズの信号強度よりかなり高い値で現れるので、高い信号強度を選択することにより被加工物の厚みを検出することができる。しかるに、被加工物の研削時における被研削面は鏡面と粗面が混在しているため、粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度が上記ノイズの信号強度より低く現れることがあり、被加工物の厚みまたは上面高さ位置を誤検出する原因となる。
【０００８】
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、被加工物の研削時におけるノイズ信号による誤判定を防止し、被加工物の厚みまたは上面高さ位置を正確に計測することができる計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物保持手段に保持された被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を計測する計測装置において、
被加工物に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被加工物保持手段に保持された被加工物に導く対物レンズと、
該被加工物保持手段に保持された被加工物の上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光路長が一定の基準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方向における上面までの２点間の距離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所定の時間間隔毎に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基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定する、
ことを特徴とする計測装置が提供される。
【００１０】
上記基準反射光は被加工物を透過して被加工物の下面で反射した反射光である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による計測装置においては、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所定の時間間隔毎に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光路長が一定の基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定するので、被加工物の研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く現れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなく被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成された計測装置を装備した研削機の斜視図。
【図２】本発明に従って構成された計測装置のブロック構成図。
【図３】図２に示す計測装置を構成する制御手段によって求められる分光干渉波形を示す説明図。
【図４】図２に示す計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の上面から下面までの光路長差と光強度との関係の一実施形態を示す説明図。
【図５】図２に示す計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の上面から下面までの光路長差と光強度との関係の他の実施形態を示す説明図。
【図６】図1に示す研削機によって実施する研削工程の説明図。
【図７】本発明に従って構成された計測装置の他の実施形態を示すブロック構成図。
【図８】従来の計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の上面から下面までの光路長差と光強度との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成された計測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計測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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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（後述する被加工物保持手段としての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即ち研削ユニット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。
【００１７】
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、被加工物保持手段としてのチャックテーブル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。
【００１８】
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基準面から上面までの距離、即ち被加工物の厚みを計測するための計測装置８を具備している。この計測装置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、計測装置８について、図２を参照して説明する。
【００１９】
図示の実施形態における計測装置８は、被加工物としてのウエーハ１１（例えばシリコンウエーハ、サファイアウエーハ）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。
【００２０】
発光源８１は、例えば波長が１２４０〜１３２０nm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。
【００２１】
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ウエーハ１１の上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に導かれた反射光とウエーハ１１の下面（基準面）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（光路長が一定の基準反射光）との干渉を回折し、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。
【００２２】
制御手段１０は、ラインイメージセンサー８７による検出信号に基づいて所定の時間間隔（例えば１００マイクロ秒）毎に図３に示すような分光干渉波形を求める。図３において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。
【００２３】
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。
【００２４】
【数１】
【００２５】
【数２】
【００２６】
【数３】
【００２７】
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。
【００２８】
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高い光路長差(d)を求める。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４０μmの位置で信号強度が例えば“３０”の高いピーク波形が現れている。このように信号強度が例えば“３０”の高いピーク波形が現れるのは、ウエーハ１１の被研削面が鏡面となっている領域の反射光に基づくものである。この光路長差(d)がウエーハ１１の下面から上面までの２点間の距離、即ちウエーハ１１の厚み(t)に相当する。また、図４に示す例においては、光路長差(d)が２０μmの位置で信号強度が例えば“１０”の比較的高いピーク波形がノイズとして現れている。図５には次の検出時における光路長差(d)に対応した信号強度が示されている。図５においては光路長差(d)が２０μmの位置で信号強度が比較的高いピーク波形のノイズが現れるのは変わらないが、光路長差(d)が４０μmの位置で信号強度が例えば“５”の波形で現れている。これは、ウエーハ１１の被研削面が粗面となっている領域の反射光に基づくものである。図５に示すデータに基づいてウエーハ１１の厚み(t)を求めると、制御手段１０は信号強度が高い光路長差(d)が２０μmの位置を選択することになり、誤判定となる。
【００２９】
そこで本発明においては、制御手段１０は光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差(d)毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める。即ち、上記図４に示すデータ（前に出力された値）と図５に示すデータ（現在出力された値）に基づいて説明すると、光路長差(d)が４０μmの位置においては図４に示すデータ（前に出力された値）においては信号強度が“３０”で、図５に示すデータ（現在出力された値）においては信号強度が“５”である。従って、光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差(A)はA＝３０−５＝２５となる。一方、光路長差(d)が２０μmの位置のノイズ波形においては図４に示すデータ（前に出力された値）および図５に示すデータ（現在出力された値）とも信号強度が“１０”である。従って、ノイズ波形における信号強度の現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差(A)は零（０）である。次に、上述したように求められた光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差(A)を現在出力された値に加算する。この結果、光路長差(d)が４０μmの位置の加算値(B)はB＝５＋２５＝３０となる。一方、ノイズ波形が現れる光路長差(d)が２０μmの位置の加算値(B)はB＝１０＋０＝１０で常に一定である。このようにして加算値(B)を求めたならば、制御手段１０は加算値(B)が最も高い光路長差(d)の位置（図示の実施形態においては４０μmの位置）をウエーハ１１の厚み(t)として決定する。このようにしてウエーハ１１の厚み(t)を決定することにより、ウエーハの研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く現れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなくウエーハ１１の厚み(t)を正確に計測することができる。なお、上記前に出力された値は、現在出力された値より前に出力された値であるが何回前に出力された値を採用するかは、実験の結果確率的に信号強度の低い値が重ならないように選定する。
【００３０】
次に、以上のように構成された計測装置８が装備された研削機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、図１および図６を参照して説明する。
即ち、表面に保護テープ１２が貼着されたウエーハ１１は、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側を載置する。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、裏面１１b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６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、計測装置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。
【００３１】
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、計測装置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６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の上面に所定の圧力で押圧する。この結果、ウエーハ１１の上面即ち被研削面が研削される（研削工程）。この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。そして、厚み検出装置８によって計測されたウエーハ１１の厚み(t)が所定値に達したら、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。上述した研削工程においては非接触式の計測装置８によってウエーハ１１の厚み(t)を計測しているので、ウエーハ１１の被研削面に傷がつくことはない。そして、計測装置８によって計測されるウエーハ１１の厚み(t)は、上述したように光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差(d)毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差に基づいてウエーハ１１の厚み(t)を求めるので、ウエーハの研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く表れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなくウエーハ１１の下面から上面までの２点間の距離、即ちウエーハ１１の厚み(t)を正確に計測することができる。
【００３２】
次に、本発明による計測装置に他の実施形態について、図７を参照して説明する。
図７に示す計測装置８００は、チャックテーブル７１に保持された例えばシリコンウエーハからなるウエーハ１１の上面高さ位置を計測する計測装置である。なお、図７に示す計測装置８００は、光路長が一定の基準反射光の取り方が相違する以外は上記図２に示す計測装置８と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図７に示す計測装置８００は、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第３の経路８cと第４の経路８ｄに分ける第２の光分岐手段８８を具備している。第２の光分岐手段８８は、図示の実施形態においてはビームスプリッター８８１と、方向変換ミラー８８２とによって構成されている。第３の経路８cには、第３の経路８cに導かれた光をチャックテーブル７１に保持された被加工物であるウエーハ１１に導く対物レンズ８４が配設されている。上記第４の経路８ｄには、第４の経路８ｄに導かれた平行光を反射して第４の経路８ｄに反射光〈基準反射光〉を逆行せしめる反射ミラー８９（基準面）が配設されている。この反射ミラー８９は、例えば上記対物レンズ８４のレンズケースに装着されている。なお、第４の経路８ｄの光路長は、図示の実施形態においてはチャックテーブル７１の上面までの距離に設定されている。
【００３３】
図７に示す計測装置８００においては、チャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面で反射した反射光が対物レンズ８４と第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれる。一方、上述したように反射ミラー８９によって反射した反射光（光路長が一定の基準反射光）も第４の経路８ｄと第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８bに導かれる。このようにして第２の経路８bに導かれた各反射光がコリメーションレンズ８５によって平行光に形成され、回折格子８６に導かれる。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ウエーハ１１の上面で反射し対物レンズ８４と第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光と、上記反射ミラー８９（基準面）によって反射し第４の経路８ｄと第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８bに導かれた反射光（光路長が一定の基準反射光）との干渉を回折し、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。
【００３４】
ラインイメージセンサー８７からの検出信号を入力した制御手段１０は、上記分光干渉波形および分光干渉差分波形を求め、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する。即ち、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とにより、上記ウエーハ１１の上面で反射し対物レンズ８４と第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光の光路長(L1)と、上記反射ミラー８９によって反射し第４の経路８ｄと第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８bに導かれた反射光（光路長が一定の基準反射光）の光路長(L２)との光路長差(d＝L２−L1)を求め、該光路長差(d)からチャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面の高さ位置（図示の実施形態においては第４の経路８ｄの光路長がチャックテーブル７１の上面までの距離に設定されているので、基準面であるチャックテーブル７１の上面からウエーハ１１の上面までの２点間の距離）を求める。
【００３５】
以上のように、図７に示す計測装置８００においても制御手段１０はイメージセンサー８７からの検出信号に基づいて所定の時間間隔毎に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光路長が一定の基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を求めるので、被加工物の研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く表れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなく被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離、即ちチャックテーブルの上面から被加工物の上面までの距離を正確に計測することができる。
【符号の説明】
【００３６】
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：計測装置
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や被加工物保持手段に保持された被加工物の上面高さ位置を計測するための計測装置に関する。
【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と呼ばれる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。また、サファイヤ基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。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号公報
【０００５】
しかるに、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】
上述した問題を解消するために本出願人は、所定の波長領域を備えた光をチャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に照射し、被加工物の上面で反射した反射光と被加工物の下面で反射した光路長が一定の基準反射光との干渉を回折格子によって回折し、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イメージセンサーによって検出し、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基準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計測装置を特願２０１０−００４７３２号として提案した。この計測装置においては、図８に示すように上記光路長差（被加工物の厚み）を横軸にとり光強度を縦軸にとると、計測された被加工物の厚みに相当する光路長差（図８においては４０μm）で信号強度（光強度）が高く現れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した計測装置は、図８に示すように横軸の光路長差（被加工物の厚み）における略２０μmの位置を頂点として信号強度（光強度）の比較的高い山がノイズとして表れ、このノイズの山を被加工物の厚みとして誤検出することがある。本来であれば被加工物の上面（被研削面）で反射した反射光と被加工物の下面で反射した反射光（基準反射光）との干渉縞による信号強度は上記ノイズの信号強度よりかなり高い値で現れるので、高い信号強度を選択することにより被加工物の厚みを検出することができる。しかるに、被加工物の研削時における被研削面は鏡面と粗面が混在しているため、粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度が上記ノイズの信号強度より低く現れることがあり、被加工物の厚みまたは上面高さ位置を誤検出する原因となる。
【０００８】
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、被加工物の研削時におけるノイズ信号による誤判定を防止し、被加工物の厚みまたは上面高さ位置を正確に計測することができる計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物保持手段に保持された被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を計測する計測装置において、
被加工物に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被加工物保持手段に保持された被加工物に導く対物レンズと、
該被加工物保持手段に保持された被加工物の上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光路長が一定の基準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方向における上面までの２点間の距離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所定の時間間隔毎に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基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定する、
ことを特徴とする計測装置が提供される。
【００１０】
上記基準反射光は被加工物を透過して被加工物の下面で反射した反射光である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による計測装置においては、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所定の時間間隔毎に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光路長が一定の基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定するので、被加工物の研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く現れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなく被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成された計測装置を装備した研削機の斜視図。
【図２】本発明に従って構成された計測装置のブロック構成図。
【図３】図２に示す計測装置を構成する制御手段によって求められる分光干渉波形を示す説明図。
【図４】図２に示す計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の上面から下面までの光路長差と光強度との関係の一実施形態を示す説明図。
【図５】図２に示す計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の上面から下面までの光路長差と光強度との関係の他の実施形態を示す説明図。
【図６】図1に示す研削機によって実施する研削工程の説明図。
【図７】本発明に従って構成された計測装置の他の実施形態を示すブロック構成図。
【図８】従来の計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の上面から下面までの光路長差と光強度との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成された計測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計測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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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（後述する被加工物保持手段としての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即ち研削ユニット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。
【００１７】
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、被加工物保持手段としてのチャックテーブル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。
【００１８】
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基準面から上面までの距離、即ち被加工物の厚みを計測するための計測装置８を具備している。この計測装置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、計測装置８について、図２を参照して説明する。
【００１９】
図示の実施形態における計測装置８は、被加工物としてのウエーハ１１（例えばシリコンウエーハ、サファイアウエーハ）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。
【００２０】
発光源８１は、例えば波長が１２４０〜１３２０nm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。
【００２１】
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ウエーハ１１の上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に導かれた反射光とウエーハ１１の下面（基準面）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（光路長が一定の基準反射光）との干渉を回折し、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。
【００２２】
制御手段１０は、ラインイメージセンサー８７による検出信号に基づいて所定の時間間隔（例えば１００マイクロ秒）毎に図３に示すような分光干渉波形を求める。図３において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。
【００２３】
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。
【００２４】
【数１】
【００２５】
【数２】
【００２６】
【数３】
【００２７】
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。
【００２８】
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高い光路長差(d)を求める。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４０μmの位置で信号強度が例えば“３０”の高いピーク波形が現れている。このように信号強度が例えば“３０”の高いピーク波形が現れるのは、ウエーハ１１の被研削面が鏡面となっている領域の反射光に基づくものである。この光路長差(d)がウエーハ１１の下面から上面までの２点間の距離、即ちウエーハ１１の厚み(t)に相当する。また、図４に示す例においては、光路長差(d)が２０μmの位置で信号強度が例えば“１０”の比較的高いピーク波形がノイズとして現れている。図５には次の検出時における光路長差(d)に対応した信号強度が示されている。図５においては光路長差(d)が２０μmの位置で信号強度が比較的高いピーク波形のノイズが現れるのは変わらないが、光路長差(d)が４０μmの位置で信号強度が例えば“５”の波形で現れている。これは、ウエーハ１１の被研削面が粗面となっている領域の反射光に基づくものである。図５に示すデータに基づいてウエーハ１１の厚み(t)を求めると、制御手段１０は信号強度が高い光路長差(d)が２０μmの位置を選択することになり、誤判定となる。
【００２９】
そこで本発明においては、制御手段１０は光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差(d)毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差に基づいて被加工物の厚みを求める。即ち、上記図４に示すデータ（前に出力された値）と図５に示すデータ（現在出力された値）に基づいて説明すると、光路長差(d)が４０μmの位置においては図４に示すデータ（前に出力された値）においては信号強度が“３０”で、図５に示すデータ（現在出力された値）においては信号強度が“５”である。従って、光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差(A)はA＝３０−５＝２５となる。一方、光路長差(d)が２０μmの位置のノイズ波形においては図４に示すデータ（前に出力された値）および図５に示すデータ（現在出力された値）とも信号強度が“１０”である。従って、ノイズ波形における信号強度の現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差(A)は零（０）である。次に、上述したように求められた光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差(A)を現在出力された値に加算する。この結果、光路長差(d)が４０μmの位置の加算値(B)はB＝５＋２５＝３０となる。一方、ノイズ波形が現れる光路長差(d)が２０μmの位置の加算値(B)はB＝１０＋０＝１０で常に一定である。このようにして加算値(B)を求めたならば、制御手段１０は加算値(B)が最も高い光路長差(d)の位置（図示の実施形態においては４０μmの位置）をウエーハ１１の厚み(t)として決定する。このようにしてウエーハ１１の厚み(t)を決定することにより、ウエーハの研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く現れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなくウエーハ１１の厚み(t)を正確に計測することができる。なお、上記前に出力された値は、現在出力された値より前に出力された値であるが何回前に出力された値を採用するかは、実験の結果確率的に信号強度の低い値が重ならないように選定する。
【００３０】
次に、以上のように構成された計測装置８が装備された研削機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、図１および図６を参照して説明する。
即ち、表面に保護テープ１２が貼着されたウエーハ１１は、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側を載置する。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、裏面１１b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６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、計測装置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。
【００３１】
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、計測装置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６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の上面に所定の圧力で押圧する。この結果、ウエーハ１１の上面即ち被研削面が研削される（研削工程）。この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。そして、厚み検出装置８によって計測されたウエーハ１１の厚み(t)が所定値に達したら、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。上述した研削工程においては非接触式の計測装置８によってウエーハ１１の厚み(t)を計測しているので、ウエーハ１１の被研削面に傷がつくことはない。そして、計測装置８によって計測されるウエーハ１１の厚み(t)は、上述したように光路長差(d)に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差(d)毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差に基づいてウエーハ１１の厚み(t)を求めるので、ウエーハの研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く表れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなくウエーハ１１の下面から上面までの２点間の距離、即ちウエーハ１１の厚み(t)を正確に計測することができる。
【００３２】
次に、本発明による計測装置に他の実施形態について、図７を参照して説明する。
図７に示す計測装置８００は、チャックテーブル７１に保持された例えばシリコンウエーハからなるウエーハ１１の上面高さ位置を計測する計測装置である。なお、図７に示す計測装置８００は、光路長が一定の基準反射光の取り方が相違する以外は上記図２に示す計測装置８と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図７に示す計測装置８００は、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第３の経路８cと第４の経路８ｄに分ける第２の光分岐手段８８を具備している。第２の光分岐手段８８は、図示の実施形態においてはビームスプリッター８８１と、方向変換ミラー８８２とによって構成されている。第３の経路８cには、第３の経路８cに導かれた光をチャックテーブル７１に保持された被加工物であるウエーハ１１に導く対物レンズ８４が配設されている。上記第４の経路８ｄには、第４の経路８ｄに導かれた平行光を反射して第４の経路８ｄに反射光〈基準反射光〉を逆行せしめる反射ミラー８９（基準面）が配設されている。この反射ミラー８９は、例えば上記対物レンズ８４のレンズケースに装着されている。なお、第４の経路８ｄの光路長は、図示の実施形態においてはチャックテーブル７１の上面までの距離に設定されている。
【００３３】
図７に示す計測装置８００においては、チャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面で反射した反射光が対物レンズ８４と第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれる。一方、上述したように反射ミラー８９によって反射した反射光（光路長が一定の基準反射光）も第４の経路８ｄと第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８bに導かれる。このようにして第２の経路８bに導かれた各反射光がコリメーションレンズ８５によって平行光に形成され、回折格子８６に導かれる。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ウエーハ１１の上面で反射し対物レンズ８４と第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光と、上記反射ミラー８９（基準面）によって反射し第４の経路８ｄと第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８bに導かれた反射光（光路長が一定の基準反射光）との干渉を回折し、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。
【００３４】
ラインイメージセンサー８７からの検出信号を入力した制御手段１０は、上記分光干渉波形および分光干渉差分波形を求め、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する。即ち、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とにより、上記ウエーハ１１の上面で反射し対物レンズ８４と第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８ｂに導かれた反射光の光路長(L1)と、上記反射ミラー８９によって反射し第４の経路８ｄと第２の光分岐手段８８とコリメーションレンズ８３および第１の経路８aを逆行して第１の光分岐手段８２から第２の経路８bに導かれた反射光（光路長が一定の基準反射光）の光路長(L２)との光路長差(d＝L２−L1)を求め、該光路長差(d)からチャックテーブル７１に保持されたウエーハ１１の上面の高さ位置（図示の実施形態においては第４の経路８ｄの光路長がチャックテーブル７１の上面までの距離に設定されているので、基準面であるチャックテーブル７１の上面からウエーハ１１の上面までの２点間の距離）を求める。
【００３５】
以上のように、図７に示す計測装置８００においても制御手段１０はイメージセンサー８７からの検出信号に基づいて所定の時間間隔毎に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光路長が一定の基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を求めるので、被加工物の研削時における被研削面が鏡面と粗面が混在し粗面で反射したときの反射光に基づく干渉縞による信号強度がノイズの信号強度より低く表れることがあっても、ノイズ信号によって誤判定することなく被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離、即ちチャックテーブルの上面から被加工物の上面までの距離を正確に計測することができる。
【符号の説明】
【００３６】
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：計測装置
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】
被加工物保持手段に保持された被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を計測する計測装置において、
被加工物に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被加工物保持手段に保持された被加工物に導く対物レンズと、
該被加工物保持手段に保持された被加工物の上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光路長が一定の基準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方向における上面までの２点間の距離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所定の時間間隔毎に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基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定する、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
該基準反射光は被加工物を透過して被加工物の下面で反射した反射光である、請求項１記載の計測装置。
【請求項１】
被加工物保持手段に保持された被加工物の上面で反射した反射光と光路長が一定の基準反射光に基づいて被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離を計測する計測装置において、
被加工物に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被加工物保持手段に保持された被加工物に導く対物レンズと、
該被加工物保持手段に保持された被加工物の上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光路長が一定の基準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方向における上面までの２点間の距離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所定の時間間隔毎に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基準反射光の光路長との光路長差に対応して出力される信号強度における現在出力された値と前に出力された値との絶対値の差を求め、該絶対値の差を各光路長差毎の信号強度における現在出力された値に加算し、該加算された値が最も高い光路長差を被加工物の厚み方向における上面までの２点間の距離として決定する、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
該基準反射光は被加工物を透過して被加工物の下面で反射した反射光である、請求項１記載の計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８９５０７（Ｐ２０１２−１８９５０７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４５６１（Ｐ２０１１−５４５６１）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【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１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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