特許 6762834 計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6762834

(24)【登録日】2020年9月11日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20200917BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20200917BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20200917BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20200917BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 G

   B23K26/00 M

   H01L21/78 Z

   H01L21/304 622S

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-200920(P2016-200920)

(22)【出願日】2016年10月12日

(65)【公開番号】特開2018-63148(P2018-63148A)

(43)【公開日】2018年4月19日

【審査請求日】2019年8月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100202496

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿角 剛二

(74)【代理人】

【識別番号】100202692

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 吉文

(72)【発明者】

【氏名】沢辺 大樹

(72)【発明者】

【氏名】能丸 圭司

【審査官】 國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０２１９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２２８９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／０６

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに対して透過性を有する所定の波長域の光を照射してウエーハの厚みを計測する計測装置であって、
ウエーハに対して透過性を有する所定の波長域の光を第１の光路に発するブロードバンド光源と、該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光を集光し該保持手段に保持されたウエーハに照射する集光器と、該ブロードバンド光源と該集光器との間の該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光を該集光器に導くと共に該保持手段に保持されたウエーハの上面と下面とから反射した戻り光を第２の光路に分岐する光分岐部と、該第２の光路に配設され該戻り光を所定の波長域で分光する回析格子と、該回析格子で分光された波長毎の光の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が検出した該波長毎の光の強度に基づき分光干渉波形を生成し、生成した分光干渉波形を波形解析してウエーハの厚みを算出する算出手段と、から少なくとも構成され、
該第２の光路上における該光分岐部と該イメージセンサーの間には、分光された光の照射領域を拡大し該光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に分光された光の中央部が該イメージセンサーに導かれる分光選択手段が配設される計測装置。

【請求項2】

該分光選択手段は、該イメージセンサーと該回析格子との間に配設されるズームレンズであり、該ズームレンズによって拡大された分光後の光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に中央部が該イメージセンサーに導かれる請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

該分光選択手段は、回析格子であり、分光後の光の分散角が拡大されるように設定されていることにより、分光された光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に中央部が該イメージセンサーに導かれる請求項１に記載の計測装置。

【請求項4】

該回析格子は、分光後の光の分散角が大きくなる密度の高い領域と、該密度の高い領域に対し分散角が小さくなる密度が低い領域とを備え、
該第２の光路に導かれた戻り光に対して該密度の高い領域と該密度の低い領域とが選択に位置付けられ、
該第２の光路に導かれた戻り光に対して該密度の高い領域が位置付けられた際は、分光された光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に中央部が該イメージセンサーに導かれ、
該第２の光路に導かれた戻り光に対して該密度の低い領域が位置付けられた際は、分光された光の全部が該イメージセンサーに導かれる請求項３に記載の計測装置。

【請求項5】

該計測装置は、さらに、該光分岐部と該集光器との間の該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光の一部を第３の光路に導くビームスプリッターと、該第３の光路に導かれた光を反射して該ビームスプリッターを介して第１の光路に戻し分光干渉波形の基準となる基準光を生成する反射部とを備え、該算出手段は、ウエーハの厚みに加え、ウエーハの上面から反射した戻り光と基準光との分光干渉波形に基づいて上面の高さを算出すると共に、ウエーハの下面から反射した戻り光と基準光との分光干渉波形に基づいて下面の高さを算出する請求項１に記載の計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、厚みのあるウエーハであっても、その厚みを高精度に計測できる計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され上面に形成されたウエーハは、研削装置によって下面が研削され薄化された後、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

【0003】

ウエーハの下面を研削する研削装置は、ウエーハを保持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ウエーハと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削ホイールを回転可能に備えた研削手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを計測する計測手段と、から概ね構成されていて、ウエーハを所定の厚みに加工することができる。

【0004】

ウエーハのような被加工物の厚みを計測する計測手段としては、プローバの先端をウエーハの研削面に接触させてウエーハの厚みを計測する接触タイプのものが従来から知られている。しかし、該接触タイプの計測手段を用いると研削面に傷が付いてしまうことがあり、これを回避すべくウエーハの研削面から反射した光とウエーハを透過して反対面から反射した光との分光干渉波形によって厚みを計測する非接触タイプの計測手段を使用することが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

【0005】

また、ウエーハの下面からウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインに対応する内部に位置付けて照射し、改質層を分割予定ラインに沿って形成する場合に、分光干渉波形によってウエーハの下面の高さを検出する非接触タイプの計測手段が使用され適正な内部位置に集光点を位置付けることも知られている（例えば、特許文献２を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−０２１９１６号公報

【特許文献2】特開２０１１−１２２８９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した非接触タイプの計測装置を用いることにより、ウエーハに傷を付けることなく、厚みや高さを計測することができる。ここで、非接触タイプの該計測装置では、回析格子によって干渉光を生成し、該干渉光の強さを波長毎に検出するイメージセンサーが必要になるが、計測対象となるウエーハの厚みが厚くなるほど、干渉光の数が増加し、結果として分光干渉波形を構成する波の凹凸が細かくなり、計測精度を上げるためにイメージセンサーの画素数を増やし分解能を上げていく必要性が生じる。しかし、該イメージセンサーの画素数を多くしようとするとイメージセンサーが高価になることから、採用できるイメージセンサーの画素数には制限があるのが現実であり、画素数の少ないイメージセンサーを用いた場合に厚みのあるウエーハを計測する場合には十分な計測精度が得られない、という問題があった。

【0008】

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、画素数が少ないイメージセンサーを用いた場合であっても、高精度に厚みを計測することが可能な構成を備えた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、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに対して透過性を有する所定の波長域の光を照射してウエーハの厚みを計測する計測装置であって、ウエーハに対して透過性を有する所定の波長域の光を第１の光路に発するブロードバンド光源と、該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光を集光し該保持手段に保持されたウエーハに照射する集光器と、該ブロードバンド光源と該集光器との間の該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光を該集光器に導くと共に該保持手段に保持されたウエーハの上面と下面とから反射した戻り光を第２の光路に分岐する光分岐部と、該第２の光路に配設され該戻り光を所定の波長域で分光する回析格子と、該回析格子で分光された波長毎の光の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が検出した該波長毎の光の強度に基づき分光干渉波形を生成し、生成した分光干渉波形を波形解析してウエーハの厚みを算出する算出手段と、から少なくとも構成され、該第２の光路上における該光分岐部と該イメージセンサーの間には、分光された光の照射領域を拡大し該光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に分光された光の中央部が該イメージセンサーに導かれる分光選択手段が配設される計測装置が提供される。

【0010】

該分光選択手段は、該イメージセンサーと該回析格子との間に配設されるズームレンズであり、該ズームレンズによって拡大された分光後の光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に中央部が該イメージセンサーに導かれるように構成することができる。また、該分光選択手段は、回析格子であり、分光後の光の分散角が拡大されるように設定されていることにより、分光された光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれるように構成してもよい。

【0011】

該回析格子は、分光後の光の分散角が大きくなる密度の高い領域と、該密度の高い領域に対し分散角が小さくなる密度が低い領域とを備え、該第２の光路に導かれた戻り光に対して該密度の高い領域と該密度の低い領域とが選択に位置付けられ、該第２の光路に導かれた戻り光に対して該密度の高い領域が位置付けられた際は、分光された光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に中央部が該イメージセンサーに導かれ、 該第２の光路に導かれた戻り光に対して該密度の低い領域が位置付けられた際は、分光された光の全部が該イメージセンサーに導かれるように構成してもよい。

【0012】

該計測装置は、さらに、該光分岐部と該集光器との間の該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光の一部を第３の光路に導くビームスプリッターと、該第３の光路に導かれた光を反射して該ビームスプリッターを介して第１の光路に戻し分光干渉波形の基準となる基準光を生成する反射部とを備え、該算出手段は、ウエーハの厚みに加え、ウエーハの上面から反射した戻り光と基準光との分光干渉波形に基づいて上面の高さを算出すると共に、ウエーハの下面から反射した戻り光と基準光との分光干渉波形に基づいて下面の高さを算出することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに対して透過性を有する所定の波長域の光を照射してウエーハの厚みを計測する計測装置であって、 ウエーハに対して透過性を有する所定の波長域の光を第１の光路に発するブロードバンド光源と、該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光を集光し該保持手段に保持されたウエーハに照射する集光器と、該ブロードバンド光源と該集光器との間の該第１の光路に配設され該ブロードバンド光源が発した光を該集光器に導くと共に該保持手段に保持されたウエーハの上面と下面とから反射した戻り光を第２の光路に分岐する光分岐部と、該第２の光路に配設され該戻り光を所定の波長域で分光する回析格子と、該回析格子で分光された波長毎の光の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が検出した該波長毎の光の強度に基づき分光干渉波形を生成し、生成した分光干渉波形を波形解析してウエーハの厚みを算出する算出手段と、から少なくとも構成され、該第２の光路上における該光分岐部と該イメージセンサーの間には、分光された光の照射領域を拡大し該光の波長領域の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に分光された光の中央部が該イメージセンサーに導かれる分光選択手段が配設されることにより、イメージセンサーを構成する画素数を多くすることが軽減され、分光干渉波形を形成する際の精度が高くなり、ウエーハの高さ、厚みを計測する際の検束制度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に基づく計測装置が適用されたレーザー加工装置の全体斜視図、及び被計測物であるウエーハを示す図面である。

【図2】本発明に基づき構成される計測装置を説明するためのブロック図である。

【図3】本発明の計測装置により計測される分光干渉波形を示す図面である。

【図4】図３に示す分光干渉波形を波形解析することにより得られる、光路長差と信号強度とを示す図面である。

【図5】本発明の計測装置を構成する分光選択手段の別実施例を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明による計測装置について添付図面を参照して、詳細に説明する。
図１には、本発明に基づいて構成される計測装置７０が適用されたレーザー加工装置４０の全体斜視図、および、計測対象となる被加工物としてのウエーハ１０の斜視図が示されている。該ウエーハ１０は、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板からなり、略円板形状をなすウエーハ１０の上面には複数の分割予定ライン１２が格子状に形成されており、分割予定ライン１２によってウエーハ１０の上面が複数の領域に区画されている。該複数の領域のそれぞれには、デバイス１４（例えばＬＥＤ等の光デバイス）が形成され、ウエーハ１０は、環状のフレームＦに外周が貼着された粘着テープＴに下面側が貼り付けられ保持される。

【0016】

図１に示すレーザー加工装置４０は、基台４１と、該被加工物を保持する保持機構４２と、保持機構４２を移動させる加工送り手段４３と、保持機構４２に保持される被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４４と、撮像手段４５と、基台４１の上面から上方に延び、次いで実質上水平に延びる該レーザー光線照射手段４４が内蔵された枠体４６と、後述するコンピュータにより構成される制御手段と、を備え、該制御手段により各手段が制御されるように構成されている。また、該枠体４６の内部には、本発明に基づき構成される計測手段７０も内蔵されている。

【0017】

保持機構４２は、Ｘ軸方向において移動自在に基台４１に搭載された矩形状のＸ軸方向可動板５１と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板５１に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板５３と、Ｙ軸方向可動板５３の上面に固定された円筒状の支柱５０と、支柱５０の上端に固定された矩形状のカバー板５２とを含む。カバー板５２にはＹ軸方向に延びる長穴５２ａが形成されている。長穴５２ａを通って上方に延びる円形状の被加工物を直接的に保持する保持手段としてのチャックテーブル５４の上面には、多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック５６が配置されている。吸着チャック５６は、支柱５０を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されている。チャックテーブル５４の周縁には、周方向に間隔をおいて複数個のクランプ５８が配置されている。なお、Ｘ軸方向は図１に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ軸方向は図１に矢印Ｙで示す方向であってＸ軸方向に直交する方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向で規定される平面は実質上水平である。

【0018】

加工送り手段４３は、Ｘ軸方向移動手段６０と、Ｙ軸方向移動手段６５と、図示しない回転手段とを含む。Ｘ軸方向移動手段６０は、基台４１上においてＸ軸方向に延びるボールねじ６０ｂと、ボールねじ６０ｂの片端部に連結されたモータ６０ａとを有する。ボールねじ６０ｂの図示しないナット部は、Ｘ軸方向可動板５１の下面に固定されている。そしてＸ軸方向移動手段６０は、ボールねじ６０ｂによりモータ６０ａの回転運動を直線運動に変換してＸ軸方向可動板５１に伝達し、基台４１上の案内レール４３ａに沿ってＸ軸方向可動板５１をＸ軸方向において進退させる。Ｙ軸方向移動手段６５は、Ｘ軸方向可動板５１上においてＹ軸方向に延びるボールねじ６５ｂと、ボールねじ６５ｂの片端部に連結されたモータ６５ａとを有する。ボールねじ６５ｂの図示しないナット部は、Ｙ軸方向可動板５３の下面に固定されている。そして、Ｙ軸方向移動手段６５は、ボールねじ６５ｂによりモータ６５ａの回転運動を直線運動に変換し、Ｙ軸方向可動板５３に伝達し、Ｘ軸方向可動板５１上の案内レール５１ａに沿ってＹ軸方向可動板５３をＹ軸方向において進退させる。回転手段は、支柱５０に内蔵され支柱５０に対して吸着チャック５６を回転させる。

【0019】

レーザー光線照射手段４４は、基台４１の上面から上方に延び、次いで実質上水平に延びる枠体４６に内蔵されている。該レーザー光線照射手段４４は、被加工物であるウエーハ１０の分割予定ライン１２の上面に沿って照射するものであり、チャックテーブル５４に保持されたウエーハ１０に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をウエーハ１０の上面から所定の深さ位置に位置付けて照射し、分割予定ライン１２に沿って改質層を形成して分割起点とする形質層形成工程を実施するためのものである。なお、レーザー光線照射手段４４は、周知のものを採用することができ、本発明の要部を構成するものではないため、その詳細については省略する。

【0020】

該枠体４６の内部には上述したように、計測手段７０が内蔵されており、計測手段７０の一部を構成する集光器７５が、該枠体４６の先端部下面側で上述したレーザー光線照射手段４４の集光器に対し、Ｘ軸方向に隣接した位置に配設されている。

【0021】

図２に基づいて、計測手段７０についてさらに詳しく説明する。図示の実施形態における計測装置７０は、計測対象となるウエーハ１０に対して透過性を有する所定の波長領域を有する光を発するブロードバンド光源７１と、該ブロードバンド光源７１からの光を第１の光路７０ａに導くと共に、第１の光路７０ａを逆行する戻り光を第２の光路７０ｂに導く光分岐部７２と、第１の光路７０ａ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７３１を備えたコリメーションレンズ機構７３と、コリメーションレンズ機構７３によって平行光に形成された光を第１の光路７０ａから、第３の経路７０ｃに分岐させるビームスプリッター７４１を備えた光分岐手段７４と、第１の光路７０ａの終端部に位置付けられブロードバンド光源７１からの光をウエーハ１０に集光して照射する集光レンズ７５１を内蔵した該集光器７５と、を備えている。

【0022】

ブロードバンド光源７１としては、例えば、波長が１１００〜１９００ｎｍ領域の光を発することが可能な光源を採用することができ、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）、ＳＣ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）、ハロゲン光源等を選択することができる

【0023】

上記光分岐部７２としては、偏波保持ファイバーサーキュレーターを採用することができるが、本発明はこれに限定されず、偏波保持ファイバーカプラ等を用いるようにしてもよい。なお、上記光分岐手段７４は、図示の実施形態においては、ビームスプリッター７４１に加え、反射部を構成する方向変換ミラー７４２と、によって構成されている。また、上記ブロードバンド光源７１から光分岐部７２までの経路、及び第１の光路７０ａの一部を構成する該光分岐部７２からコリメーションレンズ機構７３までは、光ファイバーにより構成され、コリメーションレンズ機構７３を透過した光は、集光器７５の集光レンズ７５１により集光されてウエーハ１０に照射される。

【0024】

なお、図示しないが、集光器７５は、チャックテーブル５４の吸着チャック５６の上面に対して上下動する位置調整手段を備え、ウエーハ１０に対する集光点位置を調整することが可能に構成されている。

【0025】

上記した第３の光路７０ｃの終端部には、第３の光路７０ｃに導かれた平行光を反射して第３の光路７０ｃに戻り光を逆行させるための反射ミラー７６が配設されている。この反射ミラー７６は、図示の実施形態では、上記した集光器７５に装着されている。

【0026】

上記第２の光路７０ｂには、被加工物であるウエーハ１０、及び反射ミラー７６で反射し逆行してきた光を適切に分光すべく、コリメーションレンズ７７１と、回析格子７７２と、低倍率のズームレンズ７７３とから少なくとも構成された分光選択手段７７が配設されている。コリメーションレンズ７７１は、反射ミラー７６によって反射し、第３の光路７０ｃ、ビームスプリッター７４１を経て第１の光路７０ａに戻され、コリメーションレンズ７３を逆行して光分岐部７２から第２の光路７０ｂに導かれた戻り光（以下「基準光」という。）と、チャックテーブル５６の吸着チャック５６上に保持されたウエーハ１０の上面及び下面で反射し、集光器７５、ビームルプリッター７４１、及びコリメーションレンズ機構７３を逆行して光分岐部７２から第２の光路７０ｂに導かれた戻り光のそれぞれを平行光に形成する。なお、ビームスプリッター７４１から反射ミラー７６までを構成する基準光の光路長Ｌ１は、ビームスプリッター７４１からチャックテーブル５４の吸着チャック５６の表面までを構成する光路長Ｌよりも短くなるように設定されており、例えば、該光路長Ｌよりも２０００μｍ短く設定されている。

【0027】

上記回析格子７７２は、コリメーションレンズ７７１によって平行光に形成された上記の基準光、及び各戻り光の干渉を回析し所定の波長域で分光するように構成され、さらに、分散角が拡大するように設定される。また、回析格子７７２により分光された光の各波長に対応する回析信号は、低倍率のズームレンズ７７３を介してラインイメージセンサー７８側に送られるように構成されている。ラインイメージセンサー７８は、直線状に多数の受光素子が連続的に配設されており、各受光素子の位置に対応させて回析格子７７２によって分光された光の各波長における光強度が検出されるように構成され、検出された光強度信号は、後述する制御手段２０に送られる。

【0028】

制御手段２０は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている（詳細についての図示は省略）。

【0029】

上述した分光選択手段７７に配設された低倍率のズームレンズ７７３は、回析格子７７２で分光された光を拡大・縮小し、平行光として出射することが可能に構成されている。図２に示す実施形態では、ウエーハ１０の上面、下面、及び反射ミラー７６で反射されて戻ってきた戻り光が、回析格子７７２によって波長領域毎に分光され、分光された光の波長が１１００〜１９００ｎｍの波長で構成されているのに対し、該戻り光をズームレンズ７７３で拡大することにより、該戻り光を構成している波長領域の端部、即ち１１００〜１３００ｎｍの波長領域、及び１７００〜１９００ｎｍの波長領域が該イメージセンサーの外に導かれ、分光された光の波長の中央部（１３００〜１７００ｎｍ）のみが該ラインイメージセンサー７８に導かれるように設定されている。

【0030】

制御手段２０は、ラインイメージセンサー７８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、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、ビームスプリッター７４１からチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１０の上面までの光路長Ｌ２、ビームスプリッター７４１からチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１０の下面までの光路長Ｌ３と、該基準光の光路長Ｌ１との光路長差、及び該光路長Ｌ２と該光路長Ｌ３との光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブル５４の上面に保持されたウエーハ１０の上面、下面の高さ、及びウエーハ１０の厚みを求める。なお、図３において横軸は戻り光の波長を示し、縦軸は光強度を示している。

【0031】

以下、制御手段２０が図３に示されるような分光干渉波形に基づいて実行する波形解析の一例について、より具体的に説明する。
光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差を第１の光路長差（ｄ１＝Ｌ２−Ｌ１）、光路長Ｌ１と光路長Ｌ３との差を第２の光路長差（ｄ２＝Ｌ３−Ｌ１）、光路長Ｌ３と光路長Ｌ２との差を第３の光路長差（ｄ３＝Ｌ３−Ｌ２）とする。なお、上述したように、光路長Ｌ１自体は変化しない基準光の光路長であり、ビームスプリッター７４１からウエーハ１０の上面、下面までの光路長Ｌ２、Ｌ３よりも短くなるように設定されている。

【0032】

制御手段２０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の数式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。

【0033】

【数1】

【0034】

【数2】

【0035】

【数3】

【0036】

上記数式において、λは波長、ｄは上記第１の光路長差（ｄ１＝Ｌ２−Ｌ１）、第２の光路長差（ｄ２＝Ｌ３−Ｌ１）、及び第３の光路長差（ｄ３＝Ｌ３−Ｌ２）、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高い第１の光路長差（ｄ１＝Ｌ２−Ｌ１）、第２の光路長差（ｄ２＝Ｌ３−Ｌ１）、及び第３の光路長差（ｄ３＝Ｌ３−Ｌ２）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。

【0037】

制御手段２０は、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行する算出手段を備えることにより、戻り光の各光路長差に起因する分光の干渉に基づき、図４に示す信号強度の波形を得ることができる。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１８００μmの位置、１０００μmの位置、８００μｍの位置で信号強度が高く表されている。即ち、光路長差(ｄ)が１８００μmの位置の信号強度(Ｓ１)は、基準光とウエーハ１０の下面までの光路長差である第１の光路長差（ｄ１＝Ｌ３−Ｌ１）を表すものである。また、光路長差(ｄ)が１０００μmの位置の信号強度(Ｓ２)は、基準光とウエーハ１０の上面までの光路長差である第２の光路長差（ｄ２＝Ｌ２−Ｌ１）を表すものであり、さらに、光路長差（ｄ）が８００μｍの位置の信号強度（Ｓ３）は第３の光路長差(ｄ３＝Ｌ３−Ｌ２)を表すものである。なお、チャックテーブル５４の吸着チェック５６の上面を基準とするウエーハ１０の上面、及び下面の高さ（ｈ）は、ビームスプリッター７４１からチャックテーブル５４の上面までの光路長Ｌと基準光の光路長Ｌ１との光路長差（本実施形態では２０００μｍ）から容易に算出される。このような計測を、上述したＸ軸方向移動手段６０と、Ｙ軸方向移動手段６５とを作動させることによりウエーハ１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させながら全ての分割予定ライン１２に沿って実行する。

【0038】

そして、該集光器７５と該チャックテーブル５４との相対的なＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置で特定される計測位置の座標（Ｘ座標、Ｙ座標）におけるウエーハ１０の上面、下面の高さ（ｈ）、及び厚みを、Ｘ座標、Ｙ座標に関連付けて制御手段２０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に記憶する。このような計測を行うことで、ウエーハ１０の全面における上面、下面の高さ、及び厚みの情報を得ることができる。よって、当該各情報に基づき、例えば、ウエーハ１０の上面から所定位置の内部に改質層を形成するレーザー加工を実施したり、切削ブレードを用いて切削加工を実施する際の切削ブレードの位置を、ウエーハ１０の高さ、厚み方向に対して正確に位置付けたりすることが可能となる。

【0039】

本発明に基づき構成される計測装置７０は、以上のように構成されていることにより、以下のような効果を奏することができる。例えば、本実施形態におけるラインイメージセンサー７８の画素数が２０４８ピクセルであるとする。ウエーハ１０の厚みが薄い場合（例えば５００μｍ未満）は、図３に示す分光干渉波形で示される波形の凹凸数が少なく、５１２個の画素数でその波形の形状を略忠実に表現することができる。よって、低倍率のズームレンズ７７３を通さずに、回析格子７７２によって回析された光の全てをラインイメージセンサー７８に照射して分光干渉波形を取得し、上記した算出手段により、第１〜第３の光路長差を算出すればよい。しかし、例えば、厚みが８００μｍ以上である場合は、干渉光の数が増大し、分光干渉波形の凹凸が多くなり、分光を構成する１１００〜１９００ｎｍの波長領域の全てをラインイメージセンサー７８に照射した場合は、画素数の関係から、その波形を忠実に表現することができず計測精度が低下する。その点、本発明に基づく計測手段７０によれば、回析格子により分光された光の照射領域を低倍率のズームレンズにより拡大し該光の端部が該イメージセンサーの外に導かれると共に分光された光の中央部のみが該イメージセンサーに導かれるように機能する分光選択手段７７が配設されている。これにより、該分光選択手段７７のズームレンズ７７３を適用して分光された光の全てをラインイメージセンサー７８に導かずに、波長領域の中央部のみ（例えば、波長１３００〜１７００ｎｍの領域）をラインイメージセンサー７８に導き、分光干渉波形を得るようにすることができ、干渉光の数が増えても、限られた画素数によってその波形形状を忠実に表現することが可能になり、ウエーハ１０の高さ、厚みを計測する精度を確保することが可能となる。

【0040】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形例を想定することができる。例えば、上記実施形態では、分光選択手段７７は、分散角を拡大するように構成された回析格子７７２と、さらに照射領域を拡大するためのズームレンズ７７３により構成したが、これに限定されず、例えば、戻り光をコリメーションレンズ７７１により平行光に成形して入射される回析格子７７２から直接ラインメージセンサー７８に入射するようにしてもよい。その場合は、回析格子７７２によって成形される分散角と、ラインイメージセンサー７８の位置を調整することにより、分光された光の全てを導かずに、波長領域の中央部のみ（例えば、波長１３００〜１７００ｎｍの領域）をラインイメージセンサー７８に導き、分光干渉波形を得ることが可能となる。

【0041】

また、上記した分光選択手段７７の別の実施形態としては、図５に示すような別の分光選択手段８０を採用することもできる。図に示す分光選択手段８０は、光分岐部７２から分岐した戻り光を平行光に成形するコリメーションレンズ８１と、該コリメーションレンズ８１によって平行光に成形された戻り光を回析する可変回析格子８２と、可変回析格子８２により分光された戻り光を集光する集光レンズ８４を備え、該集光レンズ８４を透過して集光された戻り光がラインイメージセンサー７８に照射される。該可変回析格子８２は、分散角が大きくなる密度の高い高密度領域８２ａと、分散角が小さくなる密度が低い低密度領域８２ｂとで構成され、コリメーションレンズ８１によって成形された平行光が照射される領域を、高密度領域８２ａと低密度領域８２ｂとで切替える駆動機構８３とから構成されている。

【0042】

比較的厚みが厚いウエーハ１０の高さ、厚みを計測する場合は、制御装置２０を介して該駆動機構８３に指示信号を送ることにより、図５（ａ）に矢印で示す方向に可変回析格子８２を移動させて、戻り光が照射される領域を高密度領域８２ａとする。これにより、分散角が拡大され、可変回析格子によって回析された戻り光が集光レンズ８４を介してラインイメージセンサー７８に照射される際には、分光された光の全てがラインイメージセンサー７８に導かれずに、波長領域の中央部のみ（例えば、波長１３００〜１７００ｎｍの領域）がラインイメージセンサー７８に照射される。

【0043】

他方、比較的厚みが薄いウエーハ１０の高さ、厚みを計測する場合は、図５（ｂ）に矢印で示す方向に可変回析格子８２を移動させて戻り光が照射される領域を低密度領域８２ｂとする。これにより、分散角が縮小され、該可変回析格子によって回析された戻り光の全てが集光レンズ８４を介してラインイメージセンサー７８に照射される。このような構成によれば、ウエーハ１０の厚みが薄い場合でも厚い場合でも、精度よくウエーハ１０の高さ、厚みを計測することが可能となる。

【0044】

上記した実施形態では、波長毎の戻り光の光強度を検出する手段としてラインイメージセンサー７８を採用したが、光強度を検出することが可能なセンサーであればこれに限定されず、一般的なホトデテクタ、ＣＣＤ等のイメージセンサーを使用することができる。

【0045】

また、上記した実施形態では、ウエーハ１０の厚みのみならず、反射ミラー７６を用いて反射させた基準光を用い、チャックテーブル５４に保持されたウエーハ１０の上面、下面の高さを計測するようにしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、基準光を発生させることを必須の要件とするものではない。基準光を用いず、ウエーハ１０の厚みのみを計測する場合であっても、上記した分光選択手段７７、或いは８０を備えることにより、精度よくウエーハ１０の厚みを計測することができるという本発明の特有な作用効果を奏することができる。なお、その場合は、図４に示す信号強度のピークとしてはＳ３のみが表示される。

【0046】

さらに、本実施形態では、本発明に基づく計測装置７０を、レーザー加工装置４０に適用した例を開示したが、これに限定されるものではなく、他の加工装置、例えば研削装置に適用してもよく加工装置の種類に特定されるものではない。また、本発明の計測装置を加工装置に内蔵するものに限らず、ウエーハ１０の厚み、高さを計測する計測装置として独立したものとして構成することも可能である。

【符号の説明】

【0047】

１０：ウエーハ
１２：分割予定ライン
１４：デバイス
２０：制御手段
４０：レーザー加工装置
４２：保持手段
４３：加工送り手段
４４：レーザー光線照射手段
４７：表示手段
５４：チャックテーブル
５６：吸着チャック
７０：計測手段
７０ａ：第１の光路
７０ｂ：第２の光路
７０ｃ：第３の光路
７１：ブロードバンド光源
７２：光分岐部
７３：コリメーションレンズ機構
７４：光分岐手段
７５：集光器
７６：反射ミラー
７７、８０：分光選択手段
７８：ラインイメージセンサー
８１：コリメーションレンズ
８２：可変回析格子
８２ａ：高密度領域
８２ｂ：低密度領域
８４：集光レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】