JP2009050944A - 基板の厚さ測定方法および基板の加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の干渉波を利用して基板の厚さを測定するにあたり、加工水の影響を受けることなく、安定した測定値を得る。
【解決手段】レーザヘッド部７０の開口に円筒状のカバー７４を連設し、給水管７６から供給される水Ｗでカバー７４の内部空間７５を満たした状態で、レーザ光照射端部７１からレーザ光Ｌをウェーハ１に照射する。レーザ光Ｌはレーザヘッド部７０のガラス板７３、内部空間７５の水Ｗを透過してウェーハ１に照射され、ウェーハ１の被加工面（裏面１ｂ）と下面（表面１ａ）の各反射光で生じる干渉波から、ウェーハ１の厚さが検出される。レーザ光照射領域への研削水（加工水）の侵入を遮断し、レーザ光照射状態を常に一定の状態とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の基板に研削や研磨等の加工を施す加工装置と、このような加工をする際に用いて好適な基板の厚さ測定方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスでは、デバイスの目的厚さを得るために、多数のデバイスの集合体である半導体ウェーハの段階で、裏面研削して薄化することが行われている。昨今のデバイスの顕著な薄型化に応じてウェーハは一層薄く加工されており、このため、厚さの管理はより高い精度が求められる。ウェーハの研削や研磨は厚さを測定しながら進められるが、そのような形態での厚さ測定の手段としては、測定用のプローブを被加工面に接触させながら厚さの変位を検出する接触式が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら接触式の厚さ測定手段では、接触するプローブによって被加工面に傷がつき、その傷がウェーハの抗折強度を低下させる原因になるといった問題がある。この問題は、特にウェーハの厚さが比較的薄い場合に、傷の深さの影響が大きいため顕著となる。その点、ウェーハにプローブ等を接触させることなく厚さを測定可能な非接触式のものが抗折強度を低下させない点では有利とされる。

非接触式の厚さ測定手段としては、超音波を利用したものとレーザ光を利用したものが挙げられる。超音波式は、所定周波数の超音波をウェーハの片面に向けて発射し、その超音波の、ウェーハの表面からの反射波と裏面からの反射波との干渉波の波形から、厚さを測定するものである（特許文献２参照）。ところが、このような超音波式は、超音波が入射する面が粗い場合や、厚さが厚い場合には測定が困難になるといったように、粗さや厚さに制限があり、汎用性の面で十分ではないといった欠点がある。

レーザ光式は、超音波式と同様の原理であって、所定周波数のレーザ光をウェーハの片面に向けて照射し、そのレーザ光の、ウェーハの表面からの反射波と裏面からの反射波との干渉波の波形から、厚さが測定可能とされるものである（特許文献３参照）。このレーザ光式は、被測定物の粗さや厚さに特に制限されるものではなく、超音波式の欠点を解消するものとされている。

特開２００１−９７１６公報 特開平８−２１０８３３公報 特開平９−３６０９３公報

ウェーハの裏面を研削や研磨する場合には、通常、加工部分の潤滑、冷却および清浄化などを目的として、加工水を供給している。加工部分に供給された加工水は、加工で生じた研削屑や研磨屑を含んで被加工面を流動して排水され、また、回転する工具によって飛沫となるものもある。このような環境下にあるウェーハに対して、厚さ測定用のレーザ光を照射すると、ウェーハ上を流動する加工水の膜厚が変動したり、飛沫がレーザ光を通過したりする。このため、レーザ光の屈折率の変動やレーザ光が透過しにくいという状況が生じて干渉波が安定せず、結果として厚さの測定値が安定しないといった不具合が起こる場合あった。

よって本発明は、レーザ光の干渉波を利用して基板の厚さを測定するにあたり、加工水の影響を受けることなく、安定した測定値を得ることができる基板の厚さ測定方法と、その方法を実施可能とする基板の加工装置を提供することを目的とする。

本発明の基板の厚さ測定方法は、基板の一の面側を加工装置の保持手段に合わせて保持し、該基板の露出する他の面を加工するにあたり、加工中あるいは加工前後に、該基板の厚さを測定する方法であって、基板の他の面に向けて、該他の面と略直交する方向にレーザ光を照射するレーザ光照射手段のレーザ光照射端部を、基板に対向して配置し、該レーザ光照射端部と基板の他の面との間に形成される空間に液体を満たした状態で、レーザ光照射端部から基板に向けてレーザ光を照射し、該レーザ光の、基板の一の面からの反射光と、他の面からの反射光との干渉波を受光して、該干渉波の波形に基づいて基板の厚さを導き出すことを特徴としている。本発明で言う加工は、主に研削または研磨である。

上記本発明の厚さ測定方法は、基板の被加工面（他の面）に対して略直交する方向にレーザ光を照射し、被加工面からと、保持手段に合わせられた一の面からの各反射波の干渉波に基づいて基板の厚さを導き出す方法である。この方法において本発明では、レーザ光の照射口である照射端部から基板までの間のレーザ光照射領域の空間を水等の液体で満たした状態とし、レーザ光をその液体に通して照射する。この状態を保持することにより、基板に加工水を供給しながら加工している際にも、レーザ光照射領域の空間には液体が満たされているので加工水が入り込まず、また、加工水の飛沫も飛んでくることが防がれる。すなわちレーザ光が液体を透過している状態が保持され、加工水によってレーザ光の照射状態が乱されることがない。このため、レーザ光の屈折率が変動したり、レーザ光が照射領域を円滑に透過しないという不都合は起こらない。これによりレーザ光は常に一定の状態で基板に照射され、干渉波は安定し、結果として正確な厚さ測定値を得ることができる。

本発明の厚さ測定方法は、レーザ光の干渉波を利用した非接触式であるから、基板の粗さや厚さに特に制限されるものではなく、レーザ光が入射する被加工面が比較的粗い場合や、厚さが比較的大きな基板であっても、正確に厚さを測定することができる。また、接触式ではないことから、基板に傷をつけることなく、抗折強度を低下させるといった不具合が発生しないことは言うまでもない。

次に、本発明の基板の加工装置は、上記本発明の厚さ測定方法を好適に実施し得るものであり、基板の一の面側を加工装置の保持手段に合わせて保持し、該基板の露出する他の面を加工する加工装置において、保持手段に保持された基板の他の面に向けて、該他の面と略直交する方向にレーザ光を照射するレーザ光照射端部を備えたレーザヘッド部と、レーザ光照射端部から基板の他の面にわたる空間を囲繞して区画し、その内部に、レーザ光照射端部から照射するレーザ光が通される筒状のカバー部材と、該カバー部材の内部に液体を供給して、該内部を液体で満たす液体供給手段と、レーザ光照射手段から照射されたレーザ光の、基板の一の面からの反射光と、他の面からの反射光との干渉波を受光する受光手段と、該受光手段で受光された干渉波の波形を基板の厚さに変換する変換手段とを備えた厚さ測定手段を有することを特徴としている。本発明の加工装置で行う加工は、主に研削または研磨である。

本発明の加工装置では、液体供給手段からカバー部材の内部に水等の液体を供給してカバー部材の内部を液体で満たし、この状態を保持しつつ、レーザヘッド部のレーザ光照射端部から基板に向けてレーザ光を照射して、基板の厚さ測定を行う。レーザ光照射端部から基板までの間のレーザ光照射領域はカバー部材で囲繞され、そのカバー部材の内部は液体で満たされていおり、レーザ光はその液体を透過して基板に照射される。ここで、基板に加工水を供給しながら加工を行った場合、その加工水や加工水の飛沫はカバー部材の内部には入らず、また、レーザ光は液体を透過している状態が保持され、加工水によって照射状態が乱されることがない。したがってレーザ光は常に一定の状態で基板に照射され、干渉波は安定し、結果として正確な厚さ測定値を得ることができる。

本発明の加工装置は、厚さ測定手段のレーザヘッド部が、基板の厚さ測定位置と、保持手段の外方の退避位置との２位置を往復移動自在に支持されている形態を含む。この形態は、レーザヘッド部を退避位置に移動させることにより、レーザヘッド部が厚さ測定位置にあってはレーザヘッド部が干渉することにより行い難いメンテナンス等の作業を可能とする上で好ましい。

本発明によれば、レーザ光の干渉波を利用して基板の厚さを測定するにあたり、レーザ光照射端部から基板までのレーザ光照射領域を液体で満たした状態とし、その液体にレーザ光を透過させるので、加工水の影響を受けることなく安定した厚さ測定値を得ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明を半導体ウェーハ（基板）の裏面研削に適用した一実施形態を説明する。図１の符合１は、裏面研削されて薄化される円盤状の半導体ウェーハ（以下ウェーハと略称）を示している。このウェーハ１はシリコンウェーハ等であって、加工前の厚さは例えば７００μｍ程度で均一とされている。ウェーハ１の表面（一の面）１ａには格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ３が区画されている。これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。また、ウェーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）４が形成されている。

ウェーハ１は、分割予定ライン２に沿って切断されることにより多数の半導体チップ３に個片化されるが、その前に、裏面（他の面）１ｂが研削されて、得るべき半導体チップ３の目的厚さ（例えば１０〜１００μｍ）に全体が薄化される。ウェーハ１の裏面研削は、図２に示す一実施形態の研削装置（加工装置）１０によって好適になされる。

裏面研削のために研削装置１０に供されるウェーハ１の表面１ａには、図１に示すように予め保護テープ５が貼り付けられる。保護テープ５としては、例えば、厚さ１００〜２００μｍ程度のポリエチレン等の基材の片面に厚さ１０〜２０μｍ程度のアクリル系等の粘着剤を塗布したテープなどが好適に用いられる。保護テープ５を貼着する目的は、裏面研削の際に、半導体チップ３の表面に形成された電子回路がダメージを受けることを防止するためである。

研削装置１０によれば、表面１ａに貼着した保護テープ５を真空チャック式のチャックテーブル（保持手段）２０の水平な吸着面に吸着させてウェーハ１を保持し、２台の研削ユニット（粗研削用と仕上げ研削用）３０Ａ，３０Ｂによってウェーハ１の裏面１ｂに対し粗研削と仕上げ研削を順次行う。

以下、この研削装置１０の構成ならびに動作を説明する。
研削装置１０は直方体状の基台１１を有しており、ウェーハ１は、この基台１１上の所定箇所に着脱自在にセットされる供給カセット１２内に、保護テープ５が貼着された表面１ａ側を上にした状態で、複数が積層して収納される。その供給カセット１２から１枚のウェーハ１が搬送ロボット１３によって引き出され、そのウェーハ１は、反転されて裏面１ｂ側を上に向けた状態で位置決めテーブル１４上に載置され、ここで一定の位置に決められる。

基台１１上には、Ｒ方向に回転駆動されるターンテーブル２５が設けられており、さらにこのターンテーブル２５の外周部分には、複数（この場合、３つ）の円盤状のチャックテーブル２０が、周方向に等間隔をおいて配設されている。これらチャックテーブル２０は回転自在に支持されており、図示せぬ回転駆動機構によって一方向あるいは両方向に回転させられる。

位置決めテーブル１４上で位置決めがなされたウェーハ１は、供給アーム１５によって位置決めテーブル１４から取り上げられ、さらに、真空運転されている１つのチャックテーブル２０上に、研削される裏面１ｂを上にして同心状に載置される。チャックテーブル２０は、図３（ａ）に示すように、枠体２１の中央上部に、多孔質部材による円形の吸着部２２が形成されたもので、ウェーハ１は、この吸着部２２の水平な上面である吸着面２２ａに保護テープ５が合わせられ、かつ、裏面１ｂが上を向いて露出する状態に吸着、保持される。吸着面２２ａは、枠体２１の表面２１ａと同一面内に形成されている。

上記のようにしてチャックテーブル２０に保持されたウェーハ１は、ターンテーブル２５がＲ方向へ所定角度回転することにより、粗研削用研削ユニット３０Ａの下方の一次加工位置に送り込まれ、この位置で研削ユニット３０Ａにより裏面１ｂが粗研削される。次いでウェーハ１は、再度ターンテーブル２５がＲ方向へ所定角度回転することにより、仕上げ研削用研削ユニット３０Ｂの下方の二次加工位置に送り込まれ、この位置で研削ユニット３０Ｂにより裏面１ｂが仕上げ研削される。

基台１１の奥側の端部には、Ｘ方向に並ぶ２つのコラム１６Ａ，１６Ｂが立設されており、これらコラム１６Ａ，１６Ｂの前面に、各研削ユニット３０Ａ，３０Ｂが、それぞれＺ方向（鉛直方向）に昇降自在に設置されている。すなわち各コラム１６Ａ，１６Ｂの前面にはＺ方向に延びるガイド４１が設けられており、各研削ユニット３０Ａ，３０Ｂは、スライダ４２を介してガイド４１に摺動自在に装着されている。そして各研削ユニット３０Ａ，３０Ｂは、サーボモータ４３によって駆動されるボールねじ式の送り機構４４により、スライダ４２を介してＺ方向に昇降する。

仕上げ研削用の研削ユニット３０Ｂは、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング３１を有しており、このスピンドルハウジング３１内には、スピンドルモータ３３によって回転駆動されるスピンドルシャフト３２が支持されている。そしてこのスピンドルシャフト３２の下端には、フランジ３４を介して砥石ホイール３５が取り付けられている。

砥石ホイール３５は、環状のフレーム３６の下面に複数の砥石３７が配列されて固着されたものである。砥石３７の下面で形成される研削加工面は、スピンドルシャフト３２の軸方向に直交する平面に設定される。したがってその研削加工面は、チャックテーブル２０の吸着面２２ａと平行である。砥石３７は、例えば、ガラス質のボンド材中にダイヤモンド砥粒を混合して成形し、焼結したものが用いられる。

このような仕上げ研削用の研削ユニット３０Ｂと、粗研削用の研削ユニット３０Ａとは同一構成であり、すなわち研削ユニット３０Ａは、上記のスピンドルハウジング３１、スピンドルシャフト３２、スピンドルモータ３３、フランジ３４と、フレーム３６および砥石３７からなる砥石ホイール３５を有している。各研削ユニット３０Ａは，３０Ｂは、砥石ホイール３５の砥石３７が粗研削用と仕上げ研削用と異なることで、区別される。

粗研削用の研削ユニット３０Ａに取り付けられる砥石３７は、例えば♯３２０〜♯４００程度の比較的粗い砥粒を含むものが用いられる。また、仕上げ研削用の研削ユニット３０Ｂに取り付けられる砥石３７は、例えば♯２０００〜♯８０００程度の比較的細かい砥粒を含むものが用いられる。各研削ユニット３０Ａ，３０Ｂには、研削面の冷却や潤滑あるいは研削屑の排出のための研削水を供給する研削水供給機構（図示略）が設けられている。

砥石ホイール３５はスピンドルシャフト３２とともに一体回転し、回転する砥石３７の研削外径は、ウェーハ１の直径と同等程度に設定されている。また、ターンテーブル２５が所定角度回転して定められるウェーハ１が加工される位置は、砥石３７の下面である刃先がウェーハ１の回転中心を通過し、チャックテーブル２０が回転することによって自転するウェーハ１の裏面１ｂ全面が研削され得る位置に設定される。

ウェーハ１の裏面１ｂは、一次加工および二次加工の各加工位置において、各研削ユニット３０Ａ，３０Ｂにより研削される。ウェーハ１の裏面研削は、チャックテーブル２０が回転してウェーハ１を自転させ、送り機構４４によって研削ユニット３０Ａ（３０Ｂ）を下降させる研削送りの動作をしながら、回転する砥石ホイール３５の砥石３７を、ウェーハ１の露出している裏面１ｂに押し付けることによりなされる。裏面研削時には、各研削ユニット３０Ａ，３０Ｂから研削部分に向けて研削水が供給される。粗研削から仕上げ研削を経てウェーハ１は目的厚さまで薄化されるが、研削の途中および前後には、次のようにしてウェーハ１の厚さが測定される。

この研削装置１０では、図２に示すように、粗研削側においては接触式の第１厚さ測定器５０によってウェーハ１の厚さを測定し、仕上げ研削側においては本発明に係る非接触式の第２厚さ測定器６０によってウェーハ１の厚さを測定する。

粗研削側の第１厚さ測定器５０は、基台１１上における一次加工位置の近傍に配設されており、基準側ハイトゲージ５１と可動側ハイトゲージ５２との組み合わせで構成されている。各ハイトゲージ５１，５２はプローブ５１ａ，５２ａをそれぞれ備えており、基準側ハイトゲージ５１のプローブ５１ａはチャックテーブル２０の枠体２１の表面２１ａに接触し、可動側ハイトゲージ５２のプローブ５２ａは被研削物の表面（この場合、ウェーハ１の裏面１ｂ）に接触するように設定される。この第１厚さ測定器５０では、各プローブ５１ａ，５２ａの接触点の高さ位置を比較することにより、ウェーハ１の厚さが検出される。

一次加工位置に移動したウェーハ１に対して研削ユニット３０Ａにより粗研削を行う際には、実際に研削する前に、ウェーハ１の厚さを第１厚さ測定器５０によって測定し、その厚さが、予め設定されている各種加工条件の中の厚さと差異があるか否かを確認する。第１厚さ測定器５０で測定された厚さが設定厚さとほぼ同じであると確認されたら、ウェーハ１の上方で待機している研削ユニット３０Ａを高速で下降させる。

このような研削ユニット３０Ａの高速での下降は、砥石３７の刃先である下面がウェーハ１の被研削面（裏面１ｂ）に接触する直前の研削開始位置まで、例えば５ｍｍ／秒程度の速度で研削ユニット３０Ａを下降させる動作であり、研削に要する総合時間を短縮するために行われる。なお、第１厚さ測定器５０で測定されたウェーハ１の厚さが設定通りでなかった場合には、砥石３７がウェーハ１に接触せず、かつ、砥石３７がウェーハ１の直前まで下降するように、厚さ測定値に応じて高速での下降量を変更するなどの調整作業が行われる。

研削ユニット３０Ａの高速での下降がなされたら、研削送り速度（例えば４μｍ／秒程度）で研削ユニット３０Ａを研削送りしてエアカットを開始し、続いて、回転する砥石３７をウェーハ１の被研削面である裏面１ｂに押し付けて、裏面１ｂを研削していく。裏面研削中も、引き続き第１厚さ測定器５０によってウェーハ１の厚さを測定し、その測定値に基づいて、送り機構４４による研削ユニット３０Ａの送り量が制御される。粗研削では、仕上げ研削後のウェーハ１の目的厚さの例えば２０〜４０μｍ手前まで研削し、残りが仕上げ研削で研削される。第１厚さ測定器５０の測定値が粗研削での目的厚さに到達したら、研削ユニット３０Ａを待機位置まで上昇させて粗研削を終える。

次に、ウェーハ１は二次加工位置に送られて仕上げ研削されるが、仕上げ研削では、上記のようにウェーハ１の厚さは第２厚さ測定器６０によって測定される。第２厚さ測定器６０はレーザ光の干渉波を利用して厚さを測定する非接触式であり、本発明の厚さ測定方法を好適に実施し得るものである。

第２厚さ測定器６０は、図３に示すように、逆Ｌ字状を呈するフレーム６１と、このフレーム６１の先端に設けられたレーザヘッド部７０とを備えている。フレーム６１は中空円筒状であって、軸線が略鉛直方向（図１でＺ方向）に延びる円筒状のスタンド部６１ａと、このスタンド部６１ａの上端から略水平に二次加工位置の方向に延びるアーム部６１ｂとから構成されている。そしてアーム部６１ｂの先端に、軸線が略鉛直方向に延びる円筒状のレーザヘッド部７０がフレーム６１と一体的に形成されている。図４に示すようにレーザヘッド部７０も中空であり、その内部は、フレーム６１の内部と連通している。

図３（ｂ）に示すように、フレーム６１は、薄板状のブラケット６２を介して、基台１１に設けられたガイド６３に沿って昇降自在に取り付けられている。ブラケット６２は、図示せぬ昇降駆動機構によりガイド６３に沿って昇降駆動される。このブラケット６２上の、スタンド部６１ａとガイド６３への取付部との間には、モータ６４が固定されている。フレーム６１のスタンド部６１ａは、ブラケット６２の先端に軸受部材６５を介して軸回りに回転自在に支持されている。スタンド部６１ａの外周にはギヤ６１Ａが形成されており、このギヤ６１Ａとモータ６４の駆動軸にベルト６６が巻回されている。

モータ６４が駆動されると、その動力はベルト６６およびギヤ６１Ａを経てスタンド部６１ａに伝わり、これによって、レーザヘッド部７０は、略水平方向に旋回する。レーザヘッド部７０は、二次加工位置にあるウェーハ１の直上の測定位置と、チャックテーブル２０の外方であって、さらにターンテーブル２５よりも外方の退避位置との２位置を往復旋回するようになされている。また、レーザヘッド部７０は、ブラケット６２と一体に昇降する。

図４に示すように、レーザヘッド部７０の内部には、レーザ光Ｌを下方に向けて照射するレーザ光照射端部７１が、支持板７２に貫通した状態で、この支持板７２に支持されている。また、支持板７２の下方には、レーザヘッド部７０の先端開口を塞ぐガラス板７３が液密的に装着されている。レーザ光照射端部７１の下端面は、ガラス板７３の内面に当接した状態が保持されている。レーザヘッド部７０の先端を構成するガラス板７３のさらに下方は、レーザヘッド部７０と一体で下方に延びる円筒状のカバー７４によって空間７５が形成されている。

基台１１の内部には、レーザ光源を備えたレーザユニット８０が収容されており、レーザ光源で発振されたレーザ光Ｌが、光ファイバ８１に導かれてレーザ光照射端部７１から鉛直下方に向けて照射されるようになっている。また、レーザユニット８０内には、レーザ光照射端部７１から照射されたレーザ光Ｌがウェーハ１に反射して、レーザ光照射端部７１および光ファイバ８１を逆行する干渉波を受光するフォトダイオード（受光手段）も装備されている。なお、照射するレーザ光の光源としては、波長が０．８〜１．３μｍ程度のＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）などが好適に用いられる。

さらにレーザヘッド部７０の内部には、水（液体）Ｗをカバー７４の内部空間７５に供給する給水管（液体供給手段）７６が設けられている。給水管７６は、支持板７２とガラス板７３を貫通しており、これら支持板７２とガラス板７３によって支持されている。給水管７６の上端には、フレーム６１内に通された給水ホース９１が接続されている。給水ホース９１は基台１１内に導かれて、給水ポンプ等の給水源９０に接続されている。

以上の構成からなる第２厚さ測定器６０によれば、次のようにしてウェーハ１の厚さが測定される。まず、レーザヘッド部７０を、測定位置、すなわち二次加工位置にあるウェーハ１の直上に配置して保持する。それには、レーザヘッド部７０がウェーハ１よりも高い位置になるようにブラケット６２の上下位置を調整してから、モータ６４を駆動してアーム部６１ｂを二次加工位置の方向に旋回させ、レーザヘッド部７０を測定位置に配する。この場合のウェーハ１の厚さ測定ポイントは、図３（ｂ）に示すように外周縁に近い外周側とされる。次に、ブラケット６２を下降させて、図４に示すようにレーザヘッド部７０の下端面をウェーハ１の上面に近接させ、排水のための隙間７７を確保する。給水管７６からの給水量を少なくすることができる観点から、隙間７７はできるだけ小さい方が好ましい。

次いで、給水源９０から給水ホース９１を経て給水管７６より水Ｗを吐出し、カバー７４の内部空間７５を、水Ｗが充満して空気が混入せず、水Ｗで密封された状態に保持する。内部空間７５に供給された水Ｗは、レーザヘッド部７０とウェーハ１との間に空く隙間７７から排出される。隙間７７からの排水量を超える量の水を給水管７６から吐出させることにより、内部空間７５を水で満たすことができる。なお、給水管７６から水Ｗを出すタイミングは上記に限定されず、適宜なタイミングを選定すればよい。

次に、レーザユニット８０内のレーザ光源でレーザ光を発振し、レーザ光照射端部７１からレーザ光Ｌを照射させる。そのレーザ光Ｌは、ガラス板７３を透過し、さらに内部空間７５を満たしている水Ｗを透過してウェーハ１に到達する。ここで、ウェーハ１の厚さ測定には、ウェーハ１の上面（被研削面である裏面１ｂ）で反射した第１反射光と、ウェーハ１の内部を透過して、下面となっている表面１ａで反射した第２反射光との干渉波が利用される。これら反射光は、それぞれウェーハ１の上面と下面で反射してから相互に干渉し合い干渉波を発生させる。その干渉波は、レーザ光照射端部７１および光ファイバ８１を通過し、レーザユニット８０内のフォトダイオードで受光される。

フォトダイオードで受光された第１反射光と第２反射光との干渉波は、検波回路等を備えた図示せぬ制御部で波形が分析され、その波形に応じて電気信号等に数値化される。その数値はウェーハ１の厚さに応じたものであり、これによってウェーハ１の厚さが検出される。

以上が第２厚さ測定器６０によってウェーハ１の厚さを測定する原理であり、第２厚さ測定器６０によるウェーハ１の厚さ測定は、ウェーハ１が二次加工位置に送られてから、まずは仕上げ研削に先んじて行われる。すなわち、粗研削されたウェーハ１の厚さを再び測定するのであって、これは、粗研削位置でも行ったと同様に、ウェーハ１の厚さが、予め設定されている粗研削後の厚さと差異があるか否かを確認するために行われる。そして、第２厚さ測定器６０で測定された厚さが設定厚さとほぼ同じであると確認されたら、ウェーハ１の上方で待機している仕上げ研削用の研削ユニット３０Ｂに上記と同様の高速送り動作を実行させて、仕上げ用の砥石３７をウェーハ１の直前まで下降させる。

続いて研削ユニット３０Ｂを研削送りし、第２厚さ測定器６０でウェーハ１の厚さを測定しながらウェーハの裏面１ｂを研削する。第２厚さ測定器６０の測定値が仕上げ研削での目的厚さに到達したら、研削ユニット３０Ｂを待機位置まで上昇させて仕上げ研削を終える。

上記のように、ウェーハ１の裏面１ｂに対して粗研削と仕上げ研削を施してウェーハ１を目的厚さまで薄化したら、次のようにしてウェーハ１の回収に移る。まず、ターンテーブル２５がＲ方向へ所定角度回転して、ウェーハ１が、二次加工位置から着脱位置（供給アーム１５によってチャックテーブル２０上にウェーハ１が載置された位置）に戻される。この着脱位置でチャックテーブル２０の真空運転は停止され、次いでウェーハ１は、回収アーム１７によってスピンナ式洗浄装置１８に搬送される。ウェーハ１は、洗浄装置１８内で、非研削面に洗浄水が供給された後、窒素ガスや空気が吹き付けられて乾燥される。そしてウェーハ１は、搬送ロボット１３によって洗浄装置１８から回収カセット１９内に移送、収容される。ウェーハ１が取り去られたチャックテーブル２０は、ノズル２６から吐出される洗浄水によって研削屑等が除去される。

以上でウェーハ１は裏面１ｂが研削され、目的厚さに薄化される。薄化されたウェーハ１は、最終的には分割予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。二次加工位置へは、一次加工位置で粗研削されたウェーハ１が次々と送られ、それらウェーハ１は、第２厚さ測定器６０で厚さを測定されながら仕上げ研削されるが、一定数のウェーハ１の処理を終えたり、チャックテーブル２０やターンテーブル２５に対して定期的なメンテナンスを行う際などには、モータ６４を作動させてレーザヘッド部７０を退避位置に移動させておく。

さて、上記実施形態における第２厚さ測定器６０によれば、レーザヘッド部７０のレーザ光照射端部７１からウェーハ１までの間のレーザ光照射領域は、ガラス板７３と、カバー７４の内部空間７５を満たす水Ｗが存在するのみであり、媒介の境界（この場合、ガラス板７３と水Ｗの境界と、水Ｗとウェーハ１の上面との境界）は常に一定の状態に保たれる。また、内部空間７５を満たす水Ｗは正圧の状態であって、常に隙間７７から排水される状態となっている。ウェーハ１の裏面１ｂを研削している際には、各研削ユニット３０Ａ，３０Ｂから研削部分に研削水が供給され、その研削水は研削屑を含んでウェーハ１の上面である被研削面を流動して排水され、また、高速回転する砥石３７によって飛沫となるものもある。

ここで、給水管７６からカバー７４の内部空間７５に供給される水Ｗは、常に正圧の状態で隙間７７からウェーハ１の被研削面に排水されている。このため、被研削面を流動する研削水は内部空間７５からの排水に押しやられ、決してカバー７４内に侵入することがない。つまり、汚れた研削水がカバー７４の内部空間７５に入り込み、その研削水中をレーザ光Ｌが透過することはない。一方、研削水の飛沫はカバー７４に当たって内部空間７５には入り込まず、飛沫中をレーザ光Ｌが透過することはない。

したがって、レーザ光Ｌの照射状態が研削水によって乱されることがなく、レーザ光Ｌは常にガラス板７３と内部空間７５を満たす水Ｗのみを透過する。このため、レーザ光Ｌの屈折率が変動したり、レーザ光Ｌが照射領域を円滑に透過しないという不都合は起こらない。これによりレーザ光Ｌは常に一定の状態でウェーハ１に照射され、干渉波は安定し、結果として正確な厚さ測定値を得ることができる。

また、第２厚さ測定器６０はレーザ光Ｌの干渉波を利用した非接触式であるから、レーザ光Ｌが入射するウェーハ１の裏面１ｂの粗さや、ウェーハ１の厚さに特に制限されるものではない。例えば裏面１ｂの粗さが、例えばＲａ：０．１７〜０．２４であってＲｙ：１．２〜１．７程度といった比較的粗い場合でも、十分に厚さ測定は可能である。また、非接触式であることから、ウェーハ１に傷をつけることなく、抗折強度を低下させるといった不具合は発生しない。なお、粗研削時に用いられる第１厚さ測定器５０は、プローブ５１ａ，５２ａがウェーハ１の裏面１ｂに接触する接触式であり、抗折強度を低下させる傷がつくおそれがあるが、その傷は粗研削によるダメージより小さく、次の工程の仕上げ研削で消滅する。

なお、上記実施形態はウェーハ１の裏面１ｂを研削する研削装置１０の仕上げ研削側に、本発明に係る厚さ測定方法を実施し得る第２厚さ測定器６０を適用しているが、本発明は研削に限定されず、被加工物の厚さを測定しながら研磨する研磨装置等の他の加工装置にも適用することができる。

本発明の一実施形態に係る研削装置によって裏面研削される半導体ウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 一実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。 図２に示した研削装置の仕上げ研削用の研削ユニット、チャックテーブルおよび第２厚さ測定器を示す（ａ）側面図、（ｂ）斜視図である。 一実施形態に係る第２厚さ測定器の要部を示す断面図である。

符号の説明

１…半導体ウェーハ（基板）
１ａ…ウェーハの表面（一の面）
１ｂ…ウェーハの裏面（他の面）
３…半導体チップ
１０…研削装置（加工装置）
２０…チャックテーブル（保持手段）
３０Ａ，３０Ｂ…研削ユニット
７０…レーザヘッド部
７１…レーザ光照射端部
７４…カバー
７５…内部空間
７６…給水管（液体供給手段）
８０…レーザユニット
Ｌ…レーザ光
Ｗ…水（液体）

Claims (5)

1. 基板の一の面側を加工装置の保持手段に合わせて保持し、該基板の露出する他の面を加工するにあたり、加工中あるいは加工前後に、該基板の厚さを測定する方法であって、
   前記基板の他の面に向けて、該他の面と略直交する方向にレーザ光を照射するレーザ光照射手段のレーザ光照射端部を、基板に対向して配置し、
   該レーザ光照射端部と前記基板の他の面との間に形成される空間に液体を満たした状態で、レーザ光照射端部から基板に向けてレーザ光を照射し、
   該レーザ光の、基板の一の面からの反射光と、他の面からの反射光との干渉波を受光して、該干渉波の波形に基づいて基板の厚さを導き出すこと
   を特徴とする基板の厚さ測定方法。
2. 前記基板への加工が、研削または研磨であることを特徴とする請求項１に記載の基板の厚さ測定方法。
3. 基板の一の面側を加工装置の保持手段に合わせて保持し、該基板の露出する他の面を加工する加工装置において、
   前記保持手段に保持された基板の前記他の面に向けて、該他の面と略直交する方向にレーザ光を照射するレーザ光照射端部を備えたレーザヘッド部と、
   前記レーザ光照射端部から前記基板の前記他の面にわたる空間を囲繞して区画し、その内部に、前記レーザ光照射端部から照射するレーザ光が通される筒状のカバー部材と、
   該カバー部材の内部に液体を供給して、該内部を液体で満たす液体供給手段と、
   前記レーザ光照射手段から照射されたレーザ光の、前記基板の一の面からの反射光と、他の面からの反射光との干渉波を受光する受光手段と、
   該受光手段で受光された前記干渉波の波形を基板の厚さに変換する変換手段と
   を備えた厚さ測定手段を有することを特徴とする基板の加工装置。
4. 前記基板への加工が、研削または研磨であることを特徴とする請求項３に記載の基板の加工装置。
5. 前記厚さ測定手段の前記レーザヘッド部が、基板の厚さ測定位置と、前記保持手段の外方の退避位置との２位置を往復移動自在に支持されていることを特徴とする請求項３または４に記載の基板の加工装置。

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