本发明涉及对卡盘工作台所保持的被加工物的厚度进行测量的厚度测量装置。
背景技术：
由交叉的多条分割预定线划分而在正面上形成有ic、lsi等多个器件的晶片在通过磨削装置对背面进行磨削而薄化之后，通过切割装置、激光加工装置而分割成各个器件芯片，分割得到的器件芯片被用于移动电话、个人计算机等电子设备。
对晶片的背面进行磨削的磨削装置大致包含：卡盘工作台，其对晶片进行保持；磨削单元，其以能够旋转的方式具有对该卡盘工作台所保持的晶片进行磨削的磨削磨轮；以及厚度测量单元，其对该卡盘工作台所保持的晶片的厚度进行测量，该磨削装置能够将晶片加工成期望的厚度。
关于该厚度测量单元，当使用使探测器与晶片的磨削面接触而对晶片的厚度进行测量的接触型的厚度测量单元时，有时会刮伤磨削面，因此使用非接触型的厚度测量单元，该非接触型的厚度测量单元求出从晶片的磨削面反射的光和透过晶片而从相反面反射的光的分光干涉波形，根据该分光干涉波形和理论上的波形函数实施波形解析，从而对厚度进行测量(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2012-021916号公报
根据上述专利文献1所记载的厚度测量单元，能够不刮伤晶片的正面而对晶片的厚度进行测量。这里，在根据分光干涉波形和波形函数实施波形解析而对厚度进行测量的情况下，需要对该分光干涉波形执行基于傅里叶变换理论等的波形解析而求出信号强度波形，根据该波形的峰值而得到通过晶片的正面和背面所形成的光路长度差即厚度信息。但是，随着晶片变薄，存在根据峰值而得到厚度信息时的精度降低的问题。另外，在构成被加工物的材质不同的情况下，分光干涉波形的波形形状按照每种材质而不同，难以实施适当的波形解析。特别是在由多种材质层叠的复合晶片的情况下，分光干涉波形是根据在各层反射而合成的返回光而形成的，因此产生难以对各个层的厚度进行检测的问题。
技术实现要素：
由此，本发明的目的在于提供能够容易且高精度地测量被加工物的厚度的厚度测量装置。
根据本发明，提供厚度测量装置，其具有对被加工物进行保持的卡盘工作台，对该卡盘工作台所保持的被加工物的厚度进行测量，其中，该厚度测量装置具有：光源，其发出白色光；聚光单元，其将该光源所发出的白色光会聚至该卡盘工作台所保持的被加工物；第一光路，其将该光源与该聚光单元连通；光分支部，其配设于该第一光路，将从该卡盘工作台所保持的被加工物反射的反射光分支至第二光路；衍射光栅，其配设于该第二光路；图像传感器，其对通过该衍射光栅而按照每个波长进行了分光的光的光强度信号进行检测；以及厚度输出单元，其根据该图像传感器所检测的光强度信号而生成分光干涉波形，根据该分光干涉波形而确定厚度并输出，该厚度输出单元包含：基准波形记录部，其将与多个厚度对应的分光干涉波形作为基准波形进行记录；以及厚度确定部，其对根据该图像传感器所检测的光强度信号而生成的分光干涉波形与该基准波形记录部所记录的基准波形进行对照，根据波形一致的基准波形而确定厚度，该基准波形记录部具有多个材质区分基准波形记录部，这些材质区分基准波形记录部根据构成被加工物的材质而记录基准波形。
优选该厚度输出单元的该厚度确定部对根据该图像传感器所检测的光强度信号而生成的分光干涉波形与该基准波形记录部所具有的多个该材质区分基准波形记录部所记录的基准波形进行对照，选定波形一致的基准波形所属的该材质区分基准波形记录部。优选该聚光单元具有使对被加工物会聚白色光的聚光位置变更的聚光位置变更单元，该厚度测量装置根据构成被加工物的两种以上的材质而测量厚度。
优选该被加工物是至少包含第一层和第二层而构成的复合晶片，或者该被加工物是至少包含第一层和第二层而构成并且第一层或第二层在平面方向上由两种以上的材质构成的复合晶片。优选该光源是sld光源、ase光源、超连续谱光源、led光源、卤素光源、氙气光源、汞光源、金属卤化物光源中的任意光源。
根据本发明，提供加工装置，其配设有上述的厚度测量装置。
根据本发明，能够根据构成被加工物的材质而高精度地测量厚度。另外，即使是由两层以上的构造构成的被加工物，也能够根据各层中的材质而分别精度良好地测量厚度。
根据本发明的加工装置，配设有上述厚度测量装置，从而能够一边根据构成被加工物的材质而高精度地测量厚度一边实施加工。另外，即使是由两层以上的构造构成的被加工物，也能够根据各层中的材质而分别精度良好地测量厚度。
附图说明
图1是配设有本发明实施方式的厚度测量装置的磨削装置的整体立体图。
图2是用于说明配设于图1的磨削装置的厚度测量装置的概略的框图。
图3是示出配设于图2所示的厚度测量装置的材质区分基准波形记录部的概略的概略图。
图4是示出通过图1所示的磨削装置实施的磨削工序的实施方式的局部放大立体图。
图5的(a)是示出根据图像传感器所检测的光强度信号而生成的分光干涉波形的一例的图，图5的(b)是示出对与图5的(a)所示的分光干涉波形一致的基准波形进行对照而确定厚度的方式的图。
图6是示出厚度测量装置的另一实施方式的框图。
图7的(a)是示出根据图6所示的厚度测量装置的图像传感器所检测的光强度信号而生成的分光干涉波形的一例的图，图7的(b)是示出对与图7的(a)所示的分光干涉波形一致的基准波形进行对照而分别确定复合晶片的各层的厚度的方式的图。
图8是示出厚度测量装置的又一实施方式的框图。
标号说明
1：磨削装置(加工装置)；3：磨削单元；4：主轴单元；5：磨削磨轮；7：卡盘工作台机构；71：卡盘工作台；8a、8b、8c：厚度测量装置；8a：第一光路；8b：第二光路；80：测量壳体；81a、81b、81c：聚光器；82：光源；83：光分支部；84、86：准直透镜；85：聚光透镜；87：衍射光栅；88：聚光透镜；89：图像传感器；10：晶片；10w：复合晶片；14：保护带；100：厚度输出单元；110：厚度确定部；112：对照部；120：基准波形记录部；122a～122l：材质区分基准波形记录部。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明实施方式的厚度测量装置进行详细说明。
在图1中示出具有本实施方式的厚度测量装置8a的磨削装置1的整体立体图以及作为通过本实施方式的厚度测量装置8a测量厚度的被加工物的晶片10。晶片10例如由ln(铌酸锂)基板构成。
图中所示的磨削装置1具有装置壳体2。该装置壳体2具有大致长方体形状的主部21以及设置于主部21的后端部且向上方延伸的直立壁22。在直立壁22的前表面上以能够沿上下方向移动的方式安装有作为磨削单元的磨削单元3。
磨削单元3具有移动基台31和安装于移动基台31的主轴单元4。移动基台31构成为以能够滑动的方式与配设于直立壁22的一对导轨卡合。在这样以能够滑动的方式安装于设置在直立壁22的一对该导轨上的移动基台31的前表面上，借助向前方突出的支承部而安装有作为磨削单元的主轴单元4。
主轴单元4具有：主轴壳体41；主轴42，其旋转自如地配设于主轴壳体41；以及作为驱动源的伺服电动机43，其用于对主轴42进行旋转驱动。作为以能够旋转的方式支承于主轴壳体41的主轴42，其一个端部(在图1中为下端部)从主轴壳体41的下端突出而配设，在下端部设置有磨轮安装座44。并且，在该磨轮安装座44的下表面上安装有磨削磨轮5。在该磨削磨轮5的下表面上配设有由多个区段构成的磨削磨具51。
磨削装置1具有使磨削单元3沿着该一对导轨在上下方向上移动的磨削单元进给机构6。该磨削单元进给机构6具有：外螺纹杆61，其配设于直立壁22的前侧，实质上铅垂地延伸；以及作为驱动源的脉冲电动机62，其用于使外螺纹杆61旋转驱动，该磨削单元进给机构6包含与设置于移动基台31的背面的外螺纹杆61螺合的未图示的轴承部件等。当该脉冲电动机62正转时，移动基台31即研磨单元3下降，当脉冲电动机62反转时，移动基台31即磨削单元3上升。
在上述装置壳体2的主部21配设有作为对晶片10进行保持的保持单元的卡盘工作台机构7。卡盘工作台机构7具有：卡盘工作台71；罩部件72，其覆盖卡盘工作台71的周围；以及波纹单元73、74，它们配设于罩部件72的前后。卡盘工作台71构成为使未图示的吸引单元进行动作而将晶片10吸引保持在卡盘工作台71的上表面(保持面)上。另外，卡盘工作台71构成为能够通过未图示的旋转驱动单元进行旋转，并且通过未图示的卡盘工作台移动单元而在图1所示的被加工物载置区域70a和与磨削磨轮5对置的磨削区域70b之间(沿箭头x所示的x轴方向)移动。
另外，上述的伺服电动机43、脉冲电动机62、未图示的卡盘工作台移动单元等通过未图示的控制单元进行控制。另外，晶片10在外周部形成有表示晶体取向的凹口，在晶片10的正面侧粘贴有作为保护部件的保护带14，该保护带14侧朝向下方而被保持于卡盘工作台71的上表面(保持面)上。
磨削装置1具有对卡盘工作台71所保持的晶片10的厚度进行测量的厚度测量装置8a。该厚度测量装置8a具有测量壳体80，如图所示，在构成装置壳体2的长方体形状的主部21的上表面上，厚度测量装置8a配设于卡盘工作台71在被加工物载置区域70a至磨削区域70b之间移动的路径中途的侧方，以能够移动的方式配设于卡盘工作台71在被加工物载置区域70a与磨削区域70b之间移动的区域，配置成能够从上方测量卡盘工作台71上所保持的晶片10的厚度。在该测量壳体80的前端部的下表面上具有作为对厚度测量用的白色光进行会聚而照射的聚光单元而配设的聚光器81a，该聚光器81a面对定位于正下方的卡盘工作台71。聚光器81a构成为能够通过未图示的驱动单元在图中箭头y所示的方向(y轴方向)上往复移动。另外，对于构成厚度测量装置8a的光学系统，参照图2进行更加详细的说明。
如图2所示，构成厚度测量装置8a的光学系统具有：光源82，其发出朝向卡盘工作台71照射的较宽的波长区域的白色光；光分支部83，其对来自光源82的光向第一光路8a引导，并且对在第一光路8a上逆行的反射光向第二光路8b引导；以及聚光器81a，其将第一光路8a上的光会聚至卡盘工作台71所保持的晶片10。本发明中所说的“发出白色光的光源”是指振荡出通常被称为可见光线的波长为400nm～800nm的光的光源。聚光器81a具有：准直透镜84，其将第一光路8a上的光形成为平行光；以及物镜85，其对通过准直透镜84形成为平行光的光进行会聚而向晶片10引导。
光源82例如可以使用振荡出包含白色光的光的卤素灯。但是，光源82并不限于上述的卤素灯。作为光源82，例如可以从能够发出白色光的通常已知的sld光源、ase光源、超连续谱光源、led光源、氙气光源、汞光源、金属卤化物光源等周知的光源中适当选择。光分支部83可以使用偏振波保持光纤耦合器、偏振波保持光纤环行器、单模光纤耦合器、单模光纤耦合器环行器等。另外，从光源82至光分支部83的路径、第一光路8a、以及第二光路8b的一部分由光纤构成。
在第二光路8b的路径上配设有准直透镜86、衍射光栅87、聚光透镜88以及图像传感器89。准直透镜86使在卡盘工作台71所保持的晶片10的上表面和下表面发生反射并在物镜85和准直透镜84以及第一光路8a中逆行而从光分支部83向第二光路8b引导的反射光形成为平行光。衍射光栅87对通过准直透镜86形成为平行光的上述反射光进行衍射，将与各波长对应的衍射光经由聚光透镜88而发送至图像传感器89。图像传感器89是呈直线状排列有受光元件的所谓的线图像传感器，对通过衍射光栅87衍射的反射光的每个波长的光的强度进行检测，并将光强度信号发送至厚度输出单元100。
厚度输出单元100由计算机构成，该厚度输出单元100具有(省略了详细情况的图示)：中央运算处理装置(cpu)，其按照控制程序进行运算处理；只读存储器(rom)，其对控制程序等进行保存；能够读写的随机存取存储器(ram)，其用于临时保存所检测的检测值、运算结果等；以及输入接口和输出接口。厚度输出单元100根据从图像传感器89发送的每个波长的光强度信号而生成分光干涉波形，该分光干涉波形暂时存储于ram中。厚度输出单元100还具有：厚度确定部110，其根据该分光干涉波形而确定晶片10的厚度；以及基准波形记录部120，其将与多个厚度对应的分光干涉波形作为基准波形进行记录。厚度确定部110具有对照部112，该对照部112对图像传感器89所检测的存储于ram的该分光干涉波形与基准波形记录部120所记录的基准波形进行对照，将厚度确定部110所确定的厚度信息适当地存储于ram或外部存储单元等，能够适当地输出至显示单元130。卡盘工作台71上具有对x、y坐标位置进行检测的位置检测单元75。由此，准确地确定聚光器81a所会聚的聚光位置。另外，本实施方式的厚度确定单元100可以由独立的计算机构成，但也可以在具有进行磨削装置1的控制的各种控制程序的未图示的控制单元内构成。
参照图3，对基准波形记录部120进行更加详细的说明。基准波形记录部120例如具有根据构成被加工物的材质而记录了基准波形的材质区分基准波形记录部122a～122l。在材质区分基准波形记录部122a中记录有si(硅)晶片的厚度(μm)，并且与厚度对应地记录有分光干涉波形的基准波形，该分光干涉波形的基准波形是在从厚度测量装置8a的聚光器81a对si晶片照射白色光的情况下根据图像传感器89所检测的光强度信号而生成的。同样地，在材质区分基准波形记录部122b中记录有ln(铌酸锂)晶片的厚度(μm)和分光干涉波形的基准波形，在材质区分基准波形记录部122c中记录有gan(氮化镓)晶片的厚度(μm)和分光干涉波形的基准波形，在材质区分基准波形记录部122d中记录有sio2(二氧化硅)晶片的厚度(μm)和分光干涉波形的基准波形。另外，上述的材质区分基准波形记录部122a～122d与由单一材质构成的晶片对应地记录基准波形，为了便于说明，省略了一部分的数据。
在基准波形记录部120中，除了上述的与单一材质对应地记录基准波形的材质区分基准波形记录部122a～122d以外，还可以具有设想了作为被加工物的晶片是通过两种以上的材质而具有多个层(第一层(上层)和第二层(下层))的复合晶片的情况的材质区分基准波形记录部122k、122l。
图3中的材质区分基准波形记录部122k将在第一层为a层(ln)、第二层为b层(sio2层)且从聚光器81a会聚而照射白色光的情况下所生成的分光干涉波形的基准波形记录在按照a层和b层的每个厚度形成的矩阵表中。该矩阵表按照横轴与a层的厚度(μm)对应、纵轴与b层的厚度(μm)对应的方式记录基准波形，根据该基准波形而能够分别确定a层和b层的厚度。另外，材质区分基准波形记录部122l将在第一层为c层(ln)、第二层为d层(gan)且与材质区分基准波形记录部122k同样地从聚光器81a照射白色光的情况下所生成的分光干涉波形的基准波形记录在按照c层和d层的每个厚度形成的矩阵表中。在图3中，示出与两个复合晶片相关的材质区分基准波形记录部122k、122l，但在基准波形记录部120中还可以进一步记录设想了由其他材质的层构成的复合晶片的情况下的材质区分基准波形记录部。另外，记录在基准波形记录部120中的基准波形能够作为基于计算机的运算的理论波形而求出。
本实施方式的磨削装置1和厚度测量装置8a具有大致上述那样的结构，以下对使用配设有上述厚度测量装置8a的磨削装置1一边测量晶片10的厚度一边将晶片10磨削成目标完工厚度的磨削加工的实施方式进行说明。
首先，在实施磨削加工时，操作者利用磨削装置1的操作面板设定晶片10的目标完工厚度。本实施方式中的晶片10的目标完工厚度为20μm。如图1所示，在晶片10的正面侧粘贴有保护带14，使保护带14侧朝下而载置于定位在被加工物载置区域70a的卡盘工作台71上。并且，通过使未图示的吸引单元进行动作而将晶片10吸引保持于卡盘工作台71上。若将晶片10吸引保持于卡盘工作台71上，则使未图示的移动单元进行动作而使卡盘工作台71从被加工物载置区域70a侧向x轴方向上的箭头x1所示的方向移动，定位于磨削区域70b，如图4所示，磨削磨轮5的多个磨削磨具51的外周缘被定位成通过卡盘工作台71的旋转中心。并且，使厚度测量装置8a向箭头x1所示的方向移动而定位于卡盘工作台71所保持的晶片10的上方的厚度测量位置。
若如上述那样将磨削磨轮5和卡盘工作台71所保持的晶片10设置成规定的位置关系并且将厚度测量装置8a定位于厚度测量位置，则对未图示的旋转驱动单元进行驱动而使卡盘工作台71向在图4中用箭头r1所示的方向例如以300rpm的旋转速度进行旋转，并且使磨削磨轮5向箭头r2所示的方向例如以6000rpm的旋转速度进行旋转。并且，对磨削单元进给机构6的脉冲电动机64进行正转驱动而使磨削磨轮5下降(磨削进给)，从而将多个磨削磨具51以规定的压力按压至晶片10。其结果是，对晶片10的被磨削面进行磨削(磨削工序)。
一边实施上述磨削工序一边通过厚度测量装置8a的厚度输出单元100在保持于卡盘工作台71的状态下对晶片10的厚度进行测量。更具体而言，将光源82所振荡出的白色光通过聚光器81a进行会聚而照射至晶片10，根据来自图像传感器89的光强度信号而生成图5的(a)所示的分光干涉波形w1，并记录在厚度输出单元100的ram中。若生成了分光干涉波形w1，则通过厚度确定部110的对照部112对存储于ram的分光干涉波形w1与基准波形记录部120的各材质区分基准波形记录部122a～122l的基准波形进行对照。其结果是，判定为波形和相位与分光干涉波形w1一致的基准波形wa属于图5的(b)所示的基准波形记录部120中的材质区分基准波形记录部122b，从而选定材质区分基准波形记录部122b。即，确认到晶片10由ln基板构成。
如上所述，在通过厚度确定部110判断为分光干涉波形w1的形状和属于材质基准波形记录部122b的基准波形wa一致的情况下，在材质区分基准波形记录部122b中，将与记录有该基准波形wa的位置对应的厚度(20μm)确定为晶片10的厚度，从厚度输出单元100输出至显示单元130，并且存储于ram中。这样从厚度输出单元100输出的晶片10的厚度被传送至磨削装置1的未图示的控制单元，对是否达到晶片10的目标完工厚度(20μm)进行判定，在如上述那样判定为达到目标厚度的情况下，能够结束磨削工序。
在上述实施方式中，示出了使用具有将从光源82射出的白色光会聚至规定的位置的聚光器81a的厚度测量装置8a对由单一材质(ln)构成的晶片10的厚度进行测量的例子，但本发明不限于此。根据本发明，可以具有能够适当使对卡盘工作台71上的被加工物会聚白色光的聚光位置变更的聚光位置变更单元，能够分别输出通过两种以上的材质而形成有第一层(a层)和第二层(b层)的复合晶片10w的各层的厚度。参照图6、图7，对具有聚光位置变更单元的厚度测量装置8b进行更具体的说明。另外，在图6所示的厚度测量装置8b中，省略了对于与上述厚度测量装置8a相同的结构的说明。
图6所示的厚度测量装置8b在第一光路8a上具有光开关90，该光开关90为了根据来自厚度输出单元100的指示信号使通过第一光路8a而传送的白色光的聚光位置变更，将该白色光分支至第一分支路径8a-1、第二分支路径8a-2、第三分支路径8a-3中的任意分支路径。并且，通过光开关90分支的白色光被向具有与各分支路径对应的准直透镜84、聚光透镜85的聚光器81b引导。这里，例如通过光开关90将白色光向第一分支路径8a-1引导，通过聚光器81b进行会聚，会聚至复合晶片10w的聚光位置a1而形成反射光，根据此时图像传感器89所检测的光强度信号而生成图7的(a)所示的分光干涉波形w2。
若生成了图7的(a)所示的分光干涉波形w2，则记录在厚度输出单元100的ram中。若这样生成了分光干涉波形w2，则通过厚度确定部110的对照部112对存储于ram的分光干涉波形w2和基准波形记录部120的各材质区分基准波形记录部122a～122l的基准波形进行对照。其结果是，发现波形和相位与分光干涉波形w2一致的基准波形wb属于图7的(b)所示的基准波形记录部120中的材质区分基准波形记录部122k，从而选定材质区分基准波形记录部122k。即，确认到晶片10w的第一层由a层(ln)构成，第二层由b层(sio2)构成。
在如上述那样判定为在厚度输出单元100中所检测的分光干涉波形w2的形状与记录在材质基准波形记录部122k的基准波形wb一致的情况下，在材质区分基准波形记录部122k中，确定与记录有该基准波形wb的位置对应的第一层为ln且其厚度为4.00μm，另外确定第二层为sio2且其厚度为0.27μm，从厚度输出单元100输出而显示于显示单元130，并且存储于ram中。
另外，通过上述光开关90能够将在第一光路8a通过的白色光的路径切换成第二分支路径8a-2、第三分支路径8a-3，能够分别确定并输出所对应的聚光位置a2、聚光位置a3处的第一层、第二层的厚度。这里，即使在聚光位置a1、a2、a3处的晶片10w的第二层(下层)由不同的材质构成的情况下(例如聚光位置a1的位置处的第二层为sio2、聚光位置a2的位置处的第二层为gan的情况下)，由于具有材质区分基准波形122k和材质区分基准波形122l，从而也能够按照每个聚光位置区分材质而测量各层的厚度。
根据本发明，不限于上述的厚度测量装置8a、厚度测量装置8b，可提供其他实施方式。参照图8对具有使对被加工物会聚白色光的聚光位置适当变更的其他聚光位置变更单元的厚度测量装置8c进行说明。另外，省略了对于与图2所示的厚度测量装置8a相同的结构的说明。
在图8所示的厚度测量装置8c中，通过第一光路8a而传送的白色光通过准直透镜84而成为平行光，通过反射镜92而变更光路，并向通过来自厚度输出单元100的控制信号进行控制的电流镜94引导。通过电流镜94将光路变更为期望的位置的白色光向fθ透镜96引导，从而向卡盘工作台71上的晶片10引导，适当变更聚光位置而使白色光会聚至期望的聚光位置。在卡盘工作台71所保持的晶片10的该聚光位置发生了反射的反射光向图像传感器89引导而形成分光干涉波形。并且，该聚光位置处的晶片10的厚度通过上述的步骤进行确定并输出。
在上述实施方式中，说明了在实施基于图4进行说明的磨削工序的状态下对晶片10或复合晶片10w的厚度进行测量的情况，但本发明不限于此，可以在实施磨削工序之前或实施磨削工序之后将卡盘工作台71定位于被加工物载置区域70a与磨削区域70b之间而实施上述的厚度的测量。
在上述实施方式中，示出厚度测量装置8a～8c配设于磨削装置1的例子，但本发明不限于此，只要是对作为被加工物的晶片10进行加工的加工装置，则可以应用于研磨装置、激光加工装置、切割装置等任何的加工装置。
另外，在上述实施方式中，示出将本发明的厚度测量装置8a～8c配设于对被加工物进行加工的加工装置的例子，但本发明不限于此，也可以是与加工装置分开的独立的厚度测量装置。