(57)【要約】加工装置（１０）は、加工物（１４）から物質を除去するため移動可能に取り付けられた物質除去工具（１２）と、励起放射を使用して工具表面（３４）上のサンプル領域を照射するための手段（４２，５４）と、サンプル領域から放出したサンプル光を受信するための手段（４２，５４）と、受信したサンプル光のスペクトル解析を実行するためのスペクトル解析器（５４）と、サンプル光のスペクトル解析からサンプル領域の工具の状態を判定するための手段（６０）とを備える。加工装置（１０）の作動パラメータは判定した磨耗により調整される。実施例の適用はウェハのダイシング工具である。
2004530886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの状態基準を有する劣化性工具の状態を判定する装置であって、
励起放射を使用して工具表面上の第一サンプル領域を照射するための第一手段と、
前記第一サンプル領域から放出された第一サンプル光を受信するための第一手段と、
前記第一サンプル光のスペクトル解析を実行するためのスペクトル解析器と、
前記サンプル光の前記スペクトル解析により前記サンプル領域における前記工具の状態を判定するための手段とを備える装置。
【請求項２】
前記スペクトル解析器は、前記第一サンプル光のラマンスペクトル情報を提供するためのラマンスペクトル解析器である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ラマンスペクトル情報は、ラマンスペクトル線の強度、位置、偏光、幅のうちの少なくとも一つを含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
励起放射を使用して工具表面上の第二サンプル領域を照射するための第二手段と、
前記第二サンプル領域から放出された第二サンプル光を受信するための第二手段と、
前記第二サンプル光のスペクトル解析を実行するためのスペクトル解析器と
前記第二サンプル光の前記スペクトル解析により前記第二サンプル領域における前記工具の状態を判定するための手段とを更に備える請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記工具が移動し、かつその工具の表面に沿って前記サンプル領域が移動する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
規定の状態基準に達した場合に、警告信号を提供する手段を更に備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
劣化する工具の状態を判定する方法であって、
励起放射を使用して工具の表面の第一サンプル領域を照射する工程と、
前記第一サンプル領域から放出された第一サンプル光を受信する工程と、
受信した第一サンプル光のスペクトル解析する工程と、
前記第一サンプル光の前記スペクトルにより、前記第一サンプル領域における前記工具の状態を判定する工程とを備える方法。
【請求項８】
励起放射を使用して工具の表面の第二サンプル領域を照射する工程と、
第二サンプル領域から放出された第二サンプル光をスペクトル解析する工程と、
前記サンプル光の前記スペクトルにより前記サンプル領域における前記工具の状態を判定する工程とを更に備える請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、使用中に磨耗して劣化していく工具（以下「劣化性工具」とする）に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工物を機械的に加工するための装置は、しばしば、切削工具、またはラップ、研削、もしくは研磨工具等の摩削工具等の劣化性工具を使用して加工物から材料を除去する。一般的に工具の作用層は、加工物よりも硬いが、しかしながらその耐用年限を通じて劣化する。非最適作業状態は加工時間の増加、不必要な工具の急速な劣化、加工物の損傷を生じ、これらは全て経済的に望ましくない。特に超硬質物質の加工物は、非常に高価な工具を必要とする。実際の最適な作業状態は、工具の実際の劣化基準の状態しだいである。
【０００３】
米国特許第４７８６２２０号は、穿孔中にドリルと加工物との間で生じる電圧または電流を観測することにより、ドリルの工具の磨耗による不具合を検出するための切削工具磨耗監視装置を開示している。工具が摩滅すると、工具の磨耗による不具合が検出される。
【０００４】
米国特許第５９３４９７４号は、レーザ三角測量によって、半導体ウェハを研磨するための研磨パッドの磨耗を、そのまま（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）観測することを開示している。研磨工具は、工具の不均一な磨耗を補正するために調整される。
【０００５】
いずれの米国特許も、用途に特有な測定結果を用いる。そのため、更に、工具の劣化のより一般的な測定法の必要性がある。
現在、使用中に磨耗し、ある特定の分野の劣化性工具は、ダイを分割するために、使用中に磨耗するブレードを使用して、処理済みの半導体ウェハを切断（ダイシング）する。処理済の半導体ウェハは、行と列による長方形パターンの電子回路を備えるダイを有する。これらのダイは、単一のハウジング内にパッケージングするためにダイシングブレードにより分割される。典型的に、ブレードの厚さの幅は０．０１５ｍｍから１．３ｍｍである。ダイシングブレートは、担体材料中に典型的な研磨材としてダイヤモンドの粒子を備え、冷却し、削り屑を除去するために液体を用いてウェハを切断する。以下の３種類のダイシングブレードが商業的に利用可能である。
【０００６】
ダイヤモンド粒子が、真鍮、銅等の軟質金属内に融合されるか、或いは、治金学処理により組入れられる焼結ダイヤモンドブレード。
電気鍍金処理により生成されるニッケル結合材によりダイヤモンド粒子が保持される電着ダイヤモンドブレード。
【０００７】
均一なマトリックスを生成する樹脂結合材によりダイヤモンド粒子が保持される樹脂ダイヤモンドブレード。
シリコンウェハのダイシングでは、電着ダイヤモンドブレードおよび樹脂ダイヤモンドブレードが主流である。樹脂ダイヤモンドブレードは、切断処理により自動的にブレード自身が研がれるという利点がある。
【０００８】
処理の磨削の性質により、ダイシングブレードは磨耗する。消耗した、或いは損傷したダイシングブレードは、大きな粒子がダイの縁から離脱する際に、ダイに損傷を与える。ダイシングブレードの作動パラメータが、調整されることにより、高い処理量と、少ないダイの損傷の度合いと、合理的なブレードの磨耗との適切な妥協点が見いだされ、通常、一定の状態に置かれる。
【０００９】
通常、ダイシングブレードは、時間ごとに点検され、ある程度劣化した場合に交換されるか、または、規定数のウェハの切断後、若しくは規定作動時間の経過後に交換される。この概念は、人の手による点検による人件費や、不必要なブレード費や停止時間を意味する、ダイシングブレードの余りに早い交換によるダイの損害を防ぎ得る。
【００１０】
幾つかの手法が採られており、ブレードが消耗したと見なされるときを検出することにより、この妥協点が改善されてきた。この技術により検出可能な作動状態は、ウェハ基板によりブレード上に生じた負荷が、所定の値に到達した場合と、ブレードの先端が、作業表面から最小限の離間距離に達した場合とである。
【００１１】
米国特許第６０３３２８８号は、スピンドルモータ、ブレードを伴うスピンドル、所定の回転率によりスピンドルを駆動するスピンドルドライバー、スピンドルの回転率を判定するためのスピンドルモータに連結したセンサを有する、ダイシングデータを蓄積するための装置を開示している。コントローラは、基板によりブレード上に生じた負荷に対応してスピンドルドライバーを制御する。
【００１２】
米国特許第５７１８６１５号に基づき、半導体ウェハダイシングソーは、ウェハのダイシング処理中に、ブレードを保持するフランジからのブレードの露出を監視することにより制御される。システムは、ブレードの磨耗を判定するための高さセンサと、ウェハダイシング中にウェハに対するブレードの動作を監視するためのプロセッサとを使用して、フランジの間隔を測定し、更に、ブレードの先端が、作業表面から最小の離間距離に達した場合に、動作を停止する。
【００１３】
双方の概念ともに、ブレードが消耗した状態に関して不十分な精度を提供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は工具の劣化を測定するための装置及び方法を提供し、更に工具が摩滅したときを検出することを目的とする。更に本発明は、機械の加工パラメータが判定した工具の状態に基づいて制御される、劣化性工具を有する機械と、それに従う方法を提供することを目的とする。このような装置及び方法は、工具の耐用年数の延長と、加工物に対する損傷を減少することを可能にする。
【００１５】
物質を除去する工具の磨耗は、工具の物質を除去する表面、すなわち作業表面の光学的な特性の変化を伴う。本発明に基づき、光学的な特性の変化は、分光分析的に検出され得る。このような光学的な特性は、可視スペクトル域だけでなく、赤外線及び紫外線を含む電磁放射線の近傍スペクトル域により現れ得、更に検出され得る。
【００１６】
多くの物質を除去する工具は、幾つかの異なる幾何表面を含み得る、工具の作用層に構造を与える本体を有している。本体は工具を安定化する形状を提供し、作用層は加工物と相互作用し、特に硬質物質の粒子から構成されるか、又は、その粒子を含む。一般的に作用層として使用される物質は、窒化チタン（ＴｉＮ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）及びダイヤモンド等である。例えば、手術用ドリルは、外科用の品質のステンレス鋼、又は窒化チタンの薄層により覆われた炭素鋼により製造される。ダイヤモンドは、作用層物質を提供する担体材料内に埋設された、非常に小さい粒子の形状で使用される。担体材料は、小さいダイヤモンドより柔らかく、さらにおそらく、加工物材料よりも柔らかい。作業表面上のダイヤモンドの間にある担体材料は、部分的にダイヤモンドを埋設させた状態で、加工物材料を除去するためにダイヤモンドを同担体材料から突出させながら、該担体材料は加工物材料によって摩食される。このような工具は、石切のこ、及び半導体ウェハの背面の研磨装置等のために、幅広く使用される。
【００１７】
このような工具のため、磨耗は、本発明に基づく分光法により検出可能である、変質した作業表面の化学組成により示される。作業表面の化学元素が含まれる新規の工具と比較すると、使用中の工具には、更に、一定量の加工物からの化学元素の原子が含まれる。作用層が消耗した等、工具が磨滅した場合、工具本体の化学元素が作業表面に現れる。従って、工具の磨耗は、作業表面上の化学元素の比率により、更に作業表面の光学的な特性により、写像される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に基づいて、加工装置の工具の作業表面の光学的な特性は分光分析的に検出される。更に、工具の状態は、作業表面の光学的な特性により判定される。工具の状態は、少なくとも一つの目的の状態基準を備える。このような状態基準は、工具の磨耗、工具の張力、工具の温度等であり得る。状態基準は、各状態に対する状態の個別の基準値により定量化され得る。例えば、状態基準は、機能する工具と消耗した工具とを区別する良好／不良の値と単純に考えられるか、または工具の磨耗の程度を詳細に特定するための数字の範囲と考えられる。
【００１９】
更に、本発明に基づいて、加工装置の作業パラメータは、工具の状態に基づいて判定される。このような作業パラメータは、可動部分の速度を含み得る。更に、作業パラメータを選択することにより、工具の耐用年数を延長したり、工具の張力又は温度を低減したりすることが可能である。
【００２０】
本発明の適用範囲は非常に広く、様々な種類の加工装置、様々な種類の工具、様々な分光器、様々な工業分野における適用を示している特定の説明用の適用例により明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、加工物１４から物質を除去するために、移動可能に取り付けられた物質除去工具１２と、分光分析器１６を有する加工装置１０を概略的に示している。加工装置１０は、半導体業界において、本開示ではウェハ２０の、加工物１４を加工するために、使用されるウェハダイシング装置、つまり、ウェハ２０上の集積回路１８を、個別にパッケージされる単一のチップに分割するための装置である。物質除去工具１２は、薄い円形状のウェハ２０を長方形の単一のチップにダイシングするための、いわゆるダイシングホイール２２を備える。ダイシングホイール２２は軸２４に取り付けられる。ダイシングホイール２２は、ダイシングホイール２２の円周において、作用層２８に構造を与える本体２６を有する。作用層２８は、担体材料内に埋設されたダイヤモンド粒子から構成される。作用層２８の作業面３０は、ウェハをダイする、ダイシングホイール２２の物質除去表面部分である。ここで、作業表面３０は、ウェハ２０と磨削接触している異なる幾何学表面３２，３４，３６から構成される。例えば、加工装置１０は、固定ダイシングホイール２２と、規定の前進速度により、ウェハ２０を保持し、そのウェハダイシングの方向に沿って移動させる可動スライド（図示せず）とを有する。
【００２２】
分光分析器１６は、レンズ４６を備える３つの顕微鏡対物鏡４０，４２，４４を備える検出ヘッド３８から構成される。顕微鏡対物鏡４０，４２，４４は、それぞれ、光ファイバ４８，５０，５２に結合されている。顕微鏡対物鏡４０，４２，４４は、それぞれ、幾何学表面３２，３４，３６上にある作業表面３０の規定のサンプル領域を、光ファイバ４８，５０，５２に、光学的に観測し、写像する。ダイシングホイール２２が回転する際、サンプル領域は、幾何表面３２，３４，３６上の経路に沿って移動する。サンプル領域の領域の大きさは、顕微鏡対物鏡４０，４２，４４を調整することにより調整可能である。
【００２３】
検出ヘッド３８は、ダイシングホイール２２の劣化する先端の状態を判定するための測定ヘッドである。ダイシングホイール２２の幾何表面３４，３２，３６は、前面３４と、前面にほぼ直交する第一側面３２及び第二側面３４とを形成する。顕微鏡対物鏡４２，４０，４４は、サンプル領域の前面部、第一側面部、第二側面部にそれぞれ、工具表面上のサンプル領域に放射線照射を誘導するための誘導手段を形成し、更に、実質的に、サンプル領域から放出されるサンプル光を受信するためのサンプル手段を、形成する。検出ヘッド３８がダイシングホイール２２に適応されるため、サンプル領域の前面部、第一側面部、第二側面部は、それぞれ、ダイシングホイール２２の前面部、第一側面部、第二側面部上に存在する。顕微鏡対物鏡４２，４０，４４は、それぞれ、サンプル領域の前面部、第一側面部、第二側面部の光ファイバ５０，４８，５２に適応される。検出ヘッド３８は、部分同士が相互に容易に較正されるため、測定ヘッドが一体として、ダイシングホイール２２に対して調整され得るという目的のため、ブロック状の検出ヘッドを形成する。検出ヘッド３８は、光ファイバ５０，４８，５２を経由して照射放射線を受信し、更に、光ファイバ５０，４８，５２を経由してサンプル光を送信するために適応される。このようなブロック形状の測定ヘッドは、穿孔装置の操作性を非常に改善する。
【００２４】
分光分析器１６は、光ファイバ５６を経由してファイバセレクタ５８に連結されるラマン分光計５４から構成される。ファイバセレクタ５８は、選択的に、光ファイバ４８，５０，５２の一つと連結される。ファイバセレクタ５８は、スペクトル解析器に対して、選択したサンプル領域のサンプル光を選択的に供給するためのスイッチである。これは、複数の異なるサンプル領域に対して、一つのスペクトル解析器、本開示ではラマン分光計、を使用することを可能にし、従って顕著に装置の費用を低減する。ラマン分光計５４は、励起放射を使用して、工具の表面上の実際に選択したサンプル領域を照射するためのレーザから構成される。ラマン分光計５４はデータバス６２を経由してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６０に連結される。ＰＣ６０は制御ライン６４を経由してファイバセレクタ５８と連結される。
【００２５】
作動中、分光計と実際のサンプル領域の間の光学パスは、双方向で使用される。ラマン分光計５４内部のレーザから照射された光は、光ファイバ５６を通じ、ファイバセレクタ５８、光ファイバ４８，５０，５２に向かい、更に、実際の顕微鏡対物鏡４０，４２，４４を通じて、検査中のサンプル領域に対して供給される。この光は、励起放射を使用して工具表面３２，３４，４６上のサンプル領域を照射する。実際のサンプル領域から放出される光は、同じ顕微鏡対物鏡４０，４２，４４により集光され、光ファイバを通じてラマン分光計５４に供給される。ラマン分光計５４は、受信したサンプル光のスペクトル解析を実行し、ラマンスペクトルデータ等、検査中のサンプル領域のスペクトルデータを提供する。ＰＣ６０は、データバス６２を経由して、ラマン分光計５４を制御し、制御ライン６４を経由して、ファイバセレクタ５８を制御する。ラマン分光計５４は、データバス６２を経由して、スペクトルデータをＰＣ６０に送信する。ＰＣ６０は、スペクトルデータを評価し、それから検査中のサンプル領域における工具の状態を判定する。ＰＣ６０は、ファイバセレクタ５８を切り替えることにより、実質的に全てのサンプル領域を選択し、さらに全てのサンプル領域における工具の状態を判定する。それから、ＰＣ６０は、工具の全体の状態を判定する。工具の状態は、少なくとも一つの状態基準により限定され、更に、各状態基準に対するそれぞれの状態基準値により定量化され得る。ＰＣディスプレイはスペクトル、及び全てのサンプル領域において判定された工具の状態と、及び全体として判定された工具の状態とを示す。ラマン分光器５４は更に、検査中のサンプル領域を観測し得、視覚検査のためにスクリーン上に画像を表示し得るカメラを含む。
【００２６】
次に、ＰＣ６０は、工具の状態を使用することにより、加工装置１０の最適な加工パラメータを決定する。ＰＣ６０は加工装置１０を制御することにより、決定された最適な加工パラメータを作用させる。ここで、最適な加工パラメータは、スライドの前進速度と、ダイシングホイール２２の回転周期とを含む。ＰＣ６０は、規定の関数的な関係に基づいて、工具の全体的な状態を示している状態基準値から、加工機械１０の最適な加工パラメータを決定するようにプログラムされている。更に、ＰＣ６０は、所定の警告水準を越えた、幾何表面３２，３６上のサンプル領域間の工具の状態の差異を検出するようにプログラムされている。このような差異が検出された場合、ホイールとスライドの間の不整合エラーが考えられ、エラー処理が開始される。ＰＣディスプレイは、加工装置１０の判定した最適な加工パラメータを示し、更に、工具の状態基準値が所定の警告レベルを超えた場合、視覚的、聴覚的に知らせる。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に基づいて、劣化性工具の状態を判定する方法を示している。この方法は、励起放射を使用して工具表面上のサンプル領域を照射する工程１５２を含む。次に工程１５４において、サンプル領域から放出されたサンプル光が受信される。工程１５６において、受信されたサンプル光がスペクトル解析される。工程１５８において受信されたサンプル光のスペクトルから、サンプル領域の工具の状態が判定される。判定された工具の状態が表示されるか、または判定された工具の状態を用いて、その状態が不良である場合には、警告信号を提供し得る。励起放射サンプル領域からの放出が、少なくとも一つの状態基準に関して、工具の状態に顕著に依存するように、励起放射は、適切に選択される。このような依存性の例は以下に与えられる。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態に基づき、劣化性工具を有する機械を制御するための方法のフローダイヤグラム１６０を示している。工程１６２において、工具表面のサンプル領域は励起放射を使用して照射される。工程１６４において、励起の結果としてサンプル領域から放出されたサンプル光が受信される。受信されたサンプル光は、工程１６６において、スペクトル解析される。工程１６８において、受信したサンプル光のスペクトルにより、サンプル領域の工具の状態が判定される。ここで、この判定は、状態を示す値と所定値を比較することを含む。判定した値が所定値より劣る場合には、工程１７０において、警告が提供される。次に、警告の有無に関わらず、判定された工具の状態から機械の加工パラメータが決定される（工程１７２）。次に、工程１７４では、工具は、決定された加工パラメータを使用して作動される。更に、判定された工具の状態、及び決定された加工パラメータが表示される（工程１７６）。
【００２９】
好適には、工具の磨耗は、状態基準値を用いて定量化される状態基準であり、その状態基準値は、工具の耐用年数中に顕著に変化する。状態基準値の変化は、所定の関数に基づいて、受信した光のスペクトルにより評価される。他の所定の関数を用いて、工具の耐用年数を延長し、更に実際の状態、本開示では、工具の磨耗、に基づいて、加工物の損傷を最小化するように最適化される機械加工パラメータを決定する。両方の所定の関数は、一つの関数を生じるよう結合されるため、状態の規準値は明確に現れないが、しかしながら、工具の状態を判定することを含むことが理解される。
【００３０】
当業者は、全ての機械装置の計算および制御が、ＰＣ又は機械装置内部の集積マイクロプロセッサ等の単一のコンピュータにより実行され得ることを理解するであろう。これは、スペクトル解析の実行、状態基準値の計算、最適な加工パラメータの計算および機械装置の制御、加工適用プログラムの実行、等を含む。通常、分光計はコンピュータ制御であり、更にこのコンピュータは機械装置を制御する追加タスクを加えられ得る。
【００３１】
現在、多くの加工装置は、一定の標準速度で工具を作動させている。多くのダイシング及びソーイングの状況の評価によって、新しいソーイングホイール及びダイシングホイールは、加工物に対して、短期の間では標準速度より速い初期速度で有利に作動され、長期間にわたって標準速度で作動され、ホイールの耐用年数の限界では標準速度に比べて遅い速度で作動され得ることが示された。
【００３２】
ここで、ダイシングホイール２２の耐用年数中に、作用層２８が劣化し、従って作業表面３０はその状態が変化していく。作用層２８の担体材料は、小型ダイヤモンドより柔らかく、更にウェハ２０の加工物材料より柔らかい。作業表面３０上のダイヤモンドの間にある担体材料は、部分的にダイヤモンドを埋設させた状態で、加工物材料を除去するためにダイヤモンドを同担体材料から突出させながら、該担体材料は加工物材料によって摩食される。ダイヤモンドは、特定の大きさの分布を示し、作用層に不均一に分布する。使用中、さらに磨耗中に、担体材料内部に多少強固に固定され得る、ダイヤモンドが、担体材料から不均一に突出し得る。このような不均一性、並びにダイシングホイール２２の支持および不正確な位置決めのような加工装置１０の機械的な不完全さは、一回転中にダイシングホイール２２の円周全体の不均一な物質除去の原因となる。不均一な物質の除去は、ウェハ２０及びダイシングホイール２２の双方に損傷を引き起こす。ウェハ２０に対する損傷としては、突出したダイヤモンドよりもかなり大きいウェハ２０の破損片のようなウェハのチッピング、およびウェハの破損がある。ダイシングホイール２２に対する損傷は、突出したダイヤモンドよりもかなり大きい、作用層２８からの破損片を含む。ウェハ２０及びダイシングホイール２２のダイシングの軌道における温度の上昇による副次効果によっても、損傷が引き起こされ得る。
【００３３】
別の観点から、ダイシングホイール２２の状態は、磨耗中に変化する。このような状態は、実際の作業表面３０の状態基準の位置、厚さ、劣化、温度、作用層２８の微粒子による汚染、を含む。使用したダイシングホイールの変化後の状態は、典型的に切断効率に関して、新しいホイールの状態より悪化している。本発明に基づいて、ダイシングホイールの回転速度、及びホイールに関するウェハの直線移動の速度等、加工装置の加工パラメータは、劣化の実際の状況に対して最適化した値に設定される。切断の効率、ウェハ損傷のリスク、工具の耐用年数は、工具の実際の状態に対して加工装置の加工パラメータを調整することにより、大幅に改善され得る。
【００３４】
このような工具に対して、磨耗は、本発明に基づく分光法の手段により検出可能な、作業表面の変化した化学組成により示される。作業表面の化学元素を含む新しい工具と比較すると、使用されている工具は、加工物の化学元素による特定量の原子を含む。作用層が消耗する等、工具が摩滅した場合、工具本体の化学元素が、作業表面上に現れる。従って工具の磨耗は、作業表面上の化学元素の比率と、更に、作業表面の光学的な特性とにより写像される。
【００３５】
工具の状態は、温度、ストレス等の実際の負荷に依存する状態基準を含み得る。スペクトルにより示されるあらゆる状態基準は観測可能である。特に、ラマンスペクトル情報は、好適には、強度、位置、偏光、ラマンスペクトル線の幅の集合の少なくとも一つを含む。励起周波数からのラマンスペクトル線の距離は、表面物質の基板、又は化学組成、及びストレスに対する特性である。従って、作用層上のダイシングホイール担体材料の外観と同様に、既知の基板の微粒子による汚染は、ラマンスペクトル線の距離によって検出可能である。詳細には、ダイシングブレードの不十分な冷却によるダイヤモンドのダイシング物質の燃焼は、ラマンスペクトルにおいて、ダイヤモンドの信号と識別され得る、更なるグラファイトの信号の上昇を起こす。ラマンスペクトル線からの光の偏光は、工具に適用される機械的ストレスに依存する。従って、工具の重要な負荷は、偏光によって検出され得る。
【００３６】
図１において、検出ヘッド３８内にある３つの顕微鏡対物鏡４０，４２，４４の数は、それぞれ、３つの幾何表面３２，３４，４６上のサンプル領域を観測するために選択されてきた。サンプル領域の数は、幾何表面の数、又は他の適用の詳細により変化し得る。１つのサンプル領域と１つの集光要素とが十分であり得る。
【００３７】
図４は、図１の機械によるラマン測定６８のダイヤグラムを示している。即ち、新しいダイシングホイールのラマンスペクトル７０、及び耐用年数の終わりに近い使用中のダイシングホイールのラマンスペクトル８０である。ラマンスペクトル７０は、励起波長から観測波長のスペクトルの距離であるラマンシフトの関数として強度を示している。スペクトル７０は、ブロードの最大値７４とピーク線７６とを有する基線７２を示している。ピーク線７６は、ダイヤモンドの狭いラマンスペクトル線の特性である。ピーク線７６とブロードの最大値７４との間の強度の比率は、ダイシングホイールの表面における観測領域のダイヤモンド粒子の量の測定値となる。
【００３８】
ラマンスペクトル８０はラマンシフトの関数として強度を示している。スペクトル８０は、ブロードの最大値８４と、ダイヤモンドの特性のピーク線８６とを有する基線８２を示している。ダイシングホイールの表面に残されたダイヤモンド粒子が多くないため、ピーク線８６は、最大値が比較的小さい。更に、ピーク線８７，８８はともに基線８２から顕著に上昇したシリコンの特性である。これは、シリコン粒子によるダイシングホイール上の汚染を示している。ダイヤモンドの特性のピーク線８６の最大値とシリコンの特性のピーク線８７の最大値との比率は、ダイシングホイールの状態の測定値となる。
【００３９】
図５は、従来の分光器を採用した本発明の実施形態に基づく装置を採用したドリル機１００の概略図を示している。ドリル機１００は、加工物１０４に穿孔用のドリル１０２を有する。ドリル１０２は観測下にある劣化性工具である。更にドリル機１００は、ドリル１０２を回転させ、及びチャックで固定するドリルヘッド１０７を支持するドリルフレーム１０６を有する。ドリルフレーム１０６はドリル１０２と共に加工物１０４に対して往復移動する。ドリルフレーム１０６は、レーザダイオードユニット１０８と光検出器１１０とを搭載する。レーザダイオードユニット１０８はドリルの先端の表面上の観測領域１１２を照射する。好適には、ドリル１０２の先端は、観測領域１１２内を移動する。光検出器１１０は、観測領域１１２から放出された光を集め、受信する。光検出器１１０は受信した光のスペクトル解析を実行するためのフィルタ１１４を有する。ＰＣ１１６は、ダイオード制御１１８を経由してレーザダイオードユニット１０８を制御する。ＰＣ１１６は検出器供給１１９を経由して光検出器１１０からの信号を受信する。
【００４０】
ドリル１０２は硬質物質で被覆されている。ＰＣ１１６により制御され、レーザダイオードユニット１０８は適切な所定の励起周波数の励起光を使用して観測領域１１２を照射する。光検出器１１０は、観測領域１１２からのフィルタ済みの反射励起光を受信するが、迷光を抑制する。フィルタ１１４は、ドリル１０２の表面を被覆している硬質物質と、ドリル１０２の担体材料とにより選択される。励起光のため、ドリル１０２の表面を被覆する硬質物質は、高い反射係数を有し、ドリル１０２の担体材料は、低い反射係数を有する。ＰＣ１１６は光検出器１１０から受信した信号を所定の値と比較する比較器として作動する。表面の被覆が消耗された場合、光検出器１１０により受信される光、従って、ＰＣ１１６により受信される信号は顕著に減少し、ＰＣ１１６は警告信号を提供する。
【００４１】
本発明は、ダイシング、ソーイング、及び切断に限定されないだけではなく、研削、研磨を含む他の研磨機にも適用可能である。
図６は、本発明の実施形態に基づく、研磨機１２０を示している。研磨機１２０は、半導体ウェハを化学機械研磨するためのＣＭＰ機である。研磨機１２０は研磨パッドを搬送するベルト１２２から構成される劣化性工具を含む。更に、研磨機１２０は、研磨パッドに対してウェハを位置決めするウェハ搬送ヘッド１２４、ウェハ搬送ヘッド１２４の下のベルト１２２を支持する支持軸受１２６、ベルト１２２と研磨パッドとを動かすローラ１２８を含むベルト駆動系、及び駆動モータ１３４と駆動スピンドル１３６を含むセンサ駆動系１３２に取り付けられた光学ヘッド１３０から構成される。光ヘッド１３０はラマン分光計１３８の光ヘッドであり、光ファイバ１４０によりラマン分光計１３８に接続される。ＰＣ１４２はラマン分光計１３８と駆動モータ１３４とを制御する。
【００４２】
作動中、ベルト駆動システムは、研磨パッドが、ウェハ搬送ヘッド１２４に取り付けられたウェハの露出した表面を通過して摺動するようにベルトを回転させる。支持軸受１２６とウェハ搬送ヘッド１２６とは協働することにより、研磨パッドとウェハ表面との平行且つ均一な接触を維持する。ラマン分光計１３８は、光ファイバ１４０および光ヘッド１３０を介して、励起放射によって工具の表面上のサンプル領域１４３を照射するレーザを備える。サンプル領域１４３は、ベルト１２２の移動と、スピンドル１３６の駆動による光ヘッド１３０の移動とにより生じたジグザグ形状の経路１４４によりベルト１２２に沿って移動する。サンプル領域１４３から放出したラマン光は、光ヘッド１３０により集められ、更に光ファイバ１４０を経由してラマン分光計１３８に送信される。ＰＣ１４２は、スペクトルデータをＰＣ１４２に提供するラマン分光計１３８を制御する。ＰＣ１４２は、経路１４４に沿って移動するにつれ、サンプル領域１４３の工具の状態を判定し、ある状態基準により使用領域１４３の劣化を測定し、更に、ベルト１２２条のサンプル領域１４３の位置に応じて判定した状態を写像する。ＰＣのディスプレイは、異なる領域の工具の劣化を表示できる。工具の劣化が、ベルト表面を通じて非常に不均一に分布している場合、工具の劣化が所定の値に達した場合、警告メッセージが表示される。
【００４３】
当業者であれば、工具の状態を判定するために、比較器を採用することにより、より単純な機械装置で本発明を使用し得ることが分かる。このような単純な機械装置は、スペクトルの特性を観測し、更にその値を所定の値と比較することにより、単に工具の良好／不良を識別する。例として、通常の非ラマン分光計は、工具表面上のサンプル領域を照射するランプと、サンプル領域から放出されるサンプル光を受信するための光検出器と、受信したサンプル光のスペクトル解析を実行するためのスペクトルフィルタと、比較器とから構成される。比較器は、スペクトル的にフィルタ済みサンプル光からサンプル領域における工具の状態を判定する。工具の状態は、光検出器の信号が低い場合に良好であり、又は信号が所定の値より高い場合に不良である。適切なスペクトル的なフィルタを使用することにより、装置は、ホイール本体の材料が作用層の表面にあらわるときを検出し、更に工具が消耗したことの警告信号を提供する。
【００４４】
本発明は特定の構造、装置、方法に関して説明をしてきたが、当業者は本開示の記載に基づき、本発明がこのような実施例に単に限定されず、本発明の完全な範囲が請求請求の範囲により適切に判定されることを理解する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に基づく装置を採用する切断機の概略図。
【図２】本発明の実施形態に基づく方法のフローダイヤグラム。
【図３】本発明の別実施形態に基づく方法のフローダイヤグラム。
【図４】図１の機械による測定のダイヤグラム。
【図５】本発明の実施形態に基づく装置を採用するドリル機の概略図。
【図６】本発明の実施形態に基づく装置を採用する研磨機の概略図。
【符号の説明】
【００４６】
１０…加工装置、１２…工具、１４…加工物、１６…分析器、１８…回路、ウェハ２０…、２２…ダイシングホイール、２４…軸、２６…本体、２８…作用層、３０…作業表面、３２…幾何表面、３４…幾何表面、３６…幾何表面、３８…検出ヘッド、４０…顕微鏡対物鏡、４２…顕微鏡対物鏡、４４…顕微鏡対物鏡、４６…レンズ、４８…光ファイバ、５０…光ファイバ、５２…光ファイバ、５４…ラマン−分光器、５６…光ファイバ、５８…ファイバセレクタ、６０…ＰＣ、６２…データバス、６４…制御ライン、６８…ラマン測定、７０…ラマンスペクトル、７２…基線、７４…ブロードの最大、７６…ピーク線、８０…ラマンスペクトル、８２…基線、８４…ブロードの最大、８６…ピーク線、８８…ピーク線、８７…ピーク線の最大、１００…ドリル機、１０２…ドリル、穿孔される加工物１０４…、１０６…ドリルフレーム、１０８…レーザダイオードユニット、１１０…光検出器、１１２…観測領域、１１４…フィルタ、１１６…ＰＣ、１１８…ダイオード制御、１１９…検出器供給、１２０…研磨機、１２２…ベルト、１２４…ウェハ搬送ヘッド、１２６…支持軸受、１２８…ローラ、１３０…光ヘッド、１３２…センサ駆動システム、１３４…駆動モータ、１３６…駆動スピンドル、１３８…ラマン分光計、１４０…光ファイバ、１４２…ＰＣ、１４３…サンプル領域、１４４…経路、１５０…フローダイヤグラム、１５２…サンプル領域を照射、１５４…サンプル領域から光を受信、１５６…受信した光をスペクトル解析、１５８…スペクトルから状態を判定、１６０…フローダイヤグラム、１６２…サンプル領域を照射、１６４…サンプル領域から光を受信、１６６…受信した光をスペクトル解析、１６８…状況を判定、１７０…警告を提供、１７２…加工パラメータを判定、１７４…判定したパラメータにおいて機械を作動、１７６…状態と判定したパラメータを表示。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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