JP2009016437A - 半導体ウエハの欠陥位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッチより小さい微細な欠けやパターンから外れたウエハ外周領域の割れなどの欠陥を精度よく検出することができる半導体ウエハの欠陥位置検出方法を提供する。
【解決手段】半導体ウエハの外周形状を第１検出手段で検出し、第１検出手段の検出結果に基づいてウエハの中心位置を求める。また、ウエハ面からの反射光を第２検出手段で受光し、第２検出手段の検出結果に基づいて位置決め部位を検出し、当該位置決め部位の位置を求める。さらに、第２検出手段の検出結果に基づいて欠陥を検出し、当該欠陥の位置を求める。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエハの外周部に発生した欠けや割れなどの欠陥の発生位置を検出する半導体ウエハの欠陥位置検出方法に関する。

半導体ウエハの中心位置を検出する方法としては、ウエハ周縁を挟んで対向配備した投光器と受光器からなる光透過式の検出手段を利用してウエハ周縁に備えられた位置決め部位であるノッチやオリエーテーションフラットなどの位置決め部位を検出し、その位置検出に基づいてウエハ中心位置を得る光透過式の検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、半導体ウエハ面に光を照射し、その反射光を撮像カメラで受光し、その画像データに基づいてのノッチの位置を決定する光反射式の検出方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−２７９５４７号公報 特開２００３−２５８０６２号公報

しかしながら、光透過式の検出方法においては、半導体ウエハのパターン形成面に保護テープが貼り付けられていると、前工程においてノッチに重なる保護テープ部分に金属膜が蒸着されたり、ダストが付着したりして、ノッチ部分での光透過性が低下し、正確にノッチを検出できない。

また、光反射式の検出方法においては、半導体ウエハ面の性状によって照射光が乱反射してノッチ部分の画像がぼけてしまい、正確な検出が困難となる。特に、従来の方法では、撮像した画像データは、半導体ウエハの部分が黒く、他の部分が白い濃淡で表示されている。

したがって、ノッチより小さい微細な欠けやウエハ面の割れなどの欠陥を検出することができないといった問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ノッチより小さい微細な欠けや半導体ウエハ面の割れなどの欠陥を精度よく検出することができる半導体ウエハの欠陥位置検出方法を提供することを主たる目的としている。

発明者等は、半導体ウエハのノッチと同様にパターン面から外れた外周領域にある微細な欠けや割れなどの欠陥を精度よく検出するために検出実験を繰り返して鋭意検討した結果、以下の知見を得ることができた。

光反射式や光透過式の検出方法で予めノッチを検出した後に、再び反射式の検出方法で半導体ウエハの外周部の撮像データを取得する。このとき、半導体ウエハ面に対して光を垂直に照射光し、その面で全反射させて照射光と同一光路を戻し、その反射光をＣＣＤカメラなどの撮像カメラに導いて検出することにより、従来とは正反対に半導体ウエハの正常な状態の部分を白色で強調表示し、欠けや割れなどの欠陥および半導体ウエハ以外の外周領域を黒く表示することができた。すなわち、検出することのできなかった半導体ウエハ外周の微細な欠けやウエハ面の割れを鮮明に表示させて検出することができ、ひいてはそれら欠陥の位置を求めることができた。

この発明は、上記目的を達成するために次のような手段をとる。

すなわち、第１の発明は、半導体ウエハの外周形状を第１検出手段で検出する過程と、
半導体ウエハの外周形状を第１検出手段で検出する過程と、
前記第１検出手段の検出結果に基づいて半導体ウエハの中心位置を求める過程と、
半導体ウエハ面からの反射光を第２検出手段で受光する過程と、
前記第２検出手段の検出結果に基づいて位置決め部位を検出し、当該位置決め部位の位置を求める過程と、
前記第２検出手段の検出結果に基づいて欠陥を検出し、当該欠陥の位置を求める過程と
を備えたことを特徴とする。

（作用・効果） この方法によれば、先ず、半導体ウエハ（以下、適宜「ウエハ」）という）の外周形状を第１検出手段で検出し、ウエハの外周に備えられたノッチやオリエーテーションフラットなどの位置決め部位の位置を検出し、その検出結果に基づいて半導体ウエハの中心位置を求める。この場合、第１検出手段としては、光透過式あるいは光反射式のいずれを利用してもよい。

次に、ウエハのパターン形成面またはその裏面からの反射光を第２検出手段で受光し、ウエハ外周の位置決め部位を検出して当該位置決め部位の位置を求めるとともに、第２検出手段の検出結果に基づいて欠陥を検出して当該欠陥の位置を求める。

このようにして求められた位置情報をメモリなどに記憶することで、以降の処理工程における半導体ウエハを処理ステージ上に装填する際の位置合わせや向き設定の情報として利用することができる。

第２の発明は、第１の発明方法において、
反射光を受光する過程は、半導体ウエハに対して垂直に光を照射し、半導体ウエハ面から垂直に反射して戻る反射光を当該光路上に配備した光学部材で撮像手段に導いて検出することを特徴とする。

（作用・効果） この方法によれば、半導体ウエハに対して垂直に光を照射することで、ウエハ面の性状にかかわらず乱反射を抑制することができ、照射面の微細な割れなどを精度よく検出することが可能となる。

第３の発明は、第１または第２の発明方法において、
前記欠陥の位置は、前記位置決め部位を基準位置とし、当該基準位置から半導体ウエハ周方向へのズレ量として求めることを特徴とする。

（作用・効果） この方法によれば、ウエハ周縁に発生している欠けや割れを、ノッチやオリエーテーションフラットなどの位置決め部位からウエハ周方向へのズレ量として精度よく求めることができる。

第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明方法において、
前記欠陥の位置情報に基づいて、前記半導体ウエハへの粘着テープの貼付け方向を決定する決定することを特徴とする。

（作用・効果） この方法によれば、半導体ウエハに沿って貼付けローラを転動移動させて粘着テープを貼付ける際に、貼付けローラの押圧力およびその移動によって欠陥から割れなどが進行しない方向に粘着テープを貼り付けてゆくことが可能となる。

第５の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明方法において、
前記半導体ウエハは、パターン形成面に保護テープが貼り付けられており、
前記欠陥の位置情報に基づいて、前記保護テープの剥離方向を決定することを特徴とする。

（作用・効果） この方法によれば、半導体ウエハに沿って剥離ローラやエッジ部材を転動移動させて保護テープを剥離する際に、剥離ローラなどの押圧力およびその移動によって欠陥から割れなどが進行しない方向に保護テープを剥離することが可能となる。

第６の発明は、第１ないし第５のいずれかの発明方法において、
前記半導体ウエハの欠陥の位置情報を次工程に送ることを特徴とする。

（作用・効果） この方法によれば、半導体ウエハの欠陥の位置情報を次工程で利用することにより、割れが進行しないように取り扱うことが可能となる。

以上のように本発明の半導体ウエハの欠陥位置検出方法によれば、位置決め部位であるノッチより小さい微細な欠けやウエハ面の割れなどの欠陥を精度よく検出することができ、欠けや割れなどの欠陥による影響を回避して以降の各種処理を行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図１に、半導体ウエハの位置決めに用いられるアライナの要部斜視図、図２にその連係図がそれぞれ示されている。また、図５に、処理される半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗの裏面側から見た斜視図が、図６に、ウエハＷの一部の断面図が示されている。

図５および図６に示すように、ウエハＷは、回路パターンの形成された表面に保護テープＰＴが貼り付けられている。この状態で裏面を研削して薄型加工が施された後に、その裏面に金属層Ｍが蒸着されたものである。したがって、ウエハＷの外周に位置決め部位として形成されたノッチＫの部分で露出した保護テープＰＴの裏面にも金属層Ｍが蒸着されている。

図１および図２に示すように、アライナには、パルスモータなどの回転駆動機構２によって縦軸心Ｐ周りに回転可能される。また、Ｘ軸駆動機構３、および、Ｙ軸駆動機構４によって互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に水平移動可能なアライナステージ１が備えられ、保護テープＰＴで保護された表面を上向きにして搬入されたウエハＷがアライナステージ１に載置されて吸着保持されるようになっている。

アライナステージ１の周方向における所定位置に、第１検出手段として光透過型式の周縁測定機構５が配置されるとともに、他の所定位置に、第２検出手段として光反射式の欠陥検出機構６が配置されている。

周縁測定機構５は、ウエハに上方から光を照射する光源７と、ウエハＷの下方において光源７に対向する受光センサ８とから構成されている。受光センサ８は、多数の受光素子をウエハＷの半径方向に直線状に配置したＣＣＤラインセンサが利用されている。この受光センサ８での検出データは、マイコン利用のコントローラ９に入力されるようになっている。

欠陥検出機構６は、図中下方から上方に向けてウエハ裏面に対して垂直に光を照射する光源１０、この光源１０からの光をウエハ裏面で垂直に全反射させて照射光と同一光路に戻し、この反射光を直角の図中の左向きに変更する偏光ビームスプリッタ１１、偏光ビームスプリッタ１１から横向きに案内された反射光を受けるＣＣＤカメラ１２によって構成されている。ＣＣＤカメラ１２で撮影された画像データは、コントローラ９内のメモリなどの記憶手段に記憶されるようになっている。

アライナは以上のように構成されており、これを用いたウエハＷの位置合わせ処理と欠陥検出処理を図３および図４のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ウエハＷがロボットアームなどの適宜ハンドリング手段によって搬入されて、保護テープＰＴが貼り付けられた表面を上向きにしてアライナステージ１に載置される。載置されたウエハＷは、真空吸着によって保持される（ステップＳ０１）。

次に、アライナステージ１が回転駆動機構２によって所定の速度で所定の方向に１回転される（ステップＳ０２）。同時に周縁測定機構５の受光センサ（ＣＣＤラインセンサ）８による外周端の検出が行われ、各回転位相での外周端位置が計測されて記憶される（ステップＳ０３）。

コントローラ９は、記憶された計測データに基づいてウエハＷの中心位置がＸＹ座標上の座標位置（中心座標）として算出される（ステップＳ０４）。

算出されたウエハＷの中心座標とアライナステージ１の中心に対する偏差がＸＹ補正移動量として算出される（ステップＳ０５）。この補正移動量は、コントローラ９内のメモリなどの記憶手段に記憶される（ステップＳ０６）。

次に、アライナステージ１が所定の速度で回転される（ステップＳ０７）。このとき、光源１０からウエハ外周部分が裏面（下面）に向けて光が照射されるとともに、ウエハ裏面で全反射して照射光と同一光路を戻る反射光をＣＣＤカメラ１２によって連続的に撮像され、取得された撮像データがコントローラ９内のメモリなどに記憶される（ステップＳ０８）。コントローラ９の演算処理部が、取得された撮像データに基づいてノッチ位置算出処理（ステップＳ１０）、ウエハ欠け位置算出処理（ステップＳ２０）、および、ウエハ割れ位置算出処理（ステップＳ３０）を並行して実行する。以下に各演算処理について図４のフローチャートに基づいて説明する。

〔ノッチ位置算出処理（ステップＳ１０）〕
ＣＣＤカメラ１２の連続撮像によって得られた画像からノッチＫと思われる候補が、面積比較によって一致する部分が選択される（ステップＳ１１）。このとき利用される画像は、光源１０から照射された光がウエハ裏面で反射して戻る反射光の略全量を受光して得られたものなので、ウエハ裏面の正常状態の部分は白く強調され、それ以外のウエハ外周端のノッチ、欠け、割れ、およびウエハ外周領域については黒く現れる。

次いで、撮像位置からノッチ候補の位置までのズレ量（回転角度）が算出される（ステップＳ１２）。この算出結果に基づいて、ノッチ候補が撮像位置にくるようにアライナステージ１がズレ量だけ回転制御される（ステップＳ１３）。

撮像位置にノッチ候補が位置合せされると、ノッチ候補が再度撮像され（ステップＳ１４）、予め登録されているノッチ形状とパターンマッチングなどによって比較され、ノッチＫであるか否かが判別される（ステップＳ１５）。

ノッチＫであると判別されると、その位置の座標が算出される（ステップＳ１６）。この座標データに基づいて、ノッチＫを予め設定した基準位置（回転位相）に移動させるための補正移動量θが算出され（ステップＳ１７）、コントローラ９内のメモリなどに記憶される（ステップＳ１８）。

〔ウエハ欠け位置算出処理（ステップＳ２０）〕
ＣＣＤカメラ１２の連続撮像によって得られた画像から欠けと思われる候補が、面積比較によって一致する部分が選択される（ステップＳ２１）。

次いで、撮像位置から欠け候補の位置までのズレ量（回転角度）が算出され（ステップＳ２２）。この算出結果に基づいて、欠け候補が撮像位置にくるようにアライナステージ１がズレ量だけ回転制御される（ステップＳ２３）。

撮像位置に欠け候補が位置合せされると欠け候補が再度撮像され（ステップＳ２４）、予め登録されているノッチ形状とパターンマッチングなどによって比較され、マッチングの有無によって欠けであるか否かが判別される（ステップＳ２５）。

欠けと判別されると、その位置の座標が算出され（ステップＳ２６）、コントローラ９内のメモリなどに記憶される（ステップＳ２７）。

〔ウエハ割れ位置算出処理（ステップＳ３０）〕
ＣＣＤカメラ１２の連続撮像によって得られた画像から濃淡の変化によってウエハ割れが選択される（ステップＳ３１）。このとき利用される画像は、光源１０から照射された光がウエハ裏面で反射して戻る反射光の略全量を受光して得られたものなので、ウエハ裏面の正常状態の部分は白く強調され、それ以外のウエハ外周端のノッチ、欠け、割れ、およびウエハ外周領域については黒く現れる。すなわち、ウエハ裏面の性状に起因する乱反射の影響を除去し、白色表示されるウエハ裏面の画像上に微細な割れが鮮明に表示される。

ウエハの割れの存在が判別されると、割れの長さおよびその座標位置が算出され（ステップＳ３２）、コントローラ９内のメモリなどに記憶される（ステップＳ３３）。

以上の各処理が終了すると、ウエハ位置合わせ処理と検出情報の伝達処理が行われる。

ウエハ位置合わせ処理工程では、メモリなどに記憶されたＸＹ補正移動量に基づいてアライナステージ１が図１に示すＸ−Ｙ平面上で水平移動されるとともに、θ補正移動量に基づいてアライナステージ１が回転移動されて、ウエハＷは中心位置が基準位置にあって、ノッチＫが基準回転位相に向いた所定の姿勢に補正される（ステップＳ４１）。その後、ウエハＷは、アライナステージ１から搬出されて次工程に搬送される（ステップＳ４２）。

検出情報の伝達処理工程では、ノッチ位置、ウエハ欠け位置、および、ウエハ割れ位置の検出情報が以降の各処理工程の各コントローラなどにネットワークや記録媒体を介して伝達されたり、各位置情報が記録された２次元または３次元にコード化したラベルなどがウエハＷに貼り付けられたりする（ステップＳ５１）。

ウエハＷに欠けや割れが発生して、これが検出された場合の処理の一例を以下に例示する。

バックグラインド処理の済んだウエハＷをリングフレームｆにダイシングテープＤＴを介して貼付け保持して図７に示すようなマウントフレームＭＦを製作する場合、前工程で得られて伝達された各位置情報が利用される。

パターン外周の領域に欠けや割れが検出されたウエハＷに対して欠けなどの位置情報が各工程のコントローラによって読み出され、欠けや割れなどのない部分をテープ貼付け方向として設定する。例えば、テープ貼付け終端側に欠けや割れが位置するようにテープ貼付け方向（貼付けローラの移動方向）を設定する。つまり、欠けの大きさを比較し、大きいもの貼付終端位置に優先して設定したり、割れの長手方向に沿うようにテープ貼付け方向を設定したりする。このようにテープ貼付け方向を設定することにより、ウエハＷに作用するテープ貼付け応力が低減され、欠けや割れが進行することを未然に回避することが可能となる。

また、ウエハＷをリングフレームｆにダイシングテープＤＴを介して貼付け保持した後、ウエハＷの表面に貼り付けられている保護テープＰＴを剥離するには場合、例えば、図８に示すように、幅狭の剥離テープＳＴをエッジ部材１４を介して保護テープＰＴに貼り付けながら、エッジ部材１４の先端で剥離テープＳＴを折り返し回収することで、剥離テープＳＴを一体に保護テープＰＴをウエハ表面から剥離することができる。

このような剥離を行う場合、欠けや割れが検出されたウエハＷに対しては、ダイシングテープＤＴの貼付けと同様に欠けや割れなどのない部分をテープ剥離方向として設定する。つまり、テープ貼付け終端側に欠けや割れが位置するように剥離テープの貼付け方向（エッジ部１４の移動方向）を設定する。このような剥離テープＳＴの貼付けを行うことにより、ウエハＷの欠けなどに作用するテープ剥離応力やエッジ部材１４の押圧力が低減されるとともに、剥離時に作用する剥離応力（反り量）が低減される。

例えば、欠けが剥離終端位置にある場合は、欠けの位置を起点に剥離方向に反りが作用しても、以後に欠けを起点に破損させる部分が存在しない。したがって、剥離時にウエハＷの欠けや割れが進行することを未然に回避することが可能となる。

割れの場合、割れの長手方向と剥離接点が一致したときに、剥離応力によってその部位からウエハＷが折り曲げられるように助長されるが、長手方向に沿って保護テープＰＴを剥離することでそのような現象を未然に回避できる。また、割れの長手方向の中心側を起点に径方向（外向き）に剥離することで、ウエハＷの剥離時の反り量を低減でき、割れの進行を未然に回避することが可能となる。

本発明は上述した実施例のものに限らず、次のように変形実施することもできる。

（１）上記実施例では、ＣＣＤラインセンサ８を利用した第１検出手段５でウエハ中心位置を求めているが、ＣＣＤカメラを利用した画像処理でウエハ中心位置を求めることも可能である。

（２）上記実施例では、ノッチ位置算出処理、ウエハ欠け位置算出処理、および、ウエハ割れ位置算出処理を並行して行う場合を示したが、これらを順次行うことも可能である。

（３）上記実施例では、ウエハＷの裏面から垂直に光を照射していたが、パターン形成面の表面側から光を照射するようにしてもよい。

アライナの要部を示す斜視図である。 アライナの連係図である。 半導体ウエハの全体の処理工程を示すフローチャートである。 処理工程の一部を示すフローチャートである。 半導体ウエハを裏面側から見た斜視図である。 半導体ウエハのノッチ部分における拡大断面図である。 マウントフレームの斜視図である。 保護テープの剥離処理状態を示す斜視図である。

符号の説明

５ … 第１検出手段（周縁測定機構）
６ … 第２検出手段（欠陥検出機構）
Ｋ … 位置決め部位（ノッチ）
ＰＴ … 保護テープ
Ｗ … 半導体ウエハ

Claims (6)

1. 半導体ウエハの外周形状を第１検出手段で検出する過程と、
   前記第１検出手段の検出結果に基づいて半導体ウエハの中心位置を求める過程と、
   半導体ウエハ面からの反射光を第２検出手段で受光する過程と、
   前記第２検出手段の検出結果に基づいて位置決め部位を検出し、当該位置決め部位の位置を求める過程と、
   前記第２検出手段の検出結果に基づいて欠陥を検出し、当該欠陥の位置を求める過程と
   を備えたことを特徴とする半導体ウエハの欠陥位置検出方法。
2. 請求項１に記載の半導体ウエハの欠陥位置検出方法において、
   反射光を受光する過程は、半導体ウエハに対して垂直に光を照射し、半導体ウエハ面から垂直に反射して戻る反射光を当該光路上に配備した光学部材で撮像手段に導いて検出する
   ことを特徴とする半導体ウエハの欠陥位置検出方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハの欠陥位置検出方法において、
   前記欠陥の位置は、前記位置決め部位を基準位置とし、当該基準位置から半導体ウエハ周方向へのズレ量として求める、
   ことを特徴とする半導体ウエハの欠陥位置検出方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体ウエハの欠陥位置検出方法において、
   前記欠陥の位置情報に基づいて、前記半導体ウエハへの粘着テープの貼付け方向を決定する、
   ことを特徴とする半導体ウエハの欠陥位置検出方法。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体ウエハの欠陥位置検出方法において、
   前記半導体ウエハは、パターン形成面に保護テープが貼り付けられており、
   前記欠陥の位置情報に基づいて、前記保護テープの剥離方向を決定する、
   ことを特徴とする半導体ウエハの欠陥位置検出方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体ウエハの欠陥位置検出方法において、
   前記半導体ウエハの欠陥の位置情報を次工程に送る、
   ことを特徴とする半導体ウエハの欠陥位置検出方法。

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