JP2010014611A - 半導体寸法計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が鏡面状態である被測定物の寸法を正確に測定でき、被測定物の寸法計測の作業効率が高く、且つ、低コストである半導体寸法計測装置を提供する。
【解決手段】半導体寸法計測装置１は、ウェハ１０から切り出されたウェハ分割片１１の寸法を計測する装置であり、ウェハ分割片１１を保持する保持台２と、保持台２に保持されたウェハ分割片１１の表面に自己が投影されない位置に配置され、ウェハ分割片１１を撮像する撮像装置３と、撮像装置３によりウェハ分割片１１を撮像して得られた撮像画像２５に基づいてウェハ分割片１１の寸法を求める寸法計算装置４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハから切り出されたウェハ分割片の寸法を計測する半導体寸法計測装置に関する。

半導体の生産工程では、各工程での歩留りを求める目的で、ウェハ上の有効な半導体チップ数を計測する。ウェハを所定の寸法に分割して半導体を製造する場合は、ウェハ分割片ごとに半導体チップ数が計測される。

ウェハ分割片ごとの半導体チップ数の計測では、まず、撮像装置によりウェハ分割片を撮像し、撮像装置により得られた撮像画像の処理してウェハ分割片の寸法が求められ、その寸法からウェハ分割片の面積が求められる。そして、この面積を半導体チップの面積で割ることにより、半導体チップ数が求められる。あるいは、より簡便な方法として、ウェハ分割片の長さを半導体チップの幅で割ることにより半導体チップ数が求められる。

したがって、ウェハ分割片の半導体チップ数を正確に計測するためには、ウェハ分割片の寸法を正確に計測することが必要となる。

以下、ウェハ分割片の寸法の計測方法について説明する。

図１２は、ウェハの平面図である。図１３は、ウェハから切り出されたウェハ分割片の平面図である。図１４は、ウェハ分割片を搭載するためのトレイの平面図である。図１５は、ウェハ分割片の寸法の計測に用いられる従来の計測装置の側面図である。図１６は、従来の計測装置で、ウェハ分割片が搭載されたトレイを撮像して得られた撮像画像を示す画像図である。

ウェハ分割片１１１は、図１２に示すウェハ１１０をダイシングで短冊状に分割することにより、形成される。そして、ウェハ分割片１１１は、外観検査作業やそのウェハ分割片１１１の半導体チップ数の計測作業を効率的に行うため、図１４に示すようなトレイ１２０に搭載される。また、トレイ１２０を搬送するときにはウェハ分割片１１１の位置ズレが生じるので、トレイ１２０には凹部１２０ａが設けられ、この凹部１２０ａにウェハ分割片１１１が収容される。そして、図１５に示すように、撮像装置１０３を備えた計測装置１０１を用いて、ウェハ分割片１１１内の半導体チップ数が求められる。

計測装置１０１は、トレイ１２０を保持する保持台１０２と、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）を撮像素子とする撮像装置１０３と、リング状照明器１０７から構成されている。この撮像装置１０３は保持台１０２の真上に配置され、リング状照明器１０７は、撮像装置１０３の鏡筒の周囲に設けられている。

ウェハ分割片１１１は、保持台１０２に載せることで、撮像装置１０３の真下に配置される。そして、ウェハ分割片１１１は、撮像装置１０３により撮像される。さらに、撮像画像をラベリングで画像処理することによりウェハ分割片１１１の外縁が特定され、当該外縁からウェハ分割片１１１の寸法が求められ、この寸法に基づいてウェハ分割片１１１の面積が求められる。また、ウェハ分割片１１１の面積を半導体チップの面積で割る、あるいは、上記で求めたウェハ分割片の長さを半導体チップの幅で割ることで、半導体チップ数が求められる。

しかしながら、ウェハ分割片１１１は、金などの電極材料の蒸着によりその表面が鏡面状態になっているため、撮像装置１０３やリング照明器１０７が、ウェハ分割片１１１の表面に投影されることがあった。このため、撮像装置１０３やリング状照明器１０７が映った状態でウェハ分割片１１１が撮像されることとなる。したがって、撮像画像１２５の画像処理においては、ウェハ分割片１１１の表面に映された撮像装置１０３やリング状照明器１０７の輪郭１１１ｂが認識されるため、当該輪郭１１１ｂとウェハ分割片１１１の外縁１１１ａとが混在することとなり、ウェハ分割片１１１の外縁１１１ａが正確に認識されず、この結果、ウェハ分割片１１１の寸法が正確に計測できないといった問題が生じていた。

そこで、ウェハ分割片１１１の寸法を正確に計測する方法として、撮像装置１０３やリング状照明器１０７のウェハ分割片１１１への投影を防止する擬似同軸落斜照明器を用いた方法が提案されている。

図１７は、擬似同軸落斜照明器を備えた計測装置の側面図である。図１８は、擬似同軸落斜照明器を備えた計測装置の照明範囲とトレイとを示す平面図である。

擬似同軸落斜照明器１１７を備えた計測装置１０１ａの構成は、照明器の構造以外は、上記に示した計測装置１０１と同様である。擬似同軸落斜照明器１１７は、図１７に示すように、撮像装置１０３の光軸１０３ａに対し、垂直方向から照射する照明器１１７ａを有しており、その照明器１１７ａからの光を、光軸１０３ａに垂直な面に対して斜めに配置されたハーフミラー１１７ｂで反射させることで、保持台１０２に配置された被測定物を照明する構造とされている。この構造により、被測定物を照明するために光軸１０３ａ上に配置されていた照明器１１７ａを光軸１０３ａ上から外すことができ、且つ、撮像装置１０３側から被測定物側へ進行する光を遮断することができるので、撮像装置１０３や擬似同軸落斜照明器１１７が被測定物に投影されることを防止することができる。

したがって、擬似同軸落斜照明器１１７を備えた計測装置１０１ａによれば、被測定物であるウェハ分割片１１１に撮像装置１０３や照明器１１７ａが投影されることが防止されるので、正確にその寸法を計測することができる（特許文献１参照：以下、これを従来技術１という）。

また、ウェハ分割片１１１の寸法を計測する他の方法として、作業者が目測でウェハ分割片１１１を計測する方法もある。

図１９は、ウェハ分割片を計測目盛のついたシート上に載せた状態を示す説明図である。

この場合は、トレイ１２０上に配置されたウェハ分割片１１１を作業者がピンセットで摘み、方眼紙などの計測目盛のついたシート１３０にウェハ分割片１１１を載せて、顕微鏡でウェハ分割片１１１を観察しながらシート１３０上の計測目盛を読み取ってウェハ分割片１１１の寸法を計測する（以下、これを従来技術２という）。
特開平０５−３４３４４７号公報

しかしながら、従来技術１では、擬似同軸落斜照明器１１７の照明範囲１１７ｃが限定される。したがって、図１８に示すように、被測定物であるウェハ分割片１１１を搭載するトレイ１２０の大きさがその照明範囲１１７ｃよりも大きい場合は、その一部分にしか照明が当たらず、鮮明に撮像することができる範囲は制限され、これにより、トレイ１２０上にある全部のウェハ分割片１１１を一画面で撮像することができず、また、トレイ１２０上にある全部のウェハ分割片１１１を一括して画像処理をすることができなかった。そのため、トレイ１２０が照明範囲１１７ｃより大きい場合は、トレイ１２０を順に送り、トレイ１２０上にあるウェハ分割片１１１の寸法計測を複数回に分けて行う必要があり、作業効率が低かった。その上、トレイ１２０の送り作業を手動で行う場合は、送りの誤操作によって計測されないウェハ分割片１１１が発生するといった問題もあった。トレイ１２０を自動送りとする場合であっても、自動化される分作業効率が向上するものの、自動送り機構が必要となるため、計測装置１０１ａ自体が大型化、高コスト化するという問題があった。

ここで、従来技術１における、寸法計測の過程で画像処理の一括処理が行えないという問題を解決する一手段として、市販の擬似同軸落斜照明器１１７を用いるのではなく、大型の照明器とハーフミラーを組み合わせてトレイ１２０全体を照明可能とする大型の擬似同軸落斜照明器１１７を自作し、この大型の擬似同軸落斜照明器１１７を用いることも考えられる。しかしながら、擬似同軸落斜照明器１１７自体が大型化するため、計測装置１０１ａ自体が大型化、高コスト化するという問題がある。

また、他の手段として、市販の擬似同軸落斜照明器１１７と、低倍率レンズを備えた高分解能撮像装置と、画像処理システムとを用い、当該擬似同軸落斜照明器１１７の照明範囲１１７ｃ内にトレイ１２０全体が入るように構成するということも考えられる。この手段によれば、低倍率レンズの撮像によりトレイ１２０全体を撮像することができ、且つ、高分解能撮像装置の採用により分解能を低下させずに被測定物を計測することができることから、一括画像処理を行うことも可能となる。しかしながら、このような高分解能撮像装置及び画像処理システムを用いて計測装置１０１ａを構成すれば、計測装置１０１ａが非常に高価になってしまうという問題がある。

一方、従来技術２では、作業者がトレイ１２０上のウェハ分割片１１１を１個ずつピンセットなどで取り出し、顕微鏡を介して目視で寸法を計測するため、作業効率や測定精度が非常に低いといった問題があり、その上、ウェハ分割片１１１は脆い材質であるためピンセットでウェハ分割片１１１に傷や欠けを生じさせるといった問題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、表面が鏡面状態である被測定物の寸法を正確に測定することができ、寸法計測の作業効率が高く、且つ、低コストである半導体寸法計測装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体寸法計測装置は、ウェハから切り出されたウェハ分割片の寸法を計測する装置であり、前記ウェハ分割片を保持する保持台と、前記保持台に保持された前記ウェハ分割片の表面に自己が投影されない位置に配置され、前記ウェハ分割片を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により前記ウェハ分割片を撮像して得られた撮像画像に基づいて前記ウェハ分割片の寸法を求める寸法計算装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ウェハ分割片を撮像する撮像装置は、ウェハ分割片の表面に自己が投影されない位置に配置されることから、ウェハ分割片に撮像装置が投影されてしまうことが防止され、撮像装置の輪郭がウェハ分割片の表面に現れることもないので、撮像装置によりウェハ分割片を撮像して得られた撮像画像に基づいてウェハ分割片の寸法を正確に求めることができる。

また、上記の半導体寸法計測装置において、前記保持台の傾斜角が調整可能とされたことを特徴としてもよい。

この構成によれば、ウェハ分割片を保持する保持台の傾斜角が調整可能とされているので、撮像装置の焦点が合う範囲内に、ウェハ分割片を最も適当な傾斜角で配置することができる。これにより、撮像装置の焦点ずれによるぼやけを抑制して、ウェハ分割片を撮像することができるので、正確にウェハ分割片の寸法を計測することができる。

また、ウェハ分割片を、撮像装置の光軸に垂直な面に対して斜めに配置することもできることから、仮に、撮像装置の光軸に垂直な面にウェハ分割片を配置したとしたならば撮像装置の撮像範囲よりも広い範囲にわたってウェハ分割片が配置されてしまう場合であっても、保持台を傾斜させて、撮像装置の光軸に垂直な面に対してウェハ分割片を斜めに配置することで、ウェハ分割片全部を撮像装置の撮像範囲内に入れることができるので、広い範囲にわたって配置される複数のウェハ分割片全部を一回で撮像することができ、これにより、ウェハ分割片全部の撮像画像を寸法計算装置で一括処理することができる。

また、撮像装置の撮像範囲よりも広い範囲に配置されたウェハ分割片を、撮像画像の解像度を維持しつつ撮像するには、従来の方法では、ウェハ分割片全体を撮像範囲に入れるために、撮像装置を低倍率レンズ付き高分解能撮像装置に交換する必要があったが、上記のように、ウェハ分割片を斜めにすることで撮像装置の撮像範囲よりも広い範囲を撮像することが可能となるので、従来の方法では必要とされた高価な高分解能撮像装置の導入を行わなくて済み、その分、設備投資を抑制することができる。

また、上記の半導体寸法計測装置において、前記撮像装置の光軸方向が調整可能とされたことを特徴としてもよい。

この構成によれば、撮像装置の光軸方向が調整可能とされていることから、ウェハ分割片の表面に対して光軸の角度を変えることができるので、撮像装置の焦点があうように、撮像装置を最も適当な位置に配置することができる。これにより、撮像装置の焦点ずれによるぼやけを抑制して、ウェハ分割片を撮像することができるので、正確にウェハ分割片の寸法を計測することができる。

また、撮像装置の光軸方向の調整により、ウェハ分割片を、撮像装置の光軸に垂直な面に対して斜めに配置することもできることから、仮に、撮像装置の光軸に垂直な面にウェハ分割片を配置したとしたならば撮像装置の撮像範囲よりも広い範囲にわたってウェハ分割片が配置される場合であっても、撮像装置の光軸を調整することにより、当該光軸に垂直な面に対し斜めの面にウェハ分割片を配置させて、ウェハ分割片全部を撮像装置の撮像範囲内に入れることができるので、広い範囲にわたって配置される複数のウェハ分割片全部を一回で撮像することができ、これにより、ウェハ分割片全部の撮像画像を寸法計算装置で一括処理することができる。

また、撮像装置の撮像範囲よりも広い範囲に配置されたウェハ分割片を、撮像画像の解像度を維持しつつ撮像するには、従来の方法では、ウェハ分割片全体を撮像範囲に入れるために、撮像装置を低倍率レンズ付き高分解能撮像装置に交換する必要があったが、上記のように、撮像装置の光軸方向の調整により、光軸に垂直な面に対し斜めの面にウェハ分割片を配置させることで、撮像装置の撮像範囲よりも広い範囲を撮像することが可能となるので、従来の方法では必要とされた高価な高分解能撮像装置の導入を行わなくて済み、その分、設備投資を抑制することができる。

また、上記の半導体寸法計測装置において、前記保持台に保持された前記ウェハ分割片が前記撮像装置の光軸に垂直な面に対し斜めに配置されることで、前記ウェハ分割片の形状が手前側から奥側にかけて縮小するように変形して撮像される撮像画像に対し、前記寸法計算装置は、前記ウェハ分割片の撮像画像（以下、ウェハ分割片撮像画像ともいう。）上での変形を補正して前記ウェハ分割片の実際の寸法を求めることを特徴としてもよい。

この構成によれば、ウェハ分割片が撮像装置の光軸に垂直な面に対して斜めに配置されることにより、ウェハ分割片の形状が手前側から奥側にかけて縮小するように変形して撮像される場合であっても、寸法計算装置はウェハ分割片撮像画像上での変形を補正してウェハ分割片の実際の寸法を求めるので、ウェハ分割片の寸法を正確に求めることができる。

また、上記に記載の半導体寸法計測装置において、少なくとも前記保持台と前記撮像装置が、外乱光を遮断する筐体内に収納されたことを特徴としてもよい。

この構成のよれば、保持台及び撮像装置が筐体内に配置され、外乱光が遮断されることから、保持台に配置されるウェハ分割片に筐体外部の背景の投影や外乱光による撮像画像の乱れが防止されるので、ウェハ分割片の寸法を正確に計測することができる。

また、上記に記載の半導体寸法計測装置において、前記ウェハ分割片を間接的に照明する照明器が設けられたことを特徴としてもよい。

この構成によれば、ウェハ分割片に光が直接照射されないことから、ウェハ分割片上で強い光が反射することはないので、撮像装置のハレーションの発生が防止される。したがって、ハレーションによる撮像画像の乱れが防止されるので、常時、ウェハ分割片の寸法を正確に計測することができる。

また、照明器が、ウェハ分割片を間接的に照明する位置に配置されているので、照明器自体がウェハ分割片に投影されることもない。

また、ウェハ分割片の照明は間接的でありさえすればよく、擬似同軸落斜照明器のように平行光を出す装置で照明する必要はないので、照明範囲が限定されることもない。

また、上記の半導体寸法計測装置において、前記寸法計算装置により求められた前記ウェハ分割片の寸法に基づいて前記ウェハ分割片の半導体チップ数を求める半導体チップ数計測装置をさらに備えたことを特徴としてもよい。

この構成によれば、ウェハ分割片内にある半導体チップ数を計測する半導体チップ数計測装置が備えられているので、ウェハ分割片内にある半導体チップ数を求めることができる。

また、上記の半導体寸法計測装置において、前記半導体チップ数計測装置は前記ウェハ分割片の欠損部を除外して前記半導体チップ数を求めることを特徴としてもよい。

この構成によれば、ウェハ分割片から欠損部を除外して半導体チップ数を求めるので、ウェハ分割片に存在する有効な半導体チップ数をより正確に求めることができる。

また、上記の半導体寸法計測装置において、半導体レーザチップ又は発光ダイオードチップを構成要素とするウェハ分割片を計測対象とすることを特徴としてもよい。

この構成によれば、半導体レーザチップ又は発光ダイオードチップを構成要素とするウェハ分割片の寸法を正確に計測することができる。

本発明によれば、半導体寸法計測装置において、ウェハ分割片を撮像する撮像装置は、ウェハ分割片の表面に自己が投影されない位置に配置されることから、ウェハ分割片には撮像装置の投影が防止され、撮像装置の輪郭がウェハ分割片の表面に表れることもないので、撮像装置によりウェハ分割片を撮像して得られた撮像画像に基づいてウェハ分割片の寸法を正確に求めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、半導体寸法計測装置の構成図である。図２は、照明器の光拡散の状態を示す、半導体寸法計測装置の筐体部分の側面図である。図３は、ウェハ分割片が搭載されたトレイの平面図である。図４は、撮像装置と保持台との位置関係を示す配置図である。図５は、傾けたトレイを撮像装置で撮像したときの撮像装置とトレイとの配置と、そのときの撮像画像を示す図である。

半導体寸法計測装置１は、ウェハ１０（図９参照）から切り出されたウェハ分割片１１の寸法を計測する計測装置であり、保持台２と、撮像装置３と、寸法計算装置４とを備えており、保持台２に配置されたウェハ分割片１１を撮像装置３により撮像し、撮像装置３により取得された撮像画像２５に基づいて当該ウェハ分割片１１の寸法を計測するものである。

半導体寸法計測装置１には、本実施の形態のように、ウェハ分割片１１内の半導体チップ数を計測するための半導体チップ数計測装置８を備えることが好ましい。

上記半導体チップ数計測装置は、寸法計算装置４と同一装置で兼ねることも可能である。

なお、ウェハ分割片１１とは、ウェハ１０から所定寸法に切り出された短冊状のものであり、短冊状のものには、矩形のもののみならず、正方形、台形のものが含まれる。また、本実施形態の半導体寸法計測装置１の計測対象は、例えば、半導体レーザチップ又は発光ダイオードチップを構成要素とするウェハ分割片１１を挙げることができるが、計測対象は、この種のチップのウェハ分割片１１に限定されるものではない。

半導体寸法計測装置１は、開放された空間に、保持台２、撮像装置３及び寸法計算装置４を夫々配置して組み立ててもよいが、図１のように、外乱光を遮断する筐体６内に、保持台２及び撮像装置３を収納することが好ましい。このような構成により、外乱光が遮断され、ウェハ分割片１１に筐体６外部の背景が投影されることや、外乱光による撮像画像２５の乱れが防止されるので、ウェハ分割片１１の寸法を正確に計測することができる。

なお、筐体６には、ウェハ分割片１１の搭載されたトレイ２０の出し入れを可能とするために、開閉自在な扉(図示省略)が設けられている。

保持台２は、ウェハ分割片１１を保持するものである。具体的には、保持台２は、直接ウェハ分割片１１を保持するものではなく、ウェハ分割片１１を搭載するためのトレイ２０を保持する構成とされ、間接的に、ウェハ分割片１１を保持するものである。また、保持台２は、水平面（例えば、筐体６の底面６１）に対する角度θ１が調整可能なように、設置されている。

撮像装置３は、ウェハ分割片１１を撮像する装置であり、ＣＣＤなどのイメージセンサ素子と光学レンズ系により構成されている。

また、図１に示すように、撮像装置３は、その装置自体がウェハ分割片１１に投影されないように、保持台２の法線２ａ方向に対して、撮像装置３の光軸３ａの方向が所定角度ずれるように、配置されている。また、撮像装置３は、その光軸３ａの方向が調整可能に、筐体６の天井又は側面に取り付けられている。または、底部からスタンドによって保持されている
寸法計算装置４は、撮像装置３による撮像画像２５に基づいて、ウェハ分割片１１の寸法を求める装置である。具体的には、撮像画像２５(図５参照)をラベリング処理し、各ウェハ分割片１１の外縁を特定し、各ウェハ分割片１１の寸法を算出するように構成されている。また、寸法計算装置４には、撮像画像２５を表示させるモニタ４１が備えられている。

また、寸法計算装置４には、モニタ画面４０上で、手動によりウェハ分割片１１の寸法の計測が可能なように、手動寸法計測装置４５が装備されている。手動寸法計測装置４５は、モニタ画面４０上のカーソル４２を操作する操作キー４３を備えており、操作者が、モニタ画面４０を確認しながら、カーソル４２を、撮像画像２５上でのウェハ分割片１１の角部にあわせることで、ウェハ分割片１１の寸法が計測されうるように、構成されている。

半導体チップ数計測装置８は、寸法計算装置４により求められたウェハ分割片１１の寸法に基づいて、ウェハ分割片１１内にある半導体チップ数を計測する装置である。具体的には、半導体チップ数計測装置８は、寸法計算装置４により求められたウェハ分割片１１の寸法に基づいてウェハ分割片１１の面積を求め、当該面積を半導体チップ１２（図９乃至図１１参照）の面積で除算する、あるいは、ウェハ分割片１１の長さを半導体チップ１２の幅で除算することにより求められる。この構成により、ウェハ分割片１１の半導体チップ数が迅速に求められる。

また、ウェハ分割片１１を照明するための照明器７は、ウェハ分割片１１を間接的に照明する位置に設置される。例えば、図２に示すように、照明器７は、天井６２や側面６３からの反射光でウェハ分割片１１を間接的に照明するように、筐体６の底面６１に設置されている。

このような構成によれば、ウェハ分割片１１に光が直接照射されないことから、ウェハ分割片１１上で強い光が反射することはないので、撮像装置３のハレーションの発生が防止される。したがって、ハレーションによる撮像画像２５の乱れが防止されるので、常時、ウェハ分割片１１の寸法を正確に計測することができる。

また、照明器７が、ウェハ分割片１１を間接的に照明する位置に配置されているので、照明器７自体がウェハ分割片１１に投影されることもない。

また、ウェハ分割片１１の照明は間接的でありさえすればよく、前記従来技術１の擬似同軸落斜照明器のような平行光を出す装置でウェハ分割片１１を照明する必要はないので、照明範囲が限定されることもない。

次に、撮像装置３により撮像されるウェハ分割片１１の配置について説明する。

トレイ２０には、ウェハ分割片１１を収容するための凹部２０ａが並設されており、ウェハ分割片１１は、図３に示すように、凹部２０ａに収容され、トレイ２０に並べられる。なお、ウェハ分割片１１の並び順は特に定められず、各ウェハ分割片１１は、任意の凹部２０ａに配置される。また、凹部２０ａの深さは、ウェハ分割片１１の厚みと同等程度であるか、又はそれより浅くされ、ウェハ分割片１１の外縁が撮像装置３により明確に撮像されうる程度に、設定されている。

そして、図４又は図５に示すように、トレイ２０は、その全体が、撮像装置３の撮像範囲３ｂに入るように、保持台２に配置される。

例えば、トレイ２０が撮像範囲よりも大きい場合は、図４に示すように、撮像装置３の光軸３ａが水平面に対して斜めになるように、撮像装置３の角度を調整するとともに、保持台２を水平（θ１＝０°）に配置され、トレイ２０全体が撮像装置３の撮像範囲３ｂに入るようにされる。

ところが、撮像装置３とトレイ２０との間の最近接距離３ｃと最離遠距離３ｄとの距離差が撮像装置３の焦点深度の許容値を超える程大きい場合は、焦点ずれが発生し撮像画像２５がぼやけてしまうので、各ウェハ分割片１１の寸法を正確に求めることができない。

一方、撮像画像２５において焦点ずれを完全になくすためには、撮像装置３の光軸３ａを保持台２に対して直交させること、すなわち、撮像装置３の光軸３ａの角度θ２（光軸３ａと鉛直線とのなす角）と、保持台２の水平面からの角度θ１とを一致させればよい（θ１＝θ２）が、このような設定では、撮像装置３がウェハ分割片１１に投影されてしまうため、各ウェハ分割片１１の寸法を正確に求めることができない。

そこで、撮像装置３からトレイ２０までの最近接距離３ｃと最離遠距離３ｄに対応するトレイ２０上の各点において、撮像装置３の焦点ずれが生じないように、すなわち、撮像装置３の焦点深度の許容値を超えない範囲内で、撮像装置３と保持台２の角度がそれぞれ調整される。例えば、図５に示すように、撮像装置３の光軸３ａが保持台２の法線２ａに対して傾くように撮像装置３と保持台２の角度が調整される。

このような場合、撮像装置３に対して奥側が手前側よりも視野が広くなるため、撮像装置３によりトレイ２０を撮像した場合、その撮像画像２５は、図５に示すように、上部が下部よりも小さい台形となる。つまり、トレイ２０に搭載されたウェハ分割片１１同士で寸法が同一であっても、奥側に配置されたものは、手前側に配置されたものよりも、小さく撮像されることとなる。このため、ウェハ分割片１１のウェハ分割片撮像画像２６に対応する画素数について奥側のものと手前側のものとを比較すると、奥側に配置されたものの画素数は、手前側に配置されたものの画素数よりも少なくなり、奥側と手前側との間で画素分解能が異なることとなる。したがって、撮像画像２５に基づいて、トレイ２０上の各ウェハ分割片１１の寸法を求める場合において、撮像画像２５上の各画素に同一の単位距離を割り当てると、同一寸法のウェハ分割片１１であっても異なった寸法として計測されることとなる。

そこで、このような事態を回避するため、撮像装置３により斜めに傾けたトレイ２０を撮像する場合においては、撮像画像２５に基づいてウェハ分割片１１の寸法を求めるときに、撮像画像２５上における各点での画素分解能、および、撮像画像２５におけるウェハ分割片撮像画像２６の重心座標に基づいて、撮像画像２５の変形が補正され、ウェハ分割片１１の寸法が求められる。

ここで、画素分解能とは、撮像画像２５上における隣接する２画素間距離に対応する実際の距離である。

次に、撮像画像２５の変形を補正して、撮像画像２５からウェハ分割片１１の寸法を求める方法について説明する。

図６は、校正用プレートの平面図である。図７は、校正用プレートを撮像装置で撮像した校正用プレートの画像図である。図８は、ウェハ分割片を撮像装置で撮像したときに得られるウェハ分割片撮像画像を示す画像図である。

まず、撮像装置３と保持台２の配置が決定される。具体的には、撮像装置３と保持台２との距離、及び、撮像装置３の光軸３ａと保持台２の法線２ａとのなす角度が決定される。これは、これらのパラメータにより、画素分解能が異なるためである。つまり、下記に示す補正式は、これらのパラメータごとに求められるものである。

次に、撮像装置３と保持台２を所定の配置としてウェハ分割片１１を撮像したときの撮像画像２５上における各点での補正値を求めるために、図６に示すような、校正用プレート２１が用意される。

校正用プレート２１には、上下方向に既定の間隔を隔てた相互に平行な２本の区切り線２１ａ，２１ａと、左右方向に既定の間隔を隔てた相互に平行な２本の区切り線２１ｂ，２１ｂが描画されている。また、これらの区切り線２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂは、相互に交差する４つの交点Ｐ１〜Ｐ４が、それぞれ校正用プレート２１の各隅部に位置するように、配置されている。なお、図６においては、左上の交点を第１点Ｐ１、右上の交点を第２点Ｐ２、左下の交点を第３点Ｐ３、右下の交点を第４点Ｐ４、とする。

次に、校正用プレート２１を保持台２上に配置し、校正用プレート２１を撮像装置３で撮像する。このとき、校正用プレート２１の撮像画像２５ａは、図７に示すように、上部が下部よりも小さくなる。

次に、校正用プレート２１の撮像画像２５ａが表示されるモニタ画面４０上で、校正用プレート２１の第１点Ｐ１〜第４点Ｐ４の座標を計測する。

例えば、校正用プレート２１の第１点Ｐ１〜第４点Ｐ４の座標は、寸法計算装置４の手動寸法計測器４５により計測される。具体的には、校正用プレート２１の撮像画像２５ａを寸法計算装置４のモニタ画面４０に表示させ、このモニタ画面４０上で、校正用プレート２１の第１点Ｐ１にカーソル４２を合わせ、当該第１点Ｐ１の座標を読み取る。同様にして、第２点Ｐ２〜第４点Ｐ４の座標を読み取る。

そして、モニタ画面４０上で取得された第１点Ｐ１〜第４点Ｐ４のＸＹ座標、並びに、校正用プレート２１上の第１点Ｐ１と第２点Ｐ２の実際の間隔、及び第２点Ｐ２と第４点Ｐ４の実際の間隔から、次の式により、撮像画像２５上の任意の座標での画素分解能が算出される。

すなわち、第１点Ｐ１、第２点Ｐ２、第３点Ｐ３、第４点Ｐ４の撮像画像２５上でのＸＹ座標は、それぞれ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）、（Ｘ４、Ｙ４）とし、また、校正用プレート２１の左右に平行な２本の区切り線２１ｂ，２１ｂの実際の間隔をＬＸとし、上下に平行な区切り線２１ａ，２１ａの実際の間隔をＬＹとすると、
座標Ｙ１におけるＸ方向画素分解能Ｘres（Ｙ１）＝ ＬＸ／（Ｘ２−Ｘ１）
座標Ｙ３におけるＸ方向画素分解能Ｘres（Ｙ３）＝ ＬＸ／（Ｘ４−Ｘ３）
座標ＹｉにおけるＸ方向画素分解能Ｘres（Ｙｉ）
＝Ｘres（Ｙ３）＋（Ｙｉ−Ｙ３）×（Ｘres（Ｙ３）−Ｘres（Ｙ１））／（Ｙ３−Ｙ１）
座標ＸｉにおけるＹ方向画素分解能Ｙres＝ ＬＹ／（Ｙ３−Ｙ１）
となる。

なお、図７に示す校正用プレート２１の撮像画像２５ａでは、Ｙ１＝Ｙ２、Ｙ３＝Ｙ４となっている。

次に、寸法測定するウェハ分割片１１を搭載したトレイ２０を保持台２上に配置し、トレイ２０を撮像装置３で撮像する。そして、撮像画像２５は、寸法計算装置４により、図８に示すように、ラベリング処理され、各ウェハ分割片１１の外縁が特定される。続いて、各ウェハ分割片撮像画像２６のＸ，Ｙ方向の寸法Ｓｘ，Ｓｙが求められるとともに、各ウェハ分割片撮像画像２６における重心座標Ｇｘ，Ｇｙが求められる。その後、各ウェハ分割片撮像画像２６について、寸法Ｓｘ，Ｓｙ、重心座標Ｇｘ，Ｇｙ、当該重心座標でのＸ方向画素分解能、及びＹ方向画素分解能に基づいて、下記の式により、各ウェハ分割片１１の実際の寸法ＬｅｎＸ，ＬｅｎＹが求められる。

ＬｅｎＸ＝Ｓｘ × Ｘres（Ｇｙ）
ＬｅｎＹ＝Ｓｙ × Ｙres
以上の方法より、撮像装置３に対して保持台２が斜めに配置した状態でトレイ２０を撮像した場合でも、上記の式により、撮像画像２５の変形が補正されるので、ウェハ分割片１１の正確な寸法を求めることができる。

次に、ウェハ分割片１１の寸法が求められた後に行われる、半導体チップ数の計測について説明する。

半導体チップ数の計測は、半導体チップ数計測装置８により行われる。ところが、当該ウェハ分割片１１内に、有効な半導体チップ数として計測すべきでない部分が含まれる場合がある。

このような場合は、次のような処理をして、有効な半導体チップ数の計測が行われる。

図９は、保持部を示すウェハの平面図である。図１０は、ウェハの周縁部に対応する部分を示すウェハ分割片の平面図である。図１１は、ウェハの金属未蒸着部を示すウェハ分割片の平面図である。

なお、図１０において、斜線部は、半導体チップの欠け部分を示し、図１１において、斜線部は、半導体チップ上の金属未蒸着部１２ｂを示している。

ウェハ１０は円形であるため、矩形の半導体チップ１２を形成する場合、ウェハ１０の周縁部には、矩形とならない半導体チップ（以下、欠けチップという。）１２ａが形成されることとなる。このような、矩形とならない欠けチップ１２ａは、最終的には除去される。

また、ウェハ１０の製造プロセスにおいては、金などの電極材料の蒸着が行われるが、蒸着処理が行われるときウェハ１０は保持具５０により保持されるため、図１１に示すように、ウェハ１０の一部に蒸着膜が形成されない金属未蒸着部１２ｂが生じる。そのため、金属未蒸着部１２ｂも、最終的に除去される。

したがって、ウェハ分割片１１において、有効な半導体チップ１２の数を計測するには、これら除去されるべき欠損部（欠けチップ１２ａや金属未蒸着部１２ｂ）を除外して計測する必要がある。

そこで、この欠損部を除外する方法について説明する。

ウェハ分割片１１においては、上記の欠けチップ１２ａ又は金属未蒸着部１２ｂは、両端部又は一端部に現れる。

そのため、ウェハ分割片１１の寸法Ｓｙ（ウェハ分割片１１の上下方向の幅）は、欠けチップ１２ａや金属未蒸着部１２ｂが存在するウェハ分割片１１の端部から求めるのではなく、中央部分から求める。

また、上記寸法Ｓｙを求める際に、ウェハ分割片１１の端縁１１ａ（側縁１１ｃに対し垂直に延びる部分）の寸法Ｓｔ（図１０参照）を求める。そして、寸法Ｓｔが、寸法Ｓｙに所定倍率（１未満の数値。例えば、０．８。）を掛けて得られた値よりも小さい値となる場合は、ウェハ分割片１１の有効面積を求めるにあたって、その端縁１１ａから所定距離内の部分（除外部分）１１ｂを、欠けチップ１２ａ又は金属未蒸着部１２ｂに対応するものとして、ウェハ分割片１１の面積から除外する。

なお、ウェハ分割片１１の面積から除外すべき除外部分（端縁から所定距離内にある領域の面積）１１ｂは、ウェハサイズ（周縁の曲率）、チップサイズ、保持具５０の面積等によって変化するため、ウェハ分割片１１の面積から除外部分１１ｂを除外するかを定めるための、寸法Ｓｙに掛けられる上記所定倍率、及び、ウェハ分割片１１の面積からどの程度の面積を除外するかを定めるための所定距離Ｓｒは、適宜変更可能とされている。

そして、ウェハ分割片１１の半導体チップ数を求めるときは、ウェハ分割片１１の面積から除外部分１１ｂの面積を除去して有効面積を求め、その有効面積を半導体チップ１２の面積で除算することにより求める。

以上の方法によれば、ウェハ分割片１１に欠損部（欠けチップ１２ａや金属未蒸着部１２ｂ）があっても、ウェハ分割片１１から欠損部を除外してウェハ分割片１１の有効面積を求め、その有効面積に基づいて半導体チップ数を算出するので、ウェハ分割片１１に存在する有効な半導体チップ数を正確に求めることができる。

以上の構成の半導体寸法計測装置１によれば、ウェハ分割片１１を撮像する撮像装置３は、ウェハ分割片１１の表面に自己が投影されない位置に配置されることから、ウェハ分割片１１に撮像装置３が投影されてしまうことが防止され、撮像装置３の輪郭がウェハ分割片１１の表面に現れることもないので、撮像装置３によりウェハ分割片１１を撮像して得られた撮像画像２５に基づいてウェハ分割片１１の寸法を正確に求めることができる。

また、ウェハ分割片１１を保持する保持台２の傾斜角が調整可能とされているので、撮像装置３の焦点が合う範囲内に、ウェハ分割片１１を最も適当な傾斜角で配置することができる。

また、撮像装置３の光軸３ａの方向が調整可能とされていることから、ウェハ分割片１１の表面に対して光軸３ａの角度を変えることができるので、撮像装置３の焦点が合うように、撮像装置３を最も適当な位置に配置することができる。

これにより、撮像装置３の焦点ずれによるぼやけを抑制して、ウェハ分割片１１を撮像することができるので、正確にウェハ分割片１１の寸法を計測することができる。

ところで、撮像装置３の撮像範囲３ｂよりも広い範囲にわたってウェハ分割片１１が配置される場合もある。

これに対しては、半導体寸法計測装置１は、保持台２の傾斜角の調整により、ウェハ分割片１１を撮像装置３の光軸３ａに垂直な面に対して斜めに配置させること、又は、撮像装置３の光軸方向を調整することにより、ウェハ分割片１１を撮像装置３の光軸３ａに垂直な面に対し斜めの面に配置させることができ、これにより、ウェハ分割片１１全部を撮像装置３の撮像範囲３ｂ内に入れることができるので、広い範囲にわたって配置されるウェハ分割片１１の全部を一回で撮像することができ、ウェハ分割片撮像画像２６全部を寸法計算装置４で一括処理することができる。

また、撮像装置３の撮像範囲３ｂよりも広い範囲に配置されたウェハ分割片１１を、撮像画像２５の解像度を維持しつつ撮像するには、従来の方法では、ウェハ分割片１１全体を撮像範囲３ｂに入れるために、撮像装置３を低倍率レンズ付き高分解能撮像装置に交換する必要があったが、本発明においては、保持台２の傾斜角の調整によりウェハ分割片１１が撮像装置３の光軸３ａに垂直な面に対して斜めに配置されうる構成、又は、撮像装置３の光軸方向の調整によりウェハ分割片１１が撮像装置３の光軸３ａに垂直な面に対して斜めに配置されうる構成とされていることから、撮像装置３の撮像範囲３ｂよりも広い範囲を撮像することができるので、従来の方法では必要とされた高価な高分解能撮像装置の導入を行わなくて済み、その分、設備投資を抑制することができる。

また、半導体寸法計測装置１において、保持台２にトレイ２０を介して保持されたウェハ分割片１１が撮像装置３の光軸３ａに垂直な面に対し斜めに配置されることで、ウェハ分割片１１の形状が手前側から奥側にかけて縮小するように変形して撮像される撮像画像２５に対し、寸法計算装置４は、ウェハ分割片撮像画像２６での変形を補正してウェハ分割片１１の実際の寸法を求めるので、ウェハ分割片１１の寸法を正確に求めることができる。

本発明に係る半導体寸法計測装置の一実施形態を示す構成図である。 照明器の光拡散の状態を示す、半導体寸法計測装置の筐体部分の側面図である。 ウェハ分割片が搭載されたトレイの平面図である。 撮像装置と保持台との位置関係を示す配置図である。 傾けたトレイを撮像装置で撮像したときの撮像装置とトレイとの配置と、そのときの撮像画像を示す図である。 校正用プレートの平面図である。 校正用プレートを撮像装置で撮像した校正用プレートの画像図である。 ウェハ分割片を撮像装置で撮像したときに得られるウェハ分割片撮像画像を示す画像図である。 保持部を示すウェハの平面図である。 ウェハの周縁部に対応する部分を示すウェハ分割片の平面図である。 ウェハの金属未蒸着部を示すウェハ分割片の平面図である。 ウェハの平面図である。 ウェハから切り出されたウェハ分割片の平面図である。 ウェハ分割片を搭載するためのトレイの平面図である。 ウェハ分割片の寸法の計測に用いられる従来の計測装置の側面図である。 従来の計測装置で、ウェハ分割片が搭載されたトレイを撮像して得られた撮像画像を示す画像図である。 擬似同軸落斜照明器を備えた計測装置の側面図である。 擬似同軸落斜照明器を備えた計測装置の照明範囲とトレイとを示す平面図である。 ウェハ分割片を計測目盛のついたシート上に載せた状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 半導体寸法計測装置
２ 保持台
３ 撮像装置
４ 寸法計算装置
６ 筐体
７ 照明器
８ 半導体チップ数計測装置
１０ ウェハ
１１ ウェハ分割片
１２ 半導体チップ
２０ トレイ
２１ 校正用プレート

Claims (9)

1. ウェハから切り出されたウェハ分割片の寸法を計測する半導体寸法計測装置において、
   前記ウェハ分割片を保持する保持台と、
   前記保持台に保持された前記ウェハ分割片の表面に自己が投影されない位置に配置され、前記ウェハ分割片を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置により前記ウェハ分割片を撮像して得られた撮像画像に基づいて前記ウェハ分割片の寸法を求める寸法計算装置とを備えたことを特徴とする半導体寸法計測装置。
2. 請求項１に記載の半導体寸法計測装置において、
   前記保持台の傾斜角が調整可能とされたことを特徴とする半導体寸法計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体寸法計測装置において、
   前記撮像装置の光軸方向が調整可能とされたことを特徴とする半導体寸法計測装置。
4. 請求項２又は３に記載の半導体寸法計測装置において、
   前記保持台に保持された前記ウェハ分割片が前記撮像装置の光軸に垂直な面に対し斜めに配置されることで、前記ウェハ分割片の形状が手前側から奥側にかけて縮小するように変形して撮像される撮像画像に対し、前記寸法計算装置は、前記ウェハ分割片の撮像画像上での変形を補正して前記ウェハ分割片の実際の寸法を求めることを特徴とする半導体寸法計測装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の半導体寸法計測装置において、
   少なくとも前記保持台と前記撮像装置が、外乱光を遮断する筐体内に収納されたことを特徴とする半導体寸法計測装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の半導体寸法計測装置において、
   前記ウェハ分割片を間接的に照明する照明器が設けられたことを特徴とする半導体寸法計測装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導体寸法計測装置において、
   前記寸法計算装置により求められた前記ウェハ分割片の寸法に基づいて前記ウェハ分割片の半導体チップ数を求める半導体チップ数計測装置をさらに備えたことを特徴とする半導体寸法計測装置。
8. 請求項７に記載の半導体寸法計測装置において、
   前記半導体チップ数計測装置は前記ウェハ分割片の欠損部を除外して前記半導体チップ数を求めることを特徴とする半導体寸法計測装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の半導体寸法計測装置において、
   半導体レーザチップ又は発光ダイオードチップを構成要素とするウェハ分割片を計測対象とすることを特徴とする半導体寸法計測装置。

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