JP2014085296A - ウェーハ形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの面取り面の形状を精度よく測定できるウェーハ形状測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の形状測定装置７０による測定対象のウェーハＷは、ランダムな粗さをもつラッピング面又は鏡面からなる主面ＰＳと、ウェーハＷの外周縁部において円周方向に線状の研削条痕を有する研削面からなる面取り面Ｃとを有する。ウェーハＷの面取り面Ｃに、ＬＥＤ照明装置７４の光源８４からの光をウェーハＷの主面ＰＳに対して平行な方向から照射する。そして、前記光によって照明されたウェーハＷの面取り面Ｃと主面ＰＳとをウェーハＷの主面ＰＳに対して直交する方向から上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８によって撮像する。そして、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８によって撮像された明部と暗部とを有する画像のうち明部の画像を面取り面Ｃの画像として抽出し、明部の画像を画像処理装置８０によって画像処理することで、面取り面Ｃの形状（幅寸法）を算出する。
【選択図】図６

Description

本発明はウェーハ形状測定装置に係り、特にウェーハの面取り加工された外周縁部の形状を測定するウェーハ形状測定装置に関する。

インゴットをウェーハに切断する切断装置としては、特許文献１等に開示されたブレードによるスライシング装置、及び特許文献２等に開示されたワイヤ列によるワイヤソーが知られている。このような切断装置によって切断されたウェーハの主面は、特許文献３等に記載された遊離砥粒加工方法によってラッピング加工、又は特許文献４等に記載された平面加工装置によって鏡面加工される。その後、ウェーハは、特許文献５等に開示された面取り装置の砥石によって、その外周縁部が研削されて面取り加工される。なお、ウェーハの主面を特許文献６等に開示されたカップ型砥石によって研削加工する場合もある。

前記面取り装置は、ウェーハの外周縁部を粗研削する固定砥粒の粗研削用砥石と、粗研削された外周縁部を仕上げ研削する固定砥粒の精研削用砥石とを備えている。粗研削用砥石としては、ダイヤモンド砥粒のメタルボンド砥石が使用され、その粒度は＃８００であり、前記精研削用砥石としては、ダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石が使用され、その粒度は＃３０００であることが特許文献５に開示されている。

面取り装置によって面取り加工されたウェーハは、特許文献７等に開示されたウェーハ形状測定装置によって面取り形状が測定される。

特許文献７のウェーハ形状測定装置は、ウェーハを回転自在に載置するウェーハステージと、ウェーハステージに載置された半導体ウェーハのノッチ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂直方向から撮像する撮像手段と、撮像手段とノッチ部分を結ぶ撮像光路上に配置され、半導体ウェーハの他面側からノッチ部分に光を照射する第１照明手段と、半導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照射する第２照明手段と、第１照明手段のみを点灯し、撮像手段からの画像データに基づいてウェーハのノッチ部分の形状を測定するノッチ形状測定モードと、第１照明手段及び第２照明手段を点灯し、撮像手段からの画像データに基づいてウェーハの面取り幅を測定する面取り幅測定モードとに切り替える画像処理手段とを具備している。

特開平１０−１００１３６号公報 特開２０００−２１８５００号公報 特開平１１−１３８３９４号公報 特許第３１１７１３２号公報 特開２００５−１５３０８５号公報 特開２００６−２１２９１号公報 特開２００１−４３４１号公報

しかしながら、特許文献７のウェーハ形状測定装置は、ウェーハの主面及び面取り面の面性状の相違点に着目し、その面性状に特化した形状測定装置ではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハの主面及び面取り面の面性状の相違点に着目したウェーハ形状測定装置であって、面取り面の形状を精度よく測定可能なウェーハ形状測定装置を提供することを目的とする。

本発明のウェーハ形状測定装置は、前記目的を達成するために、ウェーハの外周縁部に形成されるとともにウェーハの主面に対して傾斜して形成された面取り面の形状を測定するウェーハ形状測定装置において、前記ウェーハは、ランダムな粗さをもつラッピング面又は鏡面からなる前記主面と、前記ウェーハの外周縁部において円周方向に線状の研削条痕を有する研削面からなる前記面取り面とを有し、前記ウェーハの前記面取り面に、前記ウェーハの前記主面に対して平行な方向から光を照射する照明手段と、前記照明手段から照射された光によって照明された前記ウェーハの前記面取り面と前記主面とを前記ウェーハの前記主面に対して直交する方向から撮像する撮像手段と、を備え、前記撮像手段によって撮像された明部と暗部とを有する画像から、前記面取り面の形状を測定することを特徴としている。

本発明によれば、ウェーハは、ランダムな粗さをもつラッピング面又は鏡面からなる主面と、ウェーハの外周縁部において円周方向に線状の研削条痕を有する研削面からなる面取り面とを有するという面性状の相違点に着目してなされたものである。

すなわち、ウェーハの面取り面は、固定砥粒である砥石によって研削加工される。そのため、ウェーハの外周縁部の面取り面には、前記砥石によって研削したことに起因する特有の平行な研削条痕が周方向に形成される。なお、前記砥石の回転軸の軸心とウェーハを回転自在に保持するウェーハテーブルの軸心とを相対的に傾斜させて研削するヘリカル研削加工の場合は、ウェーハの外周縁部の面取り面に多少斜めに研削条痕が形成されるが、略円周方向に一定角度で傾斜した平行な研削条痕が形成される。また、カットエンドミルによるコンタリング加工でも同様な研削条痕が面取り面に形成される。

これらの研削条痕は、微視的には細かい階段状の形状となっている。その階段状の研削条痕の結果、照明手段から研削条痕に対して垂直に入射した光は、階段状部分で反射するため、ウェーハの主面に対して直交する方向に反射する光量が大きくなる。この反射光を撮像手段によって撮像する。

これに対してウェーハの主面は、ラッピング面や鏡面の場合が多い。すなわち、ラッピング面や鏡面を得るための加工方法では、ランダムな加工条痕が主面に形成される。

ランダムな加工条痕が主面に形成されていると、面取り面とは異なり、照明手段から主面に入射した光はランダムに反射(散乱)するため、撮像手段に向けて反射する光量は結果的に小さくなる。よって、撮像手段によって撮像された主面の画像は暗くなる。

また、主面をカップ型砥石で研削加工した場合でも同様である。主面をカップ型砥石で研削加工すると、ウェーハの中心から弧状で放射状の加工条痕(周方向ではなく半径方向の加工条痕)が形成される。こうした半径方向の加工条痕を有する主面に対して、照明手段からの光が低角に入射した場合、光は入射方向と反対方向にそのまま正反射し、撮像手段側に散乱する光が少なくなる。そのため、面取り面に対して、撮像手段に向う反射光量はやはり格段に小さくなる。

このような主面と面取り面の面性状の違いによって、撮像手段によって撮像される面取り面の画像が明るくなり、主面の画像が暗くなるので、面取り面と主面との境界が明瞭となる。したがって、得られた画像において、面取り面と主面とを精度よく区別することができるので、精度のよい面取り面の形状測定が可能となる。

上述の如く、光の反射に対して、ａ）主面と面取り面では、「面の向き」が異なる。それに加えて、ｂ）主面と面取り面は、「加工方法が異なり、条痕の向き」が異なる。すなわち、加工の条痕の向きが異なる。

つまり、面取り面には、周方向へ一方向に形成された研削条痕が形成されているのに対し、主面は、ラッピング面や鏡面のようにランダムな加工条痕が形成されている。

また、主面が研削面であったとしても、カップ型砥石による加工が通例のため、主面には、ウェーハの中心から弧状かつ放射状に加工条痕がある。その結果、主面と面取り面との光の反射の仕方に差が生じるので、主面と面取り面との境界が明瞭となる。よって、主面がラッピング面、鏡面、研削面であっても、面取り面と主面とを精度よく区別することができるので、精度のよい面取り面の形状測定が可能となる。

以上の如く、本発明は、ウェーハの主面及び面取り面の面性状の相違点に特化した、測定精度の高いウェーハ形状測定装置を提供できる。

本発明の一態様は、前記照明手段は、光源から照射された前記光を拡散する拡散手段を有することが好ましい。

本発明の一態様によれば、照明手段の光源から照射された光を拡散手段によって拡散させることにより、面取り面で反射する反射光を更に散乱させることができ、これによって、面取り面の形状を更に精度よく測定できる。なお、拡散手段の透過率を６０％に設定すれば、面取り面で反射する光のギラつきをより一層低減できる。

本発明の一態様は、前記照明手段は、５７０ｎｍ以下の波長の光を照射する光源を有することが好ましい。

本発明の一態様によれば、照明手段の光源から照射する光の波長を５７０ｎｍ以下の短波長としたので、光源からの光は、５７０ｎｍを超える波長の光と比較して散乱し易く、また、面取り面で反射する光が、面取り面に形成されている研削条痕の散乱作用によって更に散乱するので、撮像手段で撮像された面取り面の画像のギラつきを一層低減できる。また、撮像手段は、散乱している光を撮像するので、面取り面には光源が映り込まない。

以上により、本発明のウェーハ形状測定装置によれば、撮像手段で撮像された面取り面の明るい画像と他の部分の暗い画像との境界が明確になるので、面取り面の形状をより一層精度よく測定できる。

本発明でいう５７０ｎｍ以下の波長の光とは、可視光領域内の波長でもよく、紫外光領域を含む波長でもよい。好適には、単一波長の光を安定して発光することができる青色発光ＬＥＤを使用して、４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長の光を利用することが、測定精度を高める観点で好ましい。

本発明の一態様は、前記撮像手段は、前記ウェーハを挟んで一方側に配置された第１の撮像手段と、前記ウェーハを挟んで他方側に配置された第２の撮像手段とを備えることが好ましい。

本発明の一態様によれば、第１の撮像手段によってウェーハの一方側の面取り面の形状を取得でき、第２の撮像手段によってウェーハの他方側の面取り面の形状を取得できる。

本発明の一態様は、前記照明手段は、複数の青色発光ＬＥＤを正方状に配置したパネル型の光源であることが好ましい。

本発明の一態様によれば、照明手段を、複数の砲弾形状の青色発光ＬＥＤを正方状に配置してなるパネル型の光源としたので、光を更に散乱させることができる。

本発明の一態様は、前記ウェーハの前記面取り面の算術平均粗さＲａが、０．０３μｍであることが好ましい。

本発明の一態様によれば、面取り面で反射する光をより一層散乱させることができる。精研削用砥石として、粒度が＃３０００のダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石を使用することによって、面取り面の算術平均粗さＲａを０．０３μｍにできる。

本発明のウェーハ形状測定装置によれば、撮像手段で撮像された面取り面の画像と他の部分の画像との境界が明確になるので、面取り面の形状を精度よく測定できる。

実施の形態のウェーハ形状測定装置が搭載されたウェーハの面取り装置の正面図 ウェーハテーブルに取り付けられたツルアーの側面図 外周加工砥石の構成を示した説明図 実施の形態の形状測定装置の全体構成を示した斜視図 図４に示した形状測定装置の平面図 図４に示した形状測定装置の要部拡大側面図 ＣＣＤカメラによって撮像されたウェーハの要部の画像を示した説明図 ウェーハの面取り面の幅寸法を回転角度に対応して表したグラフ ウェーハを砥石によって面取りしている説明図 面取り面及び主面の散乱光の状態を示した説明図 カップ型砥石によって主面を研削加工した説明図 面取り面での反射光の方向を示した説明図 主面での反射光の方向を示した説明図

以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ形状測定装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、実施の形態のウェーハ形状測定装置７０が搭載されたウェーハの面取り装置１０の正面図である。

面取り装置１０はウェーハ送り部２０、砥石回転部５０、ウェーハ形状測定装置７０、及びこれらの動作を制御するコントローラ１５等から構成されている。また、不図示であるが、面取り装置１０は、ウェーハ供給／収納部、ウェーハ洗浄／乾燥部、及びウェーハ搬送部も備えている。

まず、面取り装置１０の主要部について説明する。

〔ウェーハ送り部２０について〕
ウェーハ送り部２０は、Ｘテーブル２４を有している。このＸテーブル２４は、面取り装置１０の本体ベース１１に設置されたＸ軸ベース２１、２本のＸ軸ガイドレール２２、２２、４台のＸ軸リニアガイド２３、２３…、及びボールスクリュー（不図示）とステッピングモータ（不図示）とを備えたＸ軸駆動部２５によって、図１の紙面に直交するＸ方向に移動される。

Ｘテーブル２４には、Ｙテーブル２８が搭載されている。このＹテーブル２８は、２本のＹ軸ガイドレール２６、２６、４台のＹ軸リニアガイド２７、２７…、及びボールスクリュー（不図示）とステッピングモータ（不図示）とを備えたＹ軸駆動部（不図示）によって、Ｘテーブル２４に対し図１のＹ方向に移動される。

Ｙテーブル２８には、Ｚテーブル３１が搭載されている。このＺテーブル３１は、２本のＺ軸ガイドレール２９、２９と４台のＺ軸リニアガイド（不図示）によって上下方向に案内され、ボールスクリュー（不図示）とステッピングモータ（不図示）とからなるＺ軸駆動手段３０によって、Ｙテーブル２８に対し図１のＺ方向に移動される。

Ｚテーブル３１には、θスピンドル３３を備えたθ軸モータ３２が搭載される。θスピンドル３３にはウェーハＷを吸着保持するウェーハテーブル３４が取り付けられる。ウェーハテーブル３４は、θ軸モータ３２からの動力がθスピンドル３３を介して伝達されて、ウェーハテーブル３４の軸心ＣＷを中心に図１のθ方向に回転される。

ウェーハテーブル３４の下部には、ツルーイング砥石（以下、ツルアーという）４１が取り付けられている。ツルアー４１は、ウェーハＷの外周縁部を仕上げ加工（精研削）する砥石のツルーイングに用いる砥石であり、その中心軸がウェーハテーブル３４の軸心ＣＷと同軸上に取り付けられている。したがって、ウェーハＷ及びツルアー４１は、ウェーハ送り部２０によって図１のθ方向に回転されるとともにＸ、Ｙ、及びＺ方向に移動される。

〔砥石回転部５０について〕
砥石回転部５０は、外周加工砥石５２を備えており、この外周加工砥石５２は、スピンドル５１を介して不図示のモータに連結されている。これにより、外周加工砥石５２は、前記モータの動力がスピンドル５１を介して伝達されて軸心ＣＨを中心に回転される。

なお、スピンドル５１の軸心ＣＨをウェーハテーブル３４の軸心ＣＷと平行に設定すれば、ウェーハＷの外周縁部に形成される外周加工砥石５２による研削条跡は、ウェーハＷの外周縁部に沿った、主面と平行なリング状となる。これに対して、スピンドル５１の軸心ＣＨをウェーハテーブル３４の軸心ＣＷに対して傾斜させると、ウェーハＷの外周縁部に形成される外周加工砥石５２による研削条跡は螺旋状となる。

外周加工砥石５２の上方には、軸５３Ａを回転軸として回転するターンテーブル５３が配置されている。ターンテーブル５３には、外周精研スピンドル５４及び外周精研モータ５６、ノッチ粗研スピンドル６０及びノッチ粗研モータ６２、ノッチ精研スピンドル５７及びノッチ精研モータ５９が所定の間隔をもって備えられている。

外周精研スピンドル５４には、ウェーハＷの外周を仕上げ加工する砥石５５が取り付けられる。また、ノッチ粗研スピンドル６０には、ノッチを粗研削する砥石６１が取り付けられ、更に、ノッチ精研スピンドル５７には、ノッチを仕上げ研削する砥石５８が取付けられる。砥石５５、５８、６１は、ターンテーブル５３の回転によって夫々の加工位置に位置決めされる。

〔ツルアー４１について〕
図２は、ウェーハテーブル３４に取り付けられたツルアー４１の側面図である。

ツルアー４１は、ウェーハテーブル３４の下部にウェーハテーブル３４の軸心ＣＷと同軸上に取り付けられ、θ軸モータ３２によって回転される。また、ウェーハテーブル３４の上面の吸着面は、図示しない真空ポンプと連結されており、面取り加工されるウェーハＷが前記吸着面に吸着される。

〔外周加工砥石５２について〕
図３は、外周加工砥石５２の構成を示した説明図である。

外周加工砥石５２は、３台の砥石が上下に連設されて構成される。外周加工砥石５２のうち最下部に位置する砥石５２Ａは、ツルアー４１の外周形状を形成するための溝５２ａを有する。中間部に位置する砥石５２Ｂは、ウェーハＷの外周を粗研削するための溝５２ｂを有する。最上部に位置する砥石５２Ｄは、ウェーハＷのオリフラ及びオリフラコーナーを仕上げ研削するための溝５２ｄを有する。

なお、図３においては説明を簡略にするために、各砥石５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｄに夫々１本の溝５２ａ、５２ｂ、５２ｄが図示されているが、摩耗による溝形状の変形に対処するため、各砥石５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｄには夫々複数本の溝を形成することが好ましい。

〔各砥石の構成について〕
図２に示したツルアー４１としては、加工されるウェーハＷと略同径、同厚の円盤状ＧＣ砥石が用いられ、砥石の粒度は＃３２０である。また、図３の砥石５２Ａは、直径２０２ｍｍのダイヤモンド砥粒のメタルボンド砥石であり、粒度＃６００である。砥石５２Ｂは、直径２０２ｍｍのダイヤモンド砥粒のメタルボンド砥石であり、粒度＃８００である。砥石５２Ｄは、直径２０２ｍｍのダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石であり、粒度＃３０００である。

一方、図１の砥石５５は、直径５０ｍｍのダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石であり、粒度＃３０００である。砥石６１は、直径１．８ｍｍ〜２．４ｍｍのダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石であり、粒度＃８００である。砥石５８は、直径１．８ｍｍ〜２．４ｍｍのダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石であり、粒度＃４０００である。

〔各スピンドルの回転数について〕
スピンドル５１は、ボールベアリングを用いたビルトインモータ駆動のスピンドルであり、８，０００ｒｐｍで回転される。また、外周精研スピンドル５４はエアーベアリングを用いたビルトインモータ駆動のスピンドルであり、３５，０００ｒｐｍで回転される。ノッチ粗研スピンドル６０は、エアーベアリングを用いたエアータービン駆動のスピンドルであり、８０，０００ｒｐｍで回転される。ノッチ精研スピンドル５７は、エアーベアリングを用いたビルトインモータ駆動のスピンドルであり、１５０，０００ｒｐｍで回転される。

次に、前記の如く構成された面取り装置１０の作用について説明する。

１）〔砥石５２Ａによってツルアー４１の外周縁部に面取り加工を行う工程〕
この加工においては、図３の砥石５２Ａが８，０００ｒｐｍで回転されている。この状態でＺテーブル３１がＺ軸駆動手段３０によって移動され、ツルアー４１の高さが砥石５２Ａの溝５２ａと一致する高さに位置決めされる。この後、Ｙテーブル２８が砥石５２Ａに向かって移動されると、ツルアー４１の外周縁部が砥石５２Ａの溝５２ａ内に切り込まれるとともに、ウェーハテーブル３４がθ軸モータ３２によって低速で１回転することにより、ツルアー４１の外周縁部が面取り加工される。これによって、ツルアー４１の外周縁部に溝５２ａの形状が転写される。

２）〔ツルアー４１によって砥石５２Ｄに仕上げ研削用の溝５２ｄを形成する工程〕
この工程では、まずＺテーブル３１をＺ軸駆動手段３０によって移動して、ツルアー４１の高さを、砥石５２Ｄの溝形成位置に位置決めする。

次に、ツルアー４１を高速回転させながらＹ方向に移動して、ツルアー４１によって砥石５２Ｄの扁平な外周面に切り込みを形成する。この後、砥石５２Ｄを低速で１回転させることにより、砥石５２Ｄに溝５２ｄが形成される。この後、ツルアー４１をＹ方向の元の位置に戻す。

このように砥石５２Ａの溝５２ａの断面形状が、ツルアー４１を介して砥石５２Ｄに転写されることにより、砥石５２Ａの溝５２ａの断面形状と形状の等しい溝５２ｄが砥石５２Ｄに形成される。

また、砥石５５への溝の形成も、砥石５２Ｄの溝５２ｄと同様に、砥石５２Ａの溝５２ａの断面形状を、ツルアー４１を介して砥石５５に転写することにより形成される。更に、砥石５８への溝の形成においても、砥石５２Ａの溝５２ａの断面形状を、ツルアー４１を介して砥石５８に転写することにより形成される。

３）〔ウェーハの外周縁部を面取り加工する工程〕
簡略して説明すると、回転中の砥石５２Ｂの溝５２ｂに、回転中のウェーハＷの外周縁部を押し当てて、ウェーハＷの外周面を粗研削する。

次に、回転中の砥石５５に、回転中のウェーハＷの外周縁部を押し当てて、ウェーハＷの外周面を精研削する。

また、ウェーハＷのノッチに関しては、砥石６１によって粗研削された後、砥石５８によって精研削される。更に、オリフラ直線部及びオリフラ直線部とウェーハＷの円弧状外周縁部とのコーナー部に関しては、砥石５２Ｄによって精研削される。

これによって、ウェーハＷの外周縁部が面取り加工される。

次に、実施の形態のウェーハ形状測定装置７０について説明する。

図４は、形状測定装置７０の全体構成を示した斜視図、図５は、形状測定装置７０の平面図、図６は、形状測定装置７０の要部拡大側面図である。実施の形態の形状測定装置７０は、ウェーハＷの外周縁部に形成されるとともにウェーハＷの主面ＰＳ（Principal Surface）に対して傾斜して形成された面取り面Ｃ（chamfer）の形状を測定する装置である。

実施の形態の形状測定装置７０は、図４に示すようにウェーハＷの主面ＰＳを吸着保持して回転可能な測定テーブル７２、ＬＥＤ照明装置（照明手段）７４、上面用ＣＣＤカメラ（第１の撮像手段）７６、下面用ＣＣＤカメラ（第２の撮像手段）７８、画像処理装置（画像処理手段）８０、及びモニタ８２から構成されている。

測定テーブル７２には、面取り加工終了後に洗浄されたウェーハＷが載置される。なお、測定テーブル７２を設けることなく、図１に示したウェーハテーブル３４を測定テーブルとして兼用してもよい。

ＬＥＤ照明装置７４は、測定テーブル７２の側方に配置され、ウェーハＷの面取り面Ｃに、ウェーハＷの主面ＰＳに対して平行な方向から光を照射する光源８４を備える。ＬＥＤ照明装置７４の構成については後述する。

上面用ＣＣＤカメラ７６は、ウェーハＷの上面外周縁部に対向して配置され、ウェーハＷの上面側の面取り面Ｃの形状を撮像する。下面用ＣＣＤカメラ７８は、ウェーハＷの下面外周縁部に対向して配置され、ウェーハＷの下面側の面取り面Ｃの形状を撮像する。上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８は、ＬＥＤ照明装置７４から照射された光によって照明されたウェーハＷの面取り面Ｃと主面ＰＳとをウェーハＷの主面ＰＳに対して直交する方向から撮像する。

図７は、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８によって撮像された画像Ｐであって、この画像ＰにはウェーハＷの面取り面Ｃを示す白色（明部）の画像Ｐ１と、主面ＰＳの黒色（暗部）の画像Ｐ２と、空間部の黒色（暗部）の画像Ｐ３が示されている。すなわち、図６の如く、ＬＥＤ照明装置７４からウェーハＷに照射された光のうち面取り面Ｃで反射された光のみが、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８（図６では上面用ＣＣＤカメラ７６のみ図示）に撮像され、ウェーハＷの主面ＰＳで反射された光は、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８の撮像エリアの外に反射される。これにより、図７の如く、ウェーハＷの面取り面Ｃを示す画像Ｐ１が白色に表示され、主面ＰＳを示す画像Ｐ２が黒色に表示される。このような色に画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が表示される理由は、主面ＰＳと面取り面Ｃの面性状に相違点があるからである。この理由については後述する。なお、画像Ｐは、図４のモニタ８２に表示される。

画像処理装置８０は、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８によって撮像された明部と暗部とを有する画像のうち、明部の画像Ｐ１を面取り面Ｃの画像として抽出し、その明部の画像Ｐ１を画像処理する機能を備える。すなわち、画像処理装置８０は、既知のエッジ検出処理を実行することにより、明部の画像Ｐ１のみを抽出し、図７の画像Ｐ１の幅Ｂ寸法（μｍ）を、その幅Ｂ方向に存在する画素数に基づいて算出する。図８は、測定テーブル７２を１回転させてウェーハＷの全外周縁部の面取り面Ｃの幅寸法を測定し、その結果を回転角度に対応させて表したグラフである。

実施の形態の形状測定装置７０によれば、図４の如くウェーハＷの面取り面Ｃに、ＬＥＤ照明装置７４の光源８４からの光をウェーハＷの主面ＰＳに対して平行な方向から照射する。そして、前記光によって照明されたウェーハＷの面取り面Ｃと主面ＰＳとをウェーハＷの主面ＰＳに対して直交する方向から上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８によって撮像する。そして、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８によって撮像された明部と暗部とを有する画像のうち明部の画像を面取り面Ｃの画像として抽出し、明部の画像を画像処理装置８０によって画像処理することで、面取り面Ｃの形状（幅寸法）を算出する。

ところで、実施の形態の形状測定装置７０は、ＬＥＤ照明装置７４の光源８４から照射する光の波長を５７０ｎｍ以下の短波長としている。

これにより、光源８４からの光は、５７０ｎｍを超える波長の光と比較して散乱し易く、また、図６の如く面取り面Ｃで反射する光が、面取り面Ｃに形成されている研削条痕（不図示）の散乱作用によって更に散乱するので、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８（図６では上面用ＣＣＤカメラ７６のみ図示）で撮像された面取り面Ｃの画像のギラつきを低減できる。また、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８は、散乱している光を撮像するので、面取り面Ｃには光源８４が映り込まない。

以上により、実施の形態の形状測定装置７０によれば、図７の如く、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８で撮像された面取り面Ｃの画像Ｐ１と他の部分の画像Ｐ２、Ｐ３との境界が明確になるので、面取り面Ｃの形状を精度よく測定できる。

なお、５７０ｎｍ以下の波長の光とは、可視光領域内の波長でもよく、紫外光領域を含む波長でもよい。好適には、単一波長の光を安定して発光することができる青色発光ＬＥＤを使用して、４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長の光を利用することが、測定精度を高める観点で好ましい。

また、面取り面Ｃの研削条痕とは、図１の砥石５５によって形成される、ウェーハＷの外周縁部に沿った、主面と平行なリング状又は螺旋状の条痕である。特に、螺旋状の研削条痕の場合には、面取り面Ｃが良好な光散乱面となる。

なお、面取り面Ｃは、ウェーハＷを周方向に回転させながら砥石５５も回転させて研削された面であるため、研削条痕はウェーハＷの周方向に沿って、接線方向に形成される。

一方、図４のＬＥＤ照明装置７４は、光源８４から照射された光を拡散する拡散板（拡散手段）８６を有している。光源８４から照射された光を拡散板８６によって拡散させることにより、面取り面Ｃで反射する反射光を更に散乱させることができ、これによって、面取り面Ｃの形状を更に精度よく測定できる。なお、拡散板８６の透過率を６０％に設定すれば、ギラつきをより一層低減できる。

更に、実施の形態のＬＥＤ照明装置７４の光源８４は、図４の如く複数の青色発光ＬＥＤ８８、８８…を正方状に配置したパネル型に構成されている。このように、ＬＥＤ照明装置７４の光源８４を、複数の砲弾形状の青色発光ＬＥＤ８８、８８…を正方状に配置してなるパネル型としたので、光を更に散乱させることができる。

更にまた、実施の形態で測定するウェーハＷの面取り面Ｃの算術平均粗さＲａは、０．０３μｍであることが好ましい。これにより、面取り面Ｃで反射する光をより一層散乱させることができる。なお、図１の砥石５５として、粒度が＃３０００のダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石を使用することによって、面取り面Ｃの算術平均粗さＲａを０．０３μｍにできる。

実施の形態の形状測定装置７０は、上面用ＣＣＤカメラ７６、及び下面用ＣＣＤカメラ７８を備えているが、少なくとも一方のカメラを備えればよい。

上述した実施の形態のウェーハ形状測定装置７０は、ウェーハＷの主面ＰＳと面取り面Ｃとの面性状の違いに着目してなされたものであり、面性状に特化した装置である。

以下、主面ＰＳと面取り面Ｃの面性状の違いについて説明する。

図９は、ウェーハＷを砥石５５によって面取りしている模式図である。

すなわち、ウェーハＷの外周縁部は、固定砥粒である砥石５５によって研削加工されて面取り面Ｃとなる。そのため、ウェーハＷの面取り面Ｃには、図９のＡ部拡大図に示すように、砥石５５によって研削したことに起因する特有の平行な多数の研削条痕が周方向に形成される。なお、外周精研スピンドル５４（図１参照）の軸心Ｐをウェーハテーブル３４の軸心ＣＷに対して傾斜させて研削するヘリカル研削加工の場合は、ウェーハＷの外周縁部の面取り面Ｃに多少斜めに多数の研削条痕が形成されるが、略円周方向に一定角度傾斜した平行な研削条痕となる。また、カットエンドミルによるコンタリング加工でも同様な多数の研削条痕が面取り面Ｃに形成される。

図１０の（Ａ）は、面取り面Ｃでの散乱光の状態を示した説明図、（Ｂ）は主面ＰＳの散乱光の状態を示した説明図である。

図１０の（Ａ）で示すように、面取り面Ｃに形成された多数の研削条痕は、微視的には細かい階段状の形状となっている。その階段状の研削条痕の結果、研削条痕に対して垂直に入射した光は、階段状部分で矢印の如く反射するため、ウェーハＷの主面ＰＳに対して直交する方向に反射する光量が大きくなる。すなわち、上面用ＣＣＤカメラ７６及び下面用ＣＣＤカメラ７８側（下面用ＣＣＤカメラ７８は不図示、以下同様）に反射する光量が大きくなり画像が明るくなる。

これに対して主面ＰＳは、図１０の（Ｂ）で示すように、ラッピング面や鏡面の場合が多い。すなわち、ラッピング面や鏡面を得るための加工方法では、ランダムな加工条痕が主面ＰＳに形成される。

ランダムな加工条痕が主面ＰＳに形成されていると、面取り面Ｃとは異なり、主面ＰＳに入射した光は矢印の如くランダムに反射(散乱)するため、結果として上面用ＣＣＤカメラ７６及び下面用ＣＣＤカメラ７８側に反射する光量は小さくなり画像が暗くなる。

また、主面ＰＳを図１１に示すカップ型砥石９０によって研削加工した場合でも同様である。図１１の（Ａ）は、カップ型砥石９０によって主面ＰＳを研削加工している斜視図、（Ｂ）は、研削加工中のカップ型砥石９０の輪郭と主面ＰＳの輪郭を示した平面図、（Ｃ）は、カップ型砥石９０によって主面ＰＳに形成された加工条痕９２を示した説明図である。

主面ＰＳをカップ型砥石９０によって研削加工すると、ウェーハＷの中心から弧状で放射状の加工条痕(周方向ではなく半径方向の加工条痕)９２、９２…が形成される。こうした半径方向の加工条痕９２を有する主面ＰＳに対して、ＬＥＤ照明装置７４からの光が低角に入射した場合、光は入射方向と反対方向にそのまま正反射するので、図４に示した上面用ＣＣＤカメラ７６及び下面用ＣＣＤカメラ７８側に散乱する光が少ない。そのため、面取り面Ｃに対して、上面用ＣＣＤカメラ７６及び下面用ＣＣＤカメラ７８に向う反射光量はやはり格段に小さくなる。

以上の如く、面取り面Ｃの画像が明るくなり、主面ＰＳの画像が暗くなるので、面取り面Ｃと主面ＰＳとの境界が明瞭となる。よって、得られた画像において、面取り面Ｃと主面ＰＳとを精度よく区別することができるので、精度のよい面取り面Ｃの形状測定が可能となる。

このように光の反射に対して、ａ）主面ＰＳと面取り面Ｃでは、「面の向き」が異なる。それに加えて、ｂ）主面ＰＳと面取り面Ｃは、「加工方法が異なり、条痕の向き」が異なる。すなわち、加工による条痕の向きが異なる。

つまり、面取り面Ｃは周方向へ一方向に形成された平行な研削条痕（図９参照）があるのに対して、主面ＰＳは、ラッピング面や鏡面のようにランダムな加工条痕（図１０の（Ｂ）参照）が形成される。

また、主面ＰＳが通例のカップ型砥石９０の加工による研削面であったとしても、主面ＰＳには、ウェーハＷの中心から弧状かつ放射状に加工条痕９２（図１１の（Ｃ）参照）が形成される。その結果、主面ＰＳと面取り面Ｃとの光の反射の仕方に差が生じるので、主面ＰＳと面取り面Ｃとの境界が明瞭となる。

よって、主面ＰＳがラッピング面、鏡面、研削面であったとしても、面取り面Ｃと主面ＰＳとを精度よく区別することができるので、精度のよい面取り面Ｃの形状測定が可能となる。

したがって、実施の形態では、ウェーハＷの主面ＰＳ及び面取り面Ｃの面性状の違いに特化した、測定精度の高いウェーハ形状測定装置７０を提供できる。

一方、図１２は、面取り面Ｃでの反射光の反射方向を示した説明図である。

図１２の如く、面取り面Ｃの斜面の傾斜角度は、水平面に対して２０±２度の場合が多い。その場合、面取り面Ｃの斜面に、水平面に対して５０度の角度（斜面に対して７０度の角度）から光が入射すると、その光は上面用ＣＣＤカメラ７６側に反射する。５０度の方向に光源は設置していないが、十分な大きさの光源を水平方向に設置し、そこからの光を拡散板８６によって矢印の如く拡散させているため、５０度の方向からの入射が可能となり、これによって、面取り面Ｃの画像が明るくなる。

図１３は、主面ＰＳでの反射光の反射方向を示した説明図である。

図１３の如く、主面ＰＳは水平面である。主面ＰＳでの反射光が上面用ＣＣＤカメラ７６側に向うには、入射光は主面ＰＳに対して９０度の方向からでなければならない。しかしながら構造上、９０度の方向からの光は主面ＰＳに入射しないので、主面ＰＳの反射光は上面用ＣＣＤカメラ７６側に向かわず、よって、主面ＰＳの画像が暗くなる。したがって、面取り面Ｃと主面ＰＳとを明暗によって精度よく区別することができるので、精度のよい面取り面Ｃの形状測定が可能となる。

以上の如く、ウェーハＷの主面ＰＳと面取り面Ｃとの面性状の違いに基づいてなされた実施の形態のウェーハ形状測定装置７０によれば、精度のよい面取り面Ｃの形状測定が可能となる。

１０…面取り装置、１１…本体ベース、１５…コントローラ、２０…ウェーハ送り部、２１…Ｘ軸ベース、２２…Ｘ軸ガイドレール、２３…Ｘ軸リニアガイド、２４…Ｘテーブル、２５…Ｘ軸駆動部、２６…Ｙ軸ガイドレール、２７…Ｙ軸リニアガイド、２８…Ｙテーブル、２９…Ｚ軸ガイドレール、３０…Ｚ軸駆動手段、３１…Ｚテーブル、３２…θ軸モータ、３３…θスピンドル、３４…ウェーハテーブル、４１…ツルアー、５０…砥石回転部、５１…スピンドル、５２…外周加工砥石、５３…ターンテーブル、５３Ａ…軸、５２…外周加工砥石、５２Ａ…砥石、５２ａ…溝、５２Ｂ…砥石、５２ｂ…溝、５２Ｄ…砥石、５２ｄ…溝、５４…外周精研スピンドル、５５…砥石、５６…外周精研モータ、５７…ノッチ精研スピンドル、５８…砥石、５９…ノッチ精研モータ、６０…ノッチ粗研スピンドル、６１…砥石、６２…ノッチ粗研モータ、７０…形状測定装置、７２…測定テーブル、７４…ＬＥＤ照明装置、７６…上面用ＣＣＤカメラ、７８…下面用ＣＣＤカメラ、８０…画像処理装置、８２…モニタ、８４…光源、８６…拡散板、８８…青色発光ＬＥＤ、９０…カップ型砥石、９２…加工条痕

Claims (6)

1. ウェーハの外周縁部に形成されるとともにウェーハの主面に対して傾斜して形成された面取り面の形状を測定するウェーハ形状測定装置において、
   前記ウェーハは、ランダムな粗さをもつラッピング面又は鏡面からなる前記主面と、前記ウェーハの外周縁部において円周方向に線状の研削条痕を有する研削面からなる前記面取り面とを有し、
   前記ウェーハの前記面取り面に、前記ウェーハの前記主面に対して平行な方向から光を照射する照明手段と、
   前記照明手段から照射された光によって照明された前記ウェーハの前記面取り面と前記主面とを前記ウェーハの前記主面に対して直交する方向から撮像する撮像手段と、を備え、
   前記撮像手段によって撮像された明部と暗部とを有する画像から、前記面取り面の形状を測定することを特徴とするウェーハ形状測定装置。
2. 前記照明手段は、光源から照射された前記光を拡散する拡散手段を有する請求項１に記載のウェーハ形状測定装置。
3. 前記照明手段は、５７０ｎｍ以下の波長の光を照射する光源を有する請求項１又は２に記載のウェーハ形状測定装置。
4. 前記撮像手段は、前記ウェーハを挟んで一方側に配置された第１の撮像手段と、前記ウェーハを挟んで他方側に配置された第２の撮像手段とを備える請求項１、２又は３に記載のウェーハ形状測定装置。
5. 前記照明手段は、複数の青色発光ＬＥＤを正方状に配置したパネル型の光源である請求項１から４のいずれか１項に記載のウェーハ形状測定装置。
6. 前記ウェーハの前記面取り面の算術平均粗さＲａが、０．０３μｍである請求項１から５のいずれか１項に記載のウェーハ形状測定装置。