JP2016186957A - カーフ深さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤差の少ないカーフの深さ測定を行うカーフ深さ測定装置を提供する。【解決手段】エアマイクロメータ５２は、ポンプ５８から供給される圧縮空気を、レギュレータ６０によって一定圧力に調整し、Ａ／Ｅ変換器６２の内部に設置された絞りを介して測定ヘッド６４のノズル６６から、半導体ウェーハＷの表面に圧縮エアを噴射する。Ａ／Ｅ変換器６２は、ノズル６６と絞りとの間の流量の微小変化を、内蔵するベローズと差動変圧器とによって電気信号に変換し、アンプ６８に出力する。アンプ６８は、この電気信号に基づいて流量値を算出し、第１演算部７０は、算出された流量に基づきカーフｋの断面積を算出する。カーフｋの断面積は、第２演算部７２に出力され、第２演算部７２は、カーフｋの幅とカーフｋの断面積とに基づきカーフｋの深さを算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、カーフ深さ測定装置に係り、特にダイシング装置によって半導体ウェーハを半導体素子毎に切断する際に、ブレードによって切削加工されたカーフ（溝）の深さを測定するカーフ深さ測定装置に関する。

半導体製造工程では、薄い板状の半導体ウェーハの表面に各種の処理を施して、電子デバイスを有する複数の半導体素子を製造する。半導体素子の各チップは、検査装置によって電気的特性が検査され、その後、ダイシング装置の高速回転するブレードによってチップ毎に切断分離される。

ダイシング装置では、ブレードによって切削加工された、カーフの数十ミクロンの深さがブレードの摩耗によって変化するため、カーフの深さを定期的に測定し、半導体ウェーハに対するブレードの切り込み深さを調整している。

特許文献１に開示されたダイシング装置のカーフ深さ測定装置は、レーザー変位計によってカーフの形状を計測し、この形状に基づいてカーフの深さを計測している。具体的には、レーザー変位計のレーザー光によってカーフをスキャンし、その形状やチッピング状況を計測する。カーフの深さ測定は、カメラ画像による測定では行うことができないものであり、レーザー変位計を有することによってカーフの深さ測定を実現できるというものである。

特開２００３−１６８６５５号公報

特許文献１のレーザー変位計は、投光レンズを介して集光されたレーザー光をカーフに照射し、カーフから拡散反射された光線の一部を、受光レンズを介して受光素子で受光し、受光素子で受光されたスポット光の位置を検出することによってカーフの形状を計測する。

したがって、レーザー変位計では、カーフの側壁や底に微小な凹凸が存在している場合には、凹凸の量に対応した値をそのままカーフの形状として取得するので、微小な凹凸がカーフの深さ精度に大きく影響するという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、誤差の少ないカーフの深さ測定を行うことができるカーフ深さ測定装置を提供することを目的とする。

本発明のカーフ深さ測定装置の一態様は、本発明の目的を達成するために、ウェーハの面に備えられたカーフの深さを測定するカーフ深さ測定装置において、カーフの幅を測定する幅測定部と、ウェーハのカーフに対して離間して配置され、カーフに向けて圧縮エアを噴射するノズルを有する測定ヘッドと、ノズルとカーフとの隙間から流出するエアの流量、又は流量の変化で生じる圧力変化に基づきカーフの断面積を算出する第１演算部と、幅測定部によって測定されたカーフの幅、及び第１演算部にて算出されたカーフの断面積に基づきカーフの深さを算出する第２演算部と、を備える。

本発明の一態様によれば、カーフの幅とカーフの断面積とに基づいてカーフの深さを算出する。本発明の一態様によれば、カーフの側壁や底に微小な凹凸が存在している場合でも、凹凸に影響の少ないカーフの断面積に基づいてカーフの深さを算出するので、誤差の少ないカーフの深さ測定を行うことができる。

本発明の一態様は、測定ヘッドをウェーハの面に沿って相対的に移動させる移動部を備えることが好ましい。

本発明の一態様によれば、ウェーハの面に複数本のカーフが備えられている場合には、移動部によって測定ヘッドをウェーハの面に沿って移動させることにより、カーフ毎の深さを測定することができる。

本発明の一態様は、ウェーハは、ウェーハをダイシング加工するダイシング装置のウェーハチャックに保持され、幅測定部は、カーフを撮像する撮像部と、撮像部によって得られた画像を画像処理することによりカーフの幅を演算する画像処理部とからなり、測定ヘッドは、ダイシング装置のブレードが支持されるスピンドル又はスピンドル支持部に支持され、測定ヘッドと第１演算部とがエアマイクロメータとして構成され、移動部は、ダイシング装置のウェーハチャック及びスピンドルを水平方向に移動させる移動機構部であることが好ましい。

本発明の一態様によれば、ダイシング装置のブレードによって切削加工されたウェーハのカーフの深さを測定する場合には、カーフ深さ測定装置を構成する部材として、ダイシング装置に備えられた既存の機能部材を利用することができる。

すなわち、ダイシング装置のウェーハチャックによってウェーハを保持し、ブレードが支持されるスピンドル又はスピンドル支持部に測定ヘッドを支持し、ダイシング装置のウェーハチャック及びスピンドルを水平方向に相対的に移動させる移動機構部を、カーフ深さ測定装置の移動部として利用する。そして、ダイシング装置において、ウェーハの厚さを測定してウェーハへの切り込み深さを設定するためのエアマイクロメータを、測定ヘッドと第１演算部として利用する。つまり、ダイシング装置に備えられた、ウェーハ厚さ測定用のエアマイクロメータを、カーフ深さ測定装置として利用することができる。

本発明のカーフ深さ測定装置によれば、誤差の少ないカーフの深さ測定を行うことができる。

実施形態のカーフ深さ測定装置が搭載されたダイシング装置の外観図 図１に示したダイシング装置のテーブルの平面図 カーフ深さ測定装置としてエアマイクロメータを適用した説明図 エアマイクロメータによるカーフの深さ測定方法の原理を説明した図 半導体ウェーハの表面に対する測定ヘッドの移動方向を示した説明図 半導体ウェーハの一つの測定領域に測定ヘッドを移動させてカーフの深さを測定したことを示す説明図 図６に示した一つの測定領域におけるエア流量の変化を示したグラフ

以下、添付図面に従って本発明に係るカーフ深さ測定装置の好ましい実施形態について詳説する。

〔ダイシング装置１０の構成〕
図１は、実施形態のカーフ深さ測定装置が搭載されたダイシング装置１０の外観図である。

ダイシング装置１０は、円板状の複数枚の半導体ウェーハ（ウェーハ）Ｗが収納されたカセットを外部装置との間で受け渡すロードポート１２と、吸着パッド１４を有し、半導体ウェーハＷを装置各部に搬送する搬送装置１６と、半導体ウェーハＷを吸引保持するテーブル１８と、半導体ウェーハＷをダイシング加工する加工部２０と、ダイシング加工後の半導体ウェーハＷを洗浄し、乾燥させるスピンナ２２とを備えている。ダイシング装置１０の各部の動作は、制御手段としてのコントローラ２４によって制御される。

〈加工部２０〉
加工部２０には、カメラ（幅測定部、撮像部）２６が設けられる。このカメラ２６は、半導体ウェーハＷの表面を撮像して、半導体ウェーハＷを既知のパターンマッチング法によりアライメントするための部材として、かつ、カーフの溝寸法を測定するための部材として使用される。

加工部２０の内部には、対向配置された一対の円盤状のブレード２８と、ブレード２８を回転させる高周波モータ内蔵型のスピンドル３２とが設けられている。

ブレード２８はスピンドル３２によって、６０００ｒｐｍ〜８００００ｒｐｍで高速回転されるとともに、不図示の移動軸によって互いに独立して図１のＹ方向のインデックス送りとＺ方向の切り込み送りとがなされる。更に、半導体ウェーハＷを吸着保持するテーブル１８が、不図示の移動軸によって図１のＸ方向に研削送りされるように構成されている。これらの動作によって高速回転するブレード２８の加工点（最下点）が、半導体ウェーハＷに接触し、半導体ウェーハＷがＸ、Ｙ方向にダイシング加工される。これにより、半導体ウェーハＷから半導体素子がチップ毎に切断される。

ブレード２８は、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒をニッケルで電着した電着ブレードの他、金属粉末を混入した樹脂で結合したメタルレジンボンドのブレード等が用いられる。

また、前述したＸ、Ｙ、Ｚ方向の送り量は、不図示のＸ、Ｙ、Ｚの各移動機構部をコントローラ２４によって制御することによって調整される。コントローラ２４は、後述するカーフ深さ測定装置によって得られたカーフの深さ情報に基づき、Ｘ方向におけるＺ方向の切り込み送り量を制御しながら、半導体ウェーハＷから半導体素子をチップ毎に切断する。

図２は、テーブル１８の平面図である。

テーブル１８は、半導体ウェーハＷを吸着保持する、平面視円形状の吸着部（ウェーハチャック）３４と、吸着部３４の外側に配置されて吸着部３４を支持する、平面視リング状の本体３６とを備える。

吸着部３４は、テーブル１８の中心軸１８Ａを中心とする円形状に構成される。また、吸着部３４は、多孔質部材によって構成されており、不図示の真空源に真空経路を介して接続されている。真空源を駆動することにより、真空経路の空気が吸引され、これによって半導体ウェーハＷが吸着部３４の表面に真空吸着保持される。

〔ダイシング装置１０の作用〕
ダイシング装置１０では、まず、複数枚の半導体ウェーハＷが収納されたカセットが、不図示の搬送装置、又は手動によってロードポート１２に載置される。載置されたカセットから半導体ウェーハＷが取り出され、搬送装置１６によってテーブル１８の表面に載置される。この後、半導体ウェーハＷの裏面が、テーブル１８の吸着部３４の表面に真空吸着保持される。これにより、半導体ウェーハＷがテーブル１８に保持される。

テーブル１８に保持された半導体ウェーハＷは、図１のカメラ２６によってその表面が撮像され、半導体ウェーハＷの表面に形成されたダイシングされるカットラインの位置とブレード２８との位置が、不図示のＸ、Ｙ、θ方向の各移動機構部によりテーブル１８を調整して合わせられる。

位置合わせが終了し、ダイシング加工が開始されると、スピンドル３２が回転を開示し、ブレード２８が高速に回転するとともに、不図示のノズルから加工点に切削液が供給される。この状態で半導体ウェーハＷは、テーブル１８とともに不図示の移動軸によって、図１に示すＸ方向へ加工送りされるとともに、スピンドル３２が所定の高さまでＺ方向へ下がりダイシングが行われる。この動作によって半導体ウェーハＷの表面にカーフが切削加工される。

〔カーフ深さ測定装置５０〕
図３は、カーフ深さ測定装置５０として、流量式のエアマイクロメータ５２を利用した説明図である。

なお、エアマイクロメータ５２としては、流量式のものに限定されず、背圧式、真空式、流速式等、他の測定原理のエアマイクロメータを検査装置として適用可能である。

エアマイクロメータ５２は、ポンプ５８から供給される圧縮空気を、レギュレータ６０によって一定圧力に調整し、Ａ／Ｅ変換器６２の内部に設置された絞り（図示せず）を介して測定ヘッド６４のノズル６６から、半導体ウェーハＷの表面に圧縮エアを噴射する。

Ａ／Ｅ変換器６２は、ノズル６６と絞りとの間の流量（圧力）の微小変化を、内蔵するベローズと差動変圧器とによって電気信号に変換し、アンプ６８に出力する。アンプ６８は、この電気信号を増幅する。

増幅された電気信号は、第１演算部７０に出力され、第１演算部７０は電気信号に基づいて流量を算出し、かつ算出した流量に基づきカーフｋの断面積を算出する。すなわち、第１演算部７０は、ノズル６６とカーフｋとの隙間から流出するエアの流量、又は流量の変化で生じる圧力変化に基づきカーフｋの断面積を算出する。算出されたカーフｋの断面積は、第２演算部７２に出力される。

一方、第２演算部７２には、画像処理部７４からのカーフｋの幅が出力される。すなわち、カーフｋはカメラ２６によって撮像され、画像処理部７４はカメラ２６からの画像情報を画像処理することによりカーフｋの幅を算出する。このカーフｋの幅が第２演算部７２に出力されている。

第２演算部７２は、カメラ２６と画像処理部７４とによって測定されたカーフｋの幅と、第１演算部７０によって算出されたカーフｋの断面積とに基づきカーフｋの深さを算出する。この算出方法については後述する。また、算出されたカーフｋの深さはモニタ７６に表示される。

測定ヘッド６４は、スピンドル３２又はＺの移動機構部（スピンドル支持部）５４に取り付けられることにより、半導体ウェーハＷの表面に対して離間して配置され、表面に向けて圧縮エアを噴射するノズル６６を有する。図３では、移動機構部５４に測定ヘッド６４が取り付けられている。

測定ヘッド６４は、ダイシング装置１０の既存のＸ、Ｙの移動機構部（移動部）７８、８０によって、半導体ウェーハＷの表面に沿って相対的に移動される。

移動機構部７８は、Ｘ方向に延設された一対のレール８２を備え、このレール８２にテーブル支持部材８４がスライド自在に搭載されている。また、移動機構部７８は、テーブル支持部材８４をレール８２に沿ってＸ方向に移動させる不図示の駆動部を備えている。

移動機構部８０は、Ｙ方向に延設された一対のレール８６を備え、このレール８６にスライダ８８がスライド自在に支持されている。また、移動機構部８０は、スライダ８８をレール８６に沿ってＹ方向に移動させる不図示の駆動部を備えている。

スライダ８８は、Ｚ方向に延設された一対のレール９０を備え、このレール９０に移動機構部５４のスライダ９２がスライド自在に支持されている。また、移動機構部５４は、スライダ９２をレール９０に沿ってＺ方向に移動させる不図示の駆動部を備えている。

〔カーフｋの深さ測定方法の原理について〕
図４は、エアマイクロメータ５２によるカーフｋの深さ測定方法の原理を説明した図である。

図４の〔case１〕は、エアマイクロメータ５２によって、既知の深さＬ１のカーフｋ１を測定する説明図であり、〔case２〕は既知の深さＬ２のカーフｋ２を測定する説明図である。

このとき、エアマイクロメータ５２と半導体ウェーハＷとの間に形成される流路断面積をＡ１とし、カーフｋ２の流路断面積をＡ２とすると、以下の式１、式２によりＡ１、Ａ２を算出することができる。流路断面はノズル６６と半導体ウェーハＷのギャップＨからなる項とカーフｋからなる項の和であり、カーフｋが断面として寄与するエリアはノズル内径ｄと交差する２ヶ所であるため２を乗じる。

Ａ１=ｄ×Ｐｉ×Ｈ＋２×Ｗ１×Ｌ１…式１
Ａ２=ｄ×Ｐｉ×Ｈ＋２×Ｗ２×Ｌ２…式２
なお、ｄは、ノズル６６の内径であり既知の値である。Ｐｉは円周率である。Ｈは、通常のエアマイクロメータ５２のギャップ測定にて設定される既知の値である。Ｗ１、Ｗ２はカーフｋ１、ｋ２の幅寸法であり、ダイシング装置１０のカメラ２６によって得られた画像を画像処理する画像計算によって得られた既知の値である。

ベルヌーイの定理より、アンプ６８では圧力と高さが一定なので、
Ｖ１²／２＝Ｖ２²／２
Ｖは流速である。

よって、Ｖ１＝Ｖ２…式３
連続の法則より、〔case１〕での流量Ｑ１、〔case２〕での流量Ｑ２は、以下の式４、式５により算出することができる。

流量Ｑ１＝Ａ１×Ｖ１…式４
流量Ｑ２＝Ａ２×Ｖ２…式５
ここで、式３、式４、式５により、以下の式６の如く、〔case１〕及び〔case２〕における、流量を断面積で除算した値は等しくなる。

Ｑ１／Ａ１＝Ｑ２／Ａ２…式６
エアマイクロメータ５２は流量をカーフの断面積に変位換算でき、ゲージとなるカーフとの差異を見る機能を有する。

実際は、〔case１〕及び〔case２〕は既にカーフ深さＬ１、２が得られた物として校正することで、断面積の変化と流量の変化との関係を実験的に取得することができる。なお、損失成分やカーフの微小な凹凸、及び底のＲ形状は、〔case１〕及び〔case２〕の校正によって吸収される。

その校正値を用いることで、実測対象の〔Case３〕…以降の流路断面積Ａ３…を求めることができる。

すなわち、〔Case３〕を想定すると、〔Case３〕の流路断面積Ａ３は流量の変化に基づいて算出することができる。

その際、ｄ、Ｈ、Ｗ３はそれぞれ既知の値であるので、
〔Case３〕のカーフ深さＬ３を求める場合には、
Ａ３=ｄ×Ｐｉ×Ｈ＋２×Ｗ３×Ｌ３の式に、上記既知の値（Ａ３、ｄ、Ｈ、Ｗ３）を代入すれば、カーフ深さＬ３を得ることができる。

つまり、図３に示した第２演算部７２は、カメラ２６と画像処理部７４とによって測定されたカーフｋの幅Ｗと、第１演算部７０によって算出されたカーフｋの断面積Ａとに基づき、断面積Ａを幅Ｗにて除算することにより、微小な凹凸に影響を受けないカーフｋの深さを算出することができる。

〔エアマイクロメータ５２によるカーフｋの深さ測定方法〕
測定ヘッド６４を移動機構部５４に取り付け、半導体ウェーハＷの表面に向けてノズル６６から圧縮エアを噴射しながら、移動機構部７８、８０によって測定ヘッド６４を半導体ウェーハＷの表面に沿って相対的に平行移動させる。

図５に示す半導体ウェーハＷの平面図において、図の複数本の矢印Ａは、半導体ウェーハＷの表面に対する測定ヘッド６４の相対的な移動方向を示している。すなわち、半導体ウェーハＷの表面の測定領域をＸ方向に複数分割し、分割した測定領域毎に測定ヘッド６４をＹ方向（Ａ方向と同方向）に複数回移動させることにより、複数本のカーフｋの深さを測定する。

半導体ウェーハＷの表面に測定ヘッド６４を位置させる際には、ダイシング装置１０の既存の移動機構部５４を制御することによって実行することができ、カーフｋの深さ測定はダイシング装置１０の既存のＸ、Ｙの移動機構部７８、８０を制御して測定ヘッド６４を移動させることにより実行することができる。

エアマイクロメータ５２は、ポンプ５８から供給される圧縮空気を、レギュレータ６０によって一定圧力に調整し、Ａ／Ｅ変換器６２の内部に設置された絞り（図示せず）を介して測定ヘッド６４のノズル６６から、半導体ウェーハＷの表面に圧縮エアを噴射する。

Ａ／Ｅ変換器６２は、ノズル６６と絞りとの間の流量（圧力）の微小変化を、内蔵するベローズと差動変圧器とによって電気信号に変換し、アンプ６８に出力する。アンプ６８は、この電気信号に基づいて流量値を算出し、算出された流量は、第１演算部７０に出力される。そして、第１演算部７０は流量に基づきカーフｋの断面積を算出する。算出されたカーフｋの断面積は、第２演算部７２に出力される。

第２演算部７２には、画像処理部７４からのカーフｋの幅が出力される。そして、第２演算部７２は、カーフｋの幅と、カーフｋの断面積とに基づきカーフｋの深さを算出する。

このように実施形態のカーフ深さ測定装置５０は、カーフｋの側壁や底に微小な凹凸が存在している場合でも、凹凸に影響の少ないカーフｋの断面積に基づいてカーフｋの深さを算出するので、誤差の少ないカーフｋの深さ測定を行うことができる。

図６は、半導体ウェーハＷの一つの測定領域において、エアマイクロメータ５２を矢印Ａ方向に相対的に移動させたことを示す説明図である。

図７は、図６に示した一つの測定領域において、エアマイクロメータ５２によって検出されたエア流量を線Ｂで示したグラフである。なお、図７の横軸は、矢印Ａ方向における半導体ウェーハＷの位置を示し、縦軸は、エア流量を示している。

図７によれば、図６のカーフＡ〜Ｊを直交方向に通過する際の位置ａ〜ｊにおいて、エア流量が増加し、図３の第１演算部７０は、増加した各エア流量に基づき、位置ａ〜ｊのカーフＡ〜Ｊの断面積を算出する。そして、第２演算部７２が前述の如く位置ａ〜ｊにおけるカーフＡ〜Ｊの深さを算出する。

〔ダイシング装置１０にカーフ深さ測定装置５０を設けた利点〕
ダイシング装置１０のカメラ２６及び画像処理部７４を、カーフｋの幅を測定する幅測定部として利用している。

また、ダイシング装置１０のブレード２８が支持されるスピンドル３２又は移動機構部５４に測定ヘッド６４を支持させ、ダイシング装置１０のテーブル１８及びスピンドル３２を水平方向に移動させる移動機構部７８、８０を、測定ヘッド６４の移動部として利用している。

更にまた、ダイシング装置１０において、ウェーハＷの厚さを測定してウェーハＷへの切り込み深さを設定するためのエアマイクロメータ５２の測定ヘッド６４、検出部５６、及び第１演算部７０を、カーフ深さ測定装置５０の測定ヘッド、第１演算部として利用している。

つまり、ダイシング装置１０に備えられた、ウェーハ厚さ測定用のエアマイクロメータ５２を、カーフｋの深さ測定用の装置として併用することができるので、ダイシング装置１０に専用のカーフ深さ測定装置５０を設置することなく、半導体ウェーハＷのカーフｋの深さを測定することができる。

なお、実施形態では、ダイシング装置１０のテーブル１８に保持された半導体ウェーハＷのカーフの深さを測定するカーフ深さ測定装置５０について説明したが、これに限定されるものではなく、ウェーハの面に備えられたカーフの深さを測定する装置であれば、本発明を適用することができる。

Ｗ…半導体ウェーハ、１０…ダイシング装置、１２…ロードポート、１４…吸着パッド、１６…搬送装置、１８…テーブル、２０…加工部、２２…スピンナ、２４…コントローラ、２６…カメラ、２８…ブレード、３２…スピンドル、３４…吸着部、５０…カーフ深さ測定装置、５２…エアマイクロメータ、５４…移動機構部、５６…検出部、５８…ポンプ、６０…レギュレータ、６２…Ａ／Ｅ変換器、６４…測定ヘッド、６６…ノズル、６８…アンプ、７０…第１演算部、７２…第２演算部、７４…画像処理部、７６…モニタ、７８、８０…移動機構部、８２…レール、８４…テーブル支持部材、８６…レール、８８…スライダ、９０…レール、９２…スライダ

Claims (3)

1. ウェーハの面に備えられたカーフの深さを測定するカーフ深さ測定装置において、
   前記カーフの幅を測定する幅測定部と、
   前記ウェーハの前記カーフに対して離間して配置され、前記カーフに向けて圧縮エアを噴射するノズルを有する測定ヘッドと、
   前記ノズルと前記カーフとの隙間から流出するエアの流量、又は流量の変化で生じる圧力変化に基づき前記カーフの断面積を算出する第１演算部と、
   前記幅測定部によって測定された前記カーフの幅、及び前記第１演算部にて算出された前記カーフの断面積に基づき前記カーフの深さを算出する第２演算部と、
   を備えるカーフ深さ測定装置。
2. 前記測定ヘッドを前記ウェーハの面に沿って相対的に移動させる移動部を備える請求項１に記載のカーフ深さ測定装置。
3. 前記ウェーハは、前記ウェーハをダイシング加工するダイシング装置のウェーハチャックに保持され、
   前記幅測定部は、前記カーフを撮像する撮像部と、前記撮像部によって得られた画像を画像処理することにより前記カーフの幅を演算する画像処理部とからなり、
   前記測定ヘッドは、前記ダイシング装置のブレードが支持されるスピンドル又はスピンドル支持部に支持され、
   前記測定ヘッドと前記第１演算部とがエアマイクロメータとして構成され、
   前記移動部は、前記ダイシング装置の前記ウェーハチャック及び前記スピンドルを水平方向に移動させる移動機構部である請求項２に記載のカーフ深さ測定装置。

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