JP2017146152A - ウエハの検査装置、ウエハの検査方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

ウエハの検査装置、ウエハの検査方法および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明はウエハの検査装置、それを利用したウエハの検査方法および半導体装置の製造方法に関し、ウエハの表面から裏面まで貫通したクラックを検出するウエハの検査装置、ウエハの検査方法および、それを利用した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ウエハ１０を保持するためのウエハ保持機構１６と、前記ウエハ１０に遮断され、前記ウエハ１０の第１面１０２から第２面１０４までを貫通したクラックを通過する照射光を前記第１面１０２に照射する光源２０と、前記第２面１０４側に設けられ、前記ウエハ１０を通過した前記照射光を受光し、受光した前記照射光に応じた信号を発する受光部２２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明はウエハの検査装置、それを利用したウエハの検査方法および半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１には、ウエハからの散乱光を撮像し、クラックを検出する方法が開示されている。一般に、ウエハ表層においてクラック部分には応力が発生している。この応力によって散乱光の偏向方向が変化する。上記方法は、偏向方向の変化を検知することで、クラックを検出する。
国際公開第２０１１／０６２２７９号
特許文献１に示される方法では、ウエハ表層におけるクラックの有無が検出される。このため、検出したクラックがウエハの表面から裏面まで貫通しているかを判断することが出来ない。
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は、ウエハの表面から裏面まで貫通したクラックを検出するウエハの検査装置を得ることである。
第２の目的は、ウエハの表面から裏面まで貫通したクラックを検出するウエハの検査方法を得ることである。
第３の目的は、ウエハの表面から裏面まで貫通したクラックを検出するウエハの検査方法を用いた半導体装置の製造方法を得ることである。
ウエハを保持するためのウエハ保持機構と、前記ウエハに遮断され、前記ウエハの第１面から第２面までを貫通したクラックを通過する照射光を前記第１面に照射する光源と、前記第２面側に設けられ、前記ウエハを通過した前記照射光を受光し、受光した前記照射光に応じた信号を発する受光部と、を備える。
ウエハに遮断され、前記ウエハの第１面から第２面までを貫通したクラックを通過する照射光を前記第１面に照射した状態で、前記第２面側に設けられた受光部によって前記ウエハを通過した前記照射光を受光する受光工程と、前記受光部が発する、前記ウエハを通過した前記照射光に応じた信号から前記クラックの有無を判定する判定工程と、を備える。
本発明におけるウエハの検査装置では、ウエハに第１面から第２面までを貫通したクラックが発生している場合に、クラック部分を照射光が通過する。この照射光は、貫通したクラックのない場所ではウエハにより遮断される。従って、受光部には照射光のうち、貫通したクラックを通過したもののみが到達する。この結果、受光部は照射光に応じた信号を発する。この信号を用いて、表面から裏面に貫通しているクラックの有無を判断することが出来る。
本発明におけるウエハの検査方法では、ウエハに第１面から第２面までを貫通したクラックが発生している場合に、クラック部分を照射光が通過する。この照射光は、貫通したクラックのない場所ではウエハにより遮断される。従って、受光部には照射光のうち、貫通したクラックを通過したもののみが到達する。この結果、受光部は照射光に応じた信号を発する。この信号を用いて、表面から裏面に貫通しているクラックの有無を判断することが出来る。
本発明の実施の形態１におけるウエハの検査装置の断面図である。 本発明の実施の形態１におけるウエハの断面図および平面図である。 本発明の実施の形態１におけるウエハの断面図およびウエハを撮像したイメージ図である。 本発明の実施の形態２におけるウエハの検査装置の断面図である。 本発明の実施の形態３におけるウエハの検査装置の断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
本発明の実施の形態に係るウエハの検査装置、ウエハの検査方法および半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるウエハの検査装置１００の断面図である。ウエハの検査装置１００は、ステージ１４を備える。ステージ１４は、上面が開放された筐体である。ステージ１４の上面には、ウエハ１０を保持するためのウエハ保持ステージ１２が配置される。ここで、ウエハ１０には検査対象である半導体装置が形成されている。ステージ１４およびウエハ保持ステージ１２は、ウエハ保持機構１６を構成する。
ウエハ保持ステージ１２には切欠き部１３が設けられる。検査時には、切欠き部１３の底面にウエハ１０が配置される。この結果、ウエハ１０はウエハ保持ステージ１２によって外周部を保持される。
ウエハ保持機構１６およびウエハ１０によって囲まれた空間１８において、ステージ１４の底面には光源２０が配置される。光源２０は、照射光を含む光をウエハ１０の裏面１０２に照射する。ここで、照射光はウエハ１０に遮断される。また、照射光はウエハ１０の裏面１０２から表面１０４までを貫通したクラックを通過する。従って、ウエハ１０が裏面１０２から表面１０４までを貫通したクラックを有する場合に、クラック部分を照射光が通過する。
本実施の形態では、光源２０が発する光は白色光である。また、光源２０が発する光には、波長が３６０〜８３０ｎｍの可視光である照射光が含まれる。この変形例として、光源２０は波長が３６０〜８３０ｎｍの単色光を発するものとしても良い。また、照射光として、シリコンを透過しない１１００ｎｍ以下の波長の光を使用することが出来る。また、照射光はシリコンを透過しない非赤外光であるとしても良い。
ウエハの検査装置１００は、ウエハ１０の表面１０４側に受光部２２を備える。受光部２２は、照射光の周波数に対して感度を有する受光素子を備える。また、受光素子は、照射光以外の周波数には感度を有しない。この結果、光源２０が発する光のうち、ウエハ１０を通過した照射光が受光部２２によって受光される。さらに、受光部２２は、撮像素子を備える。以上から、受光部２２によって、ウエハ１０の裏面１０２から表面１０４までを貫通したクラックを通過した照射光が撮像される。本実施の形態において、以上が、受光工程となる。
また、光源２０は、ウエハ保持機構１６およびウエハ１０によって、外部空間から遮光されている。これにより、クラック部分以外からの照射光の漏れが抑制される。また、光源２０、ウエハ保持機構１６、ウエハ１０および受光部２２は、筐体２８に収められ、外部空間から遮光される。以上から、受光工程において、受光部２２の受光感度を向上することが出来る。
受光部２２は、受光した照射光に応じた信号を発する。本実施の形態では、受光部２２は、照射光を撮像することによって得られた受光像を、画像信号として受光像解析部２４に通知する。受光像解析部２４では、受光像から雑音を除去する画像処理が実施される。受光像解析部２４で画像処理された受光像は、判定部２６に通知される。判定部２６では、裏面１０２から表面１０４までを貫通したクラックの有無を判定する。
図２は、本実施の形態における検査対象であるウエハ１０の断面図および平面図である。ウエハ１０は、クラック１０６および１０８を有する。クラック１０６は、ウエハ１０の表面１０４に発生し、裏面１０２までは進展していない。これに対し、クラック１０８は、ウエハ１０の表面１０４から裏面１０２まで進展し、貫通している。なお、図２において、便宜上、断面図を水平方向に拡大している。
図３は、本実施の形態におけるウエハ１０の断面図およびウエハ１０の受光像のイメージ図である。ウエハ１０の表面１０４から裏面１０２まで貫通したクラック１０８では、クラック部分を照射光が通過する。従って、受光像にクラック１０８に対応した輝点１１０が生じる。これに対し、裏面１０２まで進展していないクラック１０６では、クラック部分を照射光が透過しない。このため、受光像に輝点は生じない。
判定部２６において、輝点１１０の輝度と閾値との比較演算が実施される。この結果、閾値よりも輝度が高い場合に、ウエハ１０に表面１０４から裏面１０２まで進展したクラックが発生していると判定される。本実施の形態において、以上が判定工程となる。従って、受光工程および判定工程を備えた検査方法によって、ウエハ１０の表面１０４から裏面１０２まで進展したクラックを検出することができる。
表面から裏面まで進展したクラックが発生しているウエハに、成膜工程を実施すると、クラックを通して成膜装置のステージに膜が堆積する。また、洗浄工程では、クラックから薬液漏れが発生する。従って、製造装置が汚染される。さらに、製造装置内でウエハ割れが発生する可能性がある。従って、表面から裏面まで進展したクラックが発生したウエハを検出することで、製造装置の汚染および工程内でのウエハ割れを防止することが可能になる。
光源２０が発する光がシリコンを透過する赤外光を含む場合、赤外光によって、ウエハ１０内部の欠陥およびパーティクルが検出される。この場合、受光像からウエハ１０の裏面１０２から表面１０４までを貫通したクラック１０８を識別することが困難になる。これに対し、本実施の形態では、受光部２２は照射光以外の周波数には感度を有しない。このため、光源２０が照射光とともに赤外光を発する場合も、受光部２２は赤外光に反応しない。従って、クラック１０８を通過する照射光のみを撮像することが可能になる。
本実施の形態の変形例として、光源２０は、ウエハ１０に遮断され、ウエハ１０の裏面１０２から表面１０４までを貫通したクラックを通過する照射光のみを発するものとしてもよい。本変形例では、受光部２２において赤外光を遮断する必要がなくなる。また、別の変形例として、光源２０と受光部２２との間に照射光以外の周波数を遮断するフィルターを設けても良い。
また、本実施の形態では、判定部２６において、ウエハ１０の裏面１０２から表面１０４までを貫通したクラックの有無を判定するものとした。これに対し、受光像を使用者が目視で確認し、クラックの有無を判定するものとしても良い。
本実施の形態ではウエハの第１面が裏面１０２に対応し、第２面が表面１０４に対応する。これに対し、第１面が表面１０４に対応し、第２面が裏面１０２に対応するものとしてもよい。
実施の形態２．
図４は、実施の形態２におけるウエハの検査装置２００の断面図である。本実施の形態では、ウエハの検査装置２００は、圧力調整部２３０を備える。圧力調整部２３０は、ウエハ保持機構２１６およびウエハ１０によって囲まれた空間１８を加圧する。本実施の形態では、圧力調整部２３０は、空間１８にガスを入れることで加圧を行う。この時、空間１８の圧力はウエハ１０の厚さに応じて調整する。本実施の形態では、加圧前との差圧を０．５ｋＰａ以下に設定する。
ウエハ保持ステージ２１２は、真空吸着穴２３１を備える。真空吸着穴２３１には図示しない真空ポンプが接続される。真空ポンプによって、真空吸着穴２３１は減圧される。この結果、ウエハ１０の外周部はウエハ保持機構２１６に吸着される。従って、空間１８は密閉される。真空吸着穴２３１および真空ポンプは、吸着機構を構成する。
空間１８を密閉した状態で加圧すると、ウエハ１０に応力が加わる。この結果、ウエハ１０は空間１８を広げる方向に凸型に変形する。本実施の形態において、受光工程は、ウエハ１０をウエハ保持機構２１６に吸着する工程と、加圧によりウエハ１０を凸型に変形させる圧力調整工程とを備える。
ウエハ１０が凸型に変形した状態では、クラックの隙間が広がる。ここで、ウエハ１０の表面１０４から裏面１０２まで貫通したクラックにおいて、亀裂が接合し、照射光が通過しない状態となる場合がある。ウエハ１０を凸型に変形させることで、このようなクラックの隙間を広げ、照射光が通過する状態にすることが出来る。従って、空間１８を加圧することで、潜在したクラックを検出することが可能になる。
本実施の形態の変形例として、圧力調整部２３０は、空間１８を減圧するものとしてもよい。この場合、ウエハ１０は、加圧の場合と逆方向に凸型に変形する。本変形例においても、ウエハを凸型に変形させることで、潜在したクラックを検出することが可能になる。
実施の形態３．
図５は、実施の形態３におけるウエハの検査装置３００の断面図である。ウエハの検査装置３００は、圧力調整部２３０が温度調整部３３２に置き換わった以外は、ウエハの検査装置２００と同様である。温度調整部３３２は、ウエハ１０の温度を調整する。本実施の形態ではウエハ１０を加熱することで、ウエハ１０に応力を与える。これにより、クラックの隙間が広がる。従って、ウエハ１０を加熱した状態で受光工程を実施することで、実施の形態２と同様に、潜在したクラックを検出することが出来る。
温度調整部３３２は、空間１８にヒーターを備える。ヒーターによって空間１８を加熱することで、ウエハ１０の温度を上昇させる。また、温度調整部３３２は、予め温度調整したガスを空間１８に送風するものとしてもよい。本実施の形態において、ウエハ１０の温度は常温〜２００℃である。
本実施の形態では、ウエハ１０を加熱することでウエハ１０に応力を与える。本実施の形態の変形例として、密閉された空間１８の温度を温度調整部３３２によって上昇させることで、空間１８の圧力を上昇させるものとしてもよい。本変形例では、空間１８の圧力が上昇することで、実施の形態２と同様にウエハ１０が凸型に変形する。従って、潜在したクラックを検出することができる。
図６は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。本実施の形態における半導体装置の製造方法は、上述したウエハの検査方法を実施する工程を備える。まず、検査１において、ウエハに対して実施の形態１で示した受光工程を実施する（ステップ１）。検査１において、空間１８の加熱は実施しない。次に損傷判定を実施する（ステップ２）。この損傷判定では、実施の形態１で示した判定工程を実施する。判定工程において、受光像に生じた輝点１１０の輝度と、閾値を比較する。この結果、輝度が閾値よりも高い場合に、次工程への流動不可と判定される。
次に、ステップ２において流動可能と判定されたウエハについて、検査２を実施する（ステップ３）。検査２では、温度調整部３３２によってウエハ１０を加熱する。加熱によりウエハ１０に応力を加えた状態で、受光工程を実施する。次に、損傷判定を実施する（ステップ４）。この損傷判定では、応力によりクラックの隙間が広がった状態の受光像について判定工程が実施される。従って、ステップ２では検出されない潜在したクラックを検出することが出来る。ステップ４において、受光像に生じた輝点１１０の輝度が閾値よりも高い場合に、次工程への流動不可と判定される。ステップ４において、流動可能と判定されたウエハは、次工程に進む。
以上の工程を含む製造方法によれば、潜在したクラックも含めて、ウエハ１０の表面１０４から裏面１０２まで進展したクラックを検出することが出来る。従って、製造装置の汚染および工程内でのウエハ割れを抑制することができる。この結果、製造装置の稼働率低下を防止することが可能になる。なお、ステップ１〜４は、半導体装置の製造工程のうち、ウエハ工程の任意の工程で実施するものとして良い。また、ステップ２およびステップ３の間に、別の工程を実施するものとしても良い。
本実施の形態では、工程を常温の工程（ステップ１、２）および高温の工程（ステップ３、４）に分けている。常温の工程では、ウエハ１０に応力を加えない状態においても照射光が通過する損傷の大きなクラックが検出される。高温の工程では、潜在したクラックが検出される。以上から、検査時間の長い高温の工程を全てのウエハについて実施する必要がなくなる。従って、製造工程が効率化される。
本実施の形態における半導体装置の製造方法では、ステップ３において加熱によりウエハ１０に応力を加えた。この変形例として、ステップ３において、実施の形態２で示したように、空間１８を加圧することでウエハ１０に応力を加えても良い。本変形例では、ステップ３は、加圧によりウエハ１０が凸型に変形した状態で実施される。本変形例においても、ステップ３および４において潜在したクラックを検出することが出来る。また、ステップ３において、ウエハ１０に対して加熱と共に加圧を実施するものとしても良い。
本実施の形態の別の変形例として、半導体装置の製造方法はステップ３および４のみを実施するものとしても良い。本変形例では、全てのウエハに対して、加熱により応力を加えた状態で検査方法が実施される。本変形例では、常温の工程が省かれるため、製造方法が単純化される。
１００、２００、３００ 検査装置、１０ ウエハ、１６ ウエハ保持機構、１８ 空間、２０ 光源、２２ 受光部、２６ 判定部、２８ 筐体、１０８ クラック、２３０ 圧力調整部、３３２ 温度調整部

Claims (24)

  1. ウエハを保持するためのウエハ保持機構と、
    前記ウエハに遮断され、前記ウエハの第１面から第２面までを貫通したクラックを通過する照射光を前記第１面に照射する光源と、
    前記第２面側に設けられ、前記ウエハを通過した前記照射光を受光し、受光した前記照射光に応じた信号を発する受光部と、
    を備えることを特徴とするウエハの検査装置。
  2. 前記照射光は、波長が１１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のウエハの検査装置。
  3. 前記照射光は、非赤外光であることを特徴とする請求項１に記載のウエハの検査装置。
  4. 前記受光部は、前記照射光の周波数に感度を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のウエハの検査装置。
  5. 前記信号を用いて前記クラックの有無を判定する判定部を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のウエハの検査装置。
  6. 前記信号は、前記ウエハを通過した前記照射光の輝度を示す信号を含み、
    前記判定部は、前記輝度を閾値と比較することを特徴とする請求項５に記載のウエハの検査装置。
  7. 前記光源は、前記ウエハと前記ウエハ保持機構によって遮光された空間に配置されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のウエハの検査装置。
  8. 前記空間の圧力を調整する圧力調整部を備え、
    前記ウエハ保持機構は、前記ウエハを吸着するための吸着機構を備えることを特徴とする請求項７に記載のウエハの検査装置。
  9. 前記圧力調整部は、前記空間を加圧することを特徴とする請求項８に記載のウエハの検査装置。
  10. 前記圧力調整部は、前記空間を減圧することを特徴とする請求項８に記載のウエハの検査装置。
  11. 前記ウエハを加熱する温度調整部を備えることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のウエハの検査装置。
  12. 前記光源、前記ウエハ保持機構および前記受光部を外部空間から遮光するための筐体を備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のウエハの検査装置。
  13. ウエハに遮断され、前記ウエハの第１面から第２面までを貫通したクラックを通過する照射光を前記第１面に照射した状態で、前記第２面側に設けられた受光部によって前記ウエハを通過した前記照射光を受光する受光工程と、
    前記受光部が発する、前記ウエハを通過した前記照射光に応じた信号から前記クラックの有無を判定する判定工程と、
    を備えることを特徴とするウエハの検査方法。
  14. 前記照射光は、波長が１１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載のウエハの検査方法。
  15. 前記照射光は、非赤外光であることを特徴とする請求項１３に記載のウエハの検査方法。
  16. 前記受光部は、前記照射光の周波数に感度を有することを特徴とする請求項１３〜１５の何れか１項に記載のウエハの検査方法。
  17. 前記信号は、前記ウエハを通過した前記照射光の輝度を示す信号を含み、
    前記判定工程は、前記輝度を閾値と比較する工程を含むことを特徴とする請求項１３〜１６の何れか１項に記載のウエハの検査方法。
  18. 前記照射光は、前記ウエハと、前記ウエハを保持するウエハ保持機構によって遮光された空間に配置された光源から発せられることを特徴とする請求項１３〜１７の何れか１項に記載のウエハの検査方法。
  19. 前記受光工程は、
    前記ウエハ保持機構に前記ウエハを吸着する工程と、
    前記空間の圧力を調整する圧力調整工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１８に記載のウエハの検査方法。
  20. 前記圧力調整工程は、前記空間を加圧することを特徴とする請求項１９に記載のウエハの検査方法。
  21. 前記圧力調整工程は、前記空間を減圧することを特徴とする請求項１９に記載のウエハの検査方法。
  22. 前記受光工程は、前記ウエハを加熱する工程を備えることを特徴とする請求項１３〜２１の何れか１項に記載のウエハの検査方法。
  23. 前記受光工程は、前記照射光を発する光源、前記ウエハおよび前記受光部を外部空間から遮光する工程を含むことを特徴とする請求項１３〜２２の何れか１項に記載のウエハの検査方法。
  24. 請求項１３〜２３の何れか１項に記載のウエハの検査方法を実施する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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