JP2020145272A - 半導体ウエハ - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、オリエンテーションフラットやノッチなどのマーカを確実に検出できる技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する半導体ウエハは、透明または半透明である。半導体ウエハの一方の主平面と側面との間に傾斜面が備えられている。主平面を傾斜面の側へ延長した基準平面と傾斜面との間の角度がｓｉｎ−１（１／Ｎｗ）以上である（Ｎｗは前記半導体ウエハの屈折率）。他方の主平面に対して垂直な方向から光を照射すると入射光は傾斜面で全反射する。傾斜面の側から半導体ウエハを撮影すると、傾斜面に相当する領域が影となって現れるので、マーカを確実に検出できる。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、半導体ウエハに関する。

半導体素子の材料である半導体ウエハの縁には、ノッチ、あるいは、オリエンテーションフラットが設けられている。オリエンテーションフラットは、円板形状の半導体ウエハの縁を主平面に対して垂直に切り落とした後の側面である。オリエンテーションフラットは、半導体ウエハを平面視したときに円周上の２点を通る直線、すなわち弦に相当する。ノッチやオリエンテーションフラットは、半導体ウエハの結晶方位を特定するために半導体ウエハの縁に設けられたマーカである（例えば、特許文献１、２）。オリエンテーションフラットの長さ（弦の長さ）は、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）の規格で定められている。

特開２００７−２２７７７２号公報 特開平０６−５３１００号公報

半導体チップの製造工場では、一般に、画像処理装置を用いてオリエンテーションフラットやノッチを自動的に検出する。透明または半透明の半導体ウエハの場合、半導体ウエアの上側から光を照射しつつ、下側から半導体ウエハをカメラで撮影する。半導体ウエハの縁以外では光が透過し、縁では光が透過しない。カメラの画像では、半導体ウエハの縁（オリエンテーションフラットやノッチを含む）が線状の影となって現れる。画像処理装置は、画像の陰影からオリエンテーションフラットやノッチの位置を特定する。半導体ウエハの透明度が低いと、線状の影を検出するのに高い精度の画像処理装置が必要になる。本明細書は、精度の低い画像処置装置であってもオリエンテーションフラットやノッチを検出することのできる技術を提供する。

本明細書が開示する半導体ウエハは、透明あるいは半透明である。例えばシリコンカーバイト（ＳｉＣ）の半導体ウエハは概ね透明である。半導体ウエハの一方の主平面と側面との間に傾斜面が備えられている。一方の主平面を傾斜面の側へ延長した基準平面と傾斜面との間の角度がｓｉｎ^−１（１／Ｎｗ）以上である。ここで、Ｎｗは半導体ウエハの屈折率である。上記の角度条件を満たすと、半導体ウエハの他方の主平面側から垂直に入射した光は半導体ウエハを通り、傾斜面で全反射する。半導体ウエハの他方の主平面側から光を照射しつつ一方の主平面の側から半導体ウエハを撮影すると傾斜面が影となって現れる。それゆえ、精度の低い画像処理装置でも傾斜面を検出することができる。

上記した傾斜面を、半導体ウエハのオリエンテーションフラットあるいはノッチに隣接して設ける。そうすると、画像上では、オリエンテーションあるいはノッチを境に白い領域と黒い領域に分かれる。従って精度の低い画像処理装置であってもオリエンテーションフラットあるいはノッチを確実に検出することができる。オリエンテーションもノッチも半導体ウエハの縁に設けられたマーカである。上記した斜面は、オリエンテーションフラットあるいはノッチ以外のマーカ（半導体ウエハの縁に設けられた結晶方位特定用のマーカ）に隣接して設けられてもよい。

オリエンテーションフラットの場合、半導体ウエハの主平面と傾斜面との境界が直線であるとよい。特に、主平面と傾斜面との境界がオリエンテーションフラットと平行な直線であるとよい。傾斜面の側から撮影した画像において、傾斜面が太い直線状の影となって現れるので、オリエンテーションフラットを検出し易くなる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の半導体ウエハの平面図である。 図１の矢印Ｆ２の方向からみた半導体ウエハの側面図である（部分拡大図）。 オリエンテーションフラットを検出する画像処理装置の模式図である。 第２実施例の半導体ウエハの平面図である。 図４の矢印Ｖ−Ｖ線に沿ってカットした半導体ウエハの断面図である（部分断面図）。 ノッチを検出する画像処理装置の模式図である。

（第１実施例）図１〜図３を参照して第１実施例の半導体ウエハ１０を説明する。図１に、半導体ウエハ１０の平面図を示し、図２に図１の破線矩形の領域を矢印Ｆ２の方向からみた図（部分拡大側面図）を示す。半導体ウエハ１０は、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）の単結晶体で作られている。半導体ウエハ１０の材料であるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）の単結晶体は、バンドギャップが３．２０［ｅＶ］以上の半導体材料である。バンドギャップが３．２０［ｅＶ］以上のシリコンカーバイトの単結晶体は透明である。すなわち、半導体ウエハ１０は透明である。以下では、説明を簡略化するため、半導体ウエハ１０を単にウエハ１０と称する。

ウエハ１０の縁には、オリエンテーションフラット１２が設けられている。オリエンテーションフラット１２は、もともとの円形のウエハ１０の円周上の２点Ｐ１、Ｐ２を通る直線でウエハ１０をカットした部分である。図１では、切り取られた部分を二点鎖線で示してある。

オリエンテーションフラット１２は、ウエハ１０における結晶方位を特定するために設けられている。オリエンテーションフラット１２は、半導体ウエハ１０に設けられた平坦な側面に相当する。図２に示すように、ウエハ１０の一方の主平面（第１主平面１４）と、オリエンテーションフラット１２（すなわちウエハ１０の側面）との間には傾斜面１３が設けられている。図１の平面図では傾斜面は半導体ウエハ１０の裏側に設けられるが、理解を助けるために、傾斜面１３に相当する領域をグレーで示してある。図１と図２から理解されるように、傾斜面１３はオリエンテーションフラット１２に隣接して設けられている。別言すれば、傾斜面１３はオリエンテーションフラット１２に沿って設けられている。また、傾斜面１３と第１主平面１４との境界１３ａは、直線であり、ウエハ１０を平面視したときにオリエンテーションフラット１２に対して平行となる。説明の便宜のため、第１主平面１４の反対側の主平面を第２主平面１５と称する。

傾斜面１３の利点を、図２を用いて説明する。ウエハ１０は透明であるため、光を通す。太矢印線Ｌ１は、第２主平面１５に対して垂直の方向からウエハ１０に入射する光（入射光Ｌ１）を表している。図２の一点差線Ｌｔは、傾斜面１３の法線を示している。太矢印線Ｌ２は、傾斜面１３で反射した光（反射光Ｌ２）を表している。

角度Ａｎｇ１は、傾斜面１３に対する入射光Ｌ１の入射角（入射角Ａｎｇ１）を示している。入射角Ａｎｇ１は、第１主平面１４を傾斜面１３の側へ拡張した基準平面Ｓｔと傾斜面１３との間の角度Ａｎｇ２に等しい。すなわち、入射角Ａｎｇ１＝角度Ａｎｇ２である。

今、ウエハ１０の屈折率を記号Ｎｗで表すと、第２主平面１５に垂直に入射した入射光Ｌ１が傾斜面１３で全反射する臨界角ＡｎｇＣは、ＡｎｇＣ＝ｓｉｎ^−１（１／Ｎｗ）となる。「１／Ｎｗ」の分子の「１」は空気の屈折率に相当する。入射角Ａｎｇ１が臨界角ＡｎｇＣ以上であると、第２主平面１５に垂直に入射した入射光Ｌ１は傾斜面１３で全反射する。角度Ａｎｇ１＝角度Ａｎｇ２であるから、第１主平面１４を傾斜面１３の側へ拡張した基準平面Ｓｔと傾斜面１３との間の角度Ａｎｇ２がＡｎｇＣ＝ｓｉｎ^−１（１／Ｎｗ）以上であると、入射光Ｌ１は傾斜面１３にて全反射する。

第２主平面１５に対して垂直な方向からウエハ１０に光を照射しつつ第１主平面１４の側からウエハ１０を撮影する。ウエハ１０は透明であるから、ウエハ１０を撮影した画像において、ウエハ１０の輪郭を除いて白く写る。ただし、傾斜面１３では入射光Ｌ１が全反射するので画像において傾斜面１３に相当する領域は黒い影となる。また、ウエハ１０の輪郭も光が通り難いので黒い線として現れる。その結果、第１主平面１４の側から撮影した画像において、オリエンテーションフラット１２に沿って太い直線状の影が現れる。第１主平面１４の側から撮影したウエハ１０の画像からオリエンテーションフラット１２を検出し易くなる。特に、第１主平面１４と傾斜面１３の境界１３ａがオリエンテーションフラット１２に対して平行であるので、傾斜面１３に相当する影が太い直線となる。太い直線状の影は特に検出し易い。

図３に、オリエンテーションフラット１２を検出する画像処理装置２０の模式図を示す。ウエハ１０は、透明な支持台２２に載置される。ウエハ１０の上方には照明２１が配置されている。照明２１は、第２主平面１５に対して垂直な方向から光をウエハ１０に照射する。ウエハ１０の第１主平面１４の側にはカメラ２３が配置されている。カメラ２３は、第２主平面１５に対して垂直な方向からウエハ１０に光を当てつつ第１主平面１４の側からウエハ１０を撮影する。カメラ２３には画像処理装置２０の画像処理コンピュータ２４が接続されている。カメラ２３が写した画像は画像処理コンピュータ２４に送られる。図３には、画像処理コンピュータ２４に送られた画像２４ａが示されている。先に述べた理由により、画像２４ａには、ウエハ１０の輪郭１８（オリエンテーションフラット１２を含む輪郭）と、傾斜面１３に相当する領域が黒い影１９となって現れる。黒い影１９は、オリエンテーションフラット１２に平行な太い直線となって表れる。画像処理コンピュータ２４に組み込まれている画像処理プログラムは、太い直線状の影１９を認識し、オリエンテーションフラット１２の位置を特定することができる。別言すれば、光の照射側とは反対側からウエハ１０を撮影した画像では、オリエンテーションフラット１２を境界に白い領域と黒い領域が隣り合うことになるので、精度の低い画像処理装置であってもオリエンテーションフラット１２を確実に検出することができる。

傾斜面１３と第１主平面１４の境界１３ａ（図１、図２参照）は、第１主平面１４の法線方向からみてオリエンテーションフラット１２と平行な直線である。それゆえ、傾斜面１３に対応する領域が太い直線状の影となる。太い直線状の影は画像処理装置２０で検出するのが容易である。傾斜面１３を設けることで、精度の低い画像処理装置であってもオリエンテーションフラット１２を確実に検出することができる。また、第１主平面１４との境界がオリエンテーションフラット１２と平行な直線となる傾斜面１３は加工が容易である点も利点の一つである。

（第２実施例）図４から図６を参照して第２実施例のウエハ１１０（半導体ウエハ１１０）を説明する。図４は、ウエハ１１０の平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿ってカットしたウエハ１１０の断面図（部分断面図）である。ウエハ１１０も、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）の単結晶体で作られており、透明である。ウエハ１１０の縁にはノッチ１１２が設けられている。ノッチ１１２は、ウエハ１１０の結晶方位を特定するために設けられている。

ウエハ１１０の第１主平面１１４の側には縁を一巡する傾斜面１１３が設けられている。別言すれば、ウエハ１１０の第１主平面１１４と側面１１７（ノッチ１１２を含む側面）の間に第１主平面１１４を一巡する傾斜面１１３が設けられている。図４では、理解を助けるために傾斜面１１３をグレーで示してある。傾斜面１１３は、ノッチ１１３に隣接して設けられている。別言すれば、傾斜面１１３は、ウエハ１１０を平面視したときにノッチ１１２と重なるように設けられている。

第１主平面１１４を傾斜面１１３の側へ拡張した基準平面Ｓｔと傾斜面１１３との間の角度Ａｎｇ２は、ｓｉｎ^−１（１／Ｎｗ）以上である。ここで、記号Ｎｗはウエハ１１０の屈折率を表している。角度Ａｎｇ２≧ｓｉｎ^−１（１／Ｎｗ）が成立するので、第２主平面１１５に対して垂直方向からウエハ１１０に入射した光（入射光Ｌ１）は傾斜面１１３にて全反射する。図５にて点線矢印Ｌ２が反射光を示している。

図６に、ノッチ１１２を検出する画像処理装置２０の模式図を示す。ウエハ１１０は、透明な支持台２２に載置される。ウエハ１１０の上方には照明２１が配置されている。照明２１は、第２主平面１１５に対して垂直方向から光をウエハ１１０に照射する。ウエハ１１０の第１主平面１１４の側にはカメラ２３が配置されている。カメラ２３は、第２主平面１１５に対して垂直方向からウエハ１０に光を当てつつ第１主平面１１４の側からウエハ１１０を撮影する。カメラ２３には画像処理コンピュータ２４が接続されている。カメラ２３が写した画像は画像処理コンピュータ２４に送られる。図６には、画像処理コンピュータ２４に送られた画像２４ｂが示されている。第１実施例の場合と同様に、画像２４ｂには、ウエハ１１０の輪郭１１８（ノッチ１１２の輪郭を含む）と、傾斜面１１３に相当する領域が影１１９となって現れる。傾斜面１１３は、ノッチ１１２に隣接して設けられているので、黒い影１１９の中に、ノッチ１１２の輪郭が現れる。ノッチ１１２を境に黒い領域と白い領域が分かれる。画像処理コンピュータ２４に組み込まれている画像処理プログラムは、黒い領域と白い領域の境界になっているノッチ１１２を検出し、ノッチ１１２の位置を特定することができる。ノッチ１１２の輪郭を境界に白い領域と黒い領域が隣り合うことになるので、精度の低い画像処理装置であってもノッチ１１２を確実に検出することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。シリコンカーバイト（ＳｉＣ）の単結晶体の屈折率ＮｗはＮｗ＝２．６３５である。ウエハ１０、１１０がシリコンカーバイトの単結晶で作られている場合、全反射する臨界角ＡｎｇＣは、ＡｎｇＣ＝ｓｉｎ^−１（１／２．６３５）＝２２．３［ｄｅｇ］となる。すなわち、第１主平面１４（１１４）を傾斜面１３（１１３）の側へ拡張した基準平面Ｓｔと傾斜面１３（１１３）との間の角度Ａｎｇ２が２２．３［ｄｅｇ］度以上であると、入射光Ｌ１は傾斜面１３（１１３）にて全反射し、オリエンテーションフラット１２（ノッチ１１２）が検出し易くなる。半導体ウエハは、半透明であってもよい。

オリエンテーションフラットやノッチは、半導体ウエハの縁に設けられたマーカである。本明細書が開示する技術は、半導体ウエハの縁に設けられたマーカであれば、オリエンテーションフラットやノッチ以外のマーカに対しても適用可能である。傾斜面が、マーカに隣接して設けられていればよい。

主平面に垂直な方向から照射する光は、レーザ光であってもよい。レーザ光を走査しつつ照射し、傾斜面側から半導体ウエハを撮影し、撮影した画像からマーカを検出してもよい。

半導体ウエハの縁に設けられたマーカの検出方向は次の通りである。（１）基準平面Ｓｔに対する角度Ａｎｇ２がｓｉｎ^−１（１／Ｎｗ）以上である（Ｎｗは前記半導体ウエハの屈折率）傾斜面がマーカに隣接して設けられている半導体ウエハを準備する。半導体ウエハは透明あるいは半透明である。（２）傾斜面とは反対側の主平面に対して垂直方向から光を照射しつつ傾斜面の側から半導体ウエハを撮影する。（３）撮影した画像の陰影からマーカを特定する。画像では、マーカに隣接している傾斜面に相当する領域が影となって現れるので、マーカを確実に検出することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０、１１０：半導体ウエハ
１２：オリエンテーションフラット
１３、１１３：傾斜面
１４、１１４：第１主平面
１５、１１５：第２主平面
１８、１１８：輪郭
１９、１１９：影
２０：画像処理装置
２１：照明
２２：支持台
２３：カメラ
２４：本体
１１２：ノッチ

Claims (4)

1. 半導体ウエハであり、
   前記半導体ウエハは透明または半透明であり、
   前記半導体ウエハの一方の主平面と側面との間に傾斜面が備えられており、
   前記主平面を前記傾斜面の側へ延長した基準平面と前記傾斜面との間の角度がｓｉｎ^−１（１／Ｎｗ）以上である（Ｎｗは前記半導体ウエハの屈折率）、半導体ウエハ。
2. 前記傾斜面は、前記半導体ウエハの縁に設けられている結晶方位特定用のマーカに隣接して設けられている、請求項１に記載の半導体ウエハ。
3. 前記マーカはオリエンテーションフラットとノッチの一方である、請求項２に記載の半導体ウエハ。
4. 前記傾斜面は前記オリエンテーションフラットに隣接して設けられており、前記傾斜面と前記主平面との境界が直線である、請求項３に記載の半導体ウエハ。

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