JP2023094118A - ウエーハ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム材料に貼り付けられたウエーハを検査する際、変形しやすいフィルム材料に局所的な変形（伸び等）を生じさせずに確実に保持するウエーハ検査装置を提供する。【解決手段】リング状フレームＲに貼り付けられた粘着フィルムＭにより支持されているウエーハＷを検査するウエーハ検査装置１であって、粘着フィルムＭに当接してウエーハＷを所定の姿勢で保持する保持部２と、ウエーハＷに向けて照明光Ｌ１を照射する照明部３と、ウエーハＷの外観及び／又は内部を撮像する撮像部４と、撮像部４で撮像したウエーハＷの外観及び／又は内部を撮像した検査画像Ｇに基づいて検査を行う検査部５と、を備える。保持部２において、多孔質部材２２は、粘着フィルムＭに当接する部位であり、ウエーハＷの外縁部よりも外側に設定された領域でウエーハＷを取り囲むように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、リング状フレームに貼り付けられた粘着フィルムにより支持されているウエーハを検査する装置に関する。

半導体デバイス等のチップ部品は、所定の繰り返しピッチで回路パターンをシリコンウエーハ上に積層形成した後、所定の寸法にダイシングしてパッケージングする行程を経て製造されている。そして、積層形成される回路パターンが所望の状態で形成されているか、製造工程の途中で種々の検査が行われている（例えば、特許文献１）。

また、半導体デバイスは、シリコンウエーハが赤外線を透過する性質を利用して、透過照明方式により検査が行われこともある（例えば、特許文献２）。

通常、ダイシングされるウエーハは、回路形成面を上にして、下面側がリング状フレームに貼り付けられた粘着フィルムにより支持されている。そして、リング状フレームを所定の姿勢で保持しつつ、ウエーハを突き上げ部材により下方から上方に持ち上げる（つまり、エキスパンドする）ことで個片化されている（例えば、特許文献３）。

特開２００３－２５８０６７号公報 特開平８－２２０００８号公報 特開２００４－２７３８９５号公報

例えば、透過照明方式によりウエーハの外周部を含めた検査を行う場合や、粘着フィルム面側から精密な位置制御を伴う加工を行う場合など、上述のような粘着フィルムにより支持されているウエーハを所定の姿勢で保持するには、ウエーハ外縁の半径方向のすぐ外側（つまり、粘着フィルム）を保持する必要がある。そうすることで、リンク状フレームや粘着フィルムの変形の影響が少なくなるからである。

しかし、粘着フィルムは、ダイシングされたウエーハを引き伸ばしてチップ化するため、柔軟性があり変形しやすい。つまり、支持部材の表面に穴や溝を設けて強い力で負圧吸引させると、粘着フィルムに局所的な変形（伸び等）が生じて元に戻らないおそれがある。一方、負圧吸引力を弱めると、ウエーハを保持しながら移動させたときに位置ずれしたり吸着が外れたりする恐れがある。

そこで、本発明は、フィルム材料に貼り付けられたウエーハを検査する際、変形しやすいフィルム材料に局所的な変形（伸び等）を生じさせずに確実に保持することができるウエーハ検査装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
リング状フレームに貼り付けられた粘着フィルムにより支持されているウエーハを検査するウエーハ検査装置であって、
粘着フィルムに当接してウエーハを所定の姿勢で保持する保持部と、
ウエーハに向けて照明光を照射する照明部と、
ウエーハの外観および／または内部を撮像する撮像部と、
撮像部で撮像したウエーハの外観および／または内部を撮像した検査画像に基づいて検査を行う検査部とを備え、
保持部は、
粘着フィルムに当接する部位が多孔質部材であり、
多孔質部材が、ウエーハの外縁部よりも外側に設定された領域で当該ウエーハを取り囲むように配置されている。

上記態様によれば、ウエーハの外縁より外側の比較的広い領域を、大気より少し低い程度の負圧で粘着フィルムの下面を吸引保持できる。

フィルム材料に貼り付けられたウエーハを検査する際、変形しやすいフィルム材料でも、局所的な変形（伸び等）を生じさせずに確実に保持できる。

本発明を具現化する形態におけるウエーハ検査装置の一例を示す概略図である。 本発明を具現化する形態におけるウエーハ検査装置の別の一例を示す概略図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明では、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向と表現し、ＸＹ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をＺ方向と表現する。また、Ｚ方向は、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく方向を下と表現する。また、Ｚ方向を中心軸として回転する方向をθ方向とする。

ウエーハ検査装置１は、リング状フレームＦに貼り付けられた粘着フィルムＭにより支持されているウエーハＷを検査するものである。

図１は、本発明を具現化する形態におけるウエーハ検査装置の一例を示す概略図である。図１（ａ）には、ウエーハ検査装置１の各構成要素および保持するウエーハＷの位置関係が斜視図およびブロック図で示されている。図１（ｂ）には、ウエーハ検査装置１の各構成要素および保持するウエーハＷの位置関係が断面図で示されている。

具体的には、ウエーハ検査装置１は、不図示のハンドラー等で運ばれたリング状フレームＦを水平状態で受け取り、ウエーハＷを所定の姿勢で保持しつつ検査するものである。
なお、検査対象となるウエーハＷとしては、半導体デバイスのチップ部品となるもの（例えば、上面に回路パターン等が形成されている）や、ＭＥＭＳ部品となるもの（内部に構造物等が形成されている）が例示できる。
より具体的には、ウエーハ検査装置１は、保持部２、照明部３、撮像部４、検査部５を備えている。さらにウエーハ検査装置１は、移動部Ｍ、コンピュータＣＰ、コントローラＣＮ等を備えている。

保持部２は、粘着フィルムＭに当接してウエーハＷを所定の姿勢で保持するものである。具体的には、保持部２は、ウエーハＷが水平な姿勢を維持しつつ水平方向および上下方向に位置ずれしないよう、粘着フィルムＭを下面側から支え保持するものである。
より具体的には、保持部２は、円板をくり抜いたような所定の幅を有するリング形状をしており、本体部２０、フレーム支持部２１、フィルム当接部２２、連通部２３等を備えている。

フレーム支持部２１は、リング状フレームＦの下方を下面側から支持するものである。
具体的には、フレーム支持部２１は、リング状フレームＦが水平な姿勢を維持しつつ、上下方向に位置ずれしないよう、リング状フレームＦを下面側から支えるものである。
より具体的には、フレーム支持部２１は、上面が平坦なリング状の金属や樹脂等の硬質部材で構成されており、リング状フレームＦの下面および／またはリング状フレームＦの下面に貼り付けられた粘着フィルムＭの下面に当接して、リング状フレームＦを支える構成をしている。

フィルム当接部２２は、粘着フィルムＭに当接するものである。
具体的には、フィルム当接部２２は、粘着フィルムＭの下面に当接して、粘着フィルムＭにより支持されているウエーハＷを所定の姿勢で支え保持するものであり、フィルム当接部２２の内縁２２ｎが、ウエーハＷの外縁Ｗｅよりも半径方向外側に設定された領域ＥでウエーハＷを取り囲むように配置されている。
より具体的には、フィルム当接部２２は、多孔質部材で構成されている。
多孔質部材は、粒径の小さな金属や樹脂を集めて固めたものであり、上面、下面、各側面が互いに通気性を有する内部構造をしている。
具体的には、フィルム当接部２２は、表面が凸凹形状であるが、全体的に見れば上端がフラットに成形または加工されている。

連通部２３は、フィルム当接部２２の下面ないし内部と、装置内または装置外に配置された負圧発生手段Ｖとを接続するものである。
具体的には、連通部２３は、保持部２の本体部２０内に設けられた溝や穴等で構成されており、切替バルブ２４等を介して負圧発生手段Ｖに接続されている。

負圧発生手段Ｖは、フィルム当接部２２の内部を大気圧よりも負圧にするものである。
具体的には、負圧発生手段Ｖは、真空ポンプやエジェクタ等が例示できる。

なお、リング状フレームＲに貼り付けられた粘着フィルムＭにより支持されているウエーハＷと、保持部２の各部との位置関係としては、以下の様な配置を例示できる。
内側から順に、ウエーハＷの外縁Ｗｅ、フィルム当接部２２の内縁２２ｎ、リング状フレームＲの内縁Ｒｎ、フィルム当接部２２の外縁２２ｅ、粘着フィルムＭの外縁Ｍｅ、リング状フレームＲの外縁Ｒｎおよびフレーム支持部２１の外縁である。

保持部２は、この様な構成をしているため、ウエーハＷが貼り付けられている粘着フィルムＭとフィルム当接部２２とを当接させ、フィルム当接部２２を負圧にすることで、粘着フィルムＭと多孔質部材とで形成される空間に吸引力を発生させることができる。そのため、粘着フィルムＭがフィルム当接部２２に吸引されて吸着保持され、ウエーハＷが所定の姿勢で保持される。

照明部３は、ウエーハＷに向けて照明光Ｌ１を照射するものである。
具体的には、撮像部４による撮像に必要な観察光Ｌ２が得られるよう、撮像視野Ｆに向けて、所定光量の照明光Ｌ１を照射するものである。
より具体的には、照明部３は、保持部２のフィルム当接部２２より内側下方に配置された、ＬＥＤ照明やメタルハライドランプ、キセノンランプ、レーザダイオードなどが例示できる。なお、照明部３は、外部（本実施例では、コントローラＣＮ）からの信号制御に基づいて、発光／消灯を切り替えたり、所定の場所やタイミングでストロボ発光させたりする。

撮像部４は、ウエーハWの外観および／または内部を撮像するものである。
具体的には、撮像部４は、ウエーハＷの外観および／または内部を撮像した検査画像Ｇの映像信号や映像データを、外部（本実施例では、コンピュータＣＰ）に出力するものである。なお、照明部３と撮像部４とは、ウエーハＷを透過した照明光Ｌ１が撮像部４に入射されるように、対向配置されている。
より具体的には、撮像部４は、所定面積の撮像素子（いわゆる、イメージエリアセンサ）を有する撮像カメラや、ウエーハＷを通過した照明光Ｌ２を入射させて当該ウエーハＷの上面または内部の像を撮像素子に結像させるレンズ等を備えている。

検査部５は、撮像部４で撮像したウエーハＷの外観および／または内部を撮像した検査画像Ｇに基づいて検査を行うものである。
具体的には、検査部５は、検査画像Ｇに対して画像処理等を行い、検査基準となる比較画像に対して差分処理をして欠陥や異物等を検出したり、画素の輝度情報等に基づいて欠陥や異物等を検出したりする。そして、検出した欠陥や異物等の位置や大きさに関する情報を表示器やホストコンピュータ等に出力する。
より具体的には、検査部５は、コンピュータＣＰの処理部や画像処理部等と実行プログラム等で構成されている。

移動部Ｍは、保持部２と撮像部４とを相対的に移動させるものである。
具体的には、移動部Ｍは、ウエーハＷの表面および／または内部に設定された検査領域を撮像部４でくまなく撮像できる様に、ウエーハＷを保持している保持部２と撮像部４の撮像領域Ｆとを相対的に移動させるものである。
より具体的には、移動部Ｍは、保持部２の本体部２０をＸＹ方向に所定の速度で移動させたり所定の位置で静止させるたりするＸＹステージ機構と、保持部２をθ方向に回転させたり所定の角度で静止させたりする回転機構とを組み合わせたもの（いわゆる、ＸＹθステージ機構）を備えており、装置フレーム１ｆに取り付けられている。

コンピュータＣＰは、外部から信号やデータを入力し、所定の演算処理や画像処理を行い、外部に信号やデータを出力するものである。
具体的には、コンピュータＣＰは、以下の機能を実行する。
・撮像視野Ｆのサイズや撮像位置・順序等の設定・登録
・検査条件等の設定・登録
・検査画像Ｇを入力・画像処理し、検査条件に基づく検査処理
より具体的には、コンピュータＣＰは、入力部と出力部、記憶部（レジスタやメモリーと呼ばれる）、制御部と演算部（ＣＰＵやＭＰＵと呼ばれる）、画像処理装置（ＧＰＵと呼ばれる）、補助記憶装置（ＨＤＤやＳＳＤなど）等（つまり、ハードウェア）と、その実行プログラム等（つまり、ソフトウェア）で構成されている。

コントローラＣＮは、外部機器（本実施例では、保持部２、照明部３、撮像部４等の各機器や、コンピュータＣＰ等）と信号やデータを入出力し、所定の制御処理を行うものである。具体的には、コントローラＣＮは、以下の機能を実行する。
・保持部２の切替バルブ２４に駆動信号を出力し、ウエーハＷを保持／解除
・照明部３に対して、照明光Ｌ１の発光ＯＮ／ＯＦＦ等の信号を出力
・撮像部４の撮像カメラに対して、撮像トリガを出力
・移動部Ｍの駆動制御：ＸＹθステージ機構の現在の位置・角度をモニタリングしつつ、駆動用信号を出力し、位置・角度を制御する機能
より具体的には、コントローラＣＮは、コンピュータＣＰの一部や専用のプログラマブルロジックコントローラ等（つまり、ハードウェア）と、その実行プログラム等（つまり、ソフトウェア）で構成されている。

本発明に係るウエーハ検査装置１は、この様な構成をしているため、ウエーハＷの外縁Ｗｅのより外側の比較的広い領域を負圧にして粘着フィルムＭの下面を吸引できる。このとき、大気より少し低い程度の負圧でも粘着フィルムＭの下面を吸引し、確実に保持できる。そのため、フィルム材料に貼り付けられたウエーハを検査する際、変形しやすいフィルム材料でも、局所的な変形（伸び等）を生じさせずに確実に保持できる。

（変形例）
なお上述では、リング状フレームＲに貼り付けられた粘着フィルムＭにより支持されているウエーハＷと、保持部２の各部との位置関係として、リング状フレームＲの内縁Ｒｎの外側かつ粘着フィルムＭの外縁Ｍｅの内側に、フィルム当接部２２の外縁２２ｅ（つまり、フレーム支持部２１との境界）が配置されている例を示した。この様な構成であれば、粘着フィルムＭの下面の比較的広い範囲をフィルム当接部２２により支持・吸引保持できるため、好ましい。
しかし、本発明を具現化する上で、保持部２の各部はこの様な配置に限定されず、フィルム当接部２２の外縁２２ｅがリング状フレームＲの内縁Ｒｎよりも内側に配置されていても良い。そうすることで、フィルム当接部２２の上方にはリング状フレームＲが存在せず、粘着フィルムＭのみを下面側から支えることができるため、リング状フレームＲに反りやたわみなどの変形が生じていたとしても、粘着フィルムＭとの密着性が高まるため、好ましい。

図２は、本発明を具現化する形態におけるウエーハ検査装置の別の一例を示す概略図である。図２（ａ）には、ウエーハ検査装置１の各構成要素および保持するウエーハＷの位置関係が斜視図およびブロック図で示されている。図２（ｂ）には、ウエーハ検査装置１の各構成要素および保持するウエーハＷの位置関係が断面図で示されている。

さらに上述では、保持部２が、フレーム支持部２１の上端面とフィルム当接部２２の当接面（つまり、上端面）の高さが同じ（つまり、段差が無い）構成を例示した。
しかし、本発明を具現化する上で、保持部２は、この様な構成に限定されず、フィルム当接部２２の当接面（つまり、上端面）がフレーム支持部２１の上端面よりも上方に配置（フィルム当接部２２が突出）していても良い。つまり、レーム支持部２１の上端面からフィルム当接部２２が突出していれば、粘着フィルムＭの下面とフィルム当接部２２と隙間が減り、負圧吸引した際の密着性が高まるため、好ましい。

さらに、リング状フレームＲの反りやうねり等による変形量よりも、フィルム当接部２２の突出量が大きく設定しても良い。そうすれば、リング状フレームＲを保持部２に置いたときに、粘着フィルムＭの下面は、全周に亘ってフィルム当接部２２と隙間無く当接するので、負圧吸引した際の密着性がより高まり、好ましい。

（補助支持部６について）
なお上述では、保持部２のフィルム当接部２２の内縁２２ｎが、リング状フレームＲに貼り付けられた粘着フィルムＭにより支持されているウエーハＷの外縁Ｗｅよりも外側に配置されている（つまり、ウエーハＷの直ぐ下側は空洞である）構成を例示した。
しかし、本発明を具現化する上で、保持部２は、この様な構成に限定されず補助支持部６を備えた構成であっても良い。

補助支持部６は、ウエーハＷの外縁Ｗｅよりも半径方向内側の所定部位を支持するものである。
具体的には、補助支持部６は、たわみやすいウエーハＷが所定の姿勢で保持できるよう、ウエーハＷの下面側から粘着フィルムＭを支持するものである。
より具体的には、補助支持部６は、照明光Ｌ１が透過する部材で構成されており、照明光Ｌ１が透過して十分な光量の観察光Ｌ２が得られる材料（つまり、実質的に透明な材料）であれば良い。例えば、照明光Ｌ１が可視光であれば、補助支持部６は、ガラス板、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等の可視光を透過させる材料を用いる。また、ウエーハＷがシリコン結晶で、照明光Ｌ１が近赤外光であれば、補助支持部６としてシリコン結晶を用いても良い。

なお、保持部２は、補助支持部６の上端面がフィルム当接部２２の上端面と高さが同じ（つまり、段差が無い）構成であっても良いが、異なる高さに配置した構成でも良い。

（高さ調節部７について）
さらに、保持部２は、高さ調節部７を備えても良い。

高さ調節部７は、粘着フィルムＭと当接する補助支持部６の当接面（つまり、上端面）の高さを、フィルム当接部２２の当接面（つまり、上端面）の高さに対して変更するものである。
具体的には、高さ調節部７は、電動アクチュエータ、手回しのねじ、スペーサ等が例示できる。
なお、高さ調節部７は、取り扱うウエーハＷやリング状フレームＲの変形度合い、粘着フィルムＭの厚みや柔軟性等に応じて、高低差（つまり、段差）を設定すれば良い。

なお上述では、高さ調節部７が、補助支持部６の当接面（つまり、上端面）の高さを変更する構成を示した。
しかし、高さ調節部７は、フレーム支持部２１の上端面に対して、フィルム当接部２２の当接面（つまり、上端面）の高さを変更する構成であっても良い。

（照明部３について）
なお上述では、照明部３と撮像部４とがウエーハＷを隔てて上下に対向配置されている構成（いわゆる、透過照明方式）を例示した。
しかし、照明部３と撮像部４とは、この様な構成に限らず、双方がウエーハＷの上方に配置されている構成（いわゆる、反射照明方式）であっても良い。

（保持部２について）
なお上述では、フレーム支持部２１の上面が、平坦なリング状の金属や樹脂等の硬質部材で構成されている例を示した。このような構成であれば、リング状フレームＦを水平な姿勢に維持しつつ、上下方向に位置ずれしないようにすることが容易であり好ましい。
しかし、フレーム支持部２１の上面は、この様な構成に限らず、スポンジやゴム、柔軟な樹脂等の弾力性を有する材料で構成されていても良い。

なお上述では、フィルム当接部２２は、多孔質部材が所定幅のリング状に（つまり、連続的）に配置されている例を示した。このような構成であれば、フィルム当接部２２は、比較的大面積で低い負圧により粘着フィルムＭを吸引保持するため、粘着フィルムＭの変形が生じないので好ましい。
しかし、フィルム当接部２２は、この様な構成に限らず、楕円や多角形的配置されていても良いし、粘着フィルムＭの変形が生じなければ、間欠的（例えば、円弧状や点在的）に配置されていても良い。

なお上述では、保持部２は、フレーム支持部２１の外縁がリング状フレームＲの外縁Ｒｎと同じ位置に設定されている構成を図示した。
しかし、保持部２は、この様な構成に限定されず、フレーム支持部２１の外縁がリング状フレームＲの外縁Ｒｎよりも外側に配置されていても良いし、内側に配置されていても良い。

１ ウエーハ検査装置
２ 保持部
３ 照明部
４ 撮像部
５ 検査部
６ 補助支持部
７ 高さ調節部
２０ 本体部
２１ フレーム支持部
２２ フィルム当接部（多孔質部材）
２２ｅ 外縁
２２ｎ 内縁
２３ 連通部
２４ 切替バルブ
Ｗ ウエーハ
Ｗｅ 外縁
Ｍ 粘着フィルム
Ｍｅ 外縁
Ｒ リング状フレーム
Ｒｅ 外縁
Ｒｎ 内縁
Ｇ 検査画像
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ ウエーハを透過した照明光
Ｅ 領域
Ｖ 負圧発生手段

Claims (5)

1. リング状フレームに貼り付けられた粘着フィルムにより支持されているウエーハを検査するウエーハ検査装置であって、
   前記粘着フィルムに当接して前記ウエーハを所定の姿勢で保持する保持部と、
   前記ウエーハに向けて照明光を照射する照明部と、
   前記ウエーハの外観および／または内部を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像した前記ウエーハの外観および／または内部を撮像した検査画像に基づいて検査を行う検査部とを備え、
   前記保持部は、
   前記粘着フィルムに当接する部位が多孔質部材であり、
   前記多孔質部材が、前記ウエーハの外縁部よりも外側に設定された領域で当該ウエーハを取り囲むように配置されている
   ことを特徴とする、ウエーハ検査装置。
2. 前記保持部は、前記多孔質部材の外縁が、前記リング状フレームの開口部の内縁よりも内側に配置されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のウエーハ検査装置。
3. 前記保持部は、前記粘着フィルムと当接する部位が、前記リング状フレームと当接する部位よりも突出して配置されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載のウエーハ検査装置。
4. 前記照明部と前記撮像部とは、前記ウエーハを透過した前記照明光が前記撮像部に入射されるように、対向配置されており
   前記保持部は、
   前記ウエーハの外縁部よりも内側を支持する補助支持部を備え、
   前記補助支持部は、前記照明光が透過する部材で構成されている
   ことを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載のウエーハ検査装置。
5. 前記保持部は、
   前記補助支持部の当接面の高さと前記多孔質部材の当接面の高さとを相対的に変更する、高さ調節部を備えた
   ことを特徴とする、請求項４に記載のウエーハ検査装置。

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