JP3309484B2 - 結晶方位検出方法および装置 - Google Patents

結晶方位検出方法および装置

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JP3309484B2 JP8657993A JP8657993A JP3309484B2 JP 3309484 B2 JP3309484 B2 JP 3309484B2 JP 8657993 A JP8657993 A JP 8657993A JP 8657993 A JP8657993 A JP 8657993A JP 3309484 B2 JP3309484 B2 JP 3309484B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は結晶方位の検出に係り,
特にウエハプロセス中の半導体ウエハの結晶方位の検出
に関する。
【0002】半導体装置の製造工程においては,半導体
ウエハはテスト用(TP用) ウエハ,製品用ウエハ, ダミ
ー用ウエハに分類して使用されている。現状では大別し
て,(A) テスト用ウエハと製品用ウエハ,および(B) ダ
ミー用ウエハの2種類に分けられる。
【0003】ここで,テスト用ウエハは,装置の処理条
件の確認に使用するためのウエハで製品ウエハと同じ性
質のウエハであり,ダミー用ウエハは,製品処理とは関
係なく,設備の空運転やバッチ処理時の枚数合わせや処
理分布の制御用として使用され,ウエハの規格はラフな
ものである。
【0004】本発明は工程中におけるテスト用ウエハ
(または製品用ウエハ)とダミー用ウエハの識別に使用
することができる。
【0005】
【従来の技術】製品用ウエハ(テスト用ウエハ)とダミ
ー用ウエハは製造段階で結晶方位によって分類されてお
り,ウエハプロセスの段階での識別は困難である。した
がって,結晶メーカからの納入時に製品用ウエハとダミ
ー用ウエハとを区別する必要があり,それぞれのウエハ
にマークを印字するか,ウエハを収納するキャリア別に
管理する必要があった。
【0006】図10(A),(B) は従来例によるウエハ識別の
説明図である。図において,ウエハ 4上に形成された製
品, ダミー, テスト用を分類するマーク41をカメラ101
で撮像し,画像認識装置102 で認識している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置の製造工程
において,テスト用ウエハとダミーウエハとの区別をす
るために, マークを印字し分類するようにすると画像認
識技術が必要となり,なおかつ印字設備も必要となる。
また, ウエハキャリア(プロセス中に複数のウエハを収
納する容器)別の管理においては, テスト用ウエハとダ
ミー用ウエハとの区別がウエハ上で確認できないため,
間違って使用する場合もある。テスト用ウエハは再生し
て再度製品用ウエハとして使用できるのに,分類ができ
なくなるとすべてダミーウエハとして使用され,その都
度テスト用ウエハの購入が必要となっていた。
【0008】本発明は結晶方位を簡単に検出し,ウエハ
プロセス中の製品用ウエハとダミーウエハとの識別を容
易にすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は, 1)回転する被検出用の結晶に光束を入射し,該結晶か
らの反射光を受光し,該反射光を光電変換して1回転中
の電気出力の波形の山数を計数する結晶方位検出方法,
あるいは 2)被検出用の結晶を保持するステージと,該結晶に光
束を入射し,該結晶からの反射光を受光する手段と,該
結晶あるいは該反射光を受光する受光器を回転する手段
と,該反射光を光電変換して1回転中の電気出力の波形
の山数を計数する手段とを有する結晶方位検出装置,あ
るいは 3)被検出用の結晶を結晶方位により分類する際,回転
する該結晶に光束を入射し,該結晶からの反射光を分類
対象の結晶方位による光像と同じ形に開口されたスリッ
トを通して受光して光電変換し,分類対象の結晶と分類
対象以外の結晶に対する光電変換後の出力電圧を比較し
て分類する結晶方位検出方法,あるいは 4)前記スリットを回転させ,1回転中の前記出力電圧
の変化を求めて基準電圧と比較する前記3)記載の結晶
方位検出方法により達成される。 5)被検出用の結晶を保持するステージと,該結晶に光
束を入射し,該結晶からの反射光を受光する手段と,該
結晶あるいは該反射光を受光する受光器を回転する手段
と,該反射光を特定の結晶方位の光像と同じ形状に開口
されたスリットを通して受光して光電変換する手段とを
有する結晶方位検出装置によって達成される。
【0010】
【作用】図1(A),(B) は本発明の原理説明図である。図
1(A) は構成図, 図1(B) は受光素子の出力波形図であ
る。
【0011】図において,発光素子 1より出力された光
をレンズ 2を用いて集光し,スリット(細孔) 3を介し
て,回転するウエハ 4上の任意に位置に照射し,ウエハ
からの反射光を入射側スリットよりわづかに離れた位置
に設けられた反射側スリット5の後に置かれた受光レン
ズ 6で受け, 受光素子 7により光電変換を行い, 変換さ
れた電圧を検出回路 8に入れて反射光の電圧波形を観察
し, ウエハ 1回転中の波形の山数をカウントして結晶方
位を検出する。
【0012】この際, ウエハを回転させる代わりに検出
器を回転させても同じ結果が得られる。本発明は基本的
には光像法によるものであるが,半導体ウエハは単結晶
であり結晶方位が揃っているため,ウエハの任意の位置
で検出可能なことに着目して,ウエハの回転軸を任意の
位置にとっても光像パターンの稜数(図2参照)をカウ
ントできることを利用したものである。
【0013】図2(A) 〜(C) は結晶方位と光像法による
パターンと本発明による電圧波形との関係を示す図であ
る。1回転中の波形の山数は,結晶方位が[100] のとき
は 4個, [110] のときは 2個, [111] のときは 3個とな
る。
【0014】ここで,光像法によるパターンは周知のよ
うに,結晶表面の腐食によりつくられた食像に対する投
射光の反射,散乱により形成され,本発明の電圧波形の
山は結晶の回転により受光器がこの光像を通過するごと
に形成される。
【0015】図8(A) 〜(C) は請求項3に対応する発明
の原理説明図である。本発明では,発光素子 1より出射
された光と, ウエハ 4からの反射光による光像の面積内
の光の強さは略同じであるため,例えば,製品ウエハの
結晶方位を[100], ダミーウエハの結晶方位を[111] と
して, スリット5Aの形状を[111] の光像と同じ形(図2
参照)にすると, 製品ウエハとダミーウエハのそれぞれ
の光像の光の強さは等しいので,製品ウエハのときにス
リットを通過してくる光の強さはダミーウエハのときよ
り小さくなる。このようにして製品ウエハとダミーウエ
ハの分類が容易にできる。
【0016】上記のように,半導体ウエハを結晶方位に
より分類するとき,分類対象の結晶方位による光像と同
じ形に開口されたスリット5Aを利用して,他の結晶方位
の結晶との反射光の差を大きくして,簡単な光学系と検
出回路で容易に分類できるようにしている。
【0017】図8(A) において,発光素子 1から出射さ
れた光を発光側集光レンズ 2を用いて集光させ, ウエハ
4上の任意の位置に照射する。このとき,ウエハよりの
反射光は上記のスリット5Aを通って受光側集光レンズ 6
により集光し,その光を受光素子 7に受けて光電変換
し, その光の強弱を電圧変化として出力させる。
【0018】次に, 比較検出回路12により基準電圧より
高い電圧, 即ち光強度の大きい場合を“1”, 低い電
圧, 即ち光強度の小さい場合をを“0”として, 二値化
する。この際, スリット5Aは分類対象の結晶方位の光像
と同じ形のものを使用しているので, 光の強いものが分
類対象のウエハとなる。
【0019】上記のように基準電圧と比較して二値化を
行う代わりに, 電圧の一番高いピーク電圧による比較に
よっても検出が可能である。ここで,スリットの形状は
比較分類する結晶方位の何れか1つでよい。
【0020】また,前記のように半導体ウエハは単結晶
であるため結晶方位が揃っており,ウエハの任意の位置
で検出可能であるが,ウエハの回転位置によって像の傾
きが変わってくる。そこで,スリット5Aを回転させて,
スリットが1回転する間の電圧変化から,その間の電圧
が基準電圧より高くなるか否かで容易に検出が可能とな
る。
【0021】図8(B) は比較検出回路の例を示し,受光
素子の出力と基準電圧発生回路12Aで発生された基準電
圧とがコンパレータ12B に入力され, 両者を比較して二
値化する。
【0022】図8(C) は受光素子の出力波形と基準電圧
波形との関係を示し, 実線で示される受光素子の出力波
形はスリットと異なる形状の結晶方位光像の場合であ
り,点線で示される受光素子の出力波形はスリットと同
じ形状の結晶方位光像の場合である。この場合, 基準電
圧を両方の電圧波形の中間に定めて二値化する。
【0023】
【実施例】図3は本発明の実施例の説明図である。図に
おいて,ウエハ面から約 5mm離れた位置に約 1mmφの孔
の開いた入射側スリットを置き, レーザダイオードより
出力された光をレンズ群により集光し,入射側スリット
を通してウエハ面に照射する。入射側スリットより 5〜
7mm 離れた位置に約 2〜3 mmφの孔の開いた反射側スリ
ットを置き, ウエハからの反射光を反射側スリットおよ
び集光レンズを通して受光素子 (ここではフォトトラン
ジスタ) に受ける。受光素子に入力された光は光電変換
されて検出回路に入り, 検出回路で光の明暗を検出す
る。
【0024】本発明は原理的には光像法を用いるもので
あるから,可視光であれば光の波長に限定されるもので
なく,発光素子の波長にマッチングした感度を有する受
光素子を用いればよい。
【0025】図4は本発明の実施例に使用したウエハス
テージの構成図である。ウエハ 4の裏面を吸着するウエ
ハ吸着パッド 9と,ウエハおよびウエハ吸着パッドを回
転させるモータ10と, モータの回転角を検出するエンコ
ーダ11とからなる。
【0026】図5はウエハステージと本発明の結晶方位
の検出器を一体化して取りつけた構成図である。図のよ
うに,結晶方位の検出器は,種々の処理工程の影響の少
ないウエハの裏面の方位を検出するようにしている。
【0027】動作の序フローは,まず,ウエハ裏面をウ
エハ吸着パッドにより吸着し,ウエハを回転して入射し
た光が暗くなるところを探し,そこから,ウエハを1回
転させる。この時の波形を図6(A),(B) に示す。図7は
本発明の動作のフローチャートである。
【0028】この波形を制御回路により図6(A) に示さ
れるスライスレベルで切り図6(B)のように2値化し,
カウント開始からモータ停止までの波形の山の部分を検
出してその数を求めて結晶方位を検出した。
【0029】図9(A),(B) は本発明の他の実施例の説明
図である。レーザ素子 1より出射された光をレンズ 2で
集光させ, ウエハ 4の裏面に照射させ,このときの反射
光をダミーウエハの結晶方位[111] の光像と同じ形状に
開口されたスリット5Aを通過させ, ミラー13により90°
方向を変え, レンズ 6により集光し,その光の強弱をフ
ォトダイオード 7に受光させる。
【0030】フォトダイオード 7で光電変換された出力
電圧を図8の比較検出回路を使用し,ダミーウエハのと
きの電圧と,他の製品用ウエハのときの電圧をとり,そ
れぞれの電圧のピークとピーク間の中間電圧を基準電圧
とし,この基準電圧より高い場合は“1”,低い場合は
“0”として二値化し,結晶方位分類装置として,
“1”のときはオンに“0”のときはオフにスイッチン
グして出力させる。
【0031】また前記のように,ウエハの回転位置によ
って光像の傾きが変わってくるため,スリット5Aは, モ
ータ14によりプーリ15を介して回転できる構造にし,ス
リット1回転中の電圧変化から,その間の電圧が基準電
圧より高く成るか否かで検出した。
【0032】
【発明の効果】本発明によれぱ,結晶方位を簡単に検出
でき,ウエハプロセス中の製品用ウエハとダミーウエハ
との識別が容易となり,両者の混合によるロスを防ぎウ
エハの節約に寄与することができる。
【0033】また,光像と同じ形のスリットを用いるこ
とにより, 製品用ウエハとダミーウエハとの識別を, 物
の有無を判別するセンサと同じようにオン, オフで判定
できるようになり, 非常に簡単な装置で且つ高速に分類
できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 結晶方位と光像法によるパターンと本発明に
よる電圧波形との関係を示す図
【図3】 本発明の実施例の説明図
【図4】 実施例に使用したウエハステージの構成図
【図5】 ウエハステージと本発明の結晶方位の検出器
を一体化して取りつけた構成図
【図6】 波形説明図
【図7】 本発明の動作のフローチャート
【図8】 請求項3に対応する発明の原理説明図
【図9】 本発明の他の実施例の説明図
【図10】 従来例によるウエハ識別の説明図
【符号の説明】
1 発光素子 2 レンズ 3 入射側スリット(細孔) 4 被検出結晶で半導体ウエハ 5 反射側スリット 5A 反射側スリットで,分類対象の結晶方位の光像と同じ
形状に開口されたスリット 6 レンズ 7 受光素子 8 検出回路 9 ウエハ吸着パッド 10 モータ 11 エンコーダ 12 比較検出回路 12A 基準電圧発生回路 12B コンパレータ 13 ミラー
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転する被検出用の結晶に光束を入射
    し,該結晶からの反射光を受光し,該反射光を光電変換
    して1回転中の電気出力の波形の山数を計数することを
    特徴とする結晶方位検出方法。
  2. 【請求項2】 被検出用の結晶を保持するステージと,
    該結晶に光束を入射し,該結晶からの反射光を受光する
    手段と,該結晶あるいは該反射光を受光する受光器を回
    転する手段と,該反射光を光電変換して1回転中の電気
    出力の波形の山数を計数する手段を有することを特徴と
    する結晶方位検出装置。
  3. 【請求項3】 被検出用の結晶を結晶方位により分類す
    る際,回転する該結晶に光束を入射し,該結晶からの反
    射光を分類対象の結晶方位による光像と同じ形に開口さ
    れたスリットを通して受光して光電変換し,分類対象の
    結晶と分類対象以外の結晶に対する光電変換後の出力電
    圧を比較して分類することを特徴とする結晶方位検出方
    法。
  4. 【請求項4】 前記スリットを回転させ,1回転中の前
    記出力電圧の変化を求めて基準電圧と比較することを特
    徴とする請求項3記載の結晶方位検出方法。
  5. 【請求項5】 被検出用の結晶を保持するステージと,
    該結晶に光束を入射し,該結晶からの反射光を受光する
    手段と,該結晶あるいは該反射光を受光する受光器を回
    転する手段と,該反射光を特定の結晶方位の光像と同じ
    形状に開口されたスリットを通して受光して光電変換す
    る手段とを有することを特徴とする結晶方位検出装置。
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KR100360113B1 (ko) * 2000-12-11 2002-11-07 진용옥 오목 거울의 회전을 이용한 분광 촬상 시스템
CN100395868C (zh) * 2005-04-08 2008-06-18 中国科学院半导体研究所 一种利用激光对准晶片晶向的方法及装置
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