JP5773734B2 - 基板事前検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエハやガラス基板等の基板に所定のストレスを加える工程が含まれた処理を施す前に行う基板事前検査方法に関する。

基板には、各処理室で各種処理が施される。これらの処理の中には、基板を急激に加熱する等の基板に強いストレスが加えられる工程を含むものがあり、基板が強いストレスに耐えられずに破壊することがある。

ここで、基板にストレスを加えると、アコースティック・エミッション（ＡＥ）現象（固体が変形又は破壊する際に、それまで貯えられていたひずみエネルギーが解放されて弾性波を発生する現象）で基板に弾性波が発生する。そこで、従来、基板に発生する弾性波を検出するＡＥセンサを設け、基板の破壊で発生する弾性波をＡＥセンサが検出したときに直ちに処理を中止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

然し、基板が破壊したときは、処理室を開放して基板の破片を取り除く等の手間のかかるメンテナンス作業が必要になり、生産性が大幅に低下してしまう。

特開２００４−２８８２３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、処理中の破壊を生ずる可能性のある基板を事前に見つけ出せるようにした基板事前検査方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、基板に所定のストレスを加える工程が含まれた処理を施す前に、基板にストレスを加えるストレス印加工程と、ストレス印加工程で加えたストレスに起因するアコースティック・エミッション現象で基板に発生する弾性波を検出する検出工程とを備え、検出工程で検出した弾性波に基づいて、基板が前記所定のストレスに耐えられるか否かを判断することを特徴とする。

本発明によれば、処理中に加えられる所定のストレスに耐えられる基板であるか否かを処理前に事前に判断できる。そして、所定のストレスに耐えられない基板は不良品として取り除くことにより、処理中に基板が破壊する可能性を可及的に低減できる。

ここで、基板がこれに加えるストレスで破壊する場合、先ず、基板に微小クラックが発生し、このクラックが成長して破壊に至る。従って、検出工程で検出した弾性波に、基板の破壊前に生ずる微小クラックで発生する弾性波が含まれるときは、基板が前記所定のストレスに耐えられないと判断することが望ましい。

ところで、前記処理が、基板を吸着する吸着手段を有するステージと基板を加熱する加熱手段とを備える処理室で行う処理であって、前記所定のストレスを加える工程が、ステージに基板を吸着した状態で基板を所定の処理温度に加熱する加熱工程である場合、基板をステージに載置した状態で、加熱工程完了前にストレス印加工程及び検出工程を実行することが望ましい。

ここで、処理室とは別の場所でストレス印加工程及び検査工程を実行することも可能であるが、上記の如く処理室内のステージに基板を載置した状態でストレス印加工程及び検出工程を実行すれば、事前検査用の場所を別に確保する必要がなく、省スペース化を図ることができる。

但し、ストレス印加工程中にステージ上で基板が破壊すると、処理室を開放してのメンテナンス作業が必要になり、生産性が低下する。従って、ストレス印加工程で基板に加えるストレスは前記所定のストレスよりも弱くして、ストレス印加工程中に基板が破壊する可能性をできるだけ低くすることが望ましい。

この場合、ストレス印加工程は、基板をステージに吸着する工程において、ステージの表面形状に沿わない形状の基板を吸着手段の吸着力でステージの表面形状に沿うように変形させることにより行われるようにすればよい。また、加熱工程の初期段階において、基板の昇温速度をその後の昇温速度より遅くした状態で基板を加熱するか、基板を局所的に加熱することによりストレス印加工程を行うことも可能である。また、予め加熱されたステージに基板を吸着させて加熱工程を行う場合には、加熱工程の初期段階において、吸着手段による吸着力をその後の吸着力よりも弱くした状態で基板を加熱することによりストレス印加工程を行うことも可能である。これによれば、吸着工程中や加熱工程中にストレス印加工程を実行して、ストレス印加工程の追加によるサイクルタイムの増加を抑制できる。

本発明の実施に用いる設備を示す説明図。 ステージに基板を吸着するときの基板の変形を示す説明図。 処理室とは別の場所に配置する事前検査用設備の一例を示す説明図。 処理室とは別の場所に配置する事前検査用設備の変形例を示す説明図。 処理室とは別の場所に配置する事前検査用設備の他の変形例を示す説明図。

図１を参照して、１は、シリコンウエハから成る基板Ｓに、基板Ｓを所定の処理温度（例えば、４００℃）に加熱する工程を含むベーキング等の処理を施す処理室を示している。処理室１の底部は蓋板２で閉塞されており、図外の真空ポンプにより処理室１を真空状態にする。蓋板２上には、基板Ｓを載置するステージ３が設けられている。ステージ３には、基板Ｓを吸着する静電チャックから成る吸着手段（図示省略）と、基板Ｓを加熱する加熱手段（図示省略）とが組み込まれている。加熱手段は、ヒータや、ステージ３表面に形成した細かな凹部と基板Ｓとの間に加熱ガスを流す手段等で構成される。尚、加熱手段をステージ３に組み込まずに、ステージ３の上方空間に配置した加熱ランプ等で加熱手段を構成することも可能である。また、処理室１を真空状態にしないのであれば、吸着手段として真空チャックを用いてもよい。

基板Ｓの処理に際しては、先ず、図外の搬送ロボットにより処理室１に基板Ｓを搬入してステージ３に載置する。次に、基板Ｓを吸着手段によりステージ３の表面に吸着し、この状態で加熱手段により基板Ｓを処理温度に加熱する加熱工程を実行する。

このように基板Ｓを加熱すると、基板Ｓがステージ３への吸着により拘束された状態で熱膨張し、基板Ｓにストレスが加わる。そして、基板Ｓを処理温度まで急激に加熱すると、基板Ｓに加えられるストレスが強くなって、基板Ｓの破壊を生ずることがある。

ここで、基板Ｓにストレスを加えると、アコースティック・エミッション（ＡＥ）現象で基板Ｓに弾性波が発生する。そして、この弾性波は、ステージ３を介して蓋板２に伝播する。そこで、蓋板２の下面に、弾性波を検出するＡＥセンサ４をエポキシ系接着剤等で固定している。尚、ＡＥセンサ４は、ステージ３に固定してもよい。

基板Ｓの破壊を生じたとき、ＡＥセンサ４の検出信号をフーリエ変換して得た周波数スペクトルの波形は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波領域の複数の周波数でピークを持つ独特の波形となる。そして、周波数スペクトルの波形分析から基板Ｓの破壊による弾性波が発生したと判別されたときは、それ以上の処理を中止するようにしている。

然し、ステージ３上で基板Ｓが一旦破壊すると、処理室１を開放して基板Ｓの破片を取り除く等の手間のかかるメンテナンス作業が必要になり、生産性が大幅に低下してしまう。

そこで、本実施形態では、基板Ｓをステージ３に載置した状態で、加熱工程完了前に、基板Ｓにストレスを加えるストレス印加工程と、ストレス印加工程で加えたストレスに起因するＡＥ現象で基板Ｓに発生する弾性波をＡＥセンサ４により検出する検出工程とを備える事前検査を行い、検出工程で検出した弾性波に基づいて、基板Ｓが加熱工程で加えられる強いストレスに耐えられるか否かを判断している。以下、事前検査について具体的に説明する。

基板Ｓは、成膜等の前処理の影響で図２（ａ）に示す如く反りを生ずることがある。この場合、基板Ｓをステージ３に吸着する工程において、ステージ３の表面形状に沿わない形状の基板Ｓが吸着手段の吸着力で図２（ｂ）に示す如くステージ３の表面形状に沿うように変形する。また、ステージ３の加工精度の関係でステージ３の表面に凹凸が残ることもあり、この場合も、吸着工程で基板Ｓがステージ３の表面形状に沿うように変形する。そこで、吸着工程における基板Ｓの変形により基板Ｓにストレスを加えることで第１のストレス印加工程を実行するようにしている。

また、吸着工程完了後、加熱工程の初期段階（具体的には、基板Ｓの温度が処理温度よりも低い所定の検査温度（例えば、常温＋１００℃）に上昇するまでの間）において、基板Ｓの昇温速度をその後の昇温速度よりも遅くした状態で基板Ｓを加熱することにより第２のストレス印加工程を実行するようにしている。例えば、ステージ３の表面に加熱ガスを流して基板Ｓを加熱する場合、加熱工程の途中まで加熱ガスの供給圧力を低くして基板Ｓの昇温速度を遅くし、その後、加熱ガスの供給圧力を高めて基板Ｓの昇温速度を速くする。

尚、第１のストレス印加工程で基板Ｓに加えられるストレスは、基板吸着後に行う加熱工程で基板Ｓに加えられるストレスよりも弱くなる。また、第２のストレス印加工程で基板Ｓに加えられるストレスも、基板Ｓの昇温速度を遅くするため、昇温速度を速くする加熱工程の後半部で基板Ｓに加えられるストレスよりも弱くなる。従って、第１と第２の各ストレス印加工程で基板Ｓが破壊する可能性は極低くなる。更に、吸着工程中や加熱工程中に第１や第２のストレス印加工程を実行するため、ストレス印加工程の追加によるサイクルタイムの増加を抑制できる。

尚、加熱工程の初期段階で基板Ｓを局所的に加熱し、この局所加熱時の基板Ｓの加熱部分と非加熱部分との熱膨張差により基板Ｓにストレスを加えることで第２のストレス印加工程を実行することも可能である。

ここで、各ストレス印加工程において、基板Ｓに微小クラックを生ずると、その後の加熱工程で基板Ｓにより強いストレスが加えられたときに、微小クラックが成長して基板Ｓの破壊を生ずる可能性が高い。微小クラックを生ずると、ＡＥセンサ４の検出信号をフーリエ変換して得た周波数スペクトルの波形は、基板Ｓが破壊したときとピーク強度が異なるものの、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波領域の複数の周波数でピークを持つ独特の波形となる。

そこで、第１と第２の各ストレス印加工程で基板Ｓに発生した弾性波をＡＥセンサ４で検出し、検出弾性波の周波数スペクトルの１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波領域における波形分析を行い、検出弾性波に微小クラックで発生する弾性波が含まれるか否かを判別する。具体的には、周波数スペクトル波形の各種パラメータ（ピーク周波数、ピーク強度、立ち上がり時間、減衰時間等）について微小クラック発生時のそれと比較して一致度を演算し、一致度が所定の閾値以上であれば、微小クラックが発生したと判断する。この場合は、基板Ｓが加熱工程で加えられるストレスに耐えられないと判断して、加熱工程を中止し、基板Ｓを搬送ロボットにより処理室１から搬出して取り除く。これにより、ステージ３上で基板Ｓが破壊する可能性を可及的に低減できる。

ところで、第１のストレス印加工程で微小クラックが発生した場合は、基板Ｓの搬出に先立って吸着手段による基板Ｓの吸着を解除するが、この際、ステージ３の表面形状に沿うように変形していた基板Ｓが跳ね返り、跳ね返りによる衝撃で微小クラックが成長して基板Ｓが破壊する可能性がある。ここで、基板Ｓの跳ね返りによる衝撃は、吸着力が強いほど大きくなる。そこで、吸着解除時の基板Ｓの跳ね返りによる破壊を抑制するために、第１のストレス印加工程では、基板Ｓの吸着力を弱くし、微小クラックが発生しなかった場合に、吸着力を正規の値まで高めることが望ましい。

また、予め高温に加熱されたステージ３に基板Ｓを吸着させて加熱工程を行うこともある。この場合、加熱工程の初期段階において、吸着手段による吸着力をその後の吸着力よりも弱くした状態で基板Ｓを加熱することにより第２のストレス印加工程を実行することも可能である。即ち、吸着力を弱くすれば、基板Ｓをその熱膨張に逆らって押え込む拘束力が減少するため、加熱工程の後半部で基板Ｓに加えられるストレスよりも弱いストレスを基板Ｓに加えてストレス印加工程を実行することができる。

尚、処理室１とは別の事前検査用の場所に基板Ｓを吸着加熱するステージを配置して、上記第１のストレス印加工程や上記第２のストレス印加工程を実行するようにしてもよい。

また、事前検査用の場所に図３に示す設備を配置して、事前検査を行うことも可能である。この設備は、基板Ｓを支持する複数のピン部１１ａを有する支持部材１１と、基板Ｓに接触するように、支持部材１１にばね１２ａを介して支持されるＡＥセンサ１２と、基板Ｓに向けて超音波（例えば、３９ｋＨｚ）を放射する発振器１３とを備えている。尚、ＡＥセンサ１２は、何れかのピン部１１ａの上端部に取付けてもよい。

大気中で発振器１３から超音波を放射すると、基板Ｓが超音波を受けて振動し、基板Ｓにストレスが加えられて、このストレスに起因するＡＥ現象で基板Ｓに発生する弾性波がＡＥセンサ１２で検出される。そして、検出弾性波の周波数スペクトルの１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波領域における波形分析を行い、検出弾性波に微小クラックで発生する弾性波が含まれると判別されたときは、基板Ｓがその後の処理で加えられるストレスに耐えられないと判断して、この基板Ｓに対する以後の処理を中止する。

また、事前検査用の場所に配置する設備は図４に示すものであってもよい。この設備は、基板Ｓを支持する上面の環状突起２１ａを有する支持部材２１と、基板Ｓの上方に対向するフレーム２２に取り付けた、基板Ｓに向けて超音波を放射する発振器２３と、基板Ｓから放射される超音波を受信する受信器２４とを備えている。

大気中で発振器２３から超音波を放射すると、基板Ｓが超音波を受けて振動し、基板Ｓにストレスが加えられて、このストレスに起因するＡＥ現象で基板Ｓに発生する弾性波が空気中を超音波として伝播して受信器２４により検出される。但し、受信器２４は、基板Ｓで反射された超音波も検出してしまう。そこで、発振器２３からの超音波放射を短周期（例えば、１０ｍｓ）でオンオフし、超音波放射をオフした直後に基板Ｓから放射される超音波を受信器２４で検出する。そして、この検出超音波の周波数スペクトルの波形分析を行い、検出超音波に微小クラックで発生する弾性波に起因する超音波が含まれると判別されたときは、基板Ｓがその後の処理で加えられるストレスに耐えられないと判断して、この基板Ｓに対する以後の処理を中止する。

尚、図３に示した支持部材１１の少なくともピン部１１ａや、図４に示した支持部材２１の環状突起２１ａは、高周波振動を伝達し難い樹脂やゴムで形成することが望ましい。これによれば、支持部材１１，２１からの外乱振動を除去でき、検査精度が向上する。

また、図５に示す如く、基板Ｓを容器Ｃに上下複数枚収納した状態で事前検査を行うことも可能である。この場合、超音波の発信部と受信部とを有するプローブ３１を容器Ｃに接近させた状態で図示省略した昇降機構により、容器Ｃ内の各基板Ｓと同レベルの位置に順に移動させる。そして、各位置において、プローブ３１からの超音波放射を短周期でオンオフし、超音波放射をオフした直後に基板Ｓから放射される超音波をプローブ３１で検出する。次に、上記と同様に検出超音波の周波数スペクトルの波形分析を行い、検出超音波に微小クラックで発生する弾性波に起因する超音波が含まれると判別されたときは、基板Ｓがその後の処理で加えられるストレスに耐えられないと判断して、この基板Ｓに対する以後の処理を中止する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態は、シリコンウエハから成る基板の事前検査に本発明を適用したものであるが、ガラス基板やガリウム基板等のシリコンウエハ以外の基板の事前検査にも同様に本発明を適用できる。

また、図３〜図５に示す実施形態では、基板Ｓにストレスを加えるために超音波を放射しているが、音波を放射してもよく、更には、基板上下に差圧を生じさせて基板に反りを発生させたり、或いは、基板のエッジを挟んで基板を反らせたり、引張ったり、圧縮させたり、揺らしたりして基板にストレスを加えることも可能である。

また、上記実施形態において、基板Ｓに所定のストレスが加えられる工程は加熱工程であるが、高温の基板を冷却する冷却工程を含む処理や、基板に熱以外の物理的ストレスを加える工程を含む処理を施す前に行う事前検査にも同様に本発明を適用できる。

Ｓ…基板、１…処理室、３…ステージ、４，１２…ＡＥセンサ。

Claims (6)

1. 基板に所定のストレスを加える工程が含まれた処理を施す前に、基板にストレスを加えるストレス印加工程と、ストレス印加工程で加えたストレスに起因するアコースティック・エミッション現象で基板に発生する弾性波を検出する検出工程とを備え、検出工程で検出した弾性波に基づいて、基板が前記所定のストレスに耐えられるか否かを判断する基板事前検査方法において、
   前記処理は、基板を吸着する吸着手段を有するステージと基板を加熱する加熱手段とを備える処理室で行う処理であって、前記所定のストレスを加える工程は、ステージに基板を吸着した状態で基板を所定の処理温度に加熱する加熱工程であり、基板をステージに載置した状態で、加熱工程完了前に前記ストレス印加工程及び検出工程を実行し、このストレス印加工程は、基板を加熱することで基板に加えるストレスが前記所定のストレスよりも弱くなるように行われることを特徴とする基板事前検査方法。
2. 前記検出工程で検出した弾性波に、基板の破壊前に生ずる微小クラックで発生する弾性波が含まれるときは、基板が前記所定のストレスに耐えられないと判断することを特徴とする請求項１記載の基板事前検査方法。
3. 前記ストレス印加工程は、基板を前記ステージに吸着する工程において、ステージの表面形状に沿わない形状の基板を前記吸着手段の吸着力でステージの表面形状に沿うように変形させることにより行われることを特徴とする請求項１記載の基板事前検査方法。
4. 前記ストレス印加工程は、前記加熱工程の初期段階において、基板の昇温速度をその後の昇温速度より遅くした状態で基板を加熱することにより行われることを特徴とする請求項１記載の基板事前検査方法。
5. 前記ストレス印加工程は、前記加熱工程の初期段階において、基板を局所的に加熱することにより行われることを特徴とする請求項１記載の基板事前検査方法。
6. 予め加熱されたステージに基板を吸着させて前記加熱工程を行うものにおいて、前記ストレス印加工程は、加熱工程の初期段階において、前記吸着手段による吸着力をその後の吸着力よりも弱くした状態で基板を加熱することにより行われることを特徴とする請求項１記載の基板事前検査方法。

Images