JP5829211B2 - 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための方法および装置に関する。
本発明および本発明に基づく課題は、成形ウエハに関して記載するが、半導体技術分野に限定されない。

一般に、半導体技術分野において、ここではウエハと称される円板ワークが、線形処理チェーン、即ち、協調方法ステップを実行する複数の連続装置の流れライン生産で処理される。

この場合のウエハ処理において、更に処理する前、特に、ウエハから各チップを切り出す前かチップに電気接続する前に、ウエハの正確な位置合わせが必要となる。このため、ワーク配置装置として知られる装置が用いられ、半導体産業分野では、ウエハ位置合わせシステムとしても知られている。

技術水準から、この目的のための位置合わせシステムが、例えば、米国特許第６２７５７４２（Ｂ１）号明細書より知られており、光学的方法によって、円板ワーク、特に、ウエハを正確に位置合わせすることができる。

特開平０１−２６７４０３（Ａ）公報によれば、円板ワークの撓みを測定するための装置が知られ、光学検出器の使用により、ワークの円周部分の変形を測定することができる。

円板ワーク、特に、ウエハの変形を測定するための他の装置および方法が、特開平１０−０７８３１０（Ａ）公報、特開平０６−１６３６６１（Ａ）公報、米国特許出願公開第２００６／０２８００８５（Ａ１）号明細書、米国特許第４７５０１４１（Ａ）号明細書および米国特許第７３０１６２３（Ｂ１）号明細書に開示されている。

これらの既知の方法において、測定方法や把持装置が測定結果を歪めることから、変形を正確に測定できないとの問題が共通している。
最近、半導体産業では、化合物ウエハや成形ウエハとして知られるもの、即ち、人為的に作製され組み立てられたウエハが好まれる傾向があり、ウエハは、各チップをウエハ形状に組み立てることにより作製され、チップは、プラスチック材封止用化合物により再び接着されて、円板状構造となる。この種類の成形ウエハのみならず、シリコン等の従来の薄型ウエハも、前に実施した熱加工および機械加工を条件とする円形構造を有し、更には、これらの円板ワークが平面にならず撓み変形するように、軸方向への撓みをもたらす。

図４は、符号３の成形ウエハの概略平面図であり、プラスチック材成形体を３１で示し、そこに埋め込まれた半導体チップを３０で示す。保護膜の除去後、半導体チップ３０は、成形ウエハ３の上面に露出する。

寸法の小さい個別の半導体チップ３０は、後処理ステップのために成形ウエハ３を正確に配置する必要があるため、正確な位置合わせが提供され、成形ウエハ３の撓み特性に関する知識が要求される。

このため、この種類の円板ワークの撓みや変形を正確に測定することが課題となる。シーリング化合物を用いて複数のチップをウエハ構造に組み立てたものである成形ウエハ３は、１つとして同じものが存在しないようにシリコン及びプラスチック材料の異なる熱膨張係数の結果として固有の屈曲を有している。このような成形ウエハ３に与えられる課題は、より一層解決を急ぐ必要がある。従って、組立ラインの様式で大規模な線形処理を行えるようにするため、成形ウエハ３の個別の撓みを考慮に入れることのみによって、正確な位置合わせが可能となる。

さらに処理できない成形ウエハ３を廃棄するため、撓みに制限を設けてもよい。

米国特許第６２７５７４２号明細書 特開平０１−２６７４０３号公報 特開平１０−０７８３１０号公報 特開平０６−１６３６６１号公報 米国特許出願公開第２００６／０２８００８５号明細書 米国特許第４７５０１４１号明細書 米国特許第７３０１６２３号明細書

本発明の目的は、測定技術自体に起因する測定結果の検知可能な歪み無しに、きわめて精密に変形を測定することのできる円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための方法および装置を明確に示すことにある。

本発明による請求項１の特徴を有する方法と、請求項１１に記載の対応する装置は、既知の方法に対して、変形（そり）を正確に測定できるとの利点を有する。
本発明の背景となる思想は、ワークと取付ユニットとの間の初期の偏心を除去した後に定義した高さ位置での反りを測定できる点にある。

本発明によれば、ワークを正確に位置合わせした後、取付ユニットをそれ自身の軸周りで回転させるか、検出ユニットを取付ユニットの軸周りで回転させることによって、ワークの円周上にある任意の数の測定点について所定の高さ位置からの偏差を測定することができる。

つまり、本発明によれば、それぞれの測定点の偏差を用いることで、特定の測定半径の測定円周に沿った変形の二次元表示を生成することができる。この情報に基づいて、円板ワークを更に処理する場合、撓みを考慮に入れるか、機械後処理及び／又は熱後処理によって修正することができ、及び／又は所定の限度を越えた場合には、円板ワークを廃棄してもよい。

本発明によれば、取付ユニットは、回転可能であるのみならず、高さや横方向にも調整することができる。従って、所定の高さ位置は、測定点の偏差を測定するために正確に調整でき、例えば、本発明による装置の熱変化又は振動を補償することができる。

従属クレームには、本発明の主題の有利な実施形態および改良例を記載する。
好適な実施形態において、偏心は、本来、その後の位置修正を可能にするものとして知られるプリアライナを使用して測定される。

更に別の実施形態において、検出器ユニットは、さまざまな角度位置のみならず、さまざまな直径であっても変形できるよう放射状に移動可能となっている。これにより、円板ワークの撓みの三次元寸法を得ることができる。

好適な実施形態において、高強度検出器手段は、レーザーマイクロメーターを含む。原則として、偏差の測定、即ち距離測定、特に機械的方法、中でも光電子的方法および音声に基づく方法のために、あらゆる種類の検出器ユニットを使用してもよい。特に、非接触測定を行う光学マイクロメーターユニットの使用が適しており、ワークとの機械的な干渉無しできわめて精密な距離測定が可能となることから、レーザーマイクロメーターユニットが特に適している。

更に別の好適な実施形態において、取付ユニットは、付着前に回転させかつ付着後に横方向に調整することで、第２の取付位置に移動させることができる。
更に別の好適な実施形態において、内側領域は、外側領域の１０〜３０％の直径を有する。

更に別の好適な実施形態において、測定の較正が、例えば、スチールウエハ等の標準ツールを用いて変形無しで行われる。
更に別の好適な実施形態において、複数の測定点のそれぞれの偏差は、関連する回転角およびツール識別子と共に、表に記録される。

更に別の好適な実施形態において、回転角は、ツールマークに対して選択される。この種類のツールマークは、例えば、圧こん、平面加工または光学的に検出可能なマークであってもよい。

更に別の好適な実施形態において、円板ワークの内側領域の取り付けは、複数の支持ピンおよび複数の真空吸入要素を用いて実現される。
更に別の好適な実施形態において、複数の支持ピンのそれぞれは、複数の真空吸入要素のうちの関連する１つによって囲まれている。本発明の実施形態を、図面に示し、以下の説明で詳細に記載する。

円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の図１ｆの線Ａ−Ａ’に沿った概略断面図。 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の図１ｆの線Ａ−Ａ’に沿った概略断面図。 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の図１ｆの線Ａ−Ａ’に沿った概略断面図。 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の概略側面図。 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の概略側面図。 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の概略平面図。 図１ａ〜１ｆに示す円板ワークの変形を測定するための本発明による装置によって変形を測定した成形ウエハの測定図。 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による方法の更に別の実施形態の流れ図。 円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第２の実施形態の概略斜視図。 成形ウエハの概略平面図。

図中、同じ符号は、同じ要素または機能的に同じ要素を示す。
図１ａ〜図１ｃは、円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の図１ｆの線Ａ−Ａ’に沿った概略断面図である。

図１ａ〜１ｃの符号３は、シリコンチップ（図示せず）を埋め込んだプラスチック材により作製される成形ウエハを示す（図４参照）。成形ウエハ３は、径方向に内側領域ＩＢおよび外側領域ＡＢを含む。成形ウエハ３は、上面０および下面Ｕを有する。

成形ウエハ３の内側領域ＩＢは、第１の取付位置で、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃに取り付けられ、成形ウエハ３の中心軸Ｍ’は、軸に中心を合わせた取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃの中心軸Ｍと一致せず、偏心δだけオフセットされている。

取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃは、軸Ｍ周りにあらゆる回転角φで回転可能ならびにｚ方向に高さを調整可能なスタンド領域５を含む。スタンド領域５は、さらにｘ方向と、任意にｙ方向とにも調整可能である。軸対称親板５ａは、その中心軸を取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃの中心軸Ｍに一致させて、スタンド領域に配置されている。

３つの接触要素１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、中心軸Ｍから等距離に三角形状に配置され、その内側領域ＩＢの成形ウエハ３の付着および吸入を可能にすると共に、親板５ａの上面に配置されている。内側領域は、成形ウエハ３全体の約１０〜３０％の直径を有している。例として、成形ウエハ３が２００ｍｍの直径を有する場合、内側領域ＩＢの直径は２０〜６０ｍｍである。

接触要素１５ａ、１５ｂ、１５ｃはそれぞれ、所定の較正を実施した後に取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃのｚ方向の固定位置に設定される中央支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備え、それらを以下に詳細に記載する。更に別の実施形態（図示せず）において、支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、例えば、圧電アクチュエータユニットにより自動的に調整可能である。

支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃはそれぞれ、関連する真空吸入要素２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより全ての側面で囲まれている。真空吸入要素２０ａ、２０ｂ、２０ｃはそれぞれ、リップシールを備えている。リップシールは、成形ウエハ３が付着されない場合には支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高さＯ’のわずか上で終端し、成形ウエハ３が付着される場合にはその重量により支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃと同じ高さにまで押し付けられる。また、真空要素２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、成形ウエハ３を支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対し確実に取り付けるため、真空およびそれに相当する減圧を生成するための吸入ユニット（図示せず）も備えている。

図１ｆに示すように、接触要素１５ｂ、１５ｃは、異なる断面角度に位置しているため、図１ａ〜１ｃでは破線で示されている。
図１ａ〜１ｃによる装置は、更に、付着ユニット３ａ、３ｂ、３ｃが位置する搬送ユニット１を備えている。付着ユニットは、受信ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃが案内される搬送ユニット１の凹部２の周りに配置されている。図１ｆに示すように、付着ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、三角対称に配置される３本の保持支柱を備えている。取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃが対応するｚ方向の低位置に移動した場合、成形ウエハ３は、付着ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの保持支柱に付着することができる。

図１ｆに示すように、保持支柱３ｂ、３ｃも、装置のさまざまな断面角度に位置しているため、破線で示されている。
図１ａ〜１ｃに示さないが、搬送ユニット１は、共通ベース１００を介して、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃに接続されている（図１ｄ〜１ｆ参照）。

上述したように、図１ａに示す取付位置では、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃの中心軸Ｍと、成形ウエハ３の中心軸Ｍ’との間には、偏心δが設けられている。
この偏心δを測定するため、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃがｚ軸周りに回転する際、この偏心δを既知の方法により光学的に測定できるように構成され、かつプリアライナ２５として知られる装置が提供される。

最後に、図１ａ〜１ｃに示す符号Ｚ０は、受けユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃの所定の高さ位置を示し、以下で説明するように測定位置として使用される。
更に、図１ｂを参照すれば、成形ウエハ３の第２の取付位置は、中心軸Ｍ、Ｍ’が一致する位置、換言すれば、偏心δが実質的にゼロになる位置として示されている。第２の取付位置は、付着ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの保持支柱上の成形ウエハ３の一時的な付着と、以下に説明する受けユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃの対応する再配置とによって、実現される。

最後に、図１ｃを参照すれば、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃは所定の高さ位置Ｚ０に移動し、この場合、変形はレーザーマイクロメーターの形態の固定された高さ検出器ユニット５０によりレーザービームＬを用いて測定することができる。支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃの上面Ｏ’がこの高さ位置Ｚ０に配置される場合の高さを、所定の高さ位置Ｚ０とする。

図１ｃに示す状態では、変形も反りも無い理想的な成形ウエハ３が示されている。また、この種類の理想的なウエハ、例えば、スチールウエハは、図１ｃに示す位置で装置を較正するためにも使用することができる。

図１ｄおよび図１１ｅは、円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の概略側面図である。
図１ｄおよび図１ｅは、典型的な物理成形ウエハ３を含む偏差ＷＲの変形領域を示す。

この種類の物理成形ウエハ３の測定処理において、成形ウエハ３の被取付外側領域ＡＢにおける測定点の各偏差ＷＲは、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃを回転させて所定の高さ位置Ｚ０から、ベース１００に固定したレーザーマイクロメーターの形態での固定高さ検出器ユニット５０により測定される。一実施形態（図示せず）において、検出器ユニット５０は、その設定高さで回転可能であってもよい。

図１ｆは、円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第１の実施形態の概略平面図である。
更に図１ｆに示すように、成形ウエハ３は２つの実質的な切欠Ａ１、Ａ２を有しており、切欠より、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃと、成形ウエハ３の下面Ｕのレーザー光Ｌの焦点ＳＰとを視認することができる。

取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃを回転させ、所定の半径ｒを有する円周線ＫＵに沿った測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８で測定を実施することによって、図１ｇに示す高さプロファイルを取得することができる。この場合、点Ｐ１〜Ｐ８は、測定角度φ１〜φ８に配置されている。

図１ｇは、図１ａ〜１ｆによる円板ワークの変形を測定するための本発明による装置によって変形を測定した成形ウエハの測定図である。
図１ｇに示すように、成形ウエハ３は、所定の高さ位置Ｚ０と比較して示されるＰ１〜Ｐ８の全ての点で下方に変形し、キャップ状に形成されている。

図１ｃに示すように、さまざまな半径ｒを有するさまざまな円周ＫＵで図１ｇに示す種類の高さプロファイルを得るため、検出器ユニット５０を成形ウエハ３に対して径方向に調整することができる。

図２は、円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による方法の更に別の実施形態の流れ図を示す。
方法ステップ（図示せず）において、図１ｃに示すように、装置の較正は、理想的なウエハ３を用いて実行される。較正のため、支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、特に、理想的な成形ウエハの下面Ｕが所定の高さ位置Ｚ０に正確に配置されるように調整することができる。

ステップＳ１に示すように、その後、成形ウエハ３は、接触要素１５ａ、１５ｂ、１５ｃの支持ピン１１ａ、１１ｂ、１１ｃに嵌合され、続いて図１ａに示すように、真空吸入要素２０ａ、２０ｂ、２０ｃを作動させて取り付けられる。

続いて、ステップＳ２において、偏心δは、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃがｚ軸周りを回転する間にプリアライナ２５を用いる光走査によって、測定される。
続いて、ステップＳ３において、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃは、偏心δがｘ方向に生じる角度位置φへと回転する。

次に、ステップＳ４において、成形ウエハ３は、付着ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの保持支柱に付着され、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃは、偏心δを実質的に等しく即ちゼロにするまで、ｘ方向に開放及び移動する。これは、ステップＳ５による方法の状態である。

これに続いて、ステップＳ６において、成形ウエハ３は、第２の取付位置に再度取り付けられると共にｘ方向に戻され、次に、測定位置と等しい所定の高さ位置Ｚ０に持ち上げられる。

ステップＳ７において、図１ｆ及び図１ｇで既に示すように、所定の高さ位置Ｚ０で、所定の高さ位置Ｚ０からの成形ウエハ３の非取付外側領域ＡＢにおける測定点Ｐ１〜Ｐ８の各偏差ＷＲが検出器ユニット５０を用いて測定され、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃが対応する回転角φ１〜φ８だけ回転する。

ステップＳ８において、測定点Ｐ１〜Ｐ８からの各偏差ＷＲが、関連する回転角φ１〜φ８およびツール識別子（図示せず）、例えば、ウエハ番号と共に表に記録されている。この場合、回転角φ１〜φ８が圧こん、平面部分または光学マーク等のツールマークに対してあらかじめ選択されていることは、好都合である。

ステップＳ９において、取付ユニット５、５ａ、１５ａ〜１５ｃが開放され、成形ウエハ３が取り除かれて、続くステップＳ１０において、他の成形ウエハ３を測定する必要があるか否かが検査される。この場合、方法はステップＳ１に戻り、そうでなければ、ステップＳ１１で終了する。

図３は、円板ワーク、特に、成形ウエハの変形を測定するための本発明による装置の第２の実施形態の概略斜視図である。
図３に示す第２の実施形態において、第１の実施形態の接触要素１５ａ〜１５ｃに代えて、複数の支持ピン１１’ａ〜１１’ｆおよび３つの真空吸入要素２０’ａ、２０’ｂ、２０’ｃを備えた接触要素ユニット１５ｄが設けられている。本実施形態において、支持ピン１１’ａ〜１１’ｆは真空吸入要素により案内されないが、独立して設けられており、２つの支持ピンが、真空吸入要素両側の側面にそれぞれ配置されている。

この他の点で、第２の実施形態の構成は、上記の第１の実施形態のそれと同一である。
本発明は、好適な実施形態に基づいて説明しているが、それらに限定されず、さまざまな方法により変更することができる。

上記の実施形態を互いに組み合わせてもよいことに特に留意すべきである。
上記の実施例は、成形ウエハの変形の測定に関するが、本発明は、この実施例に限定されず、あらゆる円板ワークにも適用できる。

上記の実施形態は、複数の付着点を有する取付ユニットに関するが、本発明は、この実施形態に限定されず、例えば、ワークの変形に極僅かに影響を及ぼすか、或いは全く影響を及ぼさない平面の取付ユニットにも適している。更に、付着点配置の形状は、例示にすぎず、記載した三角配置に限定されない。

Claims (16)

1. 成形ウェハの変形を測定するための方法であって、
   第１の取付位置で、取付ユニットに前記成形ウェハの内側領域を取り付けるステップと、
   前記第１の取付位置で、前記取付ユニットの中心軸からの前記成形ウェハの中心軸の偏心を測定するステップと、
   前記取付ユニットを付着ユニットより下方に移動させることで、前記付着ユニットに前記成形ウェハを付着するステップと、
   前記取付ユニットを水平方向に移動させることで、測定した偏心に基づいて、前記偏心がゼロとなる第２の位置で、前記取付ユニットに前記成形ウェハの内側領域を再度取り付けるステップと、
   前記取付ユニットを付着ユニットより上方に移動させることで、前記取付ユニットを所定の高さ位置に移動するステップと、
   前記取付ユニットまたは固定高さ検出器ユニットを適切な回転角だけ回転させることにより、前記固定高さ検出器ユニットを用いて、変形に相当する所定の高さ位置からの前記成形ウェハの非取付外側領域における複数の測定点の偏差をそれぞれ測定するステップとを備え、
   前記成形ウェハの内側領域の取り付けは、複数の支持ピンおよび複数の真空吸入要素を用いて達成され、
   前記複数の支持ピンのうちの１つの支持ピンはそれぞれ、前記複数の真空吸入要素のうちの関連する１つによってそれぞれ囲まれ、
   前記真空吸入要素は、関連する前記支持ピンを囲むリップシールを含み、
   前記成形ウェハが前記取付ユニットに取り付けられた状態で、前記成形ウェハは、前記複数の支持ピンと前記リップシールとにより支持されている方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   複数の測定点は、円周線に沿って配置される方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   前記固定高さ検出器ユニットは、レーザーマイクロメーターを含む方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法において、
   前記取付ユニットは、付着前の回転および付着後の横方向の調整によって前記第２の取付位置に移動する方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方において、
   前記内側領域は、前記成形ウェハの１０〜３０％の直径を有する方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、
   測定の較正は、標準ツールを用いて変形無しで行われる方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において、
   複数の測定点の偏差はそれぞれ、関連する回転角及びツール識別子と共に、表中に記録される方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法において、
   前記回転角は、ツールマークに対して選択される方法。
9. 請求項１〜８の方法に用いられる装置であって、
   前記取付ユニットの中心軸から前記成形ウェハの中心軸の偏心を測定し、前記取付ユニットのために適切な調整信号を生成する測定ユニットを備える装置。
10. 請求項９に記載の装置において、
    前記支持ピンは、高さ調整可能である装置。
11. 請求項９又は１０に記載の装置において、
    前記取付ユニットは、搬送ユニットの凹部を通って案内され、前記付着ユニットは、前記凹部の周りに設けられている装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、
    前記付着ユニットは、複数の保持支柱を備えている装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の装置において、
    前記固定高さ検出器ユニットは、前記搬送ユニットに配置されている装置。
14. 請求項９〜１３のいずれか一項に記載の装置において、
    前記測定ユニットは、搬送ユニットに配置されている装置。
15. 請求項９〜１４のいずれか一項に記載の装置において、
    前記測定ユニットは、プリアライナを備えている装置。
16. 請求項９〜１５のいずれか一項に記載の装置において、
    前記固定高さ検出器ユニットは、ワークに対して放射状に調整可能である装置。