JP6770316B2 - 応力検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、外力の付与によって物体の内部に生じる応力を検査できる応力検査装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

ダイシング装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを切削する切削ブレードを備えた切削手段と、ウエーハの分割予定ラインを検出するアライメント手段と、を少なくとも備え、ウエーハを分割予定ラインに沿って正確に切断する装置である（例えば、特許文献１を参照。）。

また、同様の加工を行う手段として、レーザー光線を照射するレーザー加工装置も知られており、分割予定ラインの表面近傍に集光点を合わせて実施されるアブレーション加工、又は被加工物の内部に集光点を合わせて実施される内部加工を施してウエーハを個々のデバイスに分割することも知られている。

特開２００２−０６６８６５号公報

上記したような種々の方法によってウエーハを切断しデバイスが形成されることが知られているが、切断されたデバイスの側面には切削加工、又はレーザー加工による加工歪が残存して抗折強度を低下させるという欠点があり、各デバイスの抗折強度を高める適正な対策を講じる必要性がある。しかし、抗折強度を高める対策を講じるためには、抗折強度を低下させるメカニズムを正確に把握する必要があり、該メカニズムを容易に、且つ正確に把握する装置の開発が望まれていた。

本発明は、上記技術課題に鑑みなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハを切断して得られるデバイスのような、微小な物体の内部に生じる応力を、容易に且つ正確に検査できる応力検査装置を提供することにある。

上記主たる技術的課題を解決するため、本発明によれば、外力の付与によってシリコンを含む半導体の内部に生じる応力を検査する応力検査装置であって、該半導体に外力を付与する外力付与手段と、外力が付与された該半導体に赤外線を含む光を照射する光照射手段と、該半導体を透過した光を捕える撮像手段と、を備え、該光照射手段は、赤外線を含む光を照射する光源と、該光源から照射された光を平行光に生成するコリメーションレンズと、該コリメーションレンズを通過した光を直線偏光に生成する第１の偏光手段と、から構成され、該撮像手段は、該半導体に隣接して配設される対物レンズと、該対物レンズを通過した直線偏光を遮蔽する角度に位置づけられた第２の偏光手段と、該第２の偏光手段を通過した光を結像する結像レンズと、赤外線を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、該結像レンズ、及び該バンドパスフィルターを通過した像を捕えるイメージセンサーと、を少なくとも含み、該半導体の内部を光弾性により検査する応力検査装置が提供される。

該外力付与手段は、一対の支点部材と、該一対の支点部材に支持された物体に接触し押圧方向に相対的に移動して外力を付与するブレードと、から構成することができ、該撮像手段は、該一対の支点部材又はブレードのいずれか一方側と共に、他方側に対し、該外力付与手段の押圧方向において相対的に移動するものであることが好ましい。

本発明は上記のように構成されており、シリコンを含む半導体に外力を付与する外力付与手段と、外力が付与された該半導体に赤外線を含む光を照射する光照射手段と、該半導体を透過した光を捕える撮像手段と、を備え、該光照射手段は、赤外線を含む光を照射する光源と、該光源から照射された光を平行光に生成するコリメーションレンズと、該コリメーションレンズを通過した光を直線偏光に生成する第１の偏光手段と、から構成され、該撮像手段は、該半導体に隣接して配設される対物レンズと、該対物レンズを通過した直線偏光を遮蔽する角度に位置づけられた第２の偏光手段と、該第２の偏光手段を通過した光を結像する結像レンズと、赤外線を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、該結像レンズ、及び該バンドパスフィルターを通過した像を捕えるイメージセンサーと、を少なくとも含み、該半導体の内部を光弾性により検査するように構成されていることで、ＩＣやＬＳＩを構成するデバイス等の微小な物体に加わった外力が該物体の内部でどのような応力分布となっているかを容易に且つ正確に把握することができ、抗折強度を向上させるための対策を適切に講じることが可能となる。

本発明に基づいて構成された応力検査装置の全体斜視図。 図１に示す応力検査装置の一部を分解して説明するための説明図。 図１に示す応力検査装置の光照射手段、撮像手段を説明するための説明図。 図３に示す表示手段の表示状態とは別の表示形態を説明するための説明図。

以下、本発明によって構成される応力検査装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、詳細に説明する。

図１には、本発明に基づいて構成された応力検査装置１の全体斜視図が示されている。応力検査装置１は、基台２上に、被検査対象となる物体１０に外力を付与する外力付与手段３と、該物体１０を透過する光を照射する光源を備えた光照射手段４と、該物体に照射され透過した光を捕える撮像手段５と、撮像手段５により撮像された画像情報を表示する表示手段Ｍを備えている。外力付与手段３、光照射手段４、撮像手段５は、基台２上に直列に配列されており、図１に示すように、当該配列方向をＸ軸とし、水平方向でＸ軸に直交する方向をＹ軸、該Ｘ軸、Ｙ軸にそれぞれ直交する垂直方向をＺ軸で表す。

図２には、説明の都合上、応力検査装置１の外力付与手段３を分解した状態で示している。外力付与手段３は、基台２のＸ軸方向に配置された光照射手段４と撮像手段５との間の領域に配置されている。基台２の光照射手段４と撮像手段５との間の領域には、外力付与手段３のベース部３１を案内するＹ軸方向に伸びた一対の案内レール２１、２１が設けられており、該ベース部３１に設けられた一対の被案内溝３１１、３１１が該案内レール２１、２１に摺動可能に嵌合され、該ベース部３１をガタツキなくＹ軸方向で任意の位置に位置付けることが可能になっている。

該ベース部３１には、ベース部３１の内部に下方が格納された状態で昇降可能に構成された支点支持部材３２が備えられており、該支点支持部材３２の上面には、Ｘ軸方向に伸びる一対の支点部材３３、３３が配設され、被検査体となる平板状の物体１０の両端をＸ軸方向に沿って支持するように構成されている。また、該支点支持部材３２は、ベース部３１内に格納された図示しないパルスモータと図示しない制御手段からの指示信号により、数μｍ単位で規定される任意の単位幅で正確に昇降させることが可能になっている。

ベース部３１の上面には、Ｘ軸方向に伸び物体１０に対し下方に向けて外力を付与するためのブレード３５を支持する門型形状をなすブレード支持部材３４が配設され固定される。該ブレード支持部材３４は、支点支持部材３２をＹ軸方向で挟み込むように配置、固定された柱部材３４１、３４１と、該柱部材３４１、３４１の上部を橋渡すように連結する連結部材３４２から構成されている。該ブレード３５は、該連結部材３４２の下面側にＸ軸方向に沿って伸び、下方に向けて鋭角に突設された形状をなし、平面視で該一対の支点部材３１、３１の中央に位置するように配設される。

図１〜３に基づき、本実施形態の応力検査装置１における光照射手段４、及び、撮像手段５について更に詳細に説明する。なお、図３には、被検査体である物体１０が載置された外力付与手段３の要部拡大図が示されている。光照射手段４、及び撮像手段５は、Ｘ軸方向の位置を調整可能に構成されており、光を発振する光源や、被検査体の種類に応じて、光照射手段４、撮像手段５のＸ軸方向位置が調整される。なお、図３の要部拡大図は、光照射手段４側から見た外力付与手段３の要部を拡大したものであり、撮像可能領域をＳで示してある。

光照射手段４は、物体１０に照射される光の光源４１と、該光源４１から照射される広がりを有する光線を平行光にするためのコリメーションレンズ４２（コリメータレンズともいう。）と、コリメーションレンズ４２を通過した光を直線偏光に生成するための第１の偏光手段（偏光子）４３を備えている。当該光照射手段４における光源４１としては、被検査体となる物体１０を透過する性質を有する光を照射するものが選択される。本実施形態では、被検査体となる物体１０としてシリコン半導体デバイスが選択されるため、光源４１には、シリコン半導体デバイスを透過する波長光（赤外線）を含むハロゲンランプが採用される。

撮像手段５は、外力付与手段３に保持された物体１０を透過した光線が入光し集光する対物レンズ５１と、入射する光線が直線偏光のまま到達した場合に該光線の進行を遮断するように設定された第２の偏光手段（偏光子）５２と、該第２の偏光手段を透過した光線を結像する結像レンズ５３と、該光照射手段４から照射され物体１０を透過してきた赤外線のみを選択的に透過させるためのバンドパスフィルター５４と、結像レンズ５３により結像され、バンドパスフィルター５４を透過した光線の干渉縞、即ち光弾性を画像として検出するためのイメージセンサー５５（ＣＣＤ素子）と、を備えている。なお、本実施形態では、光照射手段４により、赤外線を含む幅広い波長を含む光線が照射されるため、該バンドパスフィルター５４は、赤外線以外の光線を遮断すべく波長が９５０〜１１００ｎｍの光線を透過するように設定されている。また、イメージセンサー５５にて検出された画像情報は、表示手段Ｍに表示されるようになっている。

図示の実施形態における応力検出装置１は、上記のとおり構成されており、以下その作用について説明する。

本実施形態の応力検査装置１において被検査体として選択される物体１０は、シリコンウエーハから加工され分離された半導体デバイスであり、図２に示すように、正方形の薄板形状であって、一辺が５ｍｍ、厚さが５０μｍである。

本実施形態の応力検査装置にて検査を開始するに際し、先ず初めに、最下方まで降下させられた支点支持部材３２上に、支点部材３３、３３を橋渡すように該物体１０を載置する。そして、支点支持部材３２を所定量上昇させて、図３の要部拡大図にて示すように、該物体１０がブレード３５から外力を付与される直前位置まで上昇させ応力検査開始スタンバイ状態とする。なお、撮像手段５により撮像可能な撮像範囲を図３の要部拡大図に領域Ｓで示している。

応力検査開始スタンバイ状態となったら、シリコンウエーハから分離されたデバイスである物体１０を透過するハロゲンランプを光源とする赤外線を含む光を光照射手段４から外力付与手段３の領域Ｓに向けて照射する。光源４１から照射された光線は、若干の広がり角を有しているが、コリメーションレンズ４２を通過することにより実質的に平行光とされて、第１の偏光手段４３へ進行する。平行光とされた該光線は、該第１の偏光手段４３を通過することにより直線偏光に生成された後、領域Ｓに照射される。この状態では、外力付与手段３による外力は物体１０に付与されておらず、物体１０内を伝播する赤外線の偏光状態に変化は生じない。この物体１０を通過した赤外線は、撮像手段５において物体１０に最も近い位置に配設された対物レンズ５１により集光され、第２の偏光手段５２に入光する。

上記したように、物体１０に対して外力が付加されず、物体１０内部に応力が発生していない場合は物体１０内部を赤外線が透過する際に偏光状態が変化しないため、第１の偏光手段で直線偏光とされた状態でそのまま第２の偏光手段５２に到達する。第２の偏光手段は、第１の偏光手段に対して周方向に９０°回転させられた状態で設定されているため、第２の偏光手段５２の作用により直線偏光の進行は遮断される。よって、イメージセンサー５５には該物体１０を透過した光線が到達しない。

次に、外力付与手段３において、支点支持部材３２を数μｍ単位ずつ上昇させることにより該物体１０に対して応力を付与する。なお、図３の表示手段Ｍには、撮像可能領域Ｓのブレード３５が物体１０に接触する領域を中心として拡大した領域Ｓ１を表示している。ここで、上記したように物体１０に対して外力が付与されると、物体１０内部における応力分布が変化して複屈折を生じ、物体１０を透過する光線の偏光状態が変化する。

該物体１０に外力が付与され内部の応力分布が変化して複屈折が生じ、透過する光線の偏光状態が変化すると、直線偏光以外の偏光状態とされた光線が第２の偏光手段５２を透過する。そして、結像レンズ５３により結像された像が、バンドパスフィルター５４により他の波長の光線と区別され、イメージセンサー５５により複屈折の影響により生じる干渉縞、いわゆる光弾性現象が捕えられる。このように、物体１０に生じた内部応力の変化を、図３の表示手段Ｍに示されているように表示させて、外力を付与しながら該干渉縞を観察することにより、該物体１０における物体内の歪の分布の変化を観察することができ、シリコンデバイスチップの加工が抗折強度の変化にどのような影響を及ぼすのかを容易に分析することができ、その結果、抗折強度を向上させる適正な対策を容易に講じることが可能となる。なお、本実施形態では、光照射手段４における光源として幅広い波長域の光を含むハロゲンランプを採用したが、これに限定されず赤外線を含む他の周知の光源を採用することができ、赤外線を照射可能な光源としては、例えば波長が１０６４ｎｍのレーザー光を用いることもできる。その際は、第１、第２の偏光手段として偏光状態を変更するための波長板が用いられてもよく、また、その場合は必ずしもバンドパスフィルター５４は必須の構成ではないが、バンドパスフィルター５４が配設されていることで外乱光を遮断する効果を得ることができる。

上記したように、本実施形態では、ベース部材３１とブレード３５を支持するブレード支持部材３４は一体的に構成されており、また、撮像手段５は、ベース部材３１が載置される基台２に配設されているため、外力付与手段３の支点支持部材３２を上昇させて物体１０に外力が付与される場合であっても、ブレード３５と撮像手段５とは相対的に移動せず、共に押圧方向において支点支持部材３２と相対的に移動する関係になる。

即ち、物体１０に対して外力を付与する支点支持部材３２の上昇により、一対の支点部材３３が上昇してその位置が変化しても、撮像手段５にて捕えられるブレード３５の位置は変化しないため、図３の表示手段Ｍに示された表示領域Ｓ１（物体１０の中央付近）が維持される。よって、付与される外力の変化に応じた物体１０の該表示領域Ｓ１における内部応力の変化を容易に連続的に正確に捕えることが可能であり、抗折強度の向上に資する対策を講じやすいという効果を得ることができる。

また、本実施形態では、上述のように構成したことにより、外力の付与時においても撮像手段５にて捕えられる撮像領域Ｓ１の撮像領域を変化させないように構成したが、本発明はこれに限定されず、例えば、一対の支点部材３３、３３をベース部材３１に対して位置変化しないように配設し、外力付与手段３のブレード支持部材３４をベース部材３１に対して昇降可能に構成することもできる。より具体的には、該ブレード支持部材３４のブレード３５を該支点部材３１、３１に載置される物体１０に接触させて物体１０に外力を付与するように構成し、撮像手段５と支点部材３３、３３を固定的に支持するベース部材３１とを共に該ブレード３５と、該外力付与手段３の押圧方向において相対的に移動するように構成することにより、図３、４に示されている撮像手段５にて捕えられる物体１０と支点部材３３とが接触する領域Ｓ２を、外力付与手段３によって外力が付与される過程においても変化しないように構成することができ、外力の付与による内部応力の変化を連続的に観察することが可能となる。

１：応力検査装置
２：基台
３：外力付与手段
４：光照射手段
５：撮像手段
１０：物体（被検査体）
３１：ベース部材
３２：支点支持部材
３３：支点部材
３４：ブレード支持部材
３５：ブレーズ
４１：光源
４２：コリメーションレンズ
４３：第１の偏光手段
５１：対物レンズ
５２：第２の偏光手段
５３：結像レンズ
５４：バンドパスフィルター
５５：イメージセンサー
Ｍ：表示手段

Claims (3)

1. 外力の付与によってシリコンを含む半導体の内部に生じる応力を検査する応力検査装置であって、
   該半導体に外力を付与する外力付与手段と、外力が付与された該半導体に赤外線を含む光を照射する光照射手段と、該半導体を透過した光を捕える撮像手段と、を備え、
   該光照射手段は、赤外線を含む光を照射する光源と、該光源から照射された光を平行光に生成するコリメーションレンズと、該コリメーションレンズを通過した光を直線偏光に生成する第１の偏光手段と、
   から構成され、
   該撮像手段は、該半導体に隣接して配設される対物レンズと、該対物レンズを通過した直線偏光を遮蔽する角度に位置づけられた第２の偏光手段と、該第２の偏光手段を通過した光を結像する結像レンズと、赤外線を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、該結像レンズ、及び該バンドパスフィルターを通過した像を捕えるイメージセンサーと、を少なくとも含み、
   該半導体の内部を光弾性により検査する応力検査装置。
2. 該外力付与手段は、一対の支点部材と、該一対の支点部材に支持された物体に接触し押圧方向に相対的に移動して外力を付与するブレードと、から構成される請求項１に記載の応力検査装置。
3. 該撮像手段は、該一対の支点部材又はブレードのいずれか一方側と共に、他方側に対し、該外力付与手段の押圧方向において相対的に移動するものである請求項２に記載の応力検査装置。