JP7093158B2

JP7093158B2 - 検査装置

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Publication number: JP7093158B2
Application number: JP2017001152A
Authority: JP
Inventors: 昇武田; 一彦井田; 紘英矢野
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2022-06-29
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: JP2018112408A

Description

本発明は、ウエーハの内部に形成されたクラックを検査する検査装置に関する。

デバイスチップの製造に用いられるウエーハは、格子状の分割予定ラインで区画されてデバイスが形成され、切削装置等によって分割予定ラインに沿って個々の半導体デバイスチップに分割される。このデバイスチップの製造プロセスでは、ウエーハに施される加工によって、ウエーハの内部に微小欠陥としてクラックが形成される場合がある。例えば、圧電単結晶媒質でＳＡＷフィルタ等に用いられるリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）やリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）から成るウエーハは粘りがあるが脆い機械特性を有しているため、ウエーハの内部に微小クラックが生じ易い。

従来、このようなウエーハの内部のクラックを非破壊で検査する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の検出装置には２種類の光源が設けられており、一方の光源からウエーハに対して透過性が高い第１の波長の検査光が照射され、他方の光源から第１の波長よりも短い（透過性が低い）第２の波長の検査光が照射される。ウエーハの真上に設けたカメラによって、ウエーハから第１の波長の検査光の反射像と第２の波長の検査光の反射像とが取得され、これら２つの反射像が波長間演算されることでウエーハの内部の微小クラックが検出される。

特開２０１４－１６９８７８号公報

特許文献１に記載の検査装置は、ウエーハの内部の微小クラックを検査することができるものの、２種類の波長を照射する光源を設けなければならず、さらに２つの反射像に対する画像処理が必要になる。このため、検査装置の装置構成及び制御構成が複雑になってコストが増加するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易かつ安価な構成でウエーハの内部のクラックを精度よく検査することができる検査装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の検査装置は、分割予定ラインで区画されデバイスを形成したウエーハの内部のクラックを検査する検査装置であって、該デバイスが形成される面を下面にしてウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持されたウエーハに対して透過性を有する波長の検査光をウエーハの上面側から照射させ、ウエーハの上面で屈折しウエーハ内部のクラックによって散乱した散乱光を受光して該クラックを白色に撮像する撮像手段と、該保持テーブルと該撮像手段とを相対的に回転させる回転手段と、を備え、該撮像手段は、ウエーハの上面に対して垂直な方向から６０度以上かつ９０度未満の第１の角度で傾けて一方向からウエーハに向けて該検査光を照射する照明と、ウエーハの上面に対して垂直な方向から該第１の角度より小さい第２の角度で該検査光と同一方向に傾けて該検査光の一部がウエーハの表面で反射し、残りが内部のクラックによって散乱した散乱光を受光してウエーハ内部のクラックを撮像するカメラと、を備える。

この構成によれば、照明からウエーハに対して斜めに検査光が照射され、ウエーハの内部に透過した検査光がクラックで散乱されると共にウエーハの上面及び下面で検査光が反射される。この場合、鉛直方向に対して照明と同じ方向にカメラが傾けられているため、ウエーハの上面及び下面で反射した反射光がカメラに取り込まれ難くなる。一方で、鉛直方向に対して照明よりもカメラの傾きが抑えられているため、クラックで散乱した光がカメラに取り込まれ易くなっている。よって、ウエーハの上面及び下面の検査光の反射に邪魔されることなく、簡易かつ安価な構成でウエーハの内部のクラックを精度よく検査することができる。

本発明によれば、鉛直方向に対して照明と同じ方向にカメラが傾けられると共に、照明よりもカメラの傾きが抑えられているため、簡易かつ安価な構成でウエーハの内部の微小クラックを精度よく検査することができる。

本実施の形態のレーザー加工装置の斜視図である。比較例の検査装置の模式図である。本実施の形態の検査装置の模式図である。本実施の形態のクラック検査の説明図である。クラック検査によるウエーハの表面写真である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の検査装置を備えたレーザー加工装置について説明する。図１は、本実施の形態のレーザー加工装置の斜視図である。図２は、比較例の検査装置の模式図である。なお、レーザー加工装置は、本実施の形態の検査装置を備えたものであればよく、図１に記載された構成に限定されない。

図１に示すように、レーザー加工装置１は、レーザー加工手段４５で保持テーブル３０上のウエーハＷをレーザー加工すると共に、撮像手段５５でウエーハＷ内のクラックを撮像するように構成されている。ウエーハＷは、例えば、リチウムタンタレートやリチウムナイオベートで円板状に形成されており、ウエーハＷの下面には樹脂部材６３（図３参照）が貼り付けられている。また、ウエーハＷの下面には複数の分割予定ラインが格子状に配列され、分割予定ラインで区画された各領域に配線パターン等で複数のデバイスが形成されている。ウエーハＷはダイシングテープＴを介してリングフレームＦに支持されている。

レーザー加工装置１の基台１０上には、レーザー加工手段４５に対して保持テーブル３０をＸ軸方向及びＹ軸方向に水平移動する水平移動手段２０が設けられている。水平移動手段２０は、基台１０上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール２１と、一対のガイドレール２１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル２２とを有している。また、水平移動手段２０は、Ｘ軸テーブル２２の上面に配置されＹ軸方向に平行な一対のガイドレール２３と、一対のガイドレール２３にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル２４とを有している。

Ｘ軸テーブル２２及びＹ軸テーブル２４の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成されており、これらのナット部にボールネジ２５、２６が螺合されている。そして、ボールネジ２５、２６の一端部に連結された駆動モータ２７、２８が回転駆動されることで、保持テーブル３０がガイドレール２１、２３に沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動される。また、Ｙ軸テーブル２４上には保持テーブル３０が設けられ、保持テーブル３０の周囲にはウエーハＷの周囲のリングフレームＦを挟持するクランプ部３１が設けられている。また、保持テーブル３０は、回転手段３２に連結されており、回転手段３２の駆動によってＺ軸回りに回転される。

保持テーブル３０の後方の立壁部１１の壁面には、レーザー加工手段４５をＺ軸方向に昇降移動する第１の昇降移動手段４０が設けられている。第１の昇降移動手段４０は、立壁部１１に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール４１と、一対のガイドレール４１にスライド可能に設定されたモータ駆動の第１のＺ軸テーブル４２とを有している。第１のＺ軸テーブル４２の背面側には、図示しないナット部が形成されており、このナット部にボールネジ４３が螺合されている。そして、ボールネジ４３の一端部に連結された駆動モータ４４が回転駆動されることで、レーザー加工手段４５がガイドレール４１に沿ってＺ軸方向に移動される。

レーザー加工手段４５は、各種光学系部品から成り、ウエーハＷに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するように構成されている。レーザー加工手段４５に対して保持テーブル３０が相対的に移動されることで、ウエーハＷの内部に分割予定ラインに沿って改質層（不図示）が形成される。なお、改質層は、レーザー光線の照射によってウエーハＷの内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。

また、立壁部１１の壁面には、第１の昇降移動手段４０の隣に検査用の撮像手段５５をＺ軸方向に昇降移動する第２の昇降移動手段５０が設けられている。第２の昇降移動手段５０は、立壁部１１に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール５１と、一対のガイドレール５１にスライド可能に設定されたモータ駆動の第２のＺ軸テーブル５２とを有している。第２のＺ軸テーブル５２の背面側には、図示しないナット部が形成されており、このナット部にボールネジ５３が螺合されている。そして、ボールネジ５３の一端部に連結された駆動モータ５４が回転駆動されることで、撮像手段５５がガイドレール５１に沿ってＺ軸方向に移動される。

撮像手段５５は、ウエーハＷに対して透過性を有する波長の検査光を照明５６から照射して、ウエーハＷの内部のクラックをカメラ５７で撮像するように構成されている。撮像手段５５に対して保持テーブル３０が相対的に回転されることで、ウエーハＷの全体が撮像されてクラックが検査される。なお、検査光の波長は、リチウムタンタレート及びリチウムナイオベート系のウエーハＷであれば、約６３５ｎｍ～約１０００ｎｍの範囲であることが好ましく、可視光であってもよい。このように、レーザー加工装置１の保持テーブル３０、撮像手段５５、回転手段３２によって検査装置が実現されている。

また、レーザー加工装置１には、装置各部を統括制御する制御手段６０が設けられている。制御手段６０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。メモリには、装置各部を制御する制御プログラムの他、レーザー加工の加工条件、ウエーハＷの内部のクラックを検査するための検査プログラム等が記憶されている。

ところで、ウエーハＷの内部のクラックはデバイスチップの製造プロセスで生じるものであり、特にリチウムタンタレートやリチウムナイオベート等は、その機械的特性からクラックが生じ易くなっている。通常は、ウエーハＷの分割後にデバイスチップをピックアップして全数検査が実施されるが、全数検査でウエーハＷの分割後に不良を発見しても、検査工程までの各種工程が無駄になるという問題がある。また、全数検査ではデバイスチップの割断面が真横から撮像されるため、割断面の凹凸によって光の透過が妨げられてしまう。

また、図２の比較例に示すように、鉛直方向に対して照明５６を傾けて、ウエーハＷに対して斜めに照射した検査光をクラックＣで反射させることで、ウエーハＷの分割前にクラックＣを検査する方法も検討されている。しかしながら、ウエーハＷに対して真上からカメラ５７で撮像すると、ウエーハＷの内部のクラックＣの散乱光だけでなく、ウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射光がカメラ５７に取り込まれる。このため、撮像画像にはウエーハＷの内部のクラックＣだけでなく、ウエーハＷの上面６５のソーマーク（研削痕）及びウエーハＷの下面６６の配線パターンも混在してクラックＣを精度よく観察できない。

そこで、本実施の形態では、鉛直方向に対して照明５６の光軸と同じ方向にカメラ５７の光軸を傾けることで、ウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射光の影響を抑えて、ウエーハＷの内部のクラックＣの散乱をカメラ５７で取り込むようにしている。これにより、ウエーハＷの上面６５のソーマークの映り込みを無くして（ウエーハＷの下面の配線パターンの映り込みを減らして）、撮像画像に写されたクラックＣを精度よく観察することが可能になっている。また、単一のカメラ５７と照明５６でクラックＣを検出できるため、装置構成を簡略化することができると共にコストを低減することができる。

以下、図３を参照して、本実施の形態の検査装置について説明する。図３は、本実施の形態の検査装置の模式図である。なお、検査装置は、照明と同じ方向にカメラを傾けた構成を有していればよく、図３に示す構成に限定されない。

図３に示すように、検査装置の保持テーブル３０には、デバイスが形成される面を下面６６にしたウエーハＷが保持されている。これにより、ウエーハＷの上面６５のソーマークが上方に向けられ、ウエーハＷの下面６６の配線パターンが下方に向けられている。保持テーブル３０の上方にはウエーハＷの内部のクラックを撮像可能な撮像手段５５が設けられており、保持テーブル３０の下部には保持テーブル３０と撮像手段５５を相対的に回転させる回転手段３２が連結されている。回転手段３２の駆動によって保持テーブル３０上のウエーハＷ全域が撮像手段５５の撮像範囲に位置付けられる。

撮像手段５５は、照明５６及びカメラ５７を同一方向に異なる角度で傾けており、照明５６によってウエーハＷを斜めから照らすと共にカメラ５７によってウエーハＷを斜めから撮像している。照明５６は、ウエーハＷの上面６５に垂直な方向に対して第１の角度θ１で傾けられており、一方向からウエーハＷに向けて検査光を照射する。カメラ５７は、ウエーハＷの上面６５に垂直な方向に対して第１の角度θ１より小さい第２の角度θ２で傾けられており、照明５６の検査光と同一方向からウエーハＷの内部のクラックＣで反射した反射光を受光してウエーハＷを撮像する。

ここで、一般にデバイスチップの製造プロセスではウエーハＷに対して厚み方向に負荷が掛けられることから、ウエーハＷの内部には厚み方向に筋状のクラックＣが生じ易い。照明５６は６０度以上かつ９０度未満で傾けられており、検査光の入射方向がウエーハＷのクラックＣの延在方向に垂直な方向に近づけられている。このため、照明５６から検査光の進行方向とクラックＣの延在方向が交差するため、検査光がクラックＣによって散乱され易くなっている。検査光の散乱がカメラ５７に撮像されることで、カメラ５７の撮像画像にクラックＣが白色で映し出される。

このとき、ウエーハＷの上面６５及び下面６６でも検査光が反射されるが、カメラ５７の光軸が照明５６の光軸と同一方向に傾けられているため、検査光の反射が取り込まれ難くなっている。すなわち、検査光の入射側にカメラ５７が傾けられており、検査光の反射側とは逆側の入射側に散乱した光を取り込み易くしている。したがって、カメラ５７には、ウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射の影響が受けずに、撮像画像にソーマークや配線パターンの映り込みが抑えられ、クラックＣだけが精度よく映し出されている。これにより、ウエーハＷがレーザー加工される前に不良となるデバイスを特定することが可能になっている。

続いて、図４及び図５を参照して、本実施の形態の検査装置によるクラック検査について説明する。図４は、本実施の形態のクラック検査の説明図である。図５は、クラック検査によるウエーハの表面写真である。なお、図５Ａは本実施の形態のクラック検査のウエーハの表面写真であり、図５Ｂは比較例のクラック検査のウエーハの表面写真である。

図４に示すように、保持テーブル３０上にウエーハＷが載置されると、ウエーハＷの一部分がカメラ５７の撮像範囲に位置付けられる。照明５６の光軸がウエーハＷの上面６５に垂直な方向に対して第１の角度θ１だけ傾いており、照明５６からウエーハＷの上面６５に向けて斜め方向から検査光が照射される。照明５６からの検査光がウエーハＷの上面６５に到達すると、一部の検査光がウエーハＷの上面６５で反射すると共に、残りの検査光がウエーハＷの上面６５で内部に向けて屈折する。ウエーハＷの内部の検査光はウエーハＷの下面６６で反射すると共にウエーハＷの内部のクラックＣで散乱される。

このとき、カメラ５７の光軸は、照明５６と同一方向（入射側）にウエーハＷの上面６５に垂直な方向に傾けられている。ウエーハＷの上面６５及び下面６６ではカメラ５７側とは逆側に検査光が反射され、ウエーハＷの内部のクラックＣでは検査光が略放射状に散乱されている。ウエーハＷの上面６５及び下面６６からカメラ５７側に検査光が反射され難いが、ウエーハＷの内部のクラックＣからカメラ５７側に検査光が散乱される。したがって、カメラ５７には、ウエーハＷの上面６５及び下面６６からの受光量が抑えた状態で、クラックＣからの散乱光が適切に受光される。

また、カメラ５７の光軸は、ウエーハＷの上面６５に垂直な方向に対して照明５６の第１の角度θ１よりも小さな第２の角度θ２だけ傾けられている。この場合、第２の角度θ２は、ウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射光を出来る限り取り込まずに、クラックＣからの反射光を出来る限り取り込むことができる角度に調整されている。すなわち、カメラ５７の光軸を鉛直方向に立てるとウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射光が取り込まれ易くなり、カメラ５７の光軸を水平方向に倒すとクラックＣからの散乱光が取り込まれ難くなる。

このように、カメラ５７の傾きによってウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射光の受光が抑えられながら、クラックＣからの散乱光がカメラ５７に受光されてウエーハＷの一部分が撮像される。ウエーハＷの一部分がカメラ５７に撮像されると、保持テーブル３０が水平移動及び回転されて、ウエーハＷの他の部分がカメラ５７の撮像範囲に位置付けられて撮像される。この撮像動作が繰り返されることでウエーハＷの全域が、カメラ５７によって撮像される。そして、カメラ５７の撮像データが合成されて、ウエーハＷの全域を示す撮像画像が生成される。

この結果、図５Ａに示すように、クラックＣからの散乱光がカメラ５７に取り込まれて、カメラ５７の撮像画像にクラックＣが白色で映し出される。ウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射光がカメラ５７に取り込まれ難くいため、カメラ５７の撮像画像にはウエーハＷの上面６５のソーマークやウエーハＷの下面６６の配線パターンが映し出されない。よって、ウエーハＷの上面６５及び下面６６の反射の影響を受けることなく、ウエーハＷの内部のクラックＣを検査することができる。クラック検査が完了すると、保持テーブル３０がレーザー加工手段４５（図１参照）の下方に位置付けられてレーザー加工が開始される。

なお、図５Ｂに示すように、比較例のクラック検査（図２参照）では、ウエーハＷの真上にカメラ５７が位置付けられているため、クラックＣからの散乱光に加えてウエーハＷの上面６５及び下面６６からの反射光がカメラ５７に取り込まれている。よって、カメラ５７の撮像画像にはクラックＣが白色に映し出されるだけでなく、ウエーハＷの上面６５のソーマーク（ウエーハの中心から放射状に広がる円弧の線）やウエーハＷの下面６６の配線パターン（格子状の点線を含むパターン線）が白色に映し出される。このため、クラックＣとソーマーク、配線パターンの区別がつかず、ウエーハＷの内部のクラックＣを精度よく検査することができない。

以上のように、本実施の形態の検査装置では、照明５６からウエーハＷに対して斜めに検査光が照射され、ウエーハＷの内部に透過した検査光がクラックＣで散乱されると共にウエーハＷの上面６５及び下面６６で検査光が反射される。この場合、鉛直方向に対して照明５６と同じ方向にカメラ５７が傾けられているため、ウエーハＷの上面６５及び下面６６で反射した反射光がカメラ５７に取り込まれ難くなる。一方で、鉛直方向に対して照明５６よりもカメラ５７の傾きが抑えられているため、クラックＣで散乱した光がカメラ５７に取り込まれ易くなっている。よって、ウエーハＷの上面６５及び下面６６の検査光の反射に邪魔されることなく、簡易かつ安価な構成でウエーハＷの内部のクラックＣを精度よく検査することができる。

なお、本実施の形態では、ウエーハとしてリチウムタンタレート及びリチウムナイオベートを例示して説明したが、この構成に限定されない。ウエーハは、検査装置の検査対象になるものであれば、特に材質は限定されないが、例えばシリコン、ガリウム砒素等のウエーハでもよい。なお、シリコン、ガリウム砒素等のウエーハであれば、検査光の波長は、約１２００ｎｍ～１５５０ｎｍの範囲であることが好ましい。また、ウエーハは、デバイス形成後のデバイスウエーハに限らず、デバイス形成前の基板でもよい。

また、本実施の形態では、検査装置がレーザー加工装置に搭載される構成にしたが、この構成に限定されない。検査装置は、切削装置、研削装置、研磨装置等の他の加工装置に搭載されていてもよいし、クラック検査の専用装置でもよい。

また、本実施の形態では、撮像手段に対して保持テーブルを回転させる構成にしたが、この構成に限定されない。保持テーブルに対して撮像手段を回転させる構成にしてもよい。

また、本実施の形態では、照明はウエーハに対して透過性を有する波長の検査光を照射可能な構成であればよく、白熱発光タイプ、放電発光タイプ、電界発光タイプのいずれのタイプの光源が用いられてもよい。白熱発光タイプの光源としては、ハロゲンランプ等が用いられてもよいし、放電発光タイプの光源としては、キセノンランプ等が用いられてもよいし、電界発光タイプの光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が用いられてもよい。

また、本実施の形態では、カメラはウエーハを撮像可能な構成であればよく、例えば、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子が用いられてもよい。

また、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明をレーザー加工装置に適用した構成について説明したが、簡易かつ安価な構成でウエーハの内部のクラックを精度よく検査できる他の装置に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、簡易かつ安価な構成でウエーハの内部の微小クラックを精度よく検査することができるという効果を有し、特に、研削加工後のウエーハのクラックを検査する検査装置に有用である。

１レーザー加工装置
３０保持テーブル
３２回転手段
５５撮像手段
５６照明
５７カメラ
６５ウエーハの上面
６６ウエーハの下面
Ｃクラック
Ｗウエーハ
θ１第１の角度
θ２第２の角度

Claims

分割予定ラインで区画されデバイスを形成したウエーハの内部のクラックを検査する検査装置であって、
該デバイスが形成される面を下面にしてウエーハを保持する保持テーブルと、
該保持テーブルに保持されたウエーハに対して透過性を有する波長の検査光をウエーハの上面側から照射させ、ウエーハの上面で屈折しウエーハ内部のクラックによって散乱した散乱光を受光して該クラックを白色に撮像する撮像手段と、該保持テーブルと該撮像手段とを相対的に回転させる回転手段と、を備え、
該撮像手段は、ウエーハの上面に対して垂直な方向から６０度以上かつ９０度未満の第１の角度で傾けて一方向からウエーハに向けて該検査光を照射する照明と、
ウエーハの上面に対して垂直な方向から該第１の角度より小さい第２の角度で該検査光と同一方向に傾けて該検査光の一部がウエーハの表面で反射し、残りが内部のクラックによって散乱した散乱光を受光してウエーハ内部のクラックを撮像するカメラと、を備える検査装置。