JPH056930A - 半導体ウエハの割れ検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ＬＳＩ製造工程中の監視や管理の困難な状態
にある半導体ウエハの破損を容易に発見し、適切な処置
をするための警報を出力する。 【構成】 超音波マイクロホン６と、破片粒子４が衝突
すると超音波を発する発音体５を匡体内に組み込み、風
車３付きモータ２で周辺空気を吸引し、半導体ウエハの
破損音と衝突音から警報が出力されるように電気回路を
そなえる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ製作工程に於い
て発生する半導体ウエハの破損を容易に検知する装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ製作のためのウエハの加工工程で
は、各種の処理（イオン注入、パターン加工、金属と絶
縁膜の堆積、熱処理、洗浄等）がクリーンルーム内の各
種の機械装置により連続しておこなわれる。この間ウエ
ハはそれぞれの装置において、加工のための装置へ挿填
や、取り出しが自動や手動によって行われる。また、装
置内では各種の必要に応じた加工のためのウエハ移動が
行われる。このような状況下に於ける半導体ウエハは常
に樹脂、金属、ガラス等の材料と接触状態にあり、物理
的に脆く傷つき易い性質のシリコンやガリウムヒ素など
の半導体ウエハの表面は僅かの力で傷や破損が生じ易
い。また、加工のための移動や保持中にも割れることが
ある。

【０００３】このような状況が一度でも起ると、生じた
粒子や破片（以下粒子と云う）は自己のウエハや付近の
ウエハに付着する。保管ケース内で起ればそのケースに
も、加工途中であれば運転中の装置にも付く。さらに、
これらの粒子は加工中のウエハにより、別の場所にも移
動し、落下する。この場合に生じる粒子の大きさはまち
まちであるが、加工途中のＬＳＩパターンの上に付く
と、その部分に形成されるＬＳＩの電気的特性は目標値
からはずれ、全工程を経て完成させても不良品となる可
能性は極めて大きい。さらに粒子が半導体ウエハの表面
に焼き付くと、そのウエハの結晶性に歪をあたえ、その
後の工程で大きく砕けることが起こる。

【０００４】プロセスライン内でこのような事態が起こ
ると、ＬＳＩ製作のためのプロセスはもはや続行困難と
なり、装置を緊急停止し、被害を最小に食い止める処置
が必用になる。そしてこのトラブルに遭遇した半導体ウ
エハや装置の後始末は簡単な作業でなく、完全に元の状
態に復元するためにはかなりの時間と労力が無駄にな
る。

【０００５】現在のＬＳＩプロセスでは、その殆どの工
程が自動化により運転されている。このため、ウエハー
の割れが起ってもすぐに発見するのは困難で、とくにウ
エハの一部が僅かに破損した場合には、処理枚数で管理
する現状のプロセスでは見落す可能性が極めて大であ
る。しかも破損は一瞬の現象であるため、そのままプロ
セスが進行してしまうことも多い。現在のＬＳＩプロセ
スでは、この被害を最小に食い止めるため、監視のため
の要員を随所に配置したり、インスペクター装置（表面
検査装置）で加工中のウエハ表面の観察を行い、異常の
検出に務めている。また適宜の工程でロットごとに洗浄
処理をおこなったりもする。

【０００６】現在実施される半導体ウエハ加工中の発生
粒子検知手段にダストカウンターを利用する方法があ
る。この方法は加工中のウエハ付近の空気をチューブに
よりサンプリングし、この中に混ざる粒子に光のビーム
を当て、生じた散乱光を発塵として計測する方法であ
る。図５はダストカウンター法の問題点を説明するため
のもので、１１は排風管、１２は排風管１１の内部に挿
入し，粒子４を吸引するためのサンプリングチューであ
り、ここから採取した空気をダスト計測部１３に送り込
む。サンプリングチューブ１２からの吸引空気量は光学
系の構造から原理的に多くすることができない。（１−
２８Ｌ／分程度）。このため、チューブ１２の先端での
吸引流速が排風管１１の中を流れる空気流速に勝てない
と、粒子４が少ない場合には計数を見落とすことが起こ
る。また、流れる粒子が少なかったり、その分布にムラ
があると短時間では粒子が検出できないこともおこる。
さらにまた、計数可能な粒子径も数ミクロン以下であ
り、原理的に大きいものは数えられない。また、装置も
大きく高価であるから随所に設置することはむずかしい
問題である。

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、半導体ウエハの加工工程に於て、その予知と監視
が極めて困難な環境下にある半導体ウエハの破損と、そ
れに伴う粒子の発生を如何に早く発見し、ウエハ、装
置、周囲環境に与える汚染被害を最小に食い止めるかの
点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は加工、保管、移
送等の各状態にある半導体ウエハの周辺空気を吸引する
機構と吸引した空気中の粒子の衝突により超音波を出す
発音体、および超音波マイクロホンを合体した装置によ
り、半導体ウエハの破損時と、その破損によって生じた
粒子が超音波発音体と衝突して出す音の情報から、半導
体ウエハの破損を検知、これより警報、装置停止など摘
切な処置ができるようにしている。

【０００８】超音波発音体の構造は吸引した空気が通
り、空気中に混ざる粒子が衝突し易い形状とした。 ま
た、空気を吸い込むためのモータに取り付ける風車を超
音波音の発生しやすいよう（薄板状）に作れば、衝突の
際に撃力が加わるので音響出力の増大が図れる。超音波
マイクロホンの信号は増幅器に接続し、受信した超音波
音を増幅、検波、弁別する機能を組み込み、異常の情報
は出力端子から出し、警報（ランプ点灯、ブザー鳴動
等）と装置の処置（制動、停止等）が出来るようにして
いる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の半導体ウエハの割れ検知装置
の構成を示すブロック図であり、半導体ウエハの粒子４
を集めるサンプリングヘッド部Ｓと、超音波マイクロホ
ンの信号を増幅、検波、弁別の回路機能を持つ信号処理
部Ｍと、ここで処理した信号を出す出力部０からなって
いる。

【００１０】図２はサンプリングヘッド部Ｓの構造を説
明するための断面図である。匡体１は両端が開放された
筒状のもので、この中にモータ２が組み込まれ、その回
転軸には薄板で構成した風車３を取り付け、その回転に
より匡体１の吸引部Ａより排出部Ｂに向けて空気が通過
するようになっている。５は超音波発音体で、これは吸
引部Ａより入った空気に混ざる粒子４が衝突すると超音
波を発音するように作られたものであり、ここから出た
音は超音波マイクロホン６で受信される。７は粒子除去
フィルターで、匡体１の空気の排出部Ｂに設け、匡体１
の中の粒子４が外部に排出されないようにしたものであ
る。８は匡体１の中を機械的に保護するための目の荒い
上流側網、同じく９は排出部Ｂに設けた匡体１の中を保
護するための目の荒い下流側網である。１０は匡体１の
表面につけた防音膜で、内部に雑音が入らないようにし
たものである。

【００１１】つぎに本発明の効果を確かめるため、つぎ
の実験をおこなった。超音波マイクロホン６は中心周波
数４０ＫＨＺのものを用意し、これをＩＣ回路（ＬＭ３
９００ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｉｒｒｏｒ Ｑｕａｄ Ａ
ｍｐ ）に接続し、その出力を第一増幅器の検波前でシ
ンクロスコープにより観測した。供試用の半導体ウエハ
は短冊状シリコン（５×５×０．２ｍ／ｍ１１１面）を
使った。用いた匡体は直径１０ｃｍで長さが２ｍの筒を
水平に置き、匡体１の一方から空気が入るように他方に
風車のついたモータ２を取り付け、この近くに超音波マ
イクロホン６をおき、匡体１の中の中間位置にシリコン
板（６０ｍ／ｍ）の超音波発音体５を取り付けた。匡体
１の中には風速が零と１０ｍ／秒になるようにモータ２
を回転し、空気を通した。半導体ウエハの模擬破壊は超
音波発音体の風上１ｍの位置（空気取入れ口）で、２等
分にへき開した。

【００１２】図３は本試験によって得られた超音波信号
の一例を示すものである。風速が零の場合にはＴ_１時間
にＶ_１電圧の波形が半導体ウエハのへき開と殆ど同時に
強いレベルの超音波信号となってでた。これに対し風速
が１０ｍ／秒の場合にはＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３においてそれ
ぞれＶ_１、Ｖ_２、Ｖ_３の電圧波形が現れた。この信号は
回路のバックグランド雑音レベルに対して十分な感度で
得られた。また、風車３の回転音や流れる空気、さらに
クリーンルーム内の騒音に対してもその出力は影響を受
けなかった。

【００１３】上記の結果は半導体ウエハの破損時におい
て、破損による信号と、破損によって出来た粒子４が超
音波発音体５に衝突した際の信号と、さらに奥で回転す
る風車３に衝突して出る信号であることは風速と時間の
妥当な関係から正しいものといえる。この実験は短冊状
シリコンのへき開寸法をに小さくしても成功した。（１
ｍ／ｍまで確認）しかし、どこで出なくなるかは試料が
得られず確認できなかった。またこの実験からＴ_１，Ｔ
_２，Ｔ_３に現れる波形に特徴があることがわかった。と
くに、半導体ウエハの一部が飛んで回転する風車３に当
ると、この場合の風車３は薄い鋼板製のシロツコ型の羽
構造のものなので複数回の衝突による信号が出た。これ
から超音波を発音し易い材料で作った風車３であれば、
超音波発音体５は省略しても差し支えないことが分かっ
た。

【００１４】図４は本発明装置を半導体ウエハのクリー
ン保管箱に応用した一実施例を示すものである。図４に
於て、２１は保管する半導体ウエハであり、２２はウエ
ハ２１が互いに接触しないように保持するためのホルダ
ーである。 ２３は清浄面を持ったウエハを塵埃から保
護するためのケースで、蓋２４を閉じるとケース２３の
中は密閉状態となる。２５はウエハの割れ検知装置で、
この中には図１で示したサンプリングヘッド部Ｓ、信号
処理部Ｍ、出力部Ｏが収容され、ケース２３の内部の空
気を吸引するための吸引チューブ２６と、破損粒子のチ
ェックの済んだ空気を送り込むための排出チューブ２が
取りつけてある。このようにしたケース２３の中で、加
工のための装置に運ぶ過程での震動、その他の影響でウ
エハ２１から粒子が発生すれば、直ちに警報を発し自動
搬送するロボットや装置などに停止や注意の信号が出せ
る。

【００１５】その他の応用例では、カセットに収容され
る半導体ウエハを一枚ごとに加工装置に掛けるためのロ
ーダ・アンローダ中の割れ監視、半導体ウエハのベルト
搬送時の落下監視、ウエハの真空チヤック時の割れ監
視、スピンドライ中の風圧破損等、ＬＳＩプロセスにお
ける各所への適用が計れる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法によれば
従来の半導体ウエハプロセスにおいて、その発見が極め
て困難であった半導体ウエハの微量、微細な破損が瞬時
に検出来る。この結果、プロセスの異常検出に神経を集
中する要員の配置をなくすこともでき、しかも、見る事
のできないケース内や装置内の状況も監視できるのでＬ
ＳＩの歩留り向上に多大の寄与が図れる。また、製品の
低価格化も可能となる。また、本発明方法は液晶表示装
置などの割れやすいガラス板加工工程への応用も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体ウエハの割れ検知装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明のサンプリングヘッド部の断面構造を示
す図である。

【図３】本発明の検知した超音波信号を説明するための
図である。

【図４】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図５】本発明を使用しない従来のウエハ破損粒子の検
知法の説明図である。

【符号の説明】

Ｓ サンプリングヘッド部 Ｍ 信号処理部 Ｏ 出力部 Ａ 吸引部 Ｂ 排出部 １ 匡体 ２ モータ ３ 風車 ４ 粒子（破片） ５ 超音波発音体 ６ 超音波マイクロホン ７ 粒子除去フィルター ８ 上流側網 ９ 下流側網 １０ 防音膜 １１ 排風管 １２ サンプリングチューブ １３ ダスト計測部 ２１ 半導体ウエハー ２２ ホルダー ２３ ケース ２４ 蓋 ２５ 割れ検知装置 ２６ 吸引チューブ ２７ 排出チューブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＳＩ製造のための加工用ウエハの近傍
   に、周辺空気を吸引と排出する機構を備えた匡体をお
   き、該ウエハの破損時に発生した第１次の超音波音と、
   吸引空気で運ばれた粒子破片を超音波発音体に当て、そ
   こで発生した第２次の超音波音の受信状態から加工中の
   ウエハの破損が分かるようにしたことを特徴とする半導
   体ウエハの割れ検知装置。
2. 【請求項２】 請求項１の超音波発音体を省略、周辺空
   気を吸引するための風車により第２次の超音波音を出す
   ようにしたことを特徴とする請求項１の半導体ウエハの
   割れ検知装置