JP2005098773A - 半導体基板のクラックの有無を検査する表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の加工処理装置の複数をインライン化した複合半導体製造装置において、どの加工処理装置で加工トラブルが生じたか検出できる基板の表面検出装置を提供する。
【解決手段】 半導体基板を載置する仮置台２、光源３より照射された光をコリメ−タレンズ４で平行に拡散し、ビ−ムスプリッタ７で屈折させて前記半導体基板の裏面側に平行光線を向け、この平行光線を可変焦点レンズとシリコンレンズとを備えるシュリ−レン顕微鏡１１を介して半導体基板面上に集光させ、半導体基板面を反射した光を前記ビ−ムスプリッタ７を通過させてカメラ１２に結像させる撮影部１５に取得された画像の濃淡分布デ−タを微分したときの不連続部分の有無を検出する検出部１９、検出された不連続部分をその大きさからクラックか汚れかを判別する画像分類部１８、撮像した画像を表示器２０に出力するデ−タ処理部１６とを備えるシュリ−レン法表面検査装置１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面にプリント配線が施され、裏面が平坦な半導体基板の半導体基板を仮置台上に裏面側を上向きにして載置し、シュリ−レン撮像（Schlieren Photograph）方法により撮像した画像よりこの半導体基板にクラックが存在するか否か検査する表面検査装置に関する。

半導体製造装置においては、基板の前工程および後工程において複数の処理が行なわれる。例えば、表面にプリント配線が施され、裏面が平坦な半導体基板の裏面を研削する工程、半導体基板の裏面研削された面を研磨して鏡面とする工程、裏面研削された半導体基板をフレ−ムに粘着テ−プを用いてマウントする工程、ダイシングテ−プを引き剥がす工程、ダイシング工程等である。従来、これらの各処理はバッチ処理されていたが、これら処理をする複数のチャンバをインラインで接続したマルチチャンバ方式の半導体製造装置を半導体基板製造メ−カ−が要求し、実用化されている。例えば、半導体基板の裏面を研削する工程、半導体基板の裏面研削された面を研磨して鏡面とする工程、裏面研削された半導体基板をフレ−ムに粘着テ−プを用いてマウントする工程を行うチャンバをインライン化した前処理工程の装置である（例えば、特許文献１参照。）。

マルチチャンバ方式の半導体製造装置においては、半導体基板の一部に生じた傷（クラック）や割れを確実に検知し、その傷や割れに起因する半導体製造装置の被害を最小に留めるために各チャンバで処理された半導体基板を次ぎの処理のチャンバ−に移動する前に半導体基板全体の画像を撮影し、画像を謙称して正常か異常か判別することが好ましい。

従来のバッチ式製造装置では、処理された半導体基板の目視では判別できない傷の有無を光学顕微鏡で基板面を拡大して作業者が検証していたが、基板が鏡面であるため作業者の目が疲れ易いので、最近では、半導体基板の検査面に所定のパタ−ンを投影し、前記パタ−ンが投影された前記検査面の画像を取得し、少なくとも取得された前記画像の濃淡分布デ−タを用いて半導体基板のクラックを検出することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、異なる焦点位置で同一箇所の撮像が可能な光学系と、この光学系より得られた画像を撮像する画像入力部と、該入力画像を所定量だけ移動しかつ濃淡に関して関して基準を適用した参照画像を生成し、画像入力部より出力された画像デ−タをメモリ−に格納することなくデ−タフロ−型プロセッサを用いたパイプライン処理により演算処理し、ダスト、異物、形状欠陥の検出を行う画像処理部とから構成される検査装置も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

さらに、レザ−ビ−ムより照射された光を第１コリメ−タレンズで平行に拡散し、半導体基板を通過させた光を第２コリメ−タレンズで集光して結象させ、これをＣＣＤカメラで撮像するシュリ−レン撮像方法も提案されている。このシュリ−レン撮像方法では、レザ−ビ−ムより照射された光と、第２コリメ−タレンズで集光された光の半分はそれぞれナイフエッジで遮光される。（特許文献４参照。）。シュリ−レン撮像方法は、シリコン基板のような鏡面を有する基板のクラック検査に適している。
特開２００２−１５１４５０号公報 特開２００３−１８５５９０号公報 特開２０００−１８０３７７号公報 米国特許第６１８１４１６号公報

本発明が解決しようとする問題点は、処理された半導体基板を一々、チャンバ外へ取り出し、チャンバ外に設置されている検査台に載置して基板のクラックの有無を検査するのではなく、インライン化された半導体製造装置のライン内で表面検査を行える表面検査装置を提供することにある。前記米国特許に記載されるシュリ−レン撮影法を用いるには、半導体製造装置に使用されているチャンバ内の仮置台やライン間に設けられた仮置台は基板を載せるステ−ジ部が不透明部材で形成されているため、ステ−ジ部を透明部材で製造したものに置き換え、ステ−ジ部の下面にカメラを設ける構造とする必要がある。本発明は、ステ−ジの上方にシュリ−レン撮像機を設置できるようになすものである。

請求項１の発明は、表面にプリントがなされ、裏面が平坦な半導体基板を裏面を上向きにして載置する仮置台、赤外線照射光源より照射された光をコリメ−タレンズで平行に拡散し、ビ−ムスプリッタで屈折させて前記半導体基板の裏面側に平行光線を向け、この平行光線を可変焦点レンズとシリコンレンズとを備えるシュリ−レン顕微鏡介して半導体基板面上に集光させ、半導体基板面を反射した光を前記ビ−ムスプリッタを通過させてカメラに結像させる撮影部であって、前記コリメ−タレンズの半分とカメラのレンズの半分を通過する光はナイフエッジで遮られる構造の撮像部、該撮影部に取得された画像の濃淡分布デ−タを微分したときの不連続部分の有無を検出する検出部、検出された不連続部分をその大きさからクラックか汚れかを判別する画像分類部、撮像した画像を表示器に出力するデ−タ処理部とを備えるシュリ−レン法表面検査装置を提供するものである。

本発明のシュリ−レン法を利用する表面検査装置では、仮置台の上方側に光源とカメラを含む撮像部を設置できるので、既存の半導体装置の構造を大幅に変える必要はない。

（実施例１）
図１は本発明の表面検査装置の側面図、図２はシュリ−レン撮像法により表示器画面上に映し出された基板の画像、図３は複数のチャンバがインライン化された半導体製造装置の一例を示す平面図、図４は別の態様を示す複数のチャンバがインライン化された半導体製造装置の一例を示す平面図である。

図１に示されるシュリ−レン撮像法を利用する表面検査装置１において、ｗは半導体基板でその表面側ａにはプリントがなされ、保護テ−プｃで被覆され、裏面ｂが平坦な半導体基板である。２は半導体基板の裏面を上向きにして基板を載置する仮置台、３は赤外線照射光源、４は第１コリメ−タレンズ、５はナイフエッジでこれらで光源照射機構６を構成する。７はビ−ムスプリッタ、８は複合レンズ、９は可変集光レンズ、１０はシリコンレンズで、これらでシュリ−レン顕微鏡１１を構成する。１２はカメラで前記シュリ−レン顕微鏡１１に接続されている。カメラのレンズ前にはナイフエッジ１３が置かれる。１４はシュリ−レン顕微鏡の外筒である。これら光源照射機構６、シュリ−レン顕微鏡１１、ナイフエッジ１３およびカメラ１２で撮影部１５構成する。１６はデ−タ処理部、１７は画像記憶部、１８は画像分類部、１９は入出力部、２０は表示器（ＣＲＴ）、２１はマウス、２２はキ−ボ−ドである。

表面検査装置１の外筒１４は支持部材２３に固定され、支持部材２３の前面に上下に設けられたレ−ル２４上をスライダ２５が左右方向（ｘ方向）に移動するように構成される。言いかえるとスライダ２５の左右方向の移動により、表面検査装置１のシュリ−レン顕微鏡１１も左右方向に移動可能である。前記支持部材２３は、サ−ボモ−タ２７の回転駆動を受けて回転するボ−ルネジ（図示されていない）に裏面を螺合された上下方向摺動板２６の前面に固定されている。即ち、サ−ボモ−タ２７の回転駆動を受けて上下方向摺動板２６が固定板２８の前面に設けられた案内レ−ル（図示されていない）上を移動することによりシュリ−レン顕微鏡１１も上下方向（ｙ方向）に移動可能である。

前記固定板２８はコラム２９前面に固定され、コラム２９は水平方向に張り巡りされた案内レ−ル３１，３１を滑る滑走体３０の下部に固定される。この滑走体３０は図示されていないサ−ボモ−タとボ−ルネジおよび螺合体の駆動により前後方向（ｚ方向）に移動できる。言いかえると、滑走体３０の前後方向の移動により表面検査装置１のシュリ−レン顕微鏡１１も前後方向に移動可能である。

基板ｗ裏面の撮像は、半導体基板ｗの裏面を上向きにして仮置台２上に載置し、赤外線照射光源３より照射された光の半分をナイフエッジ５で遮光し、第１コリメ−タレンズ４で平行に拡散し、ビ−ムスプリッタ７で屈折させて前記半導体基板ｗの裏面側に平行光線を向け、シュリ−レン顕微鏡１１を介してこの平行光線を半導体基板面上に集光させ、半導体基板面を反射した光は前記ビ−ムスプリッタ７を通過し、その通過光の半分をナイフエッジ１３て遮光された後、カメラ１２に結像させる。

画像記憶部１７は、撮影部１５のカメラ１２より送信されてきた画像信号を受け、検出部１９で画像信号の濃淡分布デ−タを微分し、不連続部分の有無を検出する。画像分類部１８は検出部１９で検出された不連続部分の出力信号をその大きさ（長さを含む）からクラックか汚れかを判別する。撮像部１５で撮像した画像は、デ−タ処理部１６より発信される出力信号により表示器２０に半導体基板ｗの画像を表示する(図３参照)。必要によりこの表示器２０にクラック、汚れの有無を表示する信号を出力部１９より発信し、表示器２０画面上に基板の画像と一緒に表示させてもよい。

図２に示す表示器に映し出された基板表面の画像において、半導体基板の平坦面は濃度が明るい灰色に、クラック５００、研磨屑６００は濃度が濃い黒色となって表示される。クラックと研磨屑の区別は、研磨屑はミクロ的なもので、その大きさが数ミクロンから数十ミクロンの大きさで、不連続なドット状であり、クラックはマクロ的なもので、長さがｍｍ単位で、連続した直線もしくは曲線状のものであることからデ−タ処理部で区別される。

この基板表面検査装置１は、複数の基板加工処理装置を室内に備えた複数のチャンバをインラインで接続したマルチ（複合）チャンバ方式の半導体製造装置において、各チャンバで加工処理された半導体基板の外観を各チャンバ内で検査あるいは、次ぎの工程への受け渡しの仮置台上で半導体基板の外観を検査するのに使用される。

図３に示すインライン化された基板加工装置１００は、特許文献１（特開２００２−１５１４５０号公報）に開示された半導体基板の裏面を研削する研削装置１０１、半導体基板の裏面研削された面をエッチング処理して鏡面とするエッチング処理機１２０、および裏面研削・エッチング処理された半導体基板をフレ−ムに粘着テ−プを用いてマウントする工程を行うマウンタ装置２００の各チャンバをインライン化した前処理工程の装置を示す。

図３に示す裏面研削装置とエッチング装置とマウンタ装置をインライン化した基板加工装置１００において、1０１は裏面研削装置、１２０はエッチング装置、２００はマウンタ装置、３００はインライン化ウエハ搬送装置である。
裏面研削装置１０１は、左右にカセット１１７を対として前列に配置し、基台の上に左側のカセットの後部に基板用仮置台１０６を、右側のカセットの後部に洗浄機構１１３を対として次列に配置し、仮置台１０６と洗浄機構１１３後部の基台の中央部を刳り抜いた箇所にインデックスタ−ンテ−ブル１０８を設け、かつ、このインデックスタ−ンテ−ブルに該テ−ブルの軸心を中心に３基の基板チャック機構１０７を等間隔に回転自在に設けるとともに基板ロ−ディング／基板アンロ−ディングゾ−ン、粗研削ゾ−ンおよび仕上研削ゾ−ンにテ−ブルを区分けし、インデックスタ−ンテ−ブル１０８の後列には基台より起立させた枠体１１１に各研削ゾ−ンに適した砥石をスピンドル軸１１１ａ、１１１ｃに軸承させた研削機構を各研削ゾ−ンに位置する基板チャック機構に対応して設けている。

前記１対のカセット１１７の列と前記仮置台１０６と洗浄機構１１３の列の間の基台略中央に多関節型搬送ロボット１１５を立設し、前記仮置台１０６上のデバイスウエハをインデックスタ−ンテ−ブルの基板ロ−ディング／基板アンロ−ディングゾ−ンのチャック機構に移送可能としている。

インデックスタ−ンテ−ブルを設けた基台の略中央部の左右に設けた１対の軸に回転可能に取り付けられた柄に設けられた吸着パッド１１２は、それぞれ仮置台のデバイスウエハを基板ロ−ディング／基板アンロ−ディングゾ−ンのチャック機構１１７上に、また、基板ロ−ディング／基板アンロ−ディングゾ−ンのチャック機構上の裏面研削されたデバイスウエハを洗浄機構１１３のスピナ上に搬送する。

エッチング装置１２０は側壁１２１で囲まれ、エッチャ−１２６は更に内仕切壁１２２により囲繞されている。１２５は搬送ロボット、１３３はシャッタ−機構である。

該研削装置１０１において、ロ−ディング用カセット１１７より多関節型ロボット１１５により仮置台１０６上に搬送された基板ｗは搬送パッド１１２に吸着され、搬送パッドを回動させてインデックステ−ブル１１８のロ−ディング／アンロ−ディングゾ−ンのチャック機構１０７に載せられ、インデックステ−ブルを１２０度時計廻り方向に回転させ、チャック機構１０７は第１研削ゾ−ンに移動する。

そこで、第１スピンドル軸１１１ａに軸承された粗研削砥石でウエハｗは粗研削され、ついで粗研削されたウエハはインデックステ−ブル１１８を１２０度回動させることにより仕上研削ゾ−ンに送られる。そこで、第２スピンドル軸１１１ｃに軸承された仕上研削砥石で仕上げ研削され、ついで、インデックステ−ブル１１８を１２０度回動させることにより仕上研削された基板はロ−ディング／アンロ−ディングゾ−ンに移送される。

仕上研削された基板は、右側の搬送パッド１１２により吸着され、洗浄機構１１３に移送され、洗浄機構で洗浄、スピン乾燥された後、エッチング装置１２０内の搬送ロボット１２５により仕切壁の開口部を経て、エッチャ−１２６に移送され、そこで基板はエッチング、洗浄、スピン乾燥され、仮置台３０１上に多関節型ロボット１２５により移送される。

なお、第２スピンドル軸に軸承された仕上研削砥石で基板が仕上げ研削されている間に、新たな基板が、ロ−ディング用カセット１１７より多関節型ロボット１１５により仮置台１０６上に搬送され、そこで基板は搬送パッド１１２に吸着され、インデックステ−ブル１１８を１２０度回動させて粗研削用チャック機構１０７に載せられ、第１スピンドル軸に軸承された粗研削砥石で基板は粗研削される。このようにウエハの粗研削と仕上研削が同時に行われるのでウエハの研削装置のスル−プット時間を短縮することができる。

エッチング装置１２０の正面壁にはインライン化ウエハ搬送装置３００が設けられる。インラインウエハ搬送装置３００は、仮置台３０１、仮置台の回転機構、仮置台の左右方向往復移動機構および透明なド−ムよりなる。仮置台３０１は回転機構により仮置台の支持ア−ム３０２が９０度回転され仮想線に示す位置に仮置台３０１を移動する。仮想線で示された仮置台３０１は、ベルト３１５駆動で、マウンタ装置２００の正面壁２０１ａ側（右方向）へ移動され、センサ３１３が仮置台を構成するロ−タリ−テ−ブル支持台の存在をキャッチ（仮置台は図１で仮想線に示す位置）すると制御装置に信号が伝達され、制御装置より減速機付きモ−タ−に駆動停止の指令がなされ、減速機付きモ−タ−の駆動が停止し、ベルトの移動も停止する。

マウンタ装置２００は、周囲を側壁２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄで囲まれ、正面壁２０１ａにはインライン化ウエハ搬送装置３００の仮置台３０１が出入り可能な開口部２０２を有する。上面は天井２０３で覆われて側壁と天井で部室２０４を形成する。
部室２０４内には、ア−ム２０５がベ−ス２０６上に支持軸２０７で支えられ、ア−ム２０５の側面には下方にウエハ吸着板２１０を長尺状竿２１１で固定し、長尺状竿２１１をシリンダ２１２で昇降可能とし、シリンダ２１２をレ−ル２１３上を左右方向に移動可能に設置し、レ−ル２１３をスライダ−２１４で受け、スライダ−２１４は溝２１５を前後に往復移動できる。スライダ−２１４の往復駆動機構は図面からは省略されている。

吸着板２１０の中空部は、図示されていない真空ポンプに連結されており、該中空部を減圧することにより基板吸着板２１０はデバイスウエハｗの保護テ−プで被覆されたデバイス面を吸着できる。

基板吸着板２１０の上方には基板位置合わせ確認用の認識カメラが設けられており、仮置台３０１に載せられ移送されてきたデバイスウエハｗのセンタリング調整に寄与する。即ち、仮置台３０１の中心点とデバイスウエハｗの中心点が鉛直方向で一致しているか認識カメラで確認する。中心点の一致は、デバイスウエハｗの中心点が仮置台３０１の中心点と一致するようにシリンダ２１２をレ−ル２１３上で左右方向に移動およびレ−ル２１３を受けるスライダ−２１４を溝２１５で前後移動して決める。なお、仮置台３０１の中心点とチャンバ−部２１９のフレ−ム中心点は同一線ｍ上にあるように後述するインラインウエハ搬送装置３００のセンサ据え付け位置により決められる。

２１６はフレ−ムホルダ−で、下面に粘着テ−プＴを貼着したフレ−ムＦを多段積みし、下方よりシリンダにより底板をフレ−ム１枚分の高さづつ上昇できるようになっている。２１７はフレ−ムホルダ−２１６より送り出された最上段の下面に粘着テ−プを貼着したフレ−ムＭ１枚を左右方向に往復移動可能な軸２１８に取り付けられた吸引治具２１８ａで吸引し、左方向に移動させベルト２１８ｂ上でセンタリング終了後、吸引治具の減圧を止めてフレ−ムＭを開放し、ついで、ベルト２１８ｂを間歇的に回転駆動させて左方向に位置するチャンバ−機構２１９へ移送するアライメント兼用移送機構である。

ついで、前述の基板吸着板２１０に吸着されたデバイスウエハｗを後方向に前進させ、シリンダを下降させ、チャンバ−機構２１９上のフレ−ムに貼付された粘着テ−プ面に粘着させ、ついで、ウエハ吸着板２１０の減圧を止め、ウエハ吸着板２１０を上昇させ、前方向に後退させることによりフレ−ムに貼付された粘着テ−プ上にデバイスウエハがマウントされる。

チャンバ−機構２１９の後部にはフレ−ム搬送・回転機構２２０が備え付けられている。フレ−ム搬送・回転機構２２０は、治具２２１に係合しているア−ム２２２をモ−タ２２３で回転軸２２４を１８０度回転させることによりチャンバ−機構２１９からフレ−ムを反転して搬送ア−ム２２５側端にフレ−ム一端を接触させ、図示されていない搬送機構でフレ−ムＭを矢印で示す後方向に前進させて収納搬送路２２６に移動させ、そこでフレ−ムを９０度回転させたカセット２２７へフレ−ムＭを移動させて収納する。

本発明の表面検査装置１は、このインライン化された基板加工装置１００のエッチング装置１２０の仮置台３０１上に離間して設ける。

図４は、別の態様を示すインライン化された基板加工装置１００で、裏面研削装置１０１、エッチング装置に代えてポリッシング装置１２０’、ＵＶ照射／ＤＡＦ貼り機（マウンタ装置）２００およびダイシングテ−プ貼り機／グラインダテ−プ剥がし機４００をインライン化したものである。本発明の表面検査装置１は、このインライン化された基板加工装置１００のＵＶ照射／ＤＡＦ貼り機（マウンタ装置）２００の仮置台３０１上およびマウントされた基板の搬送機構２２６上に離間して設ける。図４ではクラック検出と仮想矢印で示された円内の位置に表面検査装置１設けられる。

複数の基板加工処理装置をインライン化した半導体製造装置において、基板にクラックやゴミの付着が検出されたらどの加工処理チャンバで基板の加工処理が不充分であったか判別できる。

表面検査装置の側面図である。（実施例１） シュリ−レン撮像法により表示器画面上に映し出された基板の画像である。 複数のチャンバがインライン化された半導体製造装置の平面図である。（公知） 別の態様を示す複数のチャンバがインライン化された半導体製造装置の一例を示す平面図である。

符号の説明

１ 表面検査装置
ｗ 半導体基板
２ 仮置台
３ 光源
４ 第１コリメ−タレンズ
５ ナイフエッジ
６ 光源照射機構
７ ビ−ムスプリッタ
８ 複合レンズ
９ 可変集光レンズ
１０ シリコンレンズ
１１ シュリ−レン顕微鏡
１２ カメラ（検出器）
１３ ナイフエッジ
１５ 撮影部
１６ デ−タ処理部

Claims (1)

1. 表面にプリントがなされ、裏面が平坦な半導体基板を裏面を上向きにして載置する仮置台、赤外線照射光源より照射された光をコリメ−タレンズで平行に拡散し、ビ−ムスプリッタで屈折させて前記半導体基板の裏面側に平行光線を向け、この平行光線を可変焦点レンズとシリコンレンズとを備えるシュリ−レン顕微鏡介して半導体基板面上に集光させ、半導体基板面を反射した光を前記ビ−ムスプリッタを通過させてカメラに結像させる撮影部であって、前記コリメ−タレンズの半分とカメラのレンズの半分を通過する光はナイフエッジで遮られる構造の撮像部、該撮影部に取得された画像の濃淡分布デ−タを微分したときの不連続部分の有無を検出する検出部、検出された不連続部分をその大きさからクラックか汚れかを判別する画像分類部、撮像した画像を表示器に出力するデ−タ処理部とを備えるシュリ−レン法表面検査装置。

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