特許 7537893 エッジ部のチッピング検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】エッジ部のチッピング検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20240814BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

G01N21/956 A

H01L21/66 J

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020052086

(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公開番号】P2021148758

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-02-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100163533

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 義信

(72)【発明者】

【氏名】山崎 直樹

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１７８２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１６０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２９０１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８１２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８５２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００２６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５６２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／８４－２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエハの外周縁部に形成され、前記ウエハの主面に対して傾斜した面取り面のチッピングを検出するチッピング検出装置において、
前記面取り面へ前記ウエハの前記主面に対して平行な方向から光を照射するＬＥＤ照明装置と、
前記ＬＥＤ照明装置から照射された光によって照明された前記面取り面と前記主面とを前記主面に対して直交する方向から撮像する撮像手段と、
前記ＬＥＤ照明装置を前記ウエハの中心方向から覆うように設けられた反射板と、を備え、前記撮像手段によって撮像された画像から前記チッピングを検出し、
前記反射板は、上面から見た形状がコの字状あるいは円弧状であり、高さ方向の中央部にスリットが設けられたチッピング検出装置。

【請求項2】

前記反射板は、前記ＬＥＤ照明装置側が前記面取り面を前記ウエハの前記中心方向へ超えた位置に設置されたことを特徴とする請求項１に記載のチッピング検出装置。

【請求項3】

前記反射板の前記ＬＥＤ照明装置側は、マンセル値Ｎ９．５、ＲＧＢ（２４５、２４６、２４２）の白色で塗装されたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のチッピング検出装置。

【請求項4】

前記反射板は、前記ＬＥＤ照明装置と平行な面に対して３０～６０°傾いた斜面を有したことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のチッピング検出装置。

【請求項5】

前記ＬＥＤ照明装置から照射される光の波長は５７０ｎｍ以下とされたことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のチッピング検出装置。

【請求項6】

前記ＬＥＤ照明装置と前記反射板との間で前記面取り面より前記ＬＥＤ照明装置側に拡散板を設けたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のチッピング検出装置。

【請求項7】

前記撮像手段は、前記ウエハを挟んで一方側に配置された上面用カメラと、前記ウエハを挟んで他方側に配置された下面用カメラとを備えたことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のチッピング検出装置。

【請求項8】

前記ＬＥＤ照明装置は、複数の青色発光ＬＥＤを配置したパネル型の面光源とされたことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のチッピング検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハエッジ部の形状測定に係り、特にウエハ、あるいはツルーイング砥石エッジ部のチッピングをその端部の撮像画像に基づいて検出するエッジ部のチッピング検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハの製造時において、ウエハの端部（縁部）が、他の部品やウエハ保持部材と接触することによって傷ついたり、欠けたりする場合がある。さらに、その傷や欠けが原因でウエハが割れることもある。このため、ウエハの製造工程においては、その端部に生じた傷を精度良く、検出することが必要とされる。

【0003】

例えば、特許文献１は、面取り加工されたエッジ部の形状（面取り形状：角度と面幅）を測定するため、測定対象物の端部に対し表裏各面に平行な方向から照射幅がウエハの厚さ幅よりも大きい光束を投光し、表裏各面側におけるその表面に直角の方向から２つのカメラで撮像する。そして、撮像画像における明部の像の幅を面取り加工された端面の幅として検出することを記載している。

【0004】

また、特許文献２は、ウエハのノッチ部の研削条痕を視認するため、照明手段からノッチ部の直線部の任意点に入射する光のうち、直線状部の法線に対する光線の入射角が基準入射角以上である光線を遮光することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－１８１２４９号公報

【文献】特開２０１４－８５２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記従来技術において、特許文献１は、単に、面取り加工された端面以外の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに係らず、その面取り加工された端面の幅を測定したり、表裏各面それぞれの側についての測定を同時に行ったりするだけなので、ウエハエッジ部のチッピングの状態が検出できるものではない。

【0007】

また、同様に、特許文献２は、ウエハのノッチ部の面取り面に形成されている研削条痕を視認することができるものの、ウエハエッジ部のチッピングの状態に基づいてウエハの品質を評価することができなかった。また、チッピングに照射される光量不足、光がチッピングに対して奥行き方向に照射されないこと、チッピングは面幅から欠けて形成されること、などより検出精度が低かった。

【0008】

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ウエハエッジ部のチッピングを高精度に検出するエッジ部のチッピング検出装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明は、ウエハの外周縁部に形成され、前記ウエハの主面に対して傾斜した面取り面のチッピングを検出するチッピング検出装置において、前記面取り面へ前記ウエハの前記主面に対して平行な方向から光を照射するＬＥＤ照明装置と、前記ＬＥＤ照明装置から照射された光によって照明された前記面取り面と前記主面とを前記主面に対して直交する方向から撮像する撮像手段と、前記ＬＥＤ照明装置を前記ウエハの中心方向から覆うように設けられた反射板と、を備え、前記撮像手段によって撮像された画像から前記チッピングを検出するものである。

【0010】

また、上記のチッピング検出装置において、前記反射板は、前記ＬＥＤ照明装置側が前記面取り面を前記ウエハの前記中心方向へ超えた位置に設置されたことが望ましい。

【0011】

さらに、上記のチッピング検出装置において、前記反射板は、上面から見た形状がコの字状あるいは円弧状であり、高さ方向の中央部にスリットが設けられたことが望ましい。

【0012】

さらに、上記のチッピング検出装置において、前記反射板の前記ＬＥＤ照明装置側は、マンセル値Ｎ９．５、ＲＧＢ（２４５、２４６、２４２）の白色で塗装されたことが望ましい。

【0013】

さらに、上記のチッピング検出装置において、前記反射板は、前記ＬＥＤ照明装置と平行な面に対して３０～６０°傾いた斜面を有したことが望ましい。

【0014】

さらに、上記のチッピング検出装置において、前記ＬＥＤ照明装置から照射される光の波長は５７０ｎｍ以下とされたことが望ましい。

【0015】

さらに、上記のチッピング検出装置において、前記ＬＥＤ照明装置と前記反射板との間で前記面取り面より前記ＬＥＤ照明装置側に拡散板を設けたことが望ましい。

【0016】

さらに、上記のチッピング検出装置において、前記撮像手段は、前記ウエハを挟んで一方側に配置された上面用カメラと、前記ウエハを挟んで他方側に配置された下面用カメラとを備えたことが望ましい。

【0017】

さらに、上記のチッピング検出装置において、前記ＬＥＤ照明装置は、複数の青色発光ＬＥＤを配置したパネル型の面光源とされたことが望ましい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ＬＥＤ照明装置をウエハの中心方向から覆うように設けられた反射板を設け、ウエハに対して平行な方向からＬＥＤ照明装置で照射して、ウエハの主面に対して直交する方向から撮像された画像からチッピングを検出するので、反射板で乱反射した光がチッピングの深さ方向にも照射されてチッピングの状態を高精度に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態によるチッピング検出装置の主要部を示す側面図

【図2】図１の平面図

【図3】一実施形態による面取り部（面取り加工されたエッジ部）における光の照射を示す拡大断面図

【図4】一実施形態による反射板１の斜視図

【図5】従来の面取り部（面取り加工されたエッジ部）における光の照射を示す拡大断面図

【図6】撮像手段によりチッピング８を検出した一実施形態の撮像画像を従来技術と比較した図

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、チッピング検出装置の主要部を示す側面図、図２は平面図、図３は、面取り部（面取り加工されたエッジ部）における光の照射を示す拡大断面図である。半導体ウエハエッジ部の形状測定は、カメラ、照明装置を用いて、面取り角度、面幅等を測定している。その装置は、ウエハ２の測定場所に対してカメラを垂直に設置し、それに対して直交するように照明機器は設置されている。チッピング検出は、形状測定の例であり、特に形状測定として重要とされて面幅の計測と同様に行われる。

【0021】

形状測定装置、あるいはチッピング検出装置は、ウエハ２の主面Ｐを水平姿勢で吸着保持して回転可能な回転テーブル３、照明手段としてのＬＥＤ照明装置４、撮像手段としてウエハ２を挟んで一方側に配置された上面用カメラ６、ウエハを挟んで他方側に配置された下面用カメラ５を備えている。その他図示していないが、チッピング検出装置は、画像処理装置、モニタ等を有している。回転テーブル３は、面取り加工終了後に洗浄されたウエハ２が載置される。面取り面Ｃは、ウエハ２の外周縁部に形成され、ウエハ２の主面Ｐに対して傾斜している。

【0022】

ＬＥＤ照明装置４は、回転テーブル３の側方に配置され、ウエハ２のエッジ部に、ウエハ２に対して平行な方向から光を矢印Ａに示すように照射する。また、光は、矢印Ｂに示すように反射板１で反射する。ＬＥＤ照明装置４は、照明光が面光源となるように照明光の高さＨ、及び幅Ｌを持つ矩形とされている。つまり、ＬＥＤ照明装置４は、光を拡散する拡散板７を有している。

【0023】

上面用カメラ６は、ウエハ２の上面外周部に対向して配置され、ウエハ２の上面側エッジ部の形状を撮像する。下面用カメラ５は、ウエハ２の下面外周部に対向して配置され、ウエハ２下面側エッジ部の形状を撮像する。上面用カメラ６及び下面用カメラ５は、ＬＥＤ照明装置４から照射された光によって照明されたウエハ２の面取り面Ｃと主面Ｐとをウエハ２の主面Ｐに対して直交する方向から撮像する。

【0024】

ＬＥＤ照明装置４からウエハ２に照射された光は、面取り面Ｃで反射された光のみが、上面用カメラ６及び下面用カメラ５に撮像される。これにより、ウエハ２の面取り面Ｃを示す画像は、白色に表示され、主面Ｐを示す画像は黒色に表示されて、モニタに表示される。

【0025】

画像処理装置は、撮像された画像から、面取り面Ｃの面幅を計測したり、チッピング８を検出したりする。なお、画像処理装置は、上面用カメラ６及び下面用カメラ５によって撮像された画像から面取り面Ｃの画像として抽出し、エッジ検出処理等の画像処理する機能を備える。

【0026】

図４は反射板１の斜視図であり、反射板１は、ＬＥＤ照明装置４をウエハ２の中心方向から覆うように設けられる。ただし、上面用カメラ６及び下面用カメラ５の視野を妨げることはない。反射板１の形状は、図２、４に示すように上面から見た形状が斜面１－２、１－３を有するコの字状あるいは円弧状であり、高さ方向の中央部にスリット１－１が設けられる。

【0027】

スリット１－１は、ウエハ２の厚さより大きく、ウエハ２の面取り面Ｃが挿入される。反射板１は、反射板１のＬＥＤ照明装置４側が面取り面Ｃ、つまり面幅をウエハ２の中心方向へ超えた位置に設置される。拡散板７は、ＬＥＤ照明装置４と反射板１との間で面取り面ＣよりＬＥＤ照明装置４側に設ければ良い。

【0028】

斜面１－２、１－３は、ＬＥＤ照明装置４及び拡散板７と平行な面１－４に対して３０～６０°、好ましくは約４５°傾いた面とすることが良い。なお、反射板１の高さ方向は、同様に斜面を形成しても良い。反射板１の材質は、金属板であり、折り曲げ加工により成型されている。

【0029】

そして、反射板１の内側、ＬＥＤ照明装置４側は、Ｒａ１０～４０μm、望ましくは２５μm程度の荒仕上げ面であり、マンセル値Ｎ９．５、ＲＧＢ（２４５、２４６、２４２）の白色でメラミン焼付塗装されている。また、反射板１は、凹となる面がＬＥＤ照明装置４側となる白色の円弧状の紙を用いても改善効果が得られる。なお、塗装色は、アイボリーとしても良い。

【0030】

図５は、反射板１を設けない、従来のエッジ部の形状測定装置による面取り部（面取り加工されたエッジ部）の拡大断面図である。図５は、ＬＥＤ照明装置４からウエハ２に照射された光と、面取り面Ｃ及びチッピング８で反射される代表的な光の関係を示している。

【0031】

図５で示すように、ＬＥＤ照明装置４からの光は、矢印Ａのように面取り面Ｃに照射され、矢印Ｆのように反射して上面用カメラ６及び下面用カメラ５に至って撮像される。しかし、チッピング８は、面取り面Ｃが欠けている状況であるから面取り面Ｃとは傾きが異なる。また、チッピング８に至る光量は、ＬＥＤ照明装置４から影になる部分も存在する。

【0032】

したがって、チッピング８から上面用カメラ６及び下面用カメラ５へ至る光量は、大きく不足する。これにより、従来技術は、拡散板７によりＬＥＤ照明装置４からの光が多少拡散され、多少改善はされるもののチッピング８の検出精度が十分でなかった。

【0033】

従来技術に対して、実施形態は、図３に示すように反射板１が設けられる。ＬＥＤ照明装置４からの光は、矢印Ａから面取り面Ｃに照射されるだけでなく、反射板１で矢印Ｇ、矢印Ｆのように反射して面取り面Ｃに至る。そして、ＬＥＤ照明装置４からの光は、面取り面Ｃとは傾きが異なるチッピング８へも到達し、チッピング８に照射される光量が増えることになる。つまり、反射板１で乱反射した光がチッピング８の深さ方向にも照射され、チッピング８の状態を高精度に検出することができる。

【0034】

さらに、反射板１は、斜面１－２、１－３を有する他、反射板１の内側、ＬＥＤ照明装置４側が荒仕上げ面とされ、無彩色で塗装されているので、ＬＥＤ照明装置４からの光が散乱して、より効果を高めることができる。光散乱は、光の波長が短いほど著しいので、ＬＥＤ照明装置４から照射する光の波長を５７０ｎｍ以下の短波長とすることが好ましい。

【0035】

なお、５７０ｎｍ以下の波長の光とは、可視光領域内の波長でもよく、紫外光領域を含む波長でもよい。例えば、単一波長の光を安定して発光することができる青色発光ＬＥＤを使用して、４５０ｎｍ～４９５ｎｍの波長の光を利用することが、測定精度を高める点で好ましい。また、ＬＥＤ照明装置４は、複数の青色発光ＬＥＤを配置したパネル型の面光源とすることが良い。

【0036】

図６は、上面用カメラ６（撮像手段）によりチッピング８を検出した一実施形態の撮像画像を従来技術と比較した図である。下面用カメラ５による撮像画像も同様である。（ａ）は、反射板１が無い場合、（ｂ）は、図４で示した金属板による反射板１に代えて、白色の円弧状の紙でＬＥＤ照明装置４を囲うようにした場合、（ｃ）は、図４で示した金属板による反射板１による場合を示している。

【0037】

（ａ）は反射板１が無いので、ウエハ２の面取り面Ｃを示す面幅は白色に表示され、主面Ｐは黒色に表示され、濃淡が付いて表示されている。しかし、チッピング８の部分（図の中央）は、主面Ｐ（図の右側）と濃淡が無く、識別が困難となっている。

【0038】

（ｂ）は、反射板１は、凹となる面がＬＥＤ照明装置４側となる白色の円弧状の紙を用いたので、ウエハ２の面取り面Ｃを示す面幅は白色に表示されている。しかし、主面Ｐと面幅との濃淡差が小さい。また、主面Ｐとチッピング８の濃淡差は、（ａ）よりも大きく、やや改善されている。ただし、チッピング８と面幅との位置関係が分かり難い。

【0039】

（ｃ）は、ウエハ２の面取り面Ｃを示す面幅は白色に表示され、主面Ｐと面幅との濃淡差が明確に識別できる。さらに、主面Ｐと面幅との濃淡差もあり、チッピング８の検出精度が向上されている。

【0040】

また、実験の結果、ウエハ２をシリコンウエハとし、チッピング８の検出結果を評価指数で表すと、反射板１が無い（ａ）は６７、反射板１を紙とした（ｂ）は８１５、（ｃ）反射板１を図４で示した金属板とした（ｃ）は、９４０となった。

【0041】

ただし、評価指数は、測定している範囲にあるコントラストの差を点数化した累積値である。例えば、チッピング８が無い状況のときは評価指数は０となり、面幅が白、ウエハ２表面が黒となる。面幅にチッピング８が存在した場合は、白の場所に黒が発生してコントラストの差がでるのでそれを点数化する。また、ウエハ２表面にチッピング８が存在した場合は、黒一色の場所に境の白など発生してコントラストが発生するので点数化される。

【0042】

以上の説明は、ウエハ２を対象としたが、ツルーイング砥石(ＧＣ砥石)の場合も同様であり、端部のチッピング８を検出することが可能である。なお、ツルーイングは、砥石に形状を転写することが求められているため、より形状の精度が求められるため、ウエハ２と同様にチッピング８などの損傷を少なくすることが強く求められている。

【符号の説明】

【0043】

１…反射板
１－１…スリット
１－２…斜面
１－４…面
２…ウエハ
３…回転テーブル
４…ＬＥＤ照明装置
５…下面用カメラ
６…上面用カメラ
７…拡散板
８…チッピング
Ａ…矢印
Ｃ…面取り面
Ｇ…矢印
Ｈ…高さ
Ｐ…主面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】