(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの衝撃耐性の評価装置において、正確で一度のみの衝撃を確実に付与して、半導体ウェーハの衝撃耐性を正確に評価することができる評価装置を提供することを目的とする。【解決手段】半導体ウェーハに衝撃を付与して衝撃耐性を評価する半導体ウェーハの評価装置であって、半導体ウェーハに衝撃を付与する衝撃付与治具と、衝撃付与治具に水平旋回して衝突する旋回手段と、旋回手段に水平方向に打撃を与える打撃供与手段とからなり、打撃供与手段が水平方向に打撃を与えることにより旋回手段を水平旋回させて、水平旋回する旋回手段が衝撃付与治具に衝突することにより衝撃付与治具が半導体ウェーハに衝撃を付与して衝撃耐性を評価するものである半導体ウェーハの評価装置。【選択図】図１Ａ
2010283151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハに衝撃を付与して衝撃耐性を評価する半導体ウェーハの評価装置であって、
少なくとも、半導体ウェーハに衝撃を付与する衝撃付与治具と、該衝撃付与治具に水平旋回して衝突する旋回手段と、該旋回手段に水平方向に打撃を与える打撃供与手段とからなり、前記打撃供与手段が水平方向に打撃を与えることにより前記旋回手段を水平旋回させて、該水平旋回する旋回手段が前記衝撃付与治具に衝突することにより前記衝撃付与治具が半導体ウェーハに衝撃を付与して衝撃耐性を評価するものであることを特徴とする半導体ウェーハの評価装置。
【請求項２】
前記打撃供与手段が、垂直面内で振動する振り子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの評価装置。
【請求項３】
前記旋回手段が、少なくとも、水平回動可能に一点が固定されたアームと、該アームの先端に取り付けられた球とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体ウェーハの評価装置。
【請求項４】
前記旋回手段が、前記衝撃付与治具に９０〜１８０°水平旋回して衝突するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの評価装置。
【請求項５】
前記評価する半導体ウェーハに衝撃を付与する際に、前記半導体ウェーハのエッジ部に衝撃を付与するものとし、前記衝撃付与治具が取り換え可能な先端部材を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの衝撃耐性を評価するための評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造プロセスにおいて、材料のシリコンウェーハに割れが発生すると、大きな損失が発生する。このためデバイス製造時に、割れにくいウェーハの要望が高い。
半導体や液晶の製造プロセス、特にドライエッチング、イオン注入、蒸着等の工程においては高温化／急加熱／急冷が進んでおり、さらに、真空、及び、ドライ化で行われる製造工程も増加している。また、基板としてのシリコンウェーハやガラス基板などはその大口径化が進み、衝撃の耐性が益々重視されるようになってきた。
【０００３】
従来は、プロセスでのウェーハ割れ易さを評価して検査するための標準的機器は市販されていないが、特許文献１−３には、重力を利用し衝撃を与える評価装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８８６６３号公報
【特許文献２】特開２００１−１２２７００号公報
【特許文献３】特開２００４−１０１２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの装置では、評価するウェーハの衝撃が与えられる位置に、重力を利用して直接的に衝撃を加える為、ウェーハに繰り返し（落下・衝撃・跳ね返り・再度落下・再衝撃）の衝撃を与えてしまう。振り子方式でも垂直方向からの球体の落下でも、重力による衝撃を与える場合には、跳ね返りによる再度の衝撃は同じ箇所に生じる確率が大きい。
このためにウェーハの衝撃耐性の評価は、打撃回数などの定性的な評価に限定されてしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハの衝撃耐性の評価装置において、正確で一度のみの衝撃を確実に付与して、半導体ウェーハの衝撃耐性を正確に評価することができる評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体ウェーハに衝撃を付与して衝撃耐性を評価する半導体ウェーハの評価装置であって、少なくとも、半導体ウェーハに衝撃を付与する衝撃付与治具と、該衝撃付与治具に水平旋回して衝突する旋回手段と、該旋回手段に水平方向に打撃を与える打撃供与手段とからなり、前記打撃供与手段が水平方向に打撃を与えることにより前記旋回手段を水平旋回させて、該水平旋回する旋回手段が前記衝撃付与治具に衝突することにより前記衝撃付与治具が半導体ウェーハに衝撃を付与して衝撃耐性を評価するものであることを特徴とする半導体ウェーハの評価装置を提供する。
【０００８】
このように、打撃供与手段からの打撃を水平旋回する旋回手段に与えて、水平旋回する旋回手段の衝突により衝撃付与治具を介してウェーハに衝撃を付与すれば、付与後旋回手段が跳ね返ったとしても、重力等の力は働かないため、再度衝撃を付与するようなことはなく、ウェーハに衝撃を一度のみ正確に付与することができる。また、打撃、旋回による衝突を行う手段と、評価する半導体ウェーハに直接衝撃を付与する衝撃付与治具を別とすることで、衝撃付与治具は動きを最小限にできるために、半導体ウェーハの衝撃を付与したい位置に、所望の衝撃付与角度で正確に衝撃付与することができる。
以上より、本発明の半導体ウェーハの評価装置によれば、正確な位置、角度で確実に一度のみの衝撃を半導体ウェーハに付与することができるため、半導体ウェーハの衝撃耐性を正確に評価することができる。
【０００９】
このとき、前記打撃供与手段が、垂直面内で振動する振り子であることが好ましい。
このような、垂直面内で振動する振り子であれば、振り上げる角度によって、簡易な方法で水平方向への打撃の強さを正確に調節することができるため、より簡便で正確に評価できる装置となる。
【００１０】
このとき、前記旋回手段が、少なくとも、水平回動可能に一点が固定されたアームと、該アームの先端に取り付けられた球とからなることが好ましい。
このような旋回手段であれば、簡易に水平旋回させることができ、さらに球の部分で打撃供与されたり、衝撃付与治具に衝突させることにより、より確実に所望の方向へ力を伝えることができるため、より正確な評価を行うことができる。このとき、アームの逆端にはバランスウェイトを取り付け、旋回時にバランスを考慮することが好ましい。
【００１１】
このとき、前記旋回手段が、前記衝撃付与治具に９０〜１８０°水平旋回して衝突するものであることが好ましい。
このような角度範囲で水平旋回することで、打撃供与手段からの衝撃力を衝撃付与治具に効率的に伝えることができ、さらには装置をコンパクトに作製することができる。
【００１２】
このとき、前記評価する半導体ウェーハに衝撃を付与する際に、前記半導体ウェーハのエッジ部に衝撃を付与するものとし、前記衝撃付与治具が取り換え可能な先端部材を有するものであることが好ましい。
このように、半導体ウェーハのエッジ部であれば、衝撃による破壊形状が明確に出易く、また、この場合に衝撃付与治具が取り換え可能な先端部材を有することで、衝撃を付与する面の角度を適宜調整することが容易になるため、ウェーハエッジ部に水平方向や斜め方向に衝撃が付与された場合の衝撃耐性について、正確な評価を簡易に実施することができる。半導体ウェーハのエッジ部に衝撃力を与える衝撃付与面は、垂直であることを標準とする。この場合はウェーハ表面に平行な衝撃が与えられる。一方、本発明では衝撃付与面を、斜面にすることでヘキ開方向の衝撃耐性をより詳しく評価することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の半導体ウェーハの評価装置によれば、正確な位置、角度で一度のみの衝撃を確実に半導体ウェーハに付与することができるため、半導体ウェーハの衝撃耐性を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の半導体ウェーハの評価装置を説明するための説明図である。
【図１Ｂ】本発明の半導体ウェーハの評価装置を説明するための説明図である。
【図２】従来の半導体ウェーハの評価装置を説明するための説明図である。
【図３】実施例、比較例における半導体ウェーハの衝撃を付与した位置を示す図である。
【図４】実施例、比較例における評価装置による半導体ウェーハの傷の大きさを示す図である。
【図５】（ａ）本発明の衝撃付与治具の先端部材の衝撃付与面が垂直面である場合の側面の部分拡大図である。（ｂ）本発明の衝撃付与治具の先端部材の衝撃付与面が斜面である場合の側面の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
従来、半導体ウェーハの衝撃耐性を評価するための装置では、正確な評価を行えないという問題があった。図２に従来の半導体ウェーハの評価装置を説明するための説明図を示す。
図２に示すように、従来の装置では、ウェーハのエッジ部等に振り子を直接当てることにより衝撃を付与していた。図２に示すような従来の装置では、まず、振り子を所定の高さまで振り上げて（図２（ａ））放すことにより、ウェーハのエッジ部に衝撃を付与していた（図２（ｂ））。しかし、この衝撃付与の後に、振り子が衝撃で跳ね返り（図２（ｃ））、その後振り子が振り戻りによってウェーハに再度衝撃を付与してしまうことがあった（図２（ｄ））。一回目の衝撃でウェーハに欠けが生じ、欠けた部分が尖り、また、マイクロクラックがある場合もあるため、一回目より衝撃耐性が小さくなり、二回目の再衝撃では新しい欠けが発生してしまうことがあった。また、一回目の欠けた形状により、再度の衝撃付与時に振り子が下から突き上げるように激突したり、異なる角度で衝撃付与してしまうため、８の字型の割れや重なるように欠けが生じたりしていた。さらには、三回衝突（衝撃付与）する場合等もあった。
【００１６】
このため、従来では半導体ウェーハの衝撃耐性を正確に評価することは困難であり、打撃回数などの定性的な評価に限定されてしまっていた。
これに対して、本発明者らが、鋭意検討した結果、以下のような、確実に一回のみ衝撃を付与することができる半導体ウェーハの評価装置を見出して、本発明を完成させた。
【００１７】
以下、本発明の半導体ウェーハの評価装置について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１Ａ、Ｂは本発明の半導体ウェーハの評価装置を説明するための説明図である。
【００１８】
図１Ａ、Ｂに示すように、本発明の評価装置１は、半導体ウェーハＷに衝撃を付与する衝撃付与治具１４と、衝撃付与治具１４に水平旋回して衝突する旋回手段１１と、旋回手段１１に水平方向に打撃を与える打撃供与手段１０とからなる。
この本発明の評価装置１は、打撃供与手段１０が水平方向に打撃を与えることにより旋回手段１１を水平旋回させて、水平旋回する旋回手段１１が衝撃付与治具１４に衝突することにより衝撃付与治具１４が半導体ウェーハＷに衝撃を付与して衝撃耐性を評価するものである。図１Ａは打撃供与手段１０が旋回手段１１の球１２に打撃を与えるまでの図であり、図１Ｂは、打撃を与えられ水平旋回した旋回手段１１が衝撃付与治具１４に衝突して半導体ウェーハＷに衝撃を付与した時の図である。
【００１９】
このように、打撃供与手段からの打撃を水平旋回する旋回手段に与えて、水平旋回する旋回手段の衝突により衝撃付与治具を介してウェーハに衝撃を付与すれば、付与後旋回手段が跳ね返ったとしても、重力等の力は働かないため、再度衝撃を付与するようなことはなく、ウェーハに衝撃を一度のみ正確に付与することができる。また、打撃、旋回による衝突を行う手段と、評価する半導体ウェーハに直接衝撃を付与する衝撃付与治具を別にして衝撃付与治具は動きを最小限にできるために、半導体ウェーハの衝撃を付与したい部位に、所望の衝撃付与角度で正確に衝撃付与することができる。
以上より、本発明の半導体ウェーハの評価装置によれば、正確な位置、角度で確実に一度のみの衝撃を半導体ウェーハに付与することができるため、半導体ウェーハの衝撃耐性を正確に評価することができる。
【００２０】
このとき、図１Ａ、Ｂに示すように、打撃供与手段１０が、垂直面内で振動する振り子であることが好ましい。
このような、垂直面内で振動する振り子であれば、振り上げる角度によって、水平方向への打撃の強さを正確に調節することができるため、より簡便で正確に評価することができる装置となる。図１Ａの側面図に示すように、振り子（打撃供与手段１０）を振り上げた位置と最下端の位置との間の角度ａ１から、図１Ｂの側面図に示す、打撃を与えて逆側に振りあがったときの位置の角度ａ２を引くことにより、半導体ウェーハＷに付与する衝撃力を定量的に測ることができる。
【００２１】
このとき、図１Ａ、Ｂに示すように、旋回手段１１が、例えば水平回動可能に一点が固定されたアーム１３と、アーム１３の先端に取り付けられた球１２とからなることが好ましい。
このような旋回手段であれば、簡易に正確な軌道で水平旋回させることができ、さらに球の部分で打撃供与されたり、衝撃付与治具に衝突させることにより、より確実に所望の方向へ力を伝えることができるため、より正確な評価を行うことができる。このとき、図１Ａ、Ｂに示すように、アーム１３の逆端にはバランスウェイト１７を取り付け、旋回時にバランスを考慮することが好ましい。
【００２２】
このとき、旋回手段１１が、例えば、衝撃付与治具１４に９０〜１８０°水平旋回して衝突するものであることが好ましい。図１Ａ、Ｂでは、旋回手段１１が９０°水平旋回して衝突する場合を示している。
このような角度範囲で水平旋回することで、衝撃付与治具に十分な衝撃を効率的に付与することができ、装置をコンパクトに作製することができる。ただし、水平旋回する角度範囲としては、上記範囲に限定されない。
【００２３】
また、評価する半導体ウェーハＷに衝撃を付与する際に、半導体ウェーハＷのエッジ部に衝撃を付与するものとし、衝撃付与治具１４が取り換え可能な先端部材１８を有するものであることが好ましい。
このように、半導体ウェーハのエッジ部であれば、衝撃による破壊形状が明確に出易く、また、この場合に衝撃付与治具が取り換え可能な先端部材を有することで、衝撃を付与する面の角度を適宜調整することが容易になるため、ウェーハエッジ部に水平方向や斜め方向に衝撃が付与された場合の衝撃耐性について、正確な評価を簡易に実施することができる。
【００２４】
図５は、衝撃付与治具１４の先端部材１８の側面の部分拡大図である。この先端部材１８としては、図５（ａ）に示すような、衝撃付与する面が垂直面である先端部材１８を衝撃付与治具１４に取り付け、半導体ウェーハＷのエッジ部に水平方向に衝撃を加えるようにしてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、衝撃付与する面が斜面である先端部材１８を衝撃付与治具１４に取り付け、斜面の角度αを適宜調整して斜め方向に衝撃を付与してもよい。
例えば、図５（ｂ）において、衝撃付与面がα＝４５°の先端部材１８を衝撃付与治具１４に取り付けることで、結晶方位（１００）のシリコンウェーハの｛１１０｝面ヘキ開面の強度を測定することができる。そして、衝撃付与面がα＝５４．７４°の先端部材１８に交換することにより、結晶方位（１００）のシリコンウェーハの｛１１１｝面ヘキ開面の強度を測定して、２つのヘキ開面の比較をすることができる。
【００２５】
ただし、本発明の評価装置は、エッジ部への衝撃に限られず、評価する半導体ウェーハを垂直方向に保持し、その主面に衝撃付与して評価することもできる。
【００２６】
また、この先端部材１８の材質としては、特に限定されないが、評価するウェーハＷに直接衝撃を付与するものであるため、例えば、シリコンより硬度のあるＳｉＣなどのセラミックが望ましい。
【００２７】
例えば、図１Ａ、Ｂに示す本発明の半導体ウェーハの評価装置１を用いた評価方法としては、まず評価するウェーハＷをウェーハ保持台１６の上で真空吸着して保持する。次に、ウェーハＷの衝撃付与位置１５に衝撃付与治具１４を接触させる。次に、振り子（打撃供与手段１０）を所定の高さまで振り上げて放すことにより落下し、旋回手段１１の球１２に水平方向の打撃を与える（図１Ａ）。この打撃により旋回手段１１が水平旋回し、衝撃付与治具１４に衝突することにより、ウェーハＷに衝撃を付与することができる。
この衝撃により、ウェーハＷに打痕・欠けが発生し、これらの大きさと衝撃力（ａ１−ａ２）などから衝撃耐性を評価する。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例、比較例）
実施例として、図１Ａ、Ｂに示す、本発明の半導体ウェーハの評価装置の衝撃付与治具１４に図５（ａ）の垂直面の先端部材１８を取り付け、シリコンウェーハのエッジ部に水平方向に衝撃を付与して破壊強度を評価した。また、比較例として、図２に示すような、従来の評価装置を用いて評価した。
評価対象のウェーハは、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（Ｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１２ｐｐｍａ）とした。このシリコンウェーハを熱処理（１０００℃で３０分＋９５０℃で９０分）したものと、熱処理していないものとを、実施例、比較例で３枚ずつ、計１２枚用意した。
【００２９】
次に、ウェーハに付与する衝撃強度が０．０５Ｊになるように、装置の振り子の振り上げ角度を調節して、図３に示すように、ウェーハのノッチ位置から２２．５°間隔で１５箇所／枚に衝撃を一回ずつ付与した。このとき、衝撃を一回付与とは、振り子の振り上げて落とす行為を一回したことを意味する。
当該衝撃によるウェーハにできた傷を１００倍に拡大した写真より、割れ（打痕）の大きさを測定した。測定結果を図４に示す。
【００３０】
図４に示すように、各サンプル間の傷サイズの水準差は、比較例の熱処理有りと無しでは、はっきりとした差が見られない。一方、実施例の熱処理有りと無しでは、はっきりとした有意差が確認される。
傷の形状を比較した場合には、従来型の装置では円形〜楕円形の形状が混在しているが、本発明の装置での打痕・割れの形状は円形に近い。また、従来型の装置では、図２のような８の字型の割れが、比較例（熱処理無し）で７個、比較例（熱処理有り）で９個発生し、それらは１．５ｍｍφ以上の大型な傷サイズであった。
【００３１】
しかし、本発明の装置では、８の字型の割れは発生せず、全般的に傷サイズが小さくバラツキも少ない。
このことは、ウェーハの衝撃耐性：熱処理なしウェーハ＞熱処理ありウェーハであり、本発明の装置では感度が向上することで、熱処理の有無によるウェーハの衝撃耐性の違いが明らかになったと考えられる。
従来型の装置でこの差を評価ができないのは、図２に示すような「繰り返し打撃→繰り返しカケの発生→傷サイズの拡大化」が原因と考えられる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３３】
１…半導体ウェーハの評価装置、  １０…打撃供与手段、  １１…旋回手段、
１２…球、  １３…アーム、  １４…衝撃付与治具、  １５…衝撃付与位置、
１６…ウェーハ保持台、  １７…バランスウェイト、  １８…先端部材、
Ｗ…半導体ウェーハ。
【図１Ａ】
2010283151.tif 000003
【図１Ｂ】
2010283151.tif 000004
【図２】
2010283151.tif 000005
【図３】
2010283151.tif 000006
【図４】
2010283151.tif 000007
【図５】
2010283151.tif 000008