(57)【要約】【課題】ベベル部端面に対しての垂直方向および斜め方向からの打撃に対応した強度評価を行うのに適した半導体ウェーハの強度評価装置を提供する。【解決手段】打撃供与治具１２を所定の位置まで振り上げるように搬送して支点１２ａで支持し、これを図示しない解除手段により、打撃供与治具１２の支持を解除して、打撃付与治具１２の一端の支点１２ａを中心として回転落下させ、ウェーハ１０のベベル部分に対して垂直方向、または任意の角度から打撃を与え、ウェーハベベル部分にカケやチッピングを発生させ、強度を測定する。【選択図】　図１
2004101258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料となる半導体ウェーハを真空吸着して保持するステージと、このステージ上方に配設され、半導体ウェーハのベベル部へ打撃を与えるための打撃付与治具とを備え、
この打撃付与治具は一端部において回動自在に支持され他端部において前記半導体ウェーハのベベル面に打撃を加えるように配置されていることを特徴とする半導体ウェーハの強度評価装置。
【請求項２】
試料となる半導体ウェーハを真空吸着して保持するステージと、このステージ上方において回動自在に支持され、前記半導体ウェーハのベベル部へ打撃を与えるための打撃付与治具とを備え、
前記打撃付与治具の支点および打撃付与治具の打撃位置を結ぶ仮想線を含む仮想平面と、半導体ウェーハの平面とが直交して形成する仮想線分が、半導体ウェーハの中心を通過するように、前記打撃付与治具を配置することを特徴とする半導体ウェーハの強度評価装置。
【請求項３】
前記半導体ウェーハの強度評価装置の打撃付与治具が、鏡面加工を施した炭化珪素（ＳｉＣ）から成ることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体ウェーハの強度評価装置。
【請求項４】
前記半導体ウェーハの強度評価装置の打撃付与治具の支持部の他端部に、錘を付加することにより、半導体ウェーハへの打撃力を調整することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体ウェーハの強度評価装置。
【請求項５】
前記半導体ウェーハの強度評価装置の打撃付与治具の一端を支持し他端を解放して、該打撃付与治具の自重により該打撃付与治具の支持部を中心として回動運動をさせる際に、回転運動の速度を調整する手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体ウェーハの強度評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハの強度評価装置に関し、特に半導体ウェーハベベル部の強度評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハは、半導体ウェーハ自体あるいはデバイスの製造工程において、例えば洗浄時や搬送時に半導体ウェーハキャリアケース内周面に当接したり、デバイス製造工程の鏡面研磨時には半導体ウェーハ端面がホルダー内周面に当接したりする。半導体ウェーハの端面強度が不足すると端面にカケ・チッピングを生じ、パーティクルの発生による汚染、搬送中の割れ等の問題を引き起こす恐れがある。半導体ウェーハの端面は、面取り加工を施すことにより強度を向上させることができるが、端面の面取り形状や表面粗さ等により、強度の向上には大きな違いが生じてくる。そこで、半導体ウェーハには各種プロセスに応じた所望の機械的強度が要求されている。
【０００３】
そこで、このような半導体ウェーハの評価手段として、半導体ウェーハの機械的強度の測定が必要不可欠となっている。
このような半導体ウェーハの強度を評価する装置として、半導体ウェーハを保持する保持手段、ウェイト、ウェイトを半導体ウェーハの側面に導くガイド、ガイドに設けられたウェイトの一部が露出するスリット、スリットからウェイトを支持してスリットに沿って搬送する搬送手段、搬送手段に取り付けられたウェイトの支持を解除する解除手段とを備えた装置が知られており（特許文献１参照）、この装置においては、搬送手段によりスリットに沿ってウェイトを半導体ウェーハの側面（ベベル面）上方に搬送し、解除手段によりウェイトの支持を解除して半導体ウェーハの側面にウェイトを落下させるようになっている。そして、かかる落下衝撃により半導体ウェーハの側面を破損させ、この破損の状態を調べることによって半導体ウェーハの強度を知るようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２８８６６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体ウェーハのベベル形状や面粗さには種類も多く複雑であり、ベベル最先端部の平らな部分、すなわちベベル部端面の面積が広ければ、ベベル部端面に対して垂直方向からの打撃に対する強度は、衝撃が分散され、強いものとなる。ところが、デバイスプロセスにおいて半導体ウェーハベベル部端面に加えられる外力は、必ずしもベベル部端面に対して垂直方向のものだけとは限らない。上述した半導体ウェーハの強度評価装置では、半導体ウェーハのベベル部端面に対して垂直方向の打撃に対する評価は行うことはできたが、ベベル部端面に対して傾斜をつけた角度からの打撃に対しての強度を評価・測定することはできないという技術的課題があった。そこで、本発明の目的は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであり、ベベル形状の違いやベベル面状態による半導体ウェーハベベル強度を測定するためには、デバイスプロセスにおいて遭遇する可能性のあるベベル部端面に対しての垂直方向および斜め方向からの打撃に対応した強度評価を行うのに適した半導体ウェーハの強度評価装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような技術的課題を解決するための第１の本発明に係る半導体ウェーハの強度評価装置は、試料となる半導体ウェーハを真空吸着して保持するステージと、このステージ上方に配設され、半導体ウェーハのベベル部へ打撃を与えるための打撃付与治具とを備え、この打撃付与治具は一端部において回動自在に支持され他端部において前記半導体ウェーハのベベル面に打撃を加えるように配置されていることを特徴とする半導体ウェーハの強度評価装置である。
【０００７】
また第２の本発明は、試料となる半導体ウェーハを真空吸着して保持するステージと、このステージ上方において回動自在に支持され、前記半導体ウェーハのベベル部へ打撃を与えるための打撃付与治具とを備え、前記打撃付与治具の支点および打撃付与治具の打撃位置を結ぶ仮想線を含む仮想平面と、半導体ウェーハの平面とが直交して形成する仮想線分が、半導体ウェーハの中心を通過するように、前記打撃付与治具を配置することを特徴とする半導体ウェーハの強度評価装置である。
【０００８】
前記本発明において、前記打撃付与治具の支点は、前記試料となる半導体ウェーハ面内または半導体ウェーハ端部の鉛直線上方に位置し、かつこれに対して垂直方向に移動可能とすることが好ましい。
このような本発明の構成によれば、半導体ウェーハのベベル部端面に対して垂直方向からでも斜め方向任意の角度からでも打撃を与えることができる。半導体ウェーハの打撃位置を適切に設定することができ、強度評価装置に汎用性を持たせることができる。
【０００９】
さらに前記本発明において、前記打撃付与治具は、炭化珪素ＳｉＣで作られ、鏡面加工を施されていることが好ましい。これによって、打撃による衝撃強度の再現性が向上し、強度評価結果の信頼性が改善されるとともに、強度評価装置の繰り返し使用が可能となるからである。さらに、打撃付与治具表面が鏡面加工されているため、評価の再現性が向上する。
【００１０】
さらに本発明において、前記半導体ウェーハの強度評価装置の打撃付与治具の一端を支持し他端を解放して、該打撃付与治具の支持部を中心として回動運動をさせ半導体ウェーハに打撃力を付与する際に、前記打撃付与治具の支持位置を中心とした回転運動の慣性力を調整することにより、半導体ウェーハへの打撃力を調整可能とすることができる。打撃付与治具の慣性力を調整する方法としては、打撃付与治具の支持部の他端部に、錘を付加する方法や、支持部の位置を調整する方法などがある。また、他の打撃力を調整する方法として、打撃付与治具の回転運動の初速を調整する手段を設けることもできる。
これらの方法によって、半導体ウェーハへ打撃を加える際に、その力を微調整することが可能となるため、破壊強度の異なる各種半導体ウェーハに応じた最適な評価条件の設定が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例に係る半導体ウェーハの強度評価装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の半導体ウェーハの強度評価装置は、半導体ウェーハ１０を真空吸着して保持するステージ１１と、このステージの上方に配置された半導体ウェーハ１０のベベル面に打撃を与えるための打撃付与治具１２とを備えている。
【００１２】
この打撃付与治具１２は、図示しない打撃付与治具支持機構によって、この打撃付与治具１２の一方の端部に形成された支点１２ａにおいて回動自在に支持され、打撃付与治具１２は前記支点１２ａを中心として自由回転するようになっており、打撃付与治具１２の支点１２ａの他端部付近で、前記半導体ウェーハ１０のベベル部１０ａに打撃を与えるようになっている。そして、前記打撃付与治具１２は、前記打撃付与治具１２の支点１２ａおよび前記半導体ウェーハを打撃する打撃付与治具の打撃位置を結ぶ仮想線を含む仮想平面と、半導体ウェーハの平面とが直交して形成する仮想線分が、半導体ウェーハの中心を通過するように、前記打撃付与治具を配置する。
以上の構成によれば、半導体ウェーハのベベル部端面に対して垂直方向あるいは斜め方向の任意の角度からでも打撃を与えることができる。
【００１３】
上記構成の半導体ウェーハの強度評価装置において、打撃付与治具１２は、その支点１２ａを中心に回動自在に配設されているが、支点１２ａを中心に回転して形成される仮想平面は、試料である半導体ウェーハ１０の平面と、直交するように配設することが望ましい。そのためには、該打撃付与治具１２の支点１２ａが、打撃付与治具に形成された軸受けとなる貫通孔であり、一方打撃付与治具を支持する支持機構に備えられた半導体ウェーハの平面に対して平行に配置された回転軸に該打撃付与治具１２の貫通孔を嵌合されて配設することによって実現できる。また、打撃付与治具の軸受けである貫通孔と支持機構の回転軸に代えて、打撃付与治具に形成した回転軸と、支持機構に形成した軸受けの組み合わせとしてもよい。
【００１４】
上記打撃付与治具１２は、炭化珪素ＳｉＣで作られ、鏡面加工を施されていることが好ましい。この構成によれば、打撃付与治具自体が高強度であることから、強度評価装置の繰り返し使用が可能となる。さらに、打撃付与治具表面が鏡面加工されているため、評価の再現性が向上する。
【００１５】
前記半導体ウェーハステージ１１は、半導体ウェーハサイズに合わせて交換可能にすることが好ましい。これによって、直径の異なる半導体ウェーハに対しても適用することが可能となる。
また、このように構成した半導体ウェーハの強度評価装置は、打撃供与治具１２の支点１２ａの位置と、半導体ウェーハとの相対位置を水平方向あるいは垂直方向に移動可能とすることができる。このような機構とすることによって、半導体ウェーハのベベル面の任意の位置において、また、任意の角度で打撃が行えるようになる。すなわち、このことにより、半導体ウェーハベベル部分への打撃は、半導体ウェーハベベル部分端面に対して垂直方向、または任意の角度から付与することができる。この打撃の衝撃により、半導体ウェーハの側面部にカケやチッピングが発生する。カケやチッピングの発生までの打撃供与回数と発生状態を調べることによって、半導体ウェーハの強度を判定することができ、半導体ウェーハベベル部の相対強度評価が可能となる。
尚、半導体ウェーハベベル部分端面に対して打撃を付与する際の打撃力にバラツキの生じないよう、打撃供与治具を所定の位置まで振り上げるように搬送して支持し、これを解除手段（図示しない）により、打撃供与治具の支持を解除して、一端を支点として回転落下させるようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る半導体ウェーハの強度評価装置は、打撃付与治具を所定の回転位置で保持する手段と、この保持手段による保持状態を解除する手段とを備えたことを特徴とするものである。この構成によれば、半導体ウェーハのベベル部端面に与える打撃力にバラツキがなくなる。
【００１７】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明する。図２が第２の実施の形態にかかる半導体ウェーハ強度評価装置の概略図である。
この半導体ウェーハ強度評価装置は、図２に見られるように、半導体ウェーハ１０の面内または半導体ウェーハ端部の鉛直線上方に前記打撃付与治具の支点１２ａを配置し、かつ前記打撃付与治具１２を半導体ウェーハ１０の鉛直線上下方向に移動可能とするものである。これによって、半導体ウェーハ１０のベベル部分の任意の位置を打撃してその強度を評価することができる。
【００１８】
また、この半導体ウェーハ１０のベベル部分表面１０ａは、図２に見られるように通常半導体ウェーハ表面に対して２２°の角度で傾斜しており、半導体ウェーハ１０表面とベベル部分表面１０ａとが交差する部分１０ｂに該打撃付与治具１２が接触するように、該打撃付与治具１２の支点を配置可能とすることが好ましい。また、この半導体ウェーハ１０の端部１０ｄを該打撃付与治具１２が接触可能とするために、該打撃付与治具１２の支点支持位置は、半導体ウェーハ端部を通る鉛直線上方に位置させることができるようにすることが望ましい。
【００１９】
なお、図２において、打撃付与治具１２Ａは、半導体ウェーハ１０の表面とベベル部分表面１０ａとが交差する部分１０ｂを打撃する場合の位置を示すものであり、１２Ｂは、ベベル部分表面１０ａと半導体ウェーハ端部表面１０ｄとが交差する部分１０ｃを打撃する場合の位置を示すものであり、また、１２Ｃは、半導体ウェーハ端部表面１０ｄを打撃する場合の位置を示すものである。このように、本実施の形態においては、打撃付与治具１２の支点支持位置を、半導体ウェーハ１０表面内の鉛直線上方もしくは半導体ウェーハ端部の鉛直線上方に位置させることによって、半導体ウェーハのベベル部分近傍の任意の位置を打撃することを可能にするものである。
【００２０】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、打撃付与治具の回転運動の慣性力を調整可能とするか、あるいは回転運動の速度を調整可能とすることによって、半導体ウェーハへの打撃力を調整可能とするものである。これによって、破壊強度の異なる各種半導体ウェーハに適した最適条件で破壊試験を行うことができるようになり、短時間に確度の高い評価を行うことができる。
【００２１】
前記慣性力を調整する方法としては、打撃付与治具の質量を調整する方法、打撃付与治具の重心位置を調整する方法、および、打撃付与治具の速度を調整する方法、あるいはこれらを複合した方法などがある。
打撃付与治具の質量を調整するためには、この打撃付与治具に錘を付加することが最も簡便で好ましい。錘を付加する位置としては、打撃付与治具の支点１２ａの他端とすることが好ましい。
また、打撃付与治具の重心位置を調整する方法としては、支点１２ａの位置を変更することが最も簡便である。
さらに、打撃付与治具の回転運動速度を調整する方法としては、この打撃付与治具に制動部材を接設し、回転速度を低下させる方法、あるいは、打撃付与治具の回転始動時にこの打撃付与治具に衝撃を加えて、加速させる方法などがある。これらの方法により、打撃付与治具が半導体ウェーハに衝突する際に、その衝撃力を調整することが可能となり、より汎用性の高い強度評価装置とすることが可能となる。
【００２２】
【実施例】
以下、図面により本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
本発明に係る強度評価装置を用い、半導体ウェーハベベル部分に鏡面加工を施した半導体ウェーハと鏡面加工を施こさずに滑面状態の半導体ウェーハを試料とし、半導体ウェーハ表面に対して３０度の伏角の位置から打撃付与治具を、支点１２ａを中心として自由回転運動させて、半導体ウェーハベベル部の図２の１０ｃの位置に対して打撃を与えて、ベベル部強度を評価し比較した。この比較結果を図３に示す。図３はいわゆる箱ひげ図と呼ばれている図であって、データの分布状態を把握でき、また複数の変数に対して並べて表記できる利点を有している。図３において、縦軸は、カケやチッピングが発生するまでの打撃回数を示している。また横軸は、カケ等の生じた打撃回数のレンジを鏡面ベベルの場合と滑面ベベルの場合とでプロットしたものである。全データの５０％の分布範囲が該当する打撃回数を幅広の箱で示している。また、打撃回数の中央値は横線で、打撃回数の算術平均は黒丸で示している。
【００２３】
図３から明らかなように、半導体ウェーハベベル部の図２の１０ｃの位置に打撃を与えた場合には、半導体ウェーハベベル部分に鏡面加工を施した半導体ウェーハと鏡面加工を施こさずに滑面状態の半導体ウェーハとでカケやチッピングが発生するまでの打撃回数に有意差が見られる。すなわち、半導体ウェーハベベル部に鏡面加工を施していない半導体ウェーハは、平均して１０回の打撃でカケやチッピングが発生したのに対して、半導体ウェーハベベル部に鏡面加工を施した半導体ウェーハでは、平均して３６回の打撃でカケやチッピングが発生しており、ベベル部分に鏡面加工を施したほうが、ベベル部強度が向上することが分かる。
【００２４】
一般にベベル面に鏡面加工を施すと、その面の破壊強度は向上することが知られている。上記結果においては、ベベル面に鏡面加工を施している試料と施していない試料の間で、大きな有意差が見られたことで本実施例の評価方法がこの試験に適していることが明らかとなった。
【００２５】
（実施例２）
本発明に係る強度評価装置を用い、実施例１と同様にして鏡面加工を施した半導体ウェーハと滑面状態の半導体ウェーハを試料とし、半導体ウェーハ表面に対して１５度の伏角の位置から打撃付与治具を、支点１２ａを中心として自由回転運動させて、ウェーハベベル部の図２の１０ｂの位置に対して打撃を与えて、ベベル部強度を評価し比較した。この比較結果を図４に示す。
【００２６】
図４から明らかなように、ウェーハベベル部の図２の１０ｂの位置に対して打撃を与えた場合には、ウェーハベベル部分に鏡面加工を施したウェーハでは、カケ・チッピング発生までの打撃回数が平均３０回であったのに対して、鏡面加工を施こさずに滑面状態のウェーハとでカケやチッピングが発生するまでの打撃回数は平均９回であり、両ウェーハの耐衝撃性に明かな有意差が見られた。
このように本発明の強度評価装置を用いると、半導体ウェーハのベベル部分の強度試験を簡便に、かつ、信頼性高く実施することができることが判明した。
【００２７】
（実施例３）
本発明に係る強度評価装置を用い、実施例１と同様にして鏡面加工を施したウェーハと滑面状態のウェーハを試料とし、打撃付与治具１２を、支点１２ａを中心として自由回転運動させて、ウェーハベベル部端面１０ｄの位置に対して打撃を与えて、ベベル部強度を評価し比較した。この比較結果を図５に示す。
【００２８】
図５から明らかなように、ウェーハベベル部端面１０ｄに対して打撃を与えた場合でも、ウェーハベベル部分に鏡面加工を施したウェーハでは、カケ・チッピング発生までの打撃回数が平均３０回であったのに対して、鏡面加工を施こさずに滑面状態のウェーハとでカケやチッピングが発生するまでの打撃回数は平均１４回であり、両ウェーハの耐衝撃性に明かな有意差が見られた。
このように本発明の強度評価装置を用いると、半導体ウェーハのベベル部端面の強度評価も十分な信頼性で実施できることが判明した。
【００２９】
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明にかかる半導体ウェーハの強度評価装置によれば、打撃供与治具を回転落下させ、ウェーハのベベル部分端面に対して、垂直方向あるいは任意の角度方向から打撃を与えることにより、ウェーハベベル部分にカケやチッピングを発生させ、その発生までの回数、およびその破損部分の形状を調べることにより、ベベル面状態の違いやベベル形状の違いによるウェーハベベル部分の強度の相対評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体ウェーハの強度評価装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る半導体ウェーハ強度評価装置の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施例１であるウェーハベベル部分端面に対して打撃を与え、カケやチッピングが発生するまでの打撃回数の分布をプロットした箱ひげ図である。
【図４】本発明の実施例２であるウェーハベベル部分端面に対して打撃を与え、カケやチッピングが発生するまでの打撃回数の分布をプロットした箱ひげ図である。
【図５】本発明の実施例３であるウェーハベベル部分端面に対して垂直方向から打撃を与え、カケやチッピングが発生するまでの打撃回数の分布をプロットした箱ひげ図である。
【符号の説明】
１０：半導体ウェーハ
１０ｄ：半導体ウェーハベベル部端部
１１：ステージ
１２：打撃供与治具
１２ａ：支点
【図１】
2004101258.tif 000003
【図２】
2004101258.tif 000004
【図３】
2004101258.tif 000005
【図４】
2004101258.tif 000006
【図５】
2004101258.tif 000007