(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が鏡面化され裏面が比較的粗く仕上げられた半導体ウェーハについてその外周部を把持した後、この把持された半導体ウェーハを鉛直状態に保持してその表面にレーザ光を垂直方向から照射し、同時にその裏面に対して所定角度傾斜した方向からレーザ光を照射することにより、その表裏面に存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを同時に検査する半導体ウェーハの検査方法。
【請求項２】
半導体ウェーハの外周部を把持する把持手段と、
この把持手段により把持された半導体ウェーハの表面に存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを検査する表面検査手段と、
この表面検査手段による検査と同時にこの半導体ウェーハの裏面に存在する異物、キズ、突起、汚れを検査する裏面検査手段とを備え、
上記表面検査手段が、半導体ウェーハの鏡面仕上げされた表面に対して、垂直方向からレーザ光を照射する第１のパーティクル検出装置であり、
上記裏面検査手段が、半導体ウェーハの比較的粗い裏面に対して、傾斜方向からレーザ光を照射する第２のパーティクル検出装置であるとともに、
上記把持手段は、半導体ウェーハを鉛直状態で把持する半導体ウェーハの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの検査方法およびその装置、詳しくは半導体ウェーハの表裏面の品質検査を同時に行うことができる半導体ウェーハの検査方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
研磨、洗浄後、デバイス工場へ出荷されるＣＺシリコンウェーハの表裏面には、その大きさや個数の違いはあるものの、通常、ウェーハ傷や異物などが存在する。例えば、ウェーハ表面のスリップ（ウェーハの傷）や、金属不純物，有機物などのパーティクル（ごみ）などがそれである。これらの異物、キズ、突起、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、汚れなどは、デバイスの微細化が進み、かつチップ面積が大きくなるにつれて、デバイスの製品歩留りや信頼性に大きな影響を与えてしまう。これは、ウェーハ表裏面、特にウェーハ表面の外観形状不良が、製品歩留りの低下の最大要因となっているためである。この結果、ウェーハの傷や異物などが基準値以上であれば不良品となり、少ないほど良品の度合いが増す。
【０００３】
このようなウェーハの表裏面の異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れは、通常、全反射蛍光Ｘ線分析装置，原子間力顕微鏡などの顕微鏡，パーティクル検出装置といった各種の検査装置によって検査される。例えば、パーティクル検出装置としては、テンコール株式会社製の「ＳＳ６２００」，「ＳＳ６４２０」などが挙げられる。
従来、シリコンウェーハの表裏面の異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れなどの検査は、これらの検査装置を用いて、片面ずつ順番に行われていた。すなわち、例えば第１の検査装置によってウェーハ表面を検査する。その後、ウェーハを裏返して、第２の検査装置を用いてウェーハ裏面を検査する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウェーハの表裏面の異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れなどを、このように片面ずつ順番に検査するのでは、手間がかかり、検査時間が長くなっていた。
また、第１の検査装置から第２の検査装置へと、半導体ウェーハを移送するときに、半導体ウェーハの表裏面に新たなごみが付いたり、傷つけたりするおそれがあった。
しかも、このようなウェーハ片面ずつの検査では、検査ライン上に、それぞれの面を検査する単独の検査装置が並設されていなければならない。これにより、検査装置の設置スペースが大きくなるという問題点もあった。
加えて、この設置スペースが増大することで、ウェーハ表裏面の検査用のクリーンルームを比較的広く設計する必要がある。このクリーンルームは、通常、そのクリーンな度合いがきわめて高レベルに設定されている。このため、設備コストや、クリーン環境の維持にコストがかかるという問題点があった。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、この発明は、半導体ウェーハの表裏面の品質検査を同時に行うことができ、この結果、検査時間の短縮化が図れるとともに、ウェーハ表裏面用の検査装置間の移送中における新たなウェーハ異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れの発生を防止することができ、さらに検査装置用のクリーンルームの小型化も図れる半導体ウェーハの検査方法およびその装置を提供することを、その目的としている。
また、ウェーハ表裏面の同時検査を正確に行える半導体ウェーハの検査装置を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、表面が鏡面化され裏面が比較的粗く仕上げられた半導体ウェーハについてその外周部を把持した後、この把持された半導体ウェーハを鉛直状態に保持してその表面にレーザ光を垂直方向から照射し、同時にその裏面に対して所定角度傾斜した方向からレーザ光を照射することにより、その表裏面に存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを同時に検査する半導体ウェーハの検査方法である。
半導体ウェーハの外周部の把持は、半導体ウェーハを把持用のアームで環状に挟み付ける把持でも、またクランプ爪の先で、ウェーハ外周部の複数箇所を摘むような把持など限定されない。
この把持された半導体ウェーハは、鉛直状態に配置する。
ここでいう半導体ウェーハの表裏面の異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れとは、例えばシリコンウェーハの傷やごみなどをいう。ごみとしては、金属不純物，有機物，パーティクルが挙げられる。
半導体ウェーハの表裏面の検査方法としては、レーザ光を照射することで行う。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、半導体ウェーハの外周部を把持する把持手段と、この把持手段により把持された半導体ウェーハの表面に存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを検査する表面検査手段と、この表面検査手段による検査と同時にこの半導体ウェーハの裏面に存在する異物、キズ、突起、汚れを検査する裏面検査手段とを備え、上記表面検査手段が、半導体ウェーハの鏡面仕上げされた表面に対して、垂直方向からレーザ光を照射する第１のパーティクル検出装置であり、上記裏面検査手段が、半導体ウェーハの比較的粗い裏面に対して、傾斜方向からレーザ光を照射する第２のパーティクル検出装置であるとともに、上記把持手段は、半導体ウェーハを鉛直状態で把持する半導体ウェーハの検査装置である。
このウェーハ外周部の把持手段は、どのような構造のものでもよい。
【０００８】
第１のパーティクル検出装置は限定されない。例えば、テンコール株式会社製の「ＳＳ６２００」、「ＳＰ−１」、株式会社日立製作所製「ＬＳ−６３１０」、ＡＤＥ社製「ＷＩＳ−ＣＲ８０」などが挙げられる。
また、第２のパーティクル検出装置も限定されない。例えばテンコール株式会社製の「ＳＳ６４２０」が挙げられる。
【０００９】
【００１０】
【作用】
この発明によれば、半導体ウェーハの外周部だけを把持して、半導体ウェーハを所定の検査位置にセットする。この状態を維持して、ウェーハの表面と裏面とに存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを同時に検査する。これにより、検査時間の短縮化を図ることができるとともに、表裏面側用の検査装置間の移送中における新たなウェーハ異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れの発生が防止することができ、さらにウェーハ表裏面の検査装置を収納したクリーンルームの小型化も図ることができる。
【００１１】
特に、半導体ウェーハの鏡面仕上げされた表面に対して例えば垂直方向からレーザ光を照射して、ウェーハ表面に存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを検査する。また、これと同時に、半導体ウェーハの比較的粗く仕上げられた裏面に対して傾斜方向（ウェーハ面に対して垂直ではなく所定角度傾斜した方向）からレーザ光を照射し、ウェーハ裏面に存在する異物、キズ、突起、汚れを検査する。これにより、ウェーハ表裏面の同時検査を正確に行うことができる。
【００１２】
さらに、鉛直状態に把持した半導体ウェーハを所定の検査位置にセットし、この状態を維持して、ウェーハ表裏面を同時検査する。半導体ウェーハは鉛直に立っているので、自重によりウェーハの中央部が下方へ撓むことがなくなり、この結果、ウェーハ表裏面の検査を正確に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、この発明の第１実施例に係る半導体ウェーハの検査方法およびその装置を説明する。
図１は、この発明の第１実施例に係るシリコンウェーハの検査装置の説明図である。図２は、同じく他の態様に係るシリコンウェーハの検査装置の説明図である。図３は、同じく把持手段の平面図である。
図１において、１０はこの発明の第１実施例に係るシリコンウェーハの検査装置であり、このシリコンウェーハの検査装置１０は、半導体ウェーハの一例であるシリコンウェーハＷの外周部を把持する把持手段の一例であるロボットハンド１１と、シリコンウェーハＷの表面ｗ１に存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを検査する表面検査手段としての第１のパーティクル検出装置１２と、シリコンウェーハＷの裏面ｗ２に存在する異物、キズ、突起、汚れを検査する裏面検査手段としての第２のパーティクル検出装置１３とを備えている。
【００１４】
ここで使用されているシリコンウェーハＷは、ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶棒をブロック切断、ウェーハ切断、面取り、機械的化学的研磨、ＲＣＡ洗浄による最終洗浄を施して得られたシリコンウェーハである。このシリコンウェーハＷは、ウェーハ表面ｗ１が鏡面に仕上げられており、ウェーハ裏面ｗ２は、比較的粗い仕上げ面になっている。
ロボットハンド１１は、固定側把持アーム１４と、この固定側把持アーム１４とともに、シリコンウェーハＷの外周部を側方から挟持する可動側把持アーム１５とを備えている。なお、詳細は図３を参照して後述する。
【００１５】
上記第１のパーティクル検出装置１２は、具体的にはテンコール株式会社製の「ＳＳ６２００」である。すなわち、シリコンウェーハＷの表面ｗ１に対して、垂直方向からレーザ光を照射することで、この表面ｗ１に存在する最小０．１０μｍのパーティクルａの個数を検出する装置である。
この装置構成は、ウェーハ表面ｗ１に対して直交配置されたレーザ光の光源１６と、この光源１６を中心にして垂直面内でそれぞれ左右に２チャンネル（明視野用、暗視野用）ずつ放射配置されたホトマルチプライヤ１７とを備えている。上方の光源１６からウェーハ表面ｗ１へ向かって、９０°で照射されたレーザ光は、鏡面加工されたウェーハ表面ｗ１に付着したパーティクルａに当たって乱反射する。反射光は、図１矢印に示すように放射状に広がる。これを任意のホトマルチプライヤ１７が捕獲することで、シリコンウェーハＷの表面の異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れなどであるパーティクルａの個数を検出する。
【００１６】
上記第２のパーティクル検出装置１３は、具体的にはテンコール株式会社製の「ＳＳ６４２０」である。すなわち、シリコンウェーハＷのウェーハ裏面ｗ２に対して、傾斜方向からレーザ光を照射して、この裏面ｗ２上の最小０．１５μｍのパーティクルａをカウントする。なお、このカウントの他に、サイズによる分類、ウェーハ表面特性の測定も行うことができる。
この装置構成は、シリコンウェーハＷの下方一側部に配置されて、レーザ光をシリコンウェーハＷに対して平行に上方照射する光源１８と、このレーザ光をシリコンウェーハＷ側へ上方屈曲させるミラー１９と、ビームエキスパンダ２０と、これを通過したレーザ光を集光するレンズ２１と、シリコンウェーハＷの下方他側部に配置されて、ウェーハ裏面ｗ２から反射したレーザ光を捕獲する大型のホトマルチプライヤ２２とを備えている。
【００１７】
光源１８から照射されたレーザ光は、ミラー１９によりウェーハＷの裏面ｗ２に対して２０°〜８０°の角度で屈曲され、その後、ビームエキスパンダ２０，レンズ２１を経て、比較的粗面に加工されたウェーハ裏面ｗ２に照射される。このうち、パーティクルａに当たって反射した反射光を２チャンネル（明視野用・暗視野用）のホトマルチプライヤ２２が捕獲することで、パーティクルａの検出が行われる。
【００１８】
なお、このＳＳ６４２０のスキャニング技術を説明すると、スキャン平面にウェーハ裏面ｗ２を置いた状態で、焦点機構が対象シリコンウェーハＷを上下させる。シリコンウェーハＷは、一定の速度で波長４８８ｎｍの高速テレセントリック・スキャニング・レーザビームの中を移動する。このレーザビームは、基板表面を２０°の角度で横切った時、直径７５μｍの円を投射するように焦点を合わせている。また、このスキャニングビームは、シリコンウェーハＷ上の直線パスを前後に横切り、確実にシリコンウェーハＷ全体をサンプリングしている。レーザビームがシリコンウェーハＷ上のＬＰＤ（異物）を照らすと、光が入射点から全方向へ散乱する。この散乱光の一部が収集され、低ノイズ光電子増倍管に導かれて増幅する。低ノイズ光電子増倍管ＰＭＴから出力されたアナログ信号は、高速アナログ−デジタル変換器によってデジタル化される。データ収集電子回路が、このデジタル変換器を定期的にサンプリングし、シリコンウェーハＷの裏面ｗ２のラスタ画像を生成する。それから、このラスタ画像が、パイプラインプロセッサと専用の汎用コンピュータで分析されて、表面測定データを作成，表示，および操作するものである。
【００１９】
また、全体装置内での第１，第２のパーティクル検出装置１２，１３の各組み付け位置は、例えば図２に示すように変更してもよい。すなわち、ロボットハンド１１によりシリコンウェーハＷを鉛直状態に維持することで、第１のパーティクル検出装置１２をシリコンウェーハＷの一側方に配置し、第２のパーティクル検出装置１３をウェーハＷの他側方に配置してもよい。このように、シリコンウェーハＷを鉛直状態に保持することで、図１に示すようにシリコンウェーハＷを水平保持した場合に懸念される、ウェーハ中央部が自重で下方へ撓むおそれが解消される。これにより、ウェーハ表裏面ｗ１，ｗ２の検査を正確に行うことができる。
【００２０】
次に、図３を参照して、ロボットハンド１１を詳細に説明する。
図３に示すように、ロボットハンド１１は、ＸＹＺθ方向へ三次元的に可動のロボットアーム２３の先端部に装着されている。このロボットハンド１１は、基台部２４と、この基台部２４に固着されたウェーハクランプ用の固定側把持アーム１４と、図外のクランプ開閉モータを駆動源として、基台部２４に摺動可能に取り付けられた可動側把持アーム１５と、シリコンウェーハＷの回転手段２７とを備えている。
【００２１】
固定および可動側把持アーム１４，１５には、外周面にシリコンウェーハＷの外周部を保持する溝を有するガイドローラ２８が複数個配設されている。
また、この回転手段２７は、基台部２４から固定側把持アーム１４の元部にかけて組み付けられており、小型の駆動モータ２９，駆動プーリ３０，従動プーリ３１，ガイドローラ３２，動力伝達用のベルト３３およびウェーハ回転用ローラ３４を有している。駆動モータ２９により駆動プーリ３０が回転し、その回転力はベルト３３を介して従動プーリ３１を経てウェーハ回転用ローラ３４へ伝達される。これにより、このローラ３４が回転することで、固定，可動側把持アーム１４，１５に把持されたシリコンウェーハＷが、その周方向へ回転する。
なお、図３において、３５は基台部２４の側面から突出して、可動側把持アーム１５の摺動を案内するガイドピン、３６は可動側把持アーム１５の元部に穿設されて、ガイドピン３５が挿通される長孔、３７はクッションバネである。
【００２２】
次に、このシリコンウェーハの検査装置１０を用いたシリコンウェーハの検査方法を説明する。
図１に示すように、ロボットハンド１１を作動させて、固定，可動側把持アーム１４，１５で把持されたシリコンウェーハＷを、第１，第２のパーティクル検出装置１２，１３の中間位置に、水平状態で配置する。
その後、シリコンウェーハＷの表裏面ｗ１，ｗ２に存在するパーティクルａを同時に検査する。すなわち、ウェーハ表面ｗ１のパーティクル検査においては、第１のパーティクル検出装置１２の光源１６からウェーハ表面ｗ１へ向かって９０°でレーザ光を照射し、その反射光をホトマルチプライヤ１７で捕獲することにより、この表面ｗ１に付着したパーティクルａを検出する。また、これと同時に、第２のパーティクル検出装置１３を用いて、シリコンウェーハＷの比較的粗く仕上げられた裏面ｗ２に対して、光源１８より傾斜方向からレーザ光を照射することで、ウェーハ裏面ｗ２に存在するパーティクルａを検出する。検査中、シリコンウェーハＷの表裏面ｗ１，ｗ２の検査位置を移動させるために、ロボットハンド１１を可動させたり、回転手段２７の駆動モータ２９を駆動して、シリコンウェーハＷをＸＹＺ方向へ移動させたり、θ方向へ回動させる。
【００２３】
このように、シリコンウェーハＷの表裏面ｗ１，ｗ２に付着したパーティクルａを同時に検出するようにしたので、検査時間が短くなるとともに、従来の第１，第２のパーティクル検出装置を検査ラインの上流から下流へと並べたものの場合のように、両検出装置間の移送中において新たなパーティクルａが付着するの防止することができる。しかも、第１，第２のパーティクル検出装置１２，１３を収納するクリーンルームをコンパクトに形成することもできる。
また、シリコンウェーハＷの鏡面仕上げされた表面ｗ１用のパーティクル検出装置として、ウェーハ表面ｗ１に対して垂直方向からレーザ光を照射する装置（ここでは「ＳＳ６２００」）を使用し、一方、比較的粗く仕上げられたウェーハ裏面ｗ２に対して傾斜方向からレーザ光を照射する装置（ここでは「ＳＳ６４２０」）を使用するようにしたので、ウェーハ表裏面ｗ１，ｗ２の同時検査を、より正確に行うことができる。
【００２４】
次に、図４に基づいて、この発明の第２実施例に係るシリコンウェーハの検査方法およびその装置を説明する。
図４は、この発明の第２実施例に係るシリコンウェーハの検査装置の説明図である。
図４において、４０はこの発明の第２実施例のシリコンウェーハの検査装置に適用された第２のパーティクル検出装置である。この第２のパーティクル検出装置４０は、ＣＣＤカメラ４１から取り込まれた画像を、図外のシリコンウェーハの検査装置１０の制御部の画像処理回路４２によって画像処理し、これに基づき粒径の大きなパーティクル、キズ、突起ａの個数を検出する。
【００２５】
すなわち、光源４３からシリコンウェーハＷと平行に照射されたレーザ光は、ウェーハ裏面ｗ２に正対された偏光ミラー４４によって裏面ｗ２へ向かって反射される。反射されたレーザ光は、集光用のレンズ４５を通って、この裏面ｗ２に照射される。裏面ｗ２で正反射したレーザ光は、途中、偏光ミラー４４を通過して、凸型のレンズ４５の焦点位置にあるＣＣＤカメラ４１に入る。その後、ＣＣＤカメラ４１によって取り込まれた画像を、画像処理回路４２が画像処理し、粒径の大きなパーティクル、キズ、突起ａを検出する。  このように、ＣＣＤカメラ４１を用いた第２のパーティクル検出装置４０を採用したことで、目視検査と同レベル（マクロ）の検出、または、それ以上（ミクロ）の検出が可能であるという効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の結果、この発明の半導体ウェーハの検査方法およびその装置によれば、ウェーハの外周部を把持して、半導体ウェーハの表面と裏面とに存在する異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを同時に検査することができる。この結果、検査時間の短縮化を図ることができ、しかも、表裏面側用の検査装置間の移送中における新たなウェーハ異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れの発生を防止することができる。さらに、ウェーハ表裏面検査用のクリーンルームの小型化も図ることができる。
【００２７】
特に、半導体ウェーハの表面（鏡面仕上げ面）の異物、キズ、突起、ＣＯＰ、汚れを、任意方向からレーザ光を照射する第１のパーティクル検出装置により検査し、また半導体ウェーハの裏面（粗仕上げ面）の異物、キズ、突起、汚れを、傾斜方向からレーザ光を照射する第２のパーティクル検出装置により検査するようにしたので、このウェーハ表裏面の同時検査を、正確に行うことができる。
さらに、半導体ウェーハを鉛直状態にして表裏面の同時検査を行うようにしたので、半導体ウェーハの自重により、ウェーハ中央部が下方へ撓むことが防止される。この結果、ウェーハ表裏面の検査を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施例に係る半導体ウェーハの検査装置の説明図である。
【図２】  この発明の第１実施例に係る他の態様に係る半導体ウェーハの検査装置の説明図である。
【図３】  この発明の第１実施例に係る把持手段の平面図である。
【図４】  この発明の第２実施例に係る半導体ウェーハの検査装置の説明図である。
【符号の説明】
１０，４０  シリコンウェーハの検査装置（半導体ウェーハの検査装置）、
１１  ロボットハンド（把持手段）、
１２  第１のパーティクル検出装置（表面検査手段）、
１３  第２のパーティクル検出装置（裏面検査手段）、
Ｗ    シリコンウェーハ、
ｗ１  表面、
ｗ２  裏面、
ａ    異物、キズ、突起、汚れなどのパーティクル。
【図１】
0003744176.tif 000002
【図２】
0003744176.tif 000003
【図３】
0003744176.tif 000004
【図４】
0003744176.tif 000005