JP5486405B2 - ウェーハの中心位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの中心位置を求める方法に関する。

近年、電気機器の薄型化、小型化に伴い、ウェーハはより薄く、例えば１００μｍ以下に研削仕上げされることが要求されている。また、従来より、ウェーハについては、製造工程中における割れや発塵防止のために、その外周に面取り加工が施されている。そのため、ウェーハを薄く研削すると、外周の面取り部分がナイフエッジ状（ひさし状）に形成される。ウェーハ外周の面取り部分がナイフエッジ状に形成されると、外周から欠けが生じてウェーハが破損してしまうという問題が生じる。この問題を解決するために、予めウェーハ外周の面取り部分を切削ブレードにより周方向に切削して除去した後、ウェーハの裏面の研削を行う方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

切削ブレードによって半導体ウェーハの外周部を周方向に切断する際には、半導体ウェーハの中心と、半導体ウェーハの保持手段であるチャックテーブルの回転中心とが正確に一致していないと、外周部における被切削部分の幅が一定にならない。しかしながら，搬送装置によって半導体ウェーハをチャックテーブル上に載置するときには、一般的に、±１ｍｍ程度の位置精度の誤差がどうしても発生してしまう。このような誤差が生じると、半導体ウェーハの外周部の切削時に、チャックテーブルに対して半導体ウェーハが偏心して回転してしまうため、外周部における被切削部分の幅が一定にならない。すなわち、半導体ウェーハの中心から同一距離にある円上を切削することができないという問題があった。

そこで、チャックテーブルに載置したウェーハの外周エッジ３点を撮像手段で撮像し、３点の座標位置からウェーハの中心位置を算出し、かかるウェーハの中心位置とチャックテーブルの中心位置とのズレ量を求め、ズレ量を補正するように切削ブレードを移動させて、ウェーハの中心位置から同一の距離で周方向に切削する方法が採用されている（例えば特許文献２参照）。

特開２０００−１７３９６１号公報 特開２００６−９３３３３号公報

しかし、撮像手段でウェーハの外周エッジを検出しようとしても、チャックテーブル上の汚れや残存する切削水やウェーハの状態により必ずしも正確なエッジが画像処理で検出されるとは限らない。そのため、算出されたウェーハの中心位置座標を基準に加工位置を求めると、加工位置が大幅にずれてしまうおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェーハの外周を画像処理により検出し、その結果をもとにウェーハの中心位置を算出する場合において、ウェーハ外周位置の誤認識に起因してウェーハ中心位置が誤って算出されることを回避し、ウェーハ中心位置を正確に検出できるウェーハの中心位置検出方法を提供することである。

本発明は、半導体ウェーハを保持する保持上面を有し回転可能なチャックテーブルと、チャックテーブルの保持上面に保持された半導体ウェーハの上面を撮像する撮像手段とを備えた加工装置において、保持上面に載置した半導体ウェーハの中心位置を検出するウェーハの検出方法であって、チャックテーブルの保持上面にウェーハを載置するウェーハ載置ステップと、ウェーハの外周エッジの任意の４点以上のＮ箇所を撮像手段で撮像し画像処理によりＮ個のエッジ位置座標を検出するエッジ位置座標検出ステップと、Ｎ個のエッジ位置座標のうち_ＮＣ₃通りのエッジ位置座標３点の組み合わせを求めそれぞれの組み合わせ毎にエッジ位置座標３点に基づくウェーハの中心位置座標を算出し_ＮＣ₃通りの中心位置座標を算出する中心位置座標算出ステップと、算出された_ＮＣ₃通りのウェーハの中心位置座標のバラツキが所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する判定ステップと、判定ステップで_ＮＣ₃通りの中心位置座標のバラツキがしきい値よりも大きいと判定した場合に検出されたＮ個のエッジ位置座標のうちのいずれかが誤認識をしていると判定しエッジ位置座標検出ステップを再度遂行する再検出ステップと、判定ステップで_ＮＣ₃通りの中心位置座標のバラツキがしきい値よりも小さい場合に検出されたＮ個のエッジ位置座標は全て正常であると判定し_ＮＣ₃個の中心位置座標の平均値を加工時の中心位置座標と決定する中心位置座標決定ステップとから構成される。

本発明においては、ウェーハの外周エッジの位置座標を４点以上検出し、検出した複数の外周エッジの位置座標値から３点の位置座標の組み合わせをすべて求め、各組み合わせについて中心位置座標を算出し、算出された中心位置座標のバラツキを算出し、所定のしきい値以上のバラツキがある場合にはエッジの位置座標の誤認識があると判定し、再度エッジの位置座標を検出するので、画像処理による誤認識に起因してウェーハ中心位置が誤って算出されることを回避し、ウェーハ中心位置を正確に検出することができる。

切削装置の構成の一例を模式的に示す説明図である。 チャックテーブルにウェーハが保持された状態を示す正面図である。 ウェーハの中心位置座標を求める方法を示すフローチャートである。 ウェーハのエッジを撮像する状態を示す正面図である。 エッジ検出時の画像の一例を示す説明図である。 ウェーハの中心位置座標の算出の成功例を示す説明図である。 ウェーハの中心位置座標の算出の失敗例を示す説明図である。 ウェーハ外周の面取り部を切削する状態を示す正面図である。 ウェーハの中心とチャックテーブルの中心との偏心を示す説明図である。 ウェーハの中心とチャックテーブルの中心との偏心がある場合におけるウェーハ外周の面取り部を切削する状態を示す説明図である。 面取り部が切削されたウェーハを略示的に示す断面図である。 ウェーハの裏面に凹部を形成する状態を示す説明図である。

図１に示す切削装置１は、本発明が適用される加工装置の一例であり、半導体ウェーハ５を保持する保持上面２０を有するチャックテーブル２と、チャックテーブル２の保持上面２０に保持された半導体ウェーハ５の上面を撮像する撮像手段３と、チャックテーブル２に保持されたウェーハ５を切削する切削手段４とを備えている。チャックテーブル２はＸ方向に移動可能であり、撮像手段３及び切削手段４はＹ方向及びＺ方向（図１においては紙面に垂直な方向）に移動可能となっている。撮像手段３と切削手段とは一体に形成されており、これらは連動してＹ方向及びＺ方向に移動する構成となっている。

切削手段４は、Ｙ方向の軸心を有するスピンドル４０の先端に切削ブレード４１が装着されて構成されている。撮像手段３は、チャックテーブル２に保持されたウェーハ５に対面する対物レンズ３０を備えており、対物レンズ３０には基準線３０ａが形成されている。この基準線３０ａは、切削ブレード４１のＸ方向の延長線上に位置している。

チャックテーブル２の移動方向であるＸ方向にはチャックテーブル２のＸ方向の位置を認識するためのＸスケール２１が配設され、撮像手段３及び切削手段４の移動方向には撮像手段３及び切削手段４のＹ方向の位置を認識するためのＹスケール４２が配設されている。チャックテーブル２には、Ｘスケール２１の原点Ｘ０からの距離を読み取るためのセンサ２２が配設され、切削手段４には、Ｙスケール４２の原点Ｙ０からの距離を読み取るためのセンサ４３が配設されている。

チャックテーブル２、撮像手段３及び切削手段４の動作は、制御手段６によって制御される。センサ２２によって読み取られた値はチャックテーブル２のＸ座標として、センサ４３によって読み取られた値は撮像手段３及び切削手段４のＹ座標として、制御手段６によって認識される。制御手段６は、制御にあたって必要となる情報を記憶手段７に記憶させ、必要に応じて読み出して利用することができる。

以下では、図２に示すウェーハ５の中心位置を検出する方法について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。図２に示すウェーハ５は、上面５０がデバイス形成面となっている。ウェーハ５の外周には面取り加工が施されて面取り部５１が形成されており、面取り部５１の最も大径に形成された最外周部分がエッジ５２となっている。このウェーハ５をチャックテーブル２の保持上面２０に載置して吸引保持する（ウェーハ載置ステップ）。本実施形態では、ウェーハ５の上面５０が上方に露出した状態で、ウェーハ５がチャックテーブル２において保持される。

次に、ウェーハ５のエッジ５２の任意の４点の位置座標を求める。図４に示すように、撮像手段４によってエッジ５２の付近を上方から撮像する。そうすると、例えば図５に示す画像８が取得される。ここで、画像８においてウェーハ５を黒くその周囲のチャックテーブル２を白くコントラストが明確になるように、撮像手段４の光量等は調整されている。

チャックテーブル２のＸ方向の位置及び撮像手段３のＹ方向の位置を適宜微調整しながら撮像を行い、図５に示すように、撮像手段３の対物レンズ３０の中心においてエッジ５２の第１箇所Ｅ１が撮像されると、制御手段６は、画像情報中で画素値があるしきい値以上変化した部分をエッジとして認識するなどの画像処理（周知の種々のエッジ検出法）により第１箇所のエッジＥ１を検出する。なお、ウェーハ５には面取り部５１が形成されているため、エッジ５２とその周囲のチャックテーブル２とのコントラストが明確には表れにくく、チャックテーブル２の保持上面２０の状態などの影響も受けてエッジ認識時は誤認識が生じやすい。図５の画像８では、上面５０と面取り部５１との境界５３をエッジとして誤認識してしまった例を示している。制御手段６は、エッジを認識した時点で図１に示したセンサ２２、４３が読み取ったＸスケール２１及びＹスケール４２の値を読み取り、Ｘスケール２１の値を第１箇所Ｅ１のＸ座標、Ｙスケール４２の値を第１箇所Ｅ１のＹ座標として記憶手段７に記憶させる。

チャックテーブル２をＸ方向に移動させるとともに、撮像手段３をＹ方向に移動させながら、図６に示すエッジ５２の他の３箇所のエッジＥ２、Ｅ３、Ｅ４についても同様に座標を求める。Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の座標をそれぞれ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）、（Ｘ４，Ｙ４）とする。それぞれの座標の値は、制御手段６によって記憶手段７に記憶される（エッジ位置座標検出ステップ）。なお、座標を求める箇所の数は、４箇所以上であればいくつでもよい。

次に、制御手段６は、Ｅ１〜Ｅ４から３つを選んでそのすべての組み合わせ、すなわち_４Ｃ_３通りの組み合わせを求める。座標を求めた箇所の数がｎ個である場合は、_ｎＣ_３通りの組み合わせを求める。本実施形態では、Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３、Ｅ１−Ｅ２−Ｅ４、Ｅ２−Ｅ３−Ｅ４、Ｅ１−Ｅ３−Ｅ４という４通りの組み合わせを求める。そして、これら４通りの組み合わせをそれぞれ三角形とし、それぞれの三角形の外接円の中心を求める。具体的には、以下の４点の座標を求める（中心位置座標算出ステップ）。
三角形Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３の外接円の中心Ｏ_１（ａ_１，ｂ_１）、
三角形Ｅ１−Ｅ２−Ｅ４の外接円の中心Ｏ_２（ａ_２，ｂ_２）
三角形Ｅ２−Ｅ３−Ｅ４の外接円の中心Ｏ_３（ａ_３，ｂ_３）、
三角形Ｅ１−Ｅ３−Ｅ４の外接円の中心Ｏ_４（ａ_４，ｂ_４）

例えば、Ｏ_１の座標（ａ_１、ｂ_１）は、それぞれ以下の（式１）、（式２）により求めることができる。Ｏ_２，Ｏ_３，Ｏ_４のＸ座標及びＹ座標についても同様に求めることができる。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）、（Ｘ４，Ｙ４）がそれぞれ誤差なく正確に求められていれば、上記Ｏ_１，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｏ_４は一致するはずであるが、実際には誤差が生じうるため、Ｏ_１〜Ｏ_４の位置のバラツキを求め、求まったバラツキが所定の閾値よりも大きいか否かを判断する（判定ステップ）。所定の閾値は、後に行われるウェーハの加工時における偏心の許容値に基づいて決定し、記憶手段７に記憶させておく。

Ｏ_１〜Ｏ_４の位置のバラツキは、Ｏ_１〜Ｏ_４の４点のうちの２点のすべての組み合わせにおける２点間の距離、すなわち、Ｏ_１−Ｏ_２、Ｏ_１−Ｏ_３、Ｏ_１−Ｏ_４、Ｏ_２−Ｏ_３、Ｏ_２−Ｏ_４、Ｏ_３−Ｏ_４の距離ｄ１〜ｄ６を座標値からすべて求め、ｄ１〜ｄ６がすべて所定の閾値よりも小さければ、Ｅ１〜Ｅ４の位置座標検出が正常であると判断する。すなわち、図６に示す閾値を示す円Ａｕｍの中にＯ１からＯ４が入っていれば、Ｅ１〜Ｅ４の座標は、たとえ誤差があったとしても許容範囲内であると判断する。なお、２点間の距離ではなく、標準偏差が所定の範囲内かどうかでＥ１〜Ｅ４の位置座標検出が正常であるかどうかを判断することもできる。

一方、Ｏ_１−Ｏ_２、Ｏ_１−Ｏ_３、Ｏ_１−Ｏ_４、Ｏ_２−Ｏ_３、Ｏ_２−Ｏ_４、Ｏ_３−Ｏ_４の距離ｄ１〜ｄ６のうち、１つでも閾値を越えているものがある場合は、図７に示すように、Ｏ_１〜Ｏ_４のいずれかが円Ａｕｍの外に位置することになるため、エッジ４箇所Ｅ１〜Ｅ４のうちいずれかに誤認識があり、求めたウェーハの中心位置に許容範囲を越える誤差があると判断する。即ち、エッジ認識の段階で誤認識をしている可能性が高いため、この場合は、エッジ位置座標検出ステップ、中心位置座標算出ステップ及び判定ステップをやり直す（再検出ステップ）。

Ｏ_１−Ｏ_２、Ｏ_１−Ｏ_３、Ｏ_１−Ｏ_４、Ｏ_２−Ｏ_３、Ｏ_２−Ｏ_４、Ｏ_３−Ｏ_４の距離ｄ１〜ｄ６がすべて所定許容値以内である場合は、Ｏ_１〜Ｏ_４のそれぞれのＸ座標及びＹ座標の平均をとり、その平均値Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）を後の加工時の回転中心位置座標として決定する（中心位置座標決定ステップ）。

以上のように、エッジ位置座標検出ステップにおいてウェーハの外周エッジの位置座標を４点以上検出し、中心位置座標算出ステップでは検出した複数のエッジの位置座標値から３点の位置座標の組み合わせをすべて求め、各組み合わせについて中心位置座標を算出し、算出された中心位置座標のバラツキを算出し、判定ステップでは所定のしきい値以上のバラツキがある場合にはエッジの位置座標の誤認識があると判定し、再度エッジの位置座標を検出するため、画像処理による誤認識に起因してウェーハ中心位置が誤って算出されることを回避し、ウェーハ中心位置を正確に検出することができる。

なお、上記中心位置座標算出ステップでは４つの三角形の外接円の中心を求め、判定ステップではその位置のバラツキが所定の範囲内かどうかを判断することとしたが、外接円の中心ではなく、外接円の半径を求め、それぞれの半径の長さのバラツキが所定の範囲内かどうかでエッジの誤認識があるかどうかを判断してもよい。その際の所定の閾値は、例えば、ウェーハ外径寸法のSEMI規格等の公差に基づいて（８インチウェーハでは直径で０．５ｍｍ等）決定し、記憶手段７に記憶させておく。

次に、求めたウェーハ５の中心Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）の座標情報を利用してウェーハ５の面取り部５１を除去する場合について説明する。ウェーハ５は、図８に示すように、上記Ｏ１〜Ｏ４を求めたときのウェーハ５の保持状態でそのままチャックテーブル２において保持される。一方、切削手段３においては、ウェーハ５の面取り部５１とほぼ等しい刃厚（例えば２〜３ｍｍ）を有する切削ブレード４１をスピンドル４０に装着する。

そして、チャックテーブル２を回転させるとともに、Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）からＹ方向にウェーハＷの半径分変位した位置に切削ブレード４１を位置付け、切削ブレード４１を回転させながら降下させ、図８に示すようにウェーハ５の面取り部５１を上面５０側から周方向に所定厚さ削りとる。このとき、図９に示すように、チャックテーブル２の回転中心Ｏｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）とウェーハ５の中心Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）との間に偏心がある場合は、その偏心の分だけ切削ブレード４１をＹ方向に移動させながら切削を行い，ウェーハ５の中心Ｏｗから切削ブレード４１の切り込み位置までの距離が常に一定となるように制御する。具体的には以下のようにして制御を行う。

チャックテーブル２の回転中心Ｏｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）とウェーハ５の中心Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）との間の偏心は、図９に示す偏心距離ｄ及び偏心角度φにより構成される。偏心距離ｄ及び偏心距離φの求め方を以下に示す。なお、偏心距離ｄは、ウェーハ５の中心Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）とチャックテーブル２の回転中心Ｏｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）とのＸＹ平面上での直線距離であり、偏心角度φは、ウェーハ５の中心Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）とチャックテーブル２の回転中心Ｏｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）とを結ぶ線分がＸＹ平面上でＸ軸となす角度である。

偏心距離ｄおよび偏心角度φは，ウェーハ５の中心位置Ｏｗの座標（Ｘｗ，Ｙｗ）とチャックテーブル２の回転中心Ｏｃの座標（Ｘｃ，Ｙｃ）とを下記（式３）および（式４）に代入することによってそれぞれ算出される。

切削時は、チャックテーブル２を１回転させるとともに、ウェーハ５の面取り部５１に対して切削ブレード４１の刃先を切り込ませることにより、面取り部５１を周方向に切削する。このとき、上記偏心があっても、ウェーハ５の中心Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）から切削ブレード４１の切り込み位置までの距離が常に一定になるように，切削ブレード４１をＹ軸方向に移動させながら切削を行う。

具体的には，図１０に示す切削ブレード４１のＹ軸方向の位置Ｙｂ（切削ブレード４１の刃先がウェーハ５に対して切り込む位置ＢのＹ座標）が、下記の（式５）となるように，切削ブレード２２をＹ軸方向に移動させながら切削を行う。

上記（式５）におけるｒは、図１１に示すウェーハ５の面取り部除去後のその内側の仕上がり半径ｒである。上記（式５）の算出方法は、特開２００６−９３３３３号公報に記載されている通りである。

以上のように、ウェーハ５の中心Ｏｗ（Ｘｗ，Ｙｗ）を求めるとともに、そのＯｗとチャックテーブル２の回転中心Ｏｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）との偏心も考慮して切削を行うことにより、ウェーハ５の周方向に一定の切削幅で面取り部５１を除去することができる。

こうして面取り部５１が上面５０側から削り取られると、後に裏面が研削され薄化されても、外周部分が鋭利な形状にならないため、ウェーハ５の外周から欠けが生じることがない。

上記説明したウェーハの中心位置を求める技術は、例えば図１２に示すように、ウェーハ９の周縁部９ａを残して裏面９０を研削して凹部９０ａを形成する場合にも利用することができる。かかる研削は、裏面研削後のウェーハ９の搬送等の取り扱いを容易とするために行われる。

ウェーハ９はチャックテーブル２の保持上面２０によって吸引保持される。チャックテーブル２の上方には研削手段１０が配設されている。この研削手段１０は、鉛直方向の軸心を有するスピンドル１００の下端に研削ホイール１０１が装着されて構成されるものであり、研削ホイール１０１には円環状に固着された複数の研削砥石１０１ａを備えている。

ウェーハ９の裏面９０の研削時には、研削砥石１０１ａの回転軌道がウェーハ９の中心を通るように制御を行う。研削砥石１０１ａの回転軌道の半径は、凹部９０ａの半径より若干大きい程度である。ウェーハ９の中心は、前記と同様の方法により求めることができるため、研削砥石１０１ａの回転軌道が常にウェーハ９の中心を通るように制御することが可能となる。

１：切削装置
２：チャックテーブル ２０：保持上面
２１：Ｘスケール ２２：センサ
３：撮像手段 ３０：対物レンズ ３０ａ：基準線
４：切削手段 ４０：スピンドル ４１：切削ブレード
４２：Ｙスケール ４３：センサ
５：ウェーハ ５０：上面 ５１：面取り部 ５２：エッジ ５３：境界
６：制御手段
７：記憶手段
８：画像
９：ウェーハ ９ａ：周縁部 ９０：裏面 ９０ａ：凹部
１０：研削手段 １００：スピンドル １０１：研削ホイール １０１ａ：研削砥石

Claims (1)

1. 半導体ウェーハを保持する保持上面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルの該保持上面に保持された半導体ウェーハの上面を撮像する撮像手段とを備えた加工装置において、該保持上面に載置した該半導体ウェーハの中心位置を検出するウェーハの検出方法であって、
   該チャックテーブルの該保持上面に該ウェーハを載置するウェーハ載置ステップと、
   該ウェーハの外周エッジの任意の４点以上のＮ箇所を該撮像手段で撮像し、画像処理により該Ｎ個のエッジ位置座標を検出するエッジ位置座標検出ステップと、
   該Ｎ個の該エッジ位置座標のうち_ＮＣ₃通りのエッジ位置座標３点の組み合わせを求め、それぞれの組み合わせ毎に該エッジ位置座標３点に基づく該ウェーハの中心位置座標を算出し、_ＮＣ₃通りの中心位置座標を算出する中心位置座標算出ステップと、
   算出された_ＮＣ₃通りの該ウェーハの中心位置座標のバラツキが所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する判定ステップと、
   該判定ステップで該_ＮＣ₃通りの中心位置座標のバラツキが該しきい値よりも大きいと判定した場合に、検出された該Ｎ個の該エッジ位置座標のうちのいずれかが誤認識をしていると判定し、該エッジ位置座標検出ステップを再度遂行する再検出ステップと、
   該判定ステップで該_ＮＣ₃通りの中心位置座標のバラツキが該しきい値よりも小さい場合に、検出された該Ｎ個の該エッジ位置座標は全て正常であると判定し、該_ＮＣ₃個の中心位置座標の平均値を加工時の中心位置座標と決定する中心位置座標決定ステップと、
   からなるウェーハ中心位置検出方法。

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