KR20210147883A - 웨이퍼 검사 장치, 및 웨이퍼 검사 방법 - Google Patents

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KR20210147883A
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노부유키 기무라
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Abstract

[과제] 웨이퍼의 내부의 개질층의 형성 상태를 정밀하게 판정한다.
[해결 수단] 웨이퍼 검사 장치로서, 이면 측을 상방으로 노출시킨 상태에서 그 웨이퍼를 유지할 수 있는 유지 테이블과, 그 유지 테이블에 유지된 그 웨이퍼의 그 이면 측에 조사되는 광을 발하는 점광원과, 그 점광원으로부터 발해진 그 웨이퍼의 그 이면에 조사된 그 광의 반사광을 촬상하는 촬상 유닛을 구비하고, 그 촬상 유닛은, 그 유지 테이블에 유지된 웨이퍼에 대면하는 결상 렌즈와, 그 결상 렌즈의 결상점에 위치된 스플리터와, 그 스플리터에 의해 분기된 제 1 광로 상에 배치 형성된 카메라를 포함하고, 그 점광원은, 그 스플리터에 의해 분기된 제 2 광로 상에 배치 형성되고, 그 제 2 광로에는, 그 점광원으로부터 발해진 광을 평행광으로 생성하는 콜리메이트 렌즈와, 그 콜리메이트 렌즈에 의해 생성된 그 평행광을 그 스플리터에 집광하는 집광 렌즈가 배치 형성되어 있다.

Description

웨이퍼 검사 장치, 및 웨이퍼 검사 방법{WAFER INSPECTION APPARATUS, AND WAFER INSPECTION METHOD}
본 발명은, 내부에 개질층이 형성된 웨이퍼의 그 개질층의 형상 상황을 검사하는 웨이퍼 검사 장치, 및 웨이퍼 검사 방법에 관한 것이다.
휴대전화나 퍼스널 컴퓨터 등의 전자 기기에 사용되는 디바이스 칩의 제조 프로세스에서는, 먼저, 반도체 등의 재료로 이루어지는 웨이퍼의 표면에 서로 교차하는 복수의 분할 예정 라인을 설정한다. 그리고, 그 분할 예정 라인에 의해 구획되는 각 영역에 IC (Integrated Circuit), LSI (Large Scale Integration) 등의 디바이스를 형성한다. 또한, 그 웨이퍼를 소정의 두께로 박화 (薄化) 하고, 그 후, 그 웨이퍼를 그 분할 예정 라인을 따라 분할하면 디바이스 칩을 형성할 수 있다.
웨이퍼를 분할할 때에는, 그 웨이퍼에 대해 투과성을 갖는 파장 (웨이퍼를 투과할 수 있는 파장) 의 레이저 빔을 분할 예정 라인을 따라 웨이퍼의 내부에 집광하여 분할의 기점이 되는 개질층을 형성한다. 그 후, 웨이퍼에 외력을 부여하면, 개질층으로부터 웨이퍼의 표리면에 크랙이 신장하고, 웨이퍼가 분할 예정 라인을 따라 분할된다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
여기서, 개질층이 웨이퍼의 내부에 적절히 형성되어 있지 않으면, 웨이퍼를 적절히 분할할 수 없어 웨이퍼에 손상이 생기는 경우가 있다. 그래서, 개질층이 형성되었을 때에 웨이퍼의 이면 측에 미소한 요철 형상이 나타나는 것을 이용하여, 웨이퍼의 이면에 광을 조사하여 반사광을 촬상해 요철 형상의 유무를 검출한다. 그 반사광이 비치는 화상에는, 요철 형상이 강조되어 비친다. 이 현상은 마경으로 불리고 있고, 이 마경을 이용하여 개질층의 유무를 검출하는 기술이 개발되고 있다 (특허문헌 3 참조).
일본 특허 제3408805호 일본 특허 제4358762호 일본 공개특허공보 2017-220480호
여기서, 개질층의 형성 상태를 고정밀도로 검출하기 위해서는, 선명한 촬상 화상이 얻어질 필요가 있다. 그러나, 반사광의 화상의 콘트라스트는 낮아지기 쉬운 경향이 있으므로, 개질층의 유무의 판정을 정밀하게 실시하는 것은 용이하지 않다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 콘트라스트가 양호하고 선명한 반사광의 화상을 취득하여, 웨이퍼의 내부의 개질층의 형성 상태를 정밀하게 판정할 수 있는 웨이퍼 검사 장치, 및 웨이퍼의 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 내부에 개질층이 형성된 웨이퍼를 검사하는 웨이퍼 검사 장치로서, 이면 측을 상방으로 노출시킨 상태에서 그 웨이퍼를 유지할 수 있는 유지 테이블과, 그 유지 테이블에 유지된 그 웨이퍼의 그 이면 측에 조사되는 광을 발하는 점광원과, 그 점광원으로부터 발해지고 그 웨이퍼의 그 이면에 조사된 그 광의 반사광을 촬상하는 촬상 유닛을 구비하고, 그 촬상 유닛은, 그 유지 테이블에 유지된 웨이퍼에 대면하는 결상 렌즈와, 그 결상 렌즈의 결상점에 위치된 스플리터와, 그 스플리터에 의해 분기된 제 1 광로 상에 배치 형성된 카메라를 포함하고, 그 점광원은, 그 스플리터에 의해 분기된 제 2 광로 상에 배치 형성되고, 그 제 2 광로에는, 그 점광원으로부터 발해진 광을 평행광으로 생성하는 콜리메이트 렌즈와, 그 콜리메이트 렌즈에 의해 생성된 그 평행광을 그 스플리터에 집광하는 집광 렌즈가 배치 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 장치가 제공된다.
바람직하게는, 그 유지 테이블과, 그 촬상 유닛을 상대적으로 이동시키는 이동 유닛을 추가로 구비한다.
또, 바람직하게는, 그 점광원이 발하는 그 광은, 레이저 빔이다.
또, 본 발명의 다른 일 양태에 의하면, 서로 교차하는 복수의 분할 예정 라인이 표면에 설정되고, 그 표면의 그 분할 예정 라인에 의해 구획된 각 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼에, 집광점을 그 웨이퍼의 내부에 위치시키고 그 웨이퍼에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사함으로써 복수의 그 분할 예정 라인을 따라 개질층이 형성된 그 웨이퍼를 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 웨이퍼 검사 장치로 검사하는 웨이퍼 검사 방법으로서, 그 웨이퍼의 그 표면을 그 유지 테이블을 향하게 하고, 그 이면 측을 상방으로 노출시킨 상태에서 그 웨이퍼를 그 유지 테이블에서 유지하는 유지 스텝과, 그 점광원으로부터 발해진 그 광을 그 콜리메이트 렌즈와, 그 집광 렌즈와, 그 스플리터와, 그 결상 렌즈를 거쳐 그 웨이퍼의 그 이면에 조사하는 조사 스텝과, 그 조사 스텝에서 그 웨이퍼의 그 이면에 조사되어 그 이면에서 반사되고, 그 결상 렌즈와, 그 스플리터를 거쳐 그 카메라에 도달한 그 광의 그 반사광을 촬상하여 촬상 화상을 형성하는 촬상 스텝과, 그 촬상 스텝에서 얻어진 그 촬상 화상으로부터 그 웨이퍼의 내부에 형성된 그 개질층의 형성 상태를 판정하는 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 웨이퍼 검사 장치 및 웨이퍼 검사 방법에서는, 점광원이 발하는 광을 집광 렌즈로 스플리터에 집광시켜 그 광을 웨이퍼의 이면에 조사시키고, 반사광을 그 스플리터에 집광시켜 카메라로 그 반사광을 촬상한다. 이 경우, 점광원을 출발하고 나서 웨이퍼에서 반사되고 그 카메라에 도달할 때까지의 동안에 있어서, 광의 산란이 억제된다. 그 때문에, 카메라가 형성하는 촬상 화상이 선명해져, 웨이퍼의 내부의 개질층의 형성 상태를 보다 정밀하게 판정할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 의해, 콘트라스트가 양호하고 선명한 반사광의 화상을 취득하여, 웨이퍼의 내부의 개질층의 형성 상태를 정밀하게 판정할 수 있는 웨이퍼 검사 장치, 및 웨이퍼의 검출 방법이 제공된다.
도 1 의 (A) 는, 웨이퍼의 표면 측을 모식적으로 나타내는 사시도이며, (B) 는, 웨이퍼의 이면 측을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 의 (A) 는, 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하는 양태를 모식적으로 나타내는 사시도이며, (B) 는, 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하는 양태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 은 웨이퍼 검사 장치를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 는 웨이퍼 검사 장치의 광학계를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 5 는 조사 스텝 및 촬상 스텝을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6 은 촬상 화상의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 7 은 웨이퍼 검사 방법의 각 스텝의 흐름을 설명하는 플로우 차트이다.
도 8 은 스플리터에 집광되는 광의 진로를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 먼저, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 장치 및 웨이퍼 검사 방법에서 검사의 대상이 되는 웨이퍼에 대해 설명한다. 도 1(A) 는, 표면 (1a) 에 서로 교차하는 복수의 분할 예정 라인 (3) 이 설정되고, 그 분할 예정 라인 (3) 에 의해 구획된 표면 (1a) 의 각 영역에 디바이스 (5) 가 형성된 웨이퍼 (1) 의 그 표면 (1a) 측을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 1(B) 는, 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 측을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
웨이퍼 (1) 는, 예를 들어, 실리콘 (Si), 실리콘카바이드 (SiC), 갈륨나이트라이드 (GaN), 또는, 그 밖의 반도체 재료로 형성된다. 또는, 웨이퍼 (1) 는, 탄탈산리튬 (LT) 및 니오브산리튬 (LN) 등의 복산화물 등의 재료로 형성된다.
웨이퍼 (1) 의 표면 (1a) 에는, 서로 교차하는 복수의 분할 예정 라인 (3) 이 설정되고, 분할 예정 라인 (3) 에 의해 구획된 각 영역에 IC (Integrated Circuit), LSI (Large Scale Integration) 등의 디바이스 (5) 가 형성된다. 그리고, 웨이퍼 (1) 를 분할 예정 라인 (3) 을 따라 분할하면, 개개의 디바이스 칩을 형성할 수 있다.
웨이퍼 (1) 를 분단할 때에는, 웨이퍼 (1) 에 대해 투과성을 갖는 파장 (웨이퍼 (1) 를 투과하는 파장) 의 레이저 빔을 웨이퍼 (1) 의 내부에 집광할 수 있는 레이저 가공 장치에 웨이퍼 (1) 를 반입한다. 도 2(A) 는, 레이저 가공 장치 (2) 에 의해 레이저 가공되고 있는 웨이퍼 (1) 를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2(A) 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (1) 는, 레이저 가공되기 전에 시트 (9) 및 프레임 (7) 과 일체화된다. 그리고, 웨이퍼 (1) 와, 시트 (9) 와, 프레임 (7) 을 포함하는 프레임 유닛 (11) 이 형성된다. 이때, 웨이퍼 (1) 의 표면 (1a) 측에 시트 (9) 가 배치 형성되고, 이면 (1b) 측이 외부에 노출된다. 웨이퍼 (1) 가 분할되어 형성된 개개의 디바이스 칩은, 시트 (9) 에 지지된다. 그 후, 시트 (9) 를 확장함으로써 디바이스 칩 사이의 간격을 넓히면, 디바이스 칩의 픽업이 용이해진다.
환상의 프레임 (7) 은, 예를 들어, 금속 등의 재료로 형성되고, 웨이퍼 (1) 의 직경보다 큰 직경의 개구를 구비한다. 프레임 유닛 (11) 을 형성할 때는, 웨이퍼 (1) 는, 프레임 (7) 의 그 개구 내에 위치되고, 그 개구에 수용된다.
시트 (9) 는, 프레임 (7) 의 개구보다 큰 직경을 갖는다. 시트 (9) 는, 예를 들어, 기재층과, 그 기재층 상에 형성된 점착층을 구비하는 다이싱 테이프로 불리는 테이프이다. 시트 (9) 가 다이싱 테이프인 경우, 시트 (9) 는, 점착층에서 발현하는 점착력에 의해 프레임 (7) 및 웨이퍼 (1) 의 표면 (1a) 에 첩착된다. 또는, 시트 (9) 는, 예를 들어, 폴리올레핀계 시트나 폴리에스테르계 시트 등의 점착층을 구비하지 않는 수지계 시트여도 되고, 이 경우에, 시트 (9) 는 웨이퍼 (1) 에 열압착된다.
레이저 가공 장치 (2) 는, 시트 (9) 를 개재하여 웨이퍼 (1) 를 유지하는 유지 테이블 (도시 생략) 과, 그 유지 테이블에 유지된 웨이퍼 (1) 에 레이저 빔을 조사하는 레이저 가공 유닛 (4) 을 구비한다. 레이저 가공 유닛 (4) 은, 웨이퍼 (1) 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔 (6) 을 웨이퍼 (1) 의 내부에 집광시키는 가공 헤드 (4a) 를 구비한다. 레이저 가공 유닛 (4) 은, 예를 들어, 파장이 1064 nm 인 레이저 빔을 펄스 발진하는 Nd : YAG 등의 매질을 구비한 레이저 발진기를 포함한다.
도 2(B) 는, 레이저 가공되는 웨이퍼 (1) 를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 웨이퍼 (1) 의 내부의 소정의 깊이 위치에 집광점 (4b) 을 위치시키고, 레이저 빔 (6) 을 집광점 (4b) 에 집광시키면서 웨이퍼 (1) 와 레이저 빔 (6) 을 상대적으로 이동시킨다. 그러면, 레이저 빔 (6) 이 분할 예정 라인 (3) 을 따라 웨이퍼 (1) 에 조사되고, 분할 예정 라인 (3) 을 따른 개질층 (3a) 이 웨이퍼 (1) 의 내부에 형성된다.
또한, 개질층 (3a) 이 형성될 때에, 그 개질층 (3a) 으로부터 웨이퍼 (1) 의 표면 (1a) 및 이면 (1b) 을 향해 신장하는 크랙이 형성되어도 된다. 또, 개질층 (3a) 이 내부에 형성된 웨이퍼 (1) 에 외력을 부여함으로써 크랙을 개질층 (3a) 으로부터 신장시켜도 된다. 웨이퍼 (1) 에 개질층 (3a) 과, 그 개질층 (3a) 으로부터 신장된 크랙이 형성되면, 웨이퍼 (1) 가 분할 예정 라인 (3) 을 따라 분할된다. 즉, 개질층 (3a) 은, 웨이퍼 (1) 를 분할할 때의 분할 기점으로서 기능한다.
단, 웨이퍼 (1) 가 적절히 레이저 가공되지 않아, 개질층 (3a) 이 분할 예정 라인 (3) 을 따라 웨이퍼 (1) 의 내부에 적절히 형성되어 있지 않은 경우, 웨이퍼 (1) 를 적절히 분할할 수 없어 웨이퍼 (1) 에 손상이 생긴다. 즉, 크랙이 예정된 방향으로부터 일탈하여 진행해 디바이스 (5) 에 도달하는 경우나, 웨이퍼 (1) 가 분할되어 형성된 칩의 단부 (端部) 가 거칠어져 칩의 품질이 저하하는 경우가 있다.
그래서, 레이저 가공된 웨이퍼 (1) 를 검사하여, 개질층 (3a) 이 웨이퍼 (1) 의 내부에 예정대로 형성되어 있는지 여부를 확인하는 것이 생각된다. 단, 형성되는 개질층 (3a) 이 웨이퍼 (1) 의 외부로부터 시인할 수 없다. 그래서, 개질층 (3a) 이 형성되었을 때에 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 측에 미소한 요철 형상이 나타나는 것을 이용한다.
즉, 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 광을 조사하여 반사광을 촬상해 촬상 화상을 형성하고, 그 촬상 화상에 기초하여 개질층의 형성 상태를 판정한다. 그 반사광이 비치는 화상에는, 요철 형상이 강조되어 비친다. 이 현상은 마경으로 불리고 있고, 이 마경을 이용하여 개질층 (3a) 의 형성 상태를 판정한다.
여기서, 개질층 (3a) 의 형성 상태를 고정밀도로 검출하기 위해서는, 요철 형상이 선명히 반영된 반사광의 촬상 화상이 얻어질 필요가 있다. 그러나, 반사광의 촬상 화상의 콘트라스트는 낮아지기 쉬운 경향이 있으므로, 그 촬상 화상에 기초하여 개질층 (3a) 의 형성 상태를 정밀하게 판정하는 것은 용이하지 않다.
그래서, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 장치는, 고콘트라스트로 선명한 반사광의 촬상 화상을 취득하여 웨이퍼 (1) 의 내부의 개질층 (3a) 의 형성 상태를 정밀하게 판정할 수 있도록, 이하에 설명하는 바와 같이 구성된다. 다음으로, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 장치에 대해 설명한다. 도 3 은, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 장치 (8) 를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
웨이퍼 검사 장치 (8) 는, 각 구성 요소를 지지하는 기대 (10) 를 구비한다. 기대 (10) 의 상면에는, 웨이퍼 (1) 를 유지하는 유지 테이블 (34) 을 X 축 방향으로 이동시키는 X 축 방향 이동 유닛 (12) 과, 유지 테이블 (34) 을 X 축 방향에 직교하는 Y 축 방향으로 이동시키는 Y 축 방향 이동 유닛 (22) 이 형성되어 있다.
X 축 방향 이동 유닛 (12) 은, X 축 방향을 따른 1 쌍의 X 축 가이드 레일 (14) 을 기대 (10) 의 상면에 구비한다. 1 쌍의 X 축 가이드 레일 (14) 에는, X 축 이동 테이블 (16) 이 슬라이드 가능하게 장착된다. X 축 이동 테이블 (16) 의 이면 측에는 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부에는 X 축 가이드 레일 (14) 에 대해 대체로 평행한 X 축 볼 나사 (18) 이 나사 결합되어 있다.
X 축 볼 나사 (18) 의 일단부에는, X 축 펄스 모터 (20) 가 연결되어 있다. X 축 펄스 모터 (20) 에 의해 X 축 볼 나사 (18) 를 회전시킴으로써, X 축 이동 테이블 (16) 이 X 축 가이드 레일 (14) 을 따라 X 축 방향으로 이동한다.
Y 축 방향 이동 유닛 (22) 은, Y 축 방향을 따른 1 쌍의 Y 축 가이드 레일 (24) 을 X 축 이동 테이블 (16) 의 상면에 구비한다. 1 쌍의 Y 축 가이드 레일 (24) 에는, Y 축 이동 테이블 (26) 이 슬라이드 가능하게 장착된다. Y 축 이동 테이블 (26) 의 이면 측에는 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부에는 Y 축 가이드 레일 (24) 에 대해 대체로 평행한 Y 축 볼 나사 (28) 가 나사 결합되어 있다.
Y 축 볼 나사 (28) 의 일단부에는, Y 축 펄스 모터 (30) 가 연결되어 있다. Y 축 펄스 모터 (30) 에 의해 Y 축 볼 나사 (28) 를 회전시킴으로써, Y 축 이동 테이블 (26) 이 Y 축 가이드 레일 (24) 을 따라 Y 축 방향으로 이동한다. Y 축 이동 테이블 (26) 의 상면에는, X 축 방향 이동 유닛 (12) 및 Y 축 방향 이동 유닛 (22) 을 덮는 커버 (32) 와, 웨이퍼 (1) 를 유지하는 유지 테이블 (34) 이 형성되어 있다.
유지 테이블 (34) 의 주위에는, 프레임 유닛 (11) 의 프레임 (7) 을 파지하는 복수의 클램프 (34b) 가 형성된다. 유지 테이블 (34) 은, 상면 (34a) 에 노출되는 다공질 부재와, 그 다공질 부재에 일단이 접속된 흡인로와, 그 흡인로의 타단에 접속된 흡인원을 구비한다. 그 흡인원을 작동시키면, 유지 테이블 (34) 에 실린 웨이퍼 (1) 가 흡인 유지된다.
유지 테이블 (34) 의 상방에는, 유지 테이블 (34) 에서 흡인 유지된 웨이퍼 (1) 를 촬상하는 촬상 유닛 (38) 이 형성된다. 촬상 유닛 (38) 은, 기대 (10) 의 후방 상면으로부터 상방으로 신장된 기둥부와, 그 기둥부의 상단으로부터 유지 테이블 (34) 의 상방으로 신장된 아암부를 구비하는 지지부 (36) 에 의해 지지된다. 지지부 (36) 상에는, 예를 들어, 각종 정보를 표시할 수 있는 액정 디스플레이 등의 표시 유닛 (40) 이 형성되어도 된다.
도 4 는, 웨이퍼 검사 장치 (8) 의 광학계를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 그 광학계는, 예를 들어, 지지부 (36) 에 수용된다. 웨이퍼 검사 장치 (8) 는, 유지 테이블 (34) 에 유지된 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 측에 조사되는 광을 발하는 점광원 (56) 과, 그 점광원 (56) 으로부터 발해지고 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 조사된 그 광의 반사광을 촬상하는 촬상 유닛 (38) 을 구비한다.
촬상 유닛 (38) 은, 유지 테이블 (34) 에 유지된 웨이퍼 (1) 에 대면하는 결상 렌즈 (42) 와, 그 결상 렌즈 (42) 의 결상점 (46) 에 위치된 스플리터 (44) 와, 그 스플리터 (44) 에 의해 분기된 제 1 광로 (50) 상에 배치 형성된 카메라 (48) 를 포함한다. 카메라 (48) 는, CCD 센서 또는 CMOS 센서 등의 이미지 센서를 구비하고, 카메라 (48) 에 도달한 광을 촬상하여 촬상 화상을 형성할 수 있다.
스플리터 (44) 에서 분기되는 제 2 광로 (62) 에는, 점광원 (56) 이 배치 형성되어 있다. 점광원 (56) 은, 예를 들어, 일단에 광원 (52) 이 접속된 광 파이버 (54) 의 타단 측으로 구성되고, 광원 (52) 으로부터 발해지고 광 파이버 (54) 를 진행한 광이 제 2 광로 (62) 를 향할 때의 출발점이 된다. 또한, 광원 (52) 은, 예를 들어, 레이저를 발진하는 레이저 발진기이며, 그 점광원 (56) 은, 그 광으로서 레이저 빔을 발한다. 단, 광원 (52) 은 이것에 한정되지 않고, 광원 (52) 은, LED 등이어도 된다.
제 2 광로 (62) 에는, 점광원 (56) 으로부터 발해진 광 (64) 을 평행광으로 생성하는 콜리메이트 렌즈 (58) 와, 그 콜리메이트 렌즈 (58) 에 의해 생성된 그 평행광을 스플리터 (44) 에 집광하는 집광 렌즈 (60) 가 배치 형성되어 있다. 집광 렌즈 (60) 의 집광점은, 결상 렌즈 (42) 의 스플리터 (44) 에 위치된 결상점 (46) 과 일치한다. 또한, 도 4 에서는, 점광원 (56) 으로부터 발해진 광 (64) 의 확산이 강조되어 그려져 있다.
내부에 개질층 (3a) 이 형성된 웨이퍼 (1) 를 웨이퍼 검사 장치 (8) 로 검사할 때에는, 먼저, 유지 테이블 (34) 에서 웨이퍼 (1) 를 유지한다. 이때, 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 측이 상방으로 노출된다. 그리고, 웨이퍼 (1) 의 관찰하고 싶은 영역을 결상 렌즈 (42) 의 하방에 위치시킨다. 또한, 도 4 에서는, 시트 (9) 및 프레임 (7) 등이 생략되어 있다.
다음으로, 광원 (52) 을 작동시키면, 점광원 (56) 으로부터 발해진 광 (64) 이 제 2 광로 (62) 를 진행한다. 즉, 광 (64) 이 콜리메이트 렌즈 (58) 로 나아가고, 그 콜리메이트 렌즈 (58) 에서 평행광으로 생성된다. 그 후, 광 (64) 이 집광 렌즈 (60) 로 나아가 스플리터 (44) 에서 집광되고, 스플리터 (44) 에서 반사되어 결상 렌즈 (42) 로 진행한다. 결상 렌즈 (42) 에서 다시 평행광으로 생성된 광 (64) 은 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 측에 조사되고, 웨이퍼 (1) 에서 반사된다.
광 (64) 의 반사광 (66) 은, 결상 렌즈 (42) 로 진행하고, 스플리터 (44) 에 위치된 결상점 (46) 에 집광된다. 그 후, 반사광 (66) 은 제 1 광로 (50) 를 진행하여 카메라 (48) 에 도달한다. 카메라 (48) 는, 도달한 반사광 (66) 을 촬상하여 촬상 화상을 형성한다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 유지 테이블 (34) 에서 유지된 웨이퍼 (1) 와, 촬상 유닛 (38) 을 X 축 방향 및 Y 축 방향을 따라 이동시키면서, 분할 예정 라인 (3) 을 따라 광 (64) 을 조사하여 반사광 (66) 을 카메라 (48) 로 촬상하면, 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 의 전역을 검사할 수 있다.
웨이퍼 (1) 의 내부에 개질층 (3a) 이 형성되면, 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에는 개질층 (3a) 의 형성 상태를 반영한 미소한 요철 형상이 나타난다. 그리고, 요철 형상이 나타난 영역에서는 광 (64) 이 산란되기 때문에, 반사광 (66) 을 촬상한 촬상 화상에서는 요철 형상이 생긴 위치가 밝게 비친다. 이 현상은 마경으로 불린다.
도 6 은, 촬상 화상 (13) 의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 촬상 화상 (13) 에는, 개질층 (3a) 의 형성 상태를 반영한 밝은 선 (15) 이 비친다. 그 때문에, 촬상 화상 (13) 에 기초하여 웨이퍼 (1) 의 내부의 개질층 (3a) 의 형성 상태를 판정할 수 있다. 예를 들어, 촬상 화상 (13) 에 비치는 밝은 선 (15) 에 결손이 있는 경우, 결손이 확인된 영역에 있어서 개질층 (3a) 이 적절히 형성되어 있지 않은 것이 확인된다.
여기서, 점광원 (56) 대신에 특정한 크기를 갖는 선상 또는 면상 등의 광원을 웨이퍼 검사 장치 (8) 에 형성한 경우, 그 광원의 중앙에서 발해진 광 (64) 과, 단부에서 발해진 주변광의 진로의 차에 의해 촬상 화상 (13) 에 흐릿함이 발생한다. 이것은, 최종적으로 광 (64) 과 함께 주변광이 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 입사할 때에, 그 주변광이 그 요철 형상에 의해 예정되어 있지 않은 방향으로부터 입사하고, 그 결과, 그 주변광이 예정되어 있지 않은 방향으로 반사되기 때문이다.
그래서, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 장치 (8) 에서는, 촬상 화상 (13) 에 흐릿함을 생기게 하는 주변광을 생기지 않게 하기 위해, 점광원 (56) 을 형성하는 광 파이버 (54) 는 20 ㎛ 이하의 직경이 되면 된다. 또, 광원 (52) 에 레이저 발진기를 사용하는 경우, 그 레이저 발진기는, 예를 들어, 파장이 600 nm ~ 700 nm 의 범위에 있는 레이저를 발진하는 기능을 가지면 된다. 레이저 빔은 단색이고 직경이 작고 매우 직진성이 좋기 때문에, 광 (64) 을 레이저 빔으로 하면 얻어지는 촬상 화상 (13) 이 선명해져 콘트라스트가 상승한다.
또한, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 장치 (8) 에서는, 광 (64) 을 집광 렌즈 (60) 로 스플리터 (44) 에 집광시킴과 함께, 반사광 (66) 을 결상 렌즈 (42) 로 스플리터 (44) 에 집광시킨다. 그 때문에, 스플리터 (44) 에 입사하는 광을 스플리터 (44) 에 집광시키지 않는 경우와 비교해, 스플리터 (44) 에 있어서의 광의 산란이 억제된다. 그 때문에, 촬상 화상 (13) 이 보다 한층 선명해지고, 콘트라스트도 상승한다.
도 8 은, 스플리터 (44) 에 집광되는 반사광 (66) 의 진로를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 반사광 (66) 은, 스플리터 (44) 의 결상 렌즈 (42) 측의 계면 (44a) 으로부터 스플리터 (44) 에 입사하고, 스플리터 (44) 의 내부에서 집광되고, 스플리터 (44) 의 카메라 (48) 측의 계면 (44b) 으로부터 그 스플리터 (44) 의 외부로 진행한다. 이때, 계면 (44a) 및 계면 (44b) 에서는, 반사광 (66) 의 일부가 반사된다.
도 8 에는, 반사광 (66) 의 외연을 나아가는 광 (66a) 및 광 (66b) 의 진로가 나타나 있다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 계면 (44b) 에서는 광 (66a) 및 광 (66b) 의 일부가 반사되고, 또한, 반사광 (68a, 68b) 이 계면 (44a) 에서 반사된다. 반사광 (68a, 68b) 이 카메라 (48) 에 도달하여 광 (66a, 66b) 과 동시에 촬상 화상 (13) 에 비치면, 촬상 화상 (13) 이 불선명해진다.
그러나, 스플리터 (44) 의 내부에 결상 렌즈 (42) 의 결상점 (46) 이 위치되어 있으면, 계면 (44b) 에 있어서의 광 (66a, 66b) 의 입사각 및 반사각과, 계면 (44a) 에 있어서의 반사광 (68a, 68b) 의 입사각 및 반사각이 비교적 커진다. 그 때문에, 반사광 (68a, 68b) 은 카메라 (48) 로부터 크게 멀어지도록 진행하기 때문에, 카메라 (48) 에 도달하기 어렵다.
이에 대하여, 스플리터 (44) 에 결상 렌즈 (42) 의 결상점 (46) 이 위치되어 있지 않은 경우, 계면 (44a, 44b) 에 있어서의 광의 입사각 및 반사각이 작아진다. 이 경우, 계면 (44a, 44b) 에서 반사된 광이 카메라 (48) 에 도달하기 쉬워져, 촬상 화상 (13) 을 불선명하게 하는 요인이 된다.
따라서, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 장치 (8) 를 사용하여 얻어지는 촬상 화상 (13) 은 고콘트라스트 또한 고정세이며, 그 촬상 화상 (13) 에 기초하면 웨이퍼 (1) 의 내부의 개질층 (3a) 의 형성 상태에 대해 보다 상세하게 해석하여, 보다 상세한 정보를 얻을 수 있다.
다음으로, 이상에 설명한 웨이퍼 검사 장치 (8) 를 사용하여 웨이퍼 (1) 를 검사하는 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 방법에 대해 설명한다. 도 7 은, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 방법의 각 스텝의 흐름을 설명하는 플로우 차트이다. 그 웨이퍼 검사 방법은, 도 3 등에 모식적으로 나타내는 웨이퍼 검사 장치 (8) 에서 실시된다. 이하, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 방법으로 검사되는 웨이퍼 (1) 와, 각 스텝에 대해 설명한다.
그 검사 방법으로 검사되는 웨이퍼 (1) 는, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 서로 교차하는 복수의 분할 예정 라인 (3) 이 표면 (1a) 에 설정되고, 그 표면 (1a) 의 그 분할 예정 라인 (3) 에 의해 구획된 각 영역에 디바이스 (5) 가 형성된 웨이퍼 (1) 이다. 그리고, 도 2(A) 및 도 2(B) 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (1) 에는, 집광점 (4b) 을 웨이퍼 (1) 의 내부에 위치시킨 상태에서 웨이퍼 (1) 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔 (6) 이 조사됨으로써 복수의 분할 예정 라인 (3) 을 따라 개질층 (3a) 이 형성되어 있다.
그 검사 방법에서는, 먼저, 웨이퍼 (1) 의 표면 (1a) 을 유지 테이블 (34) 을 향하게 하고, 이면 (1b) 측을 상방으로 노출시킨 상태에서 웨이퍼 (1) 를 유지 테이블 (34) 에서 유지하는 유지 스텝 S10 을 실시한다.
다음으로, 도 4 등에 나타내는 바와 같이, 점광원 (56) 으로부터 발해진 광 (64) 을 콜리메이트 렌즈 (58) 와, 집광 렌즈 (60) 와, 스플리터 (44) 와, 결상 렌즈 (42) 를 거쳐 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 조사하는 조사 스텝 S20 을 실시한다. 광 (64) 은, 예를 들어, 파장 600 nm ~ 700 nm 의 레이저 빔으로 하면 된다. 단, 광 (64) 은 레이저 빔으로 한정되지 않는다. 특히 광 (64) 이 레이저 빔인 경우에 그 광 (64) 의 직진성은 매우 좋지만, 도 4 에서는, 설명의 편의를 위해서 점광원 (56) 으로부터 나온 광 (64) 의 확산이 강조되어 그려져 있다.
점광원 (56) 으로부터 발해진 광 (64) 은, 먼저, 콜리메이트 렌즈 (58) 로 나아가고, 평행광으로 생성된다. 그리고, 평행광으로 생성된 광 (64) 은 집광 렌즈 (60) 에 의해 스플리터 (44) 에 집광되고, 결상 렌즈 (42) 를 향하여 반사된다. 그리고, 결상 렌즈 (42) 의 결상점 (46) 이 스플리터 (44) 에 위치되어 있기 때문에, 광 (64) 은 결상 렌즈 (42) 에서 다시 평행광으로 생성되어 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 조사된다.
다음으로, 조사 스텝 S20 에서 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 조사되어 그 이면 (1b) 에서 반사되고, 결상 렌즈 (42) 와, 스플리터 (44) 를 거쳐 카메라 (48) 에 도달한 광 (64) 의 반사광 (66) 을 촬상하여 촬상 화상 (13) 을 형성하는 촬상 스텝 S30 을 실시한다. 즉, 광 (64) 이 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에서 반사된 반사광 (66) 은, 결상 렌즈 (42) 에 의해 스플리터 (44) 에 집광된다. 그리고, 반사광 (66) 의 일부의 성분이 제 1 광로 (50) 를 진행하여 카메라 (48) 에 도달하고, 카메라 (48) 의 이미지 센서에 수광된다.
다음으로, 촬상 스텝 S30 에서 얻어진 촬상 화상 (13) 으로부터 웨이퍼 (1) 의 내부에 형성된 개질층 (3a) 의 형성 상태를 판정하는 판정 스텝 S40 을 실시한다. 도 6 은, 촬상 화상 (13) 의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 촬상 화상 (13) 에는, 마경 현상에 의해 밝은 선 (15) 이 비친다. 밝은 선 (15) 은, 웨이퍼 (1) 의 내부에 개질층 (3a) 이 형성된 것에 의해 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 나타난 요철 형상으로 광 (64) 이 반사된 것에서 기인하여 촬상 화상 (13) 에 나타나고 있고, 개질층 (3a) 의 형성 상태가 반영되어 촬상 화상 (13) 에 비친다.
예를 들어, 한 번에 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 의 전역에 광 (64) 을 조사할 수 없는 경우, 조사 스텝 S20 및 촬상 스텝 S30 을 실시한 후, 웨이퍼 (1) 및 촬상 유닛 (38) 을 상대적으로 이동시키면서 조사 스텝 S20 및 촬상 스텝 S30 을 반복하면 된다. 그리고, 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 의 전역에 걸쳐서 촬상 화상 (13) 이 얻어졌을 때, 판정 스텝 S40 을 실시하여, 웨이퍼 (1) 의 전체 영역에 있어서의 개질층 (3a) 의 형성 상태를 실시하면 된다.
특히, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 검사 방법에서는, 광 (64) 은, 점광원 (56) 으로부터 발해진 광이기 때문에, 웨이퍼 (1) 의 이면 (1b) 에 조사될 때에 광 (64) 의 진행 방향으로부터 벗어난 방향으로 나아가는 주변광의 성분을 갖지 않다. 그 때문에, 촬상 화상 (13) 이 고콘트라스트가 되고, 그 촬상 화상 (13) 에 밝은 선 (15) 이 고정세하게 비치기 때문에, 촬상 화상 (13) 에 기초하여 개질층 (3a) 의 형성 상태를 보다 상세하고 또한 정밀하게 판정 가능해진다.
예를 들어, 촬상 화상 (13) 에 있어서, 밝은 선 (15) 이 중단되어 있는 경우, 밝은 선 (15) 이 중단된 지점에 상당하는 위치에서 웨이퍼 (1) 의 내부에 개질층 (3a) 이 형성되어 있지 않다고 판정된다. 또, 밝은 선 (15) 에 크게 사행이 발생하고 있는 경우, 개질층 (3a) 도 사행하고 있는 것이 시사된다. 또한, 밝은 선 (15) 의 굵기나 색 등으로부터 개질층 (3a) 의 크기나 형성 깊이 등을 판정할 수도 있다.
그 때문에, 웨이퍼 (1) 의 내부에 개질층 (3a) 이 충분히 형성되어 있지 않다고 판정되는 경우에, 그 웨이퍼 (1) 에 충분한 개질층 (3a) 이 형성되도록 재차 레이저 가공을 실시하거나, 새로운 웨이퍼 (1) 를 레이저 가공할 때의 가공 조건을 개량하거나 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태의 기재로 한정되지 않고, 여러 가지 변경하여 실시 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 유지 테이블 (34) 을 이동시킴으로써 웨이퍼 (1) 와, 촬상 유닛 (38) 을 상대적으로 이동시켰지만 본 발명의 일 양태는 이것으로 한정되지 않는다. 즉, 촬상 유닛 (38) 이 X 축 방향 및 Y 축 방향의 일방 또는 양방을 따라 이동 가능해도 된다.
상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
1 : 웨이퍼
1a : 표면
1b : 이면
3 : 분할 예정 라인
3a : 개질층
5 : 디바이스
7 : 프레임
9 : 시트
11 : 프레임 유닛
13 : 촬상 화상
15 : 선
2 : 레이저 가공 장치
4 : 레이저 가공 유닛
4a : 가공 헤드
4b : 집광점
6 : 레이저 빔
8 : 웨이퍼 검사 장치
10 : 기대
12, 22 : 이동 유닛
14, 24 : 가이드 레일
16, 26 : 이동 테이블
18, 28 : 볼 나사
20, 30 : 펄스 모터
32 : 커버
34 : 유지 테이블
34a : 상면
34b : 클램프
36 : 지지부
38 : 촬상 유닛
40 : 표시 유닛
42 : 결상 렌즈
44 : 스플리터
44a, 44b : 계면
46 : 결상점
48 : 카메라
50, 62 : 광로
52 : 광원
54 : 광 파이버
56 : 점광원
58 : 콜리메이트 렌즈
60 : 집광 렌즈
64 : 광
66, 68a, 68b : 반사광
66a, 66b : 광

Claims (4)

  1. 내부에 개질층이 형성된 웨이퍼를 검사하는 웨이퍼 검사 장치로서,
    이면 측을 상방으로 노출시킨 상태에서 그 웨이퍼를 유지할 수 있는 유지 테이블과,
    그 유지 테이블에 유지된 그 웨이퍼의 그 이면 측에 조사되는 광을 발하는 점광원과,
    그 점광원으로부터 발해지고 그 웨이퍼의 그 이면에 조사된 그 광의 반사광을 촬상하는 촬상 유닛을 구비하고,
    그 촬상 유닛은, 그 유지 테이블에 유지된 웨이퍼에 대면하는 결상 렌즈와, 그 결상 렌즈의 결상점에 위치된 스플리터와, 그 스플리터에 의해 분기된 제 1 광로 상에 배치 형성된 카메라를 포함하고,
    그 점광원은, 그 스플리터에 의해 분기된 제 2 광로 상에 배치 형성되고,
    그 제 2 광로에는, 그 점광원으로부터 발해진 광을 평행광으로 생성하는 콜리메이트 렌즈와, 그 콜리메이트 렌즈에 의해 생성된 그 평행광을 그 스플리터에 집광하는 집광 렌즈가 배치 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 유지 테이블과, 그 촬상 유닛을 상대적으로 이동시키는 이동 유닛을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    그 점광원이 발하는 그 광은, 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 장치.
  4. 서로 교차하는 복수의 분할 예정 라인이 표면에 설정되고, 그 표면의 그 분할 예정 라인에 의해 구획된 각 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼에, 집광점을 그 웨이퍼의 내부에 위치시키고 그 웨이퍼에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사함으로써 복수의 그 분할 예정 라인을 따라 개질층이 형성된 그 웨이퍼를 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 웨이퍼 검사 장치로 검사하는 웨이퍼 검사 방법으로서,
    그 웨이퍼의 그 표면을 그 유지 테이블을 향하게 하고, 그 이면 측을 상방으로 노출시킨 상태에서 그 웨이퍼를 그 유지 테이블에서 유지하는 유지 스텝과,
    그 점광원으로부터 발해진 그 광을 그 콜리메이트 렌즈와, 그 집광 렌즈와, 그 스플리터와, 그 결상 렌즈를 거쳐 그 웨이퍼의 그 이면에 조사하는 조사 스텝과,
    그 조사 스텝에서 그 웨이퍼의 그 이면에 조사되어 그 이면에서 반사되고, 그 결상 렌즈와, 그 스플리터를 거쳐 그 카메라에 도달한 그 광의 그 반사광을 촬상하여 촬상 화상을 형성하는 촬상 스텝과,
    그 촬상 스텝에서 얻어진 그 촬상 화상으로부터 그 웨이퍼의 내부에 형성된 그 개질층의 형성 상태를 판정하는 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
KR1020210055147A 2020-05-28 2021-04-28 웨이퍼 검사 장치, 및 웨이퍼 검사 방법 KR20210147883A (ko)

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