JP2022186971A - ウェーハの位置決め装置及びそれを用いた面取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス、樹脂、シリコンで貼り合わせ処理やモールド処理されたウェーハであっても、確実にエッジ部を検出可能なウェーハの位置決め装置及びそれを用いた面取り装置を得る。【解決手段】外周エッジを検出してウェーハＷの中心を検出するウェーハの位置決め装置において、ウェーハＷを載置してウェーハＷを保持しながら回転可能とされた測定テーブル６６と、載置されたウェーハＷの外周エッジ近傍に測定テーブル６６と所定の間隔を保持して設置され、ウェーハＷの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサ１と、を備え、光学センサ１の受光角度は、ウェーハＷの水平面に対して斜面となる面では検出感度が小さくなるように狭められている。【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス、樹脂、シリコンで貼り合わせ処理やモールド処理されたウェーハの位置決め装置及びそれを用いた面取り装置に関する。

近年、ガラス、樹脂、シリコンで貼り合わせ処理やモールド処理されたウェーハが提案されており、例えば、基板の絶縁性・透明性などからプロジェクター、高周波デバイス、ＭＥＭＳ応用製品、など様々な応用が期待されている。また、ウェーハの外周縁部には、その結晶方位が後の工程で分かるようにするための目印として、所定の位置にオリフラ（オリエンテーションフラット（ＯＦ））またはノッチと言われる切欠きが設けられている。

したがって、このような構成のウェーハを、さらなる加工を行う面取り装置や検査を行う検査機等の各種装置に投入する場合には、上記オリフラを基準として、ウェーハの位置決めを行う必要がある。特に、ウェーハの品質向上の要求から、ウェーハ端面（エッジ部）の加工状態が重要視され、ハンドリングによるチッピングを防止するため、縁部を研削することで面取り加工が行われている。

ウェーハの位置決めを行う技術として、円板状のウェーハの外周縁部に設けられたオリフラやノッチ等の位置決め基準部を光学的に検出して、この位置決め基準部を基準としてウェーハの位置決めを行うため、ウェーハのセンタリング後、このウェーハを回転させながら、ラインセンサによりウェーハの外周縁部を光学的に測定することが知られ、特許文献１に記載されている。

また、上下に積層される半導体ウェーハの位置合わせを行う場合、赤外線カメラ等の撮像手段によって、撮像手段から見て手前側に配置された半導体ウェーハの表面上に形成されたアライメントマークを撮像することが知られ、特許文献２に記載されている。

特開２０１１－１８１８４９号公報 特開２０１５－１８８０４２号公報

しかしながら、上記従来技術においては、積層された状態のウェーハの外形を検出する際、ウェーハ全体の最大外形が検出され、貼り合わせ面に対応する外形を正しく検出することは困難であった。特に、光学的な検出では、被写界深度が有限なことにより焦点位置以外の部分はピンぼけになったり、光源の広がりにより影の境界がぼやけたり、対象物の丸い角で陰影ができたり、エッジ近辺での局所的な反射により歪んだり、することより、実際の画像から得られるエッジは理想のエッジとは程遠く、安定した測定が困難であった。

特に、ガラスとシリコンとを貼り合わせたウェーハで、シリコンを基準としてアライメントを行う場合、通常のライン型センサ、画像ではガラス部の透明性、ごみや重なり方、気泡、うねり、汚れ等の問題で位置決めが極めて困難であった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ガラス、樹脂、シリコンで貼り合わせ処理やモールド処理されたウェーハであっても、汎用的な面取り装置に簡単に組み込むことができると共に、確実にエッジ部を検出可能なウェーハの位置決め装置及びそれを用いた面取り装置を得ることにある。

上記目的を達成するための本発明の構成は、以下のとおりである。
［１］ サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハのうちサイズの小さい方のウェーハである上記小径ウェーハの外周エッジを検出してウェーハの中心を検出するウェーハの位置決め装置において、上記積層ウェーハを載置して上記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、載置された上記積層ウェーハのうち上記小径ウェーハの外周エッジ近傍に上記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、上記小径ウェーハと上記大径ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、を備え、上記光学センサの受光角度が狭められ、上記小径ウェーハの水平面に対して、斜面となる面からの反射光を受光しないようにされたことを特徴とするウェーハの位置決め装置。
［２］ 上記受光角度が２枚の上記ウェーハの境界部分のエッジの形状により決定される、［１］に記載の位置決め装置。
［３］ 上記反射光により、上記積層ウェーハの面幅のみが検出される、［１］又は［２］に記載の位置決め装置。
［４］ サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハのうちサイズの小さい方のウェーハである上記小径ウェーハの外周エッジを検出してウェーハの中心を検出するウェーハの位置決め装置において、上記積層ウェーハを載置して上記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、載置された上記積層ウェーハのうち上記小径ウェーハの外周エッジ近傍に上記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、上記小径ウェーハと上記大径ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、を備え、上記光学センサの受光角度は、上記小径ウェーハの水平面に対して斜面となる面では検出感度が小さくなるように狭められて、上記小径ウェーハの水平面から外周エッジ、そして上記大径ウェーハの水平面まで上記光学センサで測定し、上記積層ウェーハは、ガラス、樹脂、シリコンのうちの少なくともいずれかを用いて貼り合わせ処理されたウェーハであり、上記受光角度は、上記小径ウェーハにおける斜面部の水平面に対する角度の１／１０以下とされたことを特徴とするウェーハの位置決め装置。
［５］ サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハ端面を研削して面取り加工する面取り装置において、上記積層ウェーハを載置して上記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、載置された上記積層ウェーハの外周エッジ近傍に上記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、上記積層ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、を備え、上記光学センサの受光角度が狭められ、上記小径ウェーハの水平面に対して、斜面となる面からの反射光を受光しないようにされた面取り装置。
［６］ 上記受光角度が２枚の上記ウェーハの境界部分のエッジの形状により決定される、［５］に記載の面取り装置。
［７］ 上記反射光により、上記積層ウェーハの面幅のみが検出される、［５］又は［６］に記載の面と売り装置。

本発明の他の構成は、サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハのうちサイズの小さい方のウェーハである前記小径ウェーハの外周エッジを検出してウェーハの中心を検出するウェーハの位置決め装置において、前記積層ウェーハを載置して前記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、載置された前記積層ウェーハのうち前記小径ウェーハの外周エッジ近傍に前記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、前記小径ウェーハと前記大径ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、を備え、前記光学センサの受光角度は、前記小径ウェーハの水平面に対して斜面となる面では検出感度が小さくなるように狭められて、前記小径ウェーハの水平面から外周エッジ、そして前記大径ウェーハの水平面まで前記光学センサで測定するものである。

また、上記において、前記受光角度を０°～４°とすることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記積層ウェーハは、ガラス、樹脂、シリコンのうちの少なくともいずれかを用いて貼り合わせ処理されたウェーハであり、前記受光角度は、前記小径ウェーハにおける斜面部の水平面に対する角度の１／１０以下とされたことが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記受光角度は、前記小径ウェーハの水平面に対して受光し、斜面となる面では受光されないように狭められたことが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記受光角度を０°～２°としたことが望ましい。

また、本発明は、サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハ端面を研削して面取り加工する面取り装置において、前記積層ウェーハを載置して前記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、載置された前記積層ウェーハの外周エッジ近傍に前記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、前記積層ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、
を備え、前記光学センサの受光角度は、前記小径ウェーハの水平面に対して斜面となる面では検出感度が小さくなるように狭められて、前記小径ウェーハの水平面から外周エッジ、そして前記大径ウェーハの水平面まで前記光学センサで測定することによって前記小径ウェーハの外周エッジを検出して前記小径ウェーハの中心を検出するものである。

さらに、上記のものにおいて、前記積層ウェーハは、シリコンと、ガラス及び樹脂のうち少なくともいずれかを用いて貼り合わせ処理されたウェーハであり、画像素子が一列に並んで配置された反射型ラインセンサとされた前記光学センサにより、前記シリコンの内周部のエッジ位置を検出し、検出された前記エッジ位置より前記積層ウェーハの中心位置を求め、面取り工程の際に、前記積層ウェーハを載置するウェーハテーブルの回転軸と前記中心位置とが一致するように載置することが望ましい。

本発明によれば、ガラス、樹脂、シリコンで貼り合わせ処理やモールド処理されたウェーハであっても、確実にエッジ部を検出可能なウェーハの位置決め装置及びそれを用いた面取り装置を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る面取り装置の主要部を示す正面図 一実施形態における面取り装置の主要部を示す平面図 一実施形態におけるウェーハのエッジ内周部の検出を示す側面図 本発明の一実施形態に係る面取り加工部の構成を示す平面図 従来の反射型ラインセンサによる外周エッジの検出を示す説明図 一実施形態における平面の測定を示す説明図 一実施形態におけるエッジ部（斜面）の測定を示す説明図 一実施形態及び従来におけるウェーハＷ高さの測定結果を比較して示すグラフ

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る面取り装置の主要部を示す正面図である。面取り装置１０は、ウェーハ送りユニット２０、砥石回転ユニット５０、図示しないウェーハ供給／収納部、ウェーハ洗浄／乾燥部、ウェーハ搬送手段、及び面取り装置各部の動作を制御するコントローラ等から構成されている。

一方、ウェーハの品質向上の要求が強く、ウェーハ端面（エッジ部）の加工状態が重要とされる。ハンドリングによるチッピングを防止するため、縁部を研削することで面取り加工が行われ、研磨による面取り加工が行われている。つまり、製造工程において、ウェーハ製造からデバイス製造に至るまで、エッジ特性の品質改善は必要不可欠なプロセスとなっている。

面取り加工を行うには、ウェーハＷの位置情報が必要とされ、ウェーハＷを面取り加工前に、装置上に正確に配置する必要がある。研磨工程の前段階工程として、ウェーハの中心点の位置とウェーハＷのＯＦの位置とを所定位置に正確に検出して、ウェーハテーブル３４に載置しなければならない。さらに、通常の研削ではレジン砥石の回転軸に対してウェーハＷの主面が垂直となる状態で面取り部を研削するが、レジン砥石を傾けてウェーハＷの面取り部を研削する、いわゆるヘリカル研削を行うことが知られている。

図１において、ウェーハ送りユニット２０は、本体ベース１１上に載置されたＸ軸ベース２１、２本のＸ軸ガイドレール２２、２２、４個のＸ軸リニアガイド２３、２３、… 、ボールスクリュー及びステッピングモータから成るＸ軸駆動機構２５によって図のＸ方向に移動されるＸテーブル２４を有している。

Ｘテーブル２４には、２本のＹ軸ガイドレール２６、２６、４個のＹ軸リニアガイド２７、２７、… 、図示しないボールスクリュー及びステッピングモータから成るＹ軸駆動機構によって図のＹ方向に移動されるＹテーブル２８が組み込まれている。

Ｙテーブル２８には、２本のＺ軸ガイドレール２９、２９と図示しない４個のＺ軸リニアガイドによって案内され、ボールスクリュー及びステッピングモータから成るＺ軸駆動機構３０によって図のＺ方向に移動されるＺテーブル３１が組み込まれている。

Ｚテーブル３１には、モータ３２、θスピンドル３３が組み込まれ、θスピンドル３３にはウェーハＷ（板状の被加工材）を吸着載置するウェーハテーブル３４が取り付けられている。そして、ウェーハテーブル３４はウェーハテーブル回転軸心ＣＷを中心として図のθ方向に回転される。

また、ウェーハテーブル３４の下部には、ウェーハＷの周縁を仕上げ面取りする砥石のツルーイングに用いるツルーイング砥石４１（以下ツルアー４１と称する）が、ウェーハテーブル回転軸心ＣＷと同芯に取り付けられている。

このウェーハ送りユニット２０によって、ウェーハＷ及びツルアー４１は図のθ方向に回転されると共に、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向に移動される。

砥石回転ユニット５０は、外周粗研削砥石５２が取り付けられ、図示しない外周砥石モータによって軸心を中心に回転駆動される外周砥石スピンドル５１、上方に配置されたターンテーブル５３に取り付けられた上外周精研スピンドル５４及び上外周精研モータ５６を有している。同じくターンテーブル５３に下固定枠５９（図１では、一部切り欠いて図示）を介して下外周精研スピンドル５７及び下外周精研モータ（図示せず）が設けられている。

上外周精研スピンドル５４及び下外周精研スピンドル５７は、ウェーハＷの回転軸に対して回転軸が３°～１５°、望ましくは６°～１０°傾斜させた状態でウェーハＷの外周面取りの仕上げ加工を行う。これにより、ヘリカル研削が行われ、ウェーハＷの面取り部には斜め方向に弱い研削痕が発生するものの、通常研削に比べ面取り部の表面粗さが改善される効果が得られる。
上外周精研スピンドル５４にはウェーハＷの外周を仕上げ研削する面取り用砥石である上外周精研削砥石（上研削砥石）が取り付けられ、同様に、下外周精研スピンドル５７には下外周精研削砥石（下研削砥石）が上外周精研削砥石に対してウェーハＷの厚さより小さい０.１～１ｍｍ程度の隙間を持って回転軸が略同芯となるように取り付けられる。

また、上外周精研削砥石と下外周精研削砥石とは回転方向が逆回転、つまり反対回転となるように上外周精研スピンドル５４、下外周精研スピンドル５７でそれぞれ駆動される。ウェーハＷを加工するための研削溝は、上外周精研削砥石と下外周精研削砥石とで形成される。

ウェーハ加工プロセスは、ブロック切断→オリエンテーションフラット（ＯＦ）加工→スライス→面取り→ラップ→エッチング→ドナーキラー→精面取りの順で行われ、工程間には汚れを取り除くため、各種洗浄が用いられる。ブロック切断では、インゴットの両端部（トップとテール）を切断し外周を研削して、長いものは適切な長さで切断され所定の直径を持った円柱状の「ブロック」を作る。

オリエンテーションフラット（ＯＦ）加工では、結晶方位を測定し、後の工程で方位が判るように所定の位置にオリエンテーションフラット（ＯＦ）又は「ノッチ」を刻み込む。スライスでは、ブロックからダイシングソー、ワイヤーソー、又は内周刃ブレードでウェーハ状に切り出す。直径３００ｍｍのブロックは、通常、マルチ・ワイヤーソーによって1度に最大２００枚の切断が行われる。

面取りでは、ウェーハの端面がスライシング時の鋭利なままでは、続く処理工程での搬送や位置合わせなどの取り扱い時に容易に割れたり欠けたりして、断片がウェーハ表面を傷つけたり汚染したりする。これを防ぐため、切り出されたウェーハの端面をダイヤモンドでコートされた研削砥石で面取りする。

面取り工程は、ラッピング工程の後に行われることもある。この時、ばらつきのある外周の直径を合わせ、オリエンテーションフラット（ＯＦ）の幅の長さを合わせることや、ノッチと呼ばれる微少な切り欠きの寸法を合わせることも含まれる。

図２は、面取り装置１０全体の主要部を示す平面図であり、供給回収部は、面取り加工するウェーハＷをウェーハカセット７０から供給すると共に、面取り加工されたウェーハをウェーハカセット７０に回収する。この動作は供給回収ロボット４０で行われる。ウェーハカセット７０はカセットテーブル７１にセットされ、面取り加工するウェーハＷが多数枚収納されている。供給回収ロボット４０はウェーハカセット７０からウェーハＷを１枚ずつ取り出したり、面取り加工されたウェーハＷをウェーハカセット７０に収納したり、する。

供給回収ロボット４０は３軸回転型のアーム８０を備えており、アーム８０は、その上面部に図示しない吸着パッドを備えている。アーム８０は、吸着パッドでウェーハの裏面を真空吸着してウェーハＷを保持する。すなわち、この供給回収ロボット４０のアーム８０は、ウェーハＷを保持した状態で前後、昇降移動、及び旋回することができ、この動作を組み合わせることによりウェーハＷの搬送を行う。

面取り装置１０は正面部に配置されており、ウェーハＷの外周面取りの全加工、すなわち、粗加工から仕上げ加工までを行う。面取り装置１０はウェーハ送りユニット２０、砥石回転ユニット５０から構成されている。

搬送アーム６３は、搬送時にウェーハＷを姿勢保持させながら、搬送レール６０を介して測定テーブル６６とウェーハテーブル３４の間を搬送可能とする。このために、搬送アーム６３は、ウェーハＷを吸着固定および吸着解除可能となっている。

搬送アーム６３は、各工程のテーブル上からウェーハＷをリフトアップし、また、テーブル上へウェーハＷをリフトダウン（載置）する。なお、測定テーブル６６上に載置されるウェーハＷの中心は、ウェーハＷの外周エッジが反射型ラインセンサ１による計測可能な位置範囲であれば、測定テーブル６６の回転中心から少し偏心していてもよい。

搬送レール６０は、各工程間を、例えば測定工程と面取り工程との間で、所定のテーブルへウェーハＷを搬送するために、搬送アーム６３を移動させるための敷設レールである。ウェーハテーブル３４は、面取り工程の際に、ウェーハＷを載置させるためのテーブルである。ウェーハテーブル３４は、載置されたウェーハＷを研磨可能なように、ウェーハＷを強固に保持する。このために、ウェーハテーブル３４は、ウェーハＷを吸着固定する。

また、ウェーハテーブル３４は、２次元平面上のＸ方向およびＹ方向に移動可能とされているので、ウェーハＷの偏心量および偏心方向を調整して、ウェーハＷを載置する際にウェーハＷの中心の位置をウェーハテーブル３４の回転中心に合わせることができる。これにより、ウェーハテーブル３４は、測定テーブル６６から搬送されたウェーハＷが載置される際に、検出されたウェーハＷの偏心量および偏心方向を少なくとも含む調整データに基づいて、ウェーハＷの中心の位置をウェーハテーブル３４の回転中心に合わせることができる。

面取り工程において、ウェーハＷの中心とウェーハテーブル３４の回転中心（回転軸中心）を合わせることにより、面取りの際、ウェーハＷにおける研磨量を少なくすることができる。これにより、面取り工程でのサイクルタイムの削減に繋げることもできる。

図３は、貼り合わせウェーハのエッジ内周部の検出を示す図である。上側のガラス基板に下側のシリコンが貼り合わせられたウェーハＷの中心の位置をウェーハテーブル３４の回転中心に合わせる。測定テーブル６６は、薄板円盤状に形成され、円盤状の外径はウェーハＷの外径よりも小さく形成されている。

測定テーブル６６は、回転自在に制御可能とされる。測定テーブル６６は、ウェーハＷを載置して回転する。測定テーブル６６は、回転角度を測定可能とされ、反射型ラインセンサ１によりウェーハＷの全周に至る外周エッジの位置を検出して外周エッジと回転中心との距離を求める。反射型ラインセンサ１は、ウェーハＷの半径方向に画像素子が一列に最外周から内周に向けて並んで配置されている。

図３において、反射型ラインセンサ１は、ウェーハＷの外周エッジ近傍に、設置され、ウェーハＷの略円盤状の面に対しての略垂直方向に矢印のように光を照射して照射された光の反射光を受光してウェーハＷの外周エッジを検出する。外周エッジが検出されたら測定テーブル６６の中心からの距離を演算する。演算はウェーハＷを回転させることで、ウェーハＷの全周に渡って回転角ごとの測定データが得られる。測定データには、この他にも、測定日時、測定対象のウェーハＷを特定可能な識別番号、測定テーブル６６における測定結果（測定不能や、再測定回数）などを含んでもよい。測定データに基づいて、ウェーハＷの中心位置、半径と、ウェーハＷの中心に対する測定テーブル６６の回転中心からの偏心量および偏心方向等を求める。

図４は、加工部の構成を示す平面図である。加工開始前の待機状態では、ウェーハテーブル３４に保持されるウェーハＷは、測定データから求められたウェーハＷの中心位置がウェーハテーブル３４の回転軸と一致するように載置される。このとき、ウェーハＷのＯＦ部は所定方向を向くように配置される。

外周粗研削砥石５２及び外周精研削砥石５５は、ウェーハＷからそれぞれ所定距離だけ離れた位置にある。具体的には、外周粗研削砥石５２の回転中心はウェーハＷの回転中心に対してＹ軸方向に所定距離だけ離れた位置に配置され、かつその回転中心はウェーハＷに対してＸ軸方向に所定距離だけ離れた位置に配置される。

まず始めに、アライメント動作が行われる。このアライメント動作では、ウェーハテーブル３４に保持されたウェーハＷと外周粗研削砥石５２及び外周精研削砥石５５との上下方向（Ｚ軸方向）について相対的な位置関係が調整される。

アライメント動作が完了したら、外周砥石スピンドル５１が駆動される。次に、外周粗研削砥石５２による研削（粗加工）を開始する。具体的には、Ｙ軸モータ（図示せず）が駆動され、外周砥石スピンドル５１がＹ軸方向に沿ってウェーハテーブル３４に向かって送られる。

ウェーハテーブル３４に向かって外周砥石スピンドル５１が送られると、ウェーハＷの外周が外周粗研削砥石５２に形成された外周粗研削用の研削溝に接触し、ウェーハＷの外周部が外周粗研削砥石５２により研削されて、ウェーハＷの外周面取りの粗加工が開始される。

外周粗研削砥石５２による粗加工が開始された後、ウェーハテーブル３４に保持されたウェーハＷが一定速度で矢印方向に回転を開始する。この回転角度、つまり加工点が直線部となるＯＦ部に至ると、外周砥石スピンドル５１をＹ方向、ウェーハテーブル３４に向かう送り量を多くすると共に、外周砥石スピンドル５１をＸ方向に直線移動させ直線部を加工する。その後、直線部の加工を終了すると、再び、ウェーハテーブル３４に保持された板状のウェーハＷを一定速度で矢印方向に回転させ、残りの円形部を研削して外周粗研削砥石５２による粗加工を終了する。

ガラス、樹脂、シリコンのうちの少なくともいずれかを用いて貼り合わせ処理やモールド処理された半導体基板は、透明なウェーハである。そのため、シリコン基準でアライメントを行おうとしても、通常のライン型センサ、画像では外周エッジのダレによる丸味、うねり、ごみ、貼り合わせの重なり方、ガラス面での気泡、汚れ、照明によるばらつき等の影響により外周エッジの特定が極めて困難であった。

図５は、従来の反射型ラインセンサ１による外周エッジの検出を示す説明図であり、図６は一実施例による平面の測定を示す説明図、図７は一実施例によるエッジ部（斜面）の測定を示す説明図、図８はそれぞれのウェーハＷ高さの測定結果を比較して示すグラフである。図において、矢印１－１、１－２は、反射型ラインセンサ１における画像素子の一つを代表して示している。矢印１－１は、ウェーハＷの面に光を照射していることを示し、ウェーハＷの面で反射した光を矢印１－２で示すように比較的に広い受光角度で受光している。なお、照射は反射型ラインセンサ１で行わなくて、測定場所における照明であっても良い。

ウェーハＷのシリコン面Ｗ－２の内周部は略水平であるが、外周に向かうに連れて斜面となり、その角はダレて丸味を持っている。さらに、貼り合わせの重なり方、ガラス面での気泡、汚れ等で、エッジを特定することは困難で、例えば、図８の点線のような測定結果となる。図８は、縦軸が反射型ラインセンサ１により、測定されたウェーハＷの厚さ方向の高さを示し、横軸はウェーハＷの半径方向の位置を示している。

図８の右端の水平線がシリコン面Ｗ－２の水平面の高さであり、左端の水平線はガラス面Ｗ－１の高さである。点線部分はシリコン面Ｗ－２とガラス面Ｗ－１との境界部分であり、シリコン面Ｗ－２の斜面部分の形状がそのまま反映される。そして、ごみや重なり方の影響を受けて不規則となり、境界は不明確となる。

この状態で境界であるシリコン面Ｗ－２のエッジを特定するには、点線の部分で高さの閾値を定めなければ判定できない。ところが、透明なウェーハであることから照射する光、あるいは照明のばらつきによる影響を大きく受けて、図の高さデータの値は極めて不安定である。

図６、図７は、上記に対する改善した例を示しており、反射型ラインセンサ１が受光し得る余裕角度、つまり受光角度φを受光方向の前面に配置されたスリット１－３で狭めたものである。図６は測定面が水平な場合であり、受光角度φが小さくなっているが、狭めていない図５の状態と何ら変わりなく測定が行われる。図７は、斜面部での測定を示し、反射光は、矢印１－２で示すように、スリット１－３で遮られる。つまり、ウェーハＷの水平面に対して受光し得る余裕角度を超えた斜面からの反射光は、検出しない、あるいは検出感度が小さくなるように狭められている。あるいは水平面からの反射光は受光しても斜面からの反射光は受光しないように受光角度φを狭くしても良い。

その結果、ウェーハＷの略水平な部分、つまり面幅のみを検出することができる。受光角度φは、ガラス、樹脂、シリコンで貼り合わせ処理やモールド処理されたウェーハＷの実状、例えばシリコン面Ｗ－２とガラス面Ｗ－１との境界部分のエッジの角度、丸味等より決定する。種々の実験等の結果、受光角度φを０°～４°望ましくは０°～２°とすることが良い結果を得られた。

なお、受光角度φ＝０°は、ウェーハＷの水平面からの反射光が反射型ラインセンサ１と正対して反射型ラインセンサ１が受光する中心が一致していること（図６の状態）を意味している。また、貼り合わせ処理されたウェーハＷで斜面部は、内周から外周になるに連れて高さが小さくなるので、水平部の受光角度０°から斜面方向に４°、つまり、受光角度φ＝０°～４°、望ましくは０°～２°としても良い。あるいは、水平部の受光角度φに余裕を持たせて、－１°～４°、望ましくは－１°～２°とするようにしても良く、実際に得られる出力、画像等から定めればよい。

貼り合わせウェーハの外周における斜面部の角度が水平面に対して２０°～３０°であると言う実状から、その場合において、斜面部の角度の１／１０以下となるように受光角度φを２°以下に狭めた場合の測定結果を図８の実線で示す。図８の右端の水平線がシリコン面Ｗ－２の水平面の高さ、左端の水平線はガラス面Ｗ－１の高さである。反射型ラインセンサ１の受光角度φは、ウェーハＷの水平面に対して斜面となる面では検出感度が小さくなるように狭められている。

そして、シリコン面Ｗ－２とガラス面Ｗ－１との境界部分は、受光角度φを２°以下では検出感度を極端に小さく、殆ど出力されないようにしている。つまり、ウェーハＷの水平で平坦な面である面幅のみが出力される。これにより、シリコン基準でウェーハＷをアライメントする場合は、シリコン面Ｗ－２の出力される範囲でエッジ位置をウェーハＷの外周エッジとして検出すれば良い。

ウェーハＷの外周エッジが検出されたら測定テーブル６６の中心からの距離を求め、ウェーハＷを回転させることで、ウェーハＷの全周に渡って回転角ごとの測定データを得る。さらに、測定データに基づいて、ウェーハＷの中心位置が外周エッジのダレによる丸味、うねり、ごみ、貼り合わせの重なり方、ガラス面での気泡、汚れ、照明によるばらつき等の影響を受けずにシリコンの内周部のエッジ位置を求めることができる。

実験の結果では、受光角度φを０°～４°、望ましくは０°～２°とすることでアライメント精度を±０．１ｍｍ以下とすることが可能であり、実用上で問題の無いことを確認できている。また、光学的な検出でありながら、焦点位置以外の部分のピンぼけ、光源の広がりによる境界のぼけ、丸い角での陰影、エッジ近辺での局所的な反射による歪み、の影響を受けないで安定したエッジ検出が可能である。

なお、外周エッジの検出を画像素子が一列に並んで配置された反射型ラインセンサ１として説明したが、画像素子が縦横方向に並び、二次元的に配置されたエリアセンサ、反射型のレーザセンサ、光電センサ等の光学センサの受光角度φを狭めた構造にすることにより、光軸の限られた領域のみで検出するようにすれば、同様に安定したエッジ検出が可能である。

シリコンの内周部のエッジ位置からウェーハＷの半径を求め、全周に渡る回転角ごとの測定データにおける差異を所定の閾値以内であるか否かを判定する。そして、所定の閾値以内であると判定された測定データを有効データ群として抽出する。

次に、有効データ群からウェーハＷの中心位置を求めれば、ウェーハＷの外周エッジに付着した異物や欠け、ガラス部の気泡、うねり、汚れ等によるイレギュラな要素に起因する余分な誤差を除外することができる。そして、ウェーハＷの外周エッジに対する測定データからウェーハの中心をより精度よく求めることができる。

Ｗ…ウェーハ、Ｗ－１…ガラス面、Ｗ－２…シリコン面、１…反射型ラインセンサ、１－１、１－２…矢印、１－３…スリット、１０…面取り装置、１１…本体ベース、２０…ウェーハ送りユニット、２１…Ｘ軸ベース、２２…Ｘ軸ガイドレール、２３…Ｘ軸リニアガイド、２４…Ｘテーブル、２５…Ｘ軸駆動機構、２６…Ｙ軸ガイドレール、２７…Ｙ軸リニアガイド、２８…Ｙテーブル、２９…Ｚ軸ガイドレール、３０…Ｚ軸駆動機構、３１…Ｚテーブル、３２…モータ、３３…スピンドル、３４…ウェーハテーブル、４０…供給回収ロボット、４１…ツルアー、５０…砥石回転ユニット、５１…外周砥石スピンドル、５２…外周粗研削砥石、５３…ターンテーブル、５４…上外周精研スピンドル、５５…外周精研削砥石、５５－１…上外周精研削砥石（上研削砥石）、５５－２…下外周精研削砥石（下研削砥石）、５６…上外周精研モータ、５７…下外周精研スピンドル、５９…下固定枠、６０…搬送レール、６３…搬送アーム、６６…測定テーブル、７０…ウェーハカセット、７１…カセットテーブル、８０…アーム

Claims (7)

1. サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハのうちサイズの小さい方のウェーハである前記小径ウェーハの外周エッジを検出してウェーハの中心を検出するウェーハの位置決め装置において、
   前記積層ウェーハを載置して前記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、
   載置された前記積層ウェーハのうち前記小径ウェーハの外周エッジ近傍に前記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、前記小径ウェーハと前記大径ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、
   を備え、
   前記光学センサの受光角度が狭められ、前記小径ウェーハの水平面に対して、斜面となる面からの反射光を受光しないようにされたことを特徴とするウェーハの位置決め装置。
2. 前記受光角度が２枚の前記ウェーハの境界部分のエッジの形状により決定される、請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記反射光により、前記積層ウェーハの面幅のみが検出される、請求項１又は２に記載の位置決め装置。
4. サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハのうちサイズの小さい方のウェーハである前記小径ウェーハの外周エッジを検出してウェーハの中心を検出するウェーハの位置決め装置において、
   前記積層ウェーハを載置して前記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、
   載置された前記積層ウェーハのうち前記小径ウェーハの外周エッジ近傍に前記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、前記小径ウェーハと前記大径ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、
   を備え、
   前記光学センサの受光角度は、前記小径ウェーハの水平面に対して斜面となる面では検出感度が小さくなるように狭められて、前記小径ウェーハの水平面から外周エッジ、そして前記大径ウェーハの水平面まで前記光学センサで測定し、
   前記積層ウェーハは、ガラス、樹脂、シリコンのうちの少なくともいずれかを用いて貼り合わせ処理されたウェーハであり、前記受光角度は、前記小径ウェーハにおける斜面部の水平面に対する角度の１／１０以下とされたことを特徴とするウェーハの位置決め装置。
5. サイズの異なる大径ウェーハと小径ウェーハの２枚のウェーハが貼り合わされた積層ウェーハ端面を研削して面取り加工する面取り装置において、
   前記積層ウェーハを載置して前記積層ウェーハを保持しながら回転可能とされた測定テーブルと、
   載置された前記積層ウェーハの外周エッジ近傍に前記測定テーブルと所定の間隔を保持して設置され、前記積層ウェーハの略円盤状の面からの反射光を受光する光学センサと、
   を備え、
   前記光学センサの受光角度が狭められ、前記小径ウェーハの水平面に対して、斜面となる面からの反射光を受光しないようにされた面取り装置。
6. 前記受光角度が２枚の前記ウェーハの境界部分のエッジの形状により決定される、請求項５に記載の面取り装置。
7. 前記反射光により、前記積層ウェーハの面幅のみが検出される、請求項５又は６に記載の面取り装置。

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