JP2001004341A - ウェーハ形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノッチ部分の形状だけでなく、ウェーハ直径
やオリフラ長さなども非接触状態で精度よく測定するこ
とができるウェーハ形状測定装置を提供する。 【解決手段】 回転自在とされたウェーハステージ２２
と、ウェーハ１１のノッチ部分を垂直方向から撮像する
テレビカメラ１３と、ウェーハの他面側からノッチ部分
に光を照射する第１照明灯１５と、ウェーハの面取り面
を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照射する
第２照明灯１６と、ウェーハの面取り面とウエーハ表面
に対して光を照射する第３照明灯１７とが具備される。
そして、これら第１〜第３の照明灯を制御して点灯の組
合せを変えるとともに、ウェーハ１１を載せたウェーハ
ステージ２２を回転制御することにより、テレビカメラ
１３の画像データから、ノッチ部分の形状、面取り幅、
オリフラ長さ、ウェーハ直径などを測定し、さらにウェ
ーハ表面の観察を行う観察モードに切り換えることがで
きる画像処理装置２５とを備える。

Description

【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
外周に設けられたノッチまたはオリフラ部分の形状とウ
ェーハ直径を非接触で測定できるとともに、ウェーハ表
面のキズの有無などを観察することができるウェーハ形
状測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハにおける結晶方向の判別
および位置決めを容易にするために、半導体ウェーハの
外周の一部には、ノッチが形成されている。図１１
（ａ）（ｂ）に半導体ウェーハに形成されたノッチ部分
の構成を示す。（ａ）は半導体ウェーハ１１に形成され
たノッチ１１ａ部分を上面から見た拡大図、（ｂ）はそ
の側面図であって、ウェーハの処理に際しては、このノ
ッチ１１ａ部分の形状（幅Ｗ、深さｄ、角度θ、先端ア
ールＲ）、および面取り幅ｍなどの寸法を測定するとと
もに、必要に応じてウェーハ表面にキズなどがないか否
かを目視で観察する必要があった。

【０００３】図１２に、前記したノッチ１１ａ部分の形
状を測定するための従来のウェーハ形状測定装置の構成
例を示す。図において、符号１１は測定される半導体ウ
ェーハを示し、この半導体ウェーハ１１はウェーハステ
ージ１２に載置されている。そして、ウェーハステージ
１２に載置された半導体ウェーハ１１は、その一面側よ
りノッチ部分をウェーハ表面に対して垂直方向から撮像
するテレビカメラ１３によって撮像される。

【０００４】そして、符号１５はテレビカメラ１３の撮
像光路１４上における半導体ウェーハ１１の他面側から
ノッチ１１ａ部分に光を照射する第１照明灯を示す。ま
た、符号１６は半導体ウェーハの一面側に配置され、ウ
ェーハの面取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対
して光を照射する第２照明灯を示す。すなわち、この第
２照明灯は図１１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１の
縁部にテーパ状に形成された面取り面１１ｃの延長線１
１ｄの線上か、または延長線１１ｄとウェーハ１１の一
面との成す角度α（面取り角度）の範囲内に配置されて
おり、これにより照明灯１６からの照明光は、ウェーハ
１１の表面のみに投射され、ウェーハ１１の面取り面１
１ｃには照射されないように構成されている。

【０００５】さらに、符号１７は半導体ウェーハ１１の
一側面に配置され、ウェーハの面取り面１１ｃとウエー
ハ表面に対して光を照射する第３照明灯を示す。すなわ
ち、この照明灯１７は、図１１（ｂ）に示すように、例
えば、面取り面１１ｃに対して直交する線１１ｅ上に配
置され、これにより照明灯１７からの照射光は、ウェー
ハ１１の面取り面１１ｃとウェーハ表面の双方に対して
投射される。

【０００６】符号１８はテレビカメラ１３からの画像デ
ータに基づいて半導体ウェーハ１１のノッチ部分の形状
を測定する画像処理装置であり、この画像処理装置１８
より照明制御装置１９に対して指令信号が送出されるよ
うに構成され、照明制御装置１９は前記指令信号に基づ
いて第１〜第３照明灯１５，１６，１７の点灯と消灯を
制御するように構成されている。また、前記画像処理装
置１８には、さらに表示手段としてのＣＲＴ、ＬＣＤな
どから構成された表示装置２０が接続されている。

【０００７】この表示装置２０はテレビカメラ１３から
の画像データを画像処理装置１８により２値化あるいは
多値化し、ウェーハ１１のノッチ部分の形状などを実画
像として表示するとともに、必要に応じて画像処理装置
１８による演算結果を表示する機能を有している。そし
て前記ウェーハステージ１２、テレビカメラ１３、照明
灯１５〜１７は、外部からの光を遮断するために、暗室
２１内に収められている。

【０００８】前記した構成による従来のウェーハ形状測
定装置は、照明制御装置１９により前記各照明灯１５〜
１７の点灯の組み合わせを変えながら、テレビカメラ１
３により半導体ウェーハ１１のノッチ１１ａ部分を撮像
することで、図１１（ａ）（ｂ）に示すノッチ１１ａ部
分の幅Ｗ、深さｄ、角度θ、先端アールＲ、面取り幅ｍ
などの寸法を非接触で測定するとともに、ノッチ１１ａ
部分のキズの有無などを観察するようにしていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の測定装置の場合においては、ノッチ１１ａなどの小
さな形状部分の寸法や形状を測定することは可能である
が、例えば半導体ウェーハ１１全体の直径を同時に測定
することは不可能であった。半導体ウェーハ１１の直径
を測定するには、例えばテレビカメラ１３を半導体ウェ
ーハ１１から遠ざけてウェーハ全体をカメラの撮像エリ
ア内に納まるように操作するか、または広角レンズを用
いて半導体ウェーハ１１の全体が撮像エリア内に納まる
ように撮像する等の対処が必要であり、たとえこのよう
な対処をしても、撮像素子の１画素当たりの分解能が粗
くなってしまい、実用に耐え得る測定精度を得ることが
困難であった。

【００１０】また、半導体ウェーハ１１における結晶方
向の判別および位置決めを行うための目印としては、前
述したノッチ１１ａだけに限らず、図１３に示すような
オリフラ１１ｂを形成されたものも存在する。このオリ
フラ１１ｂの長さＬはノッチ１１ａの幅Ｗに比べてかな
り大きく、前記した従来の装置を利用してオリフラ１１
ｂの長さＬとウェーハ直径Ｄを測定しようとしても、テ
レビカメラ１３の撮像エリアを超えてしまい、その測定
は不可能であった。

【００１１】このように、従来の装置においては、同一
の分解能を保持しようとした場合にはノッチなどの小さ
な部分の形状の測定に限られ、同時に、ウェーハの直径
やオリフラ長さなどを測定することは不可能である。そ
のために、ウェーハの直径やオリフラ長さを測定するに
は、半導体ウェーハを別の測定装置に移して測定せざる
を得ず、各部の測定に時間を要し、生産性を向上させる
ことができないという技術的課題を抱えている。

【００１２】本発明は、前記したような技術的課題を解
決するためになされたものであり、ノッチ部分の形状だ
けでなく、ウェーハ直径やオリフラ長さなども同時に測
定することができるウェーハ形状測定装置を提供するこ
とを目的とするものである。加えて本発明は、前記した
ノッチ形状やウェーハ直径、およびオリフラ長さなどの
測定と同時に、ウェーハ表面のキズの有無なども観察す
ることができるウェーハ形状測定装置を提供することを
目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ためになされた請求項１記載の発明は、少なくとも一面
側の外周縁全域が面取りされた半導体ウェーハの外周の
一部に形成されたノッチ部分の形状とウェーハ直径を光
学的に測定するウェーハ形状測定装置であって、回転自
在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステージ
と、前記ウェーハステージに載置された半導体ウェーハ
のノッチ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂直方向
から撮像する撮像手段と、前記撮像手段とノッチ部分を
結ぶ撮像光路上に配置され、半導体ウェーハの他面側か
らノッチ部分に光を照射する第１照明手段と、前記半導
体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面取り面を
照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照射する第
２照明手段と、前記第１照明手段のみを点灯し、前記撮
像手段からの画像データに基づいてウェーハのノッチ部
分の形状を測定するノッチ形状測定モードと、前記第１
照明手段および第２照明手段を点灯し、前記撮像手段か
らの画像データに基づいてウェーハの面取り幅を測定す
る面取り幅測定モードと、前記第１照明手段のみを点灯
し、前記ウェーハステージを回転させて得られる画像デ
ータに基づいてウェーハの直径を測定するウェーハ直径
測定モードとに切り替える画像処理手段とが具備され
る。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、少なくとも
一面側の外周縁全域が面取りされた半導体ウェーハの外
周の一部に形成されたノッチ部分の形状とウェーハ直径
を光学的に測定するウェーハ形状測定装置であって、回
転自在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステー
ジと、前記ウェーハステージに載置された半導体ウェー
ハのノッチ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂直方
向から撮像する撮像手段と、前記撮像手段とノッチ部分
を結ぶ撮像光路上に配置され、半導体ウェーハの他面側
からノッチ部分に光を照射する第１照明手段と、前記半
導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面取り面
を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照射する
第２照明手段と、前記半導体ウェーハの一側面に配置さ
れ、ウェーハの面取り面とウエーハ表面に対して光を照
射する第３照明手段と、前記第１照明手段のみを点灯
し、前記撮像手段からの画像データに基づいてウェーハ
のノッチ部分の形状を測定するノッチ形状測定モード
と、前記第１照明手段および第２照明手段を点灯し、前
記撮像手段からの画像データに基づいてウェーハの面取
り幅を測定する面取り幅測定モードと、前記第１照明手
段のみを点灯し、前記ウェーハステージを回転させて得
られる画像データに基づいてウェーハの直径を測定する
ウェーハ直径測定モードと、前記第３照明手段のみを点
灯し、前記撮像手段からの画像データに基づいてウェー
ハ表面の観察を行う観察モードとに切り換える画像処理
手段とが具備される。

【００１５】また、請求項３記載の発明は、少なくとも
一面側の外周縁全域が面取りされた半導体ウェーハの外
周の一部に形成されたオリフラ部分の寸法とウェーハ直
径を光学的に測定するウェーハ形状測定装置であって、
回転自在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステ
ージと、前記ウェーハステージに載置された半導体ウェ
ーハのオリフラ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂
直方向から撮像する撮像手段と、前記撮像手段とオリフ
ラ部分を結ぶ撮像光路上に配置され、半導体ウェーハの
他面側からノッチ部分に光を照射する第１照明手段と、
前記半導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面
取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照
射する第２照明手段と、前記第１照明手段のみを点灯
し、前記ウェーハステージを回転させて得られる画像デ
ータに基づいてウェーハのオリフラ長さを測定するオリ
フラ測定モードと、記第１照明手段および第２照明手段
を点灯し、前記撮像手段からの画像データに基づいてウ
ェーハの面取り幅を測定する面取り幅測定モードと、前
記第１照明手段のみを点灯し、前記ウェーハステージを
回転させて得られる画像データに基づいてウェーハの直
径を測定するウェーハ直径測定モードとに切り替える画
像処理手段とが具備される。

【００１６】また、請求項４記載の発明は、少なくとも
一面側の外周縁全域が面取りされた半導体ウェーハの外
周の一部に形成されたオリフラ部分の形状とウェーハ直
径を光学的に測定するウェーハ形状測定装置であって、
回転自在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステ
ージと、前記ウェーハステージに載置された半導体ウェ
ーハのオリフラ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂
直方向から撮像する撮像手段と、前記撮像手段とオリフ
ラ部分を結ぶ撮像光路上に配置され、半導体ウェーハの
他面側からノッチ部分に光を照射する第１照明手段と、
前記半導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面
取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照
射する第２照明手段と、前記半導体ウェーハの一側面に
配置され、ウェーハの面取り面とウエーハ表面に対して
光を照射する第３照明手段と、前記第１照明手段のみを
点灯し、前記ウェーハステージを回転させて得られる画
像データに基づいてウェーハのオリフラ長さを測定する
オリフラ測定モードと、前記第１照明手段および第２照
明手段を点灯し、前記撮像手段からの画像データに基づ
いてウェーハの面取り幅を測定する面取り幅測定モード
と、前記第１照明手段のみを点灯し、前記ウェーハステ
ージを回転させて得られる画像データに基づいてウェー
ハの直径を測定するウェーハ直径測定モードと、前記第
３照明手段のみを点灯し、前記撮像手段からの画像デー
タに基づいてウェーハ表面の観察を行う観察モードとに
切り換える画像処理手段とが具備される。

【００１７】さらに、請求項５記載の発明は、前記請求
項１〜４のいずれかに記載のウェーハ形状測定装置であ
って、前記撮像手段からの画像データに基づいて半導体
ウェーハのノッチまたはオリフラ部分の実画像を表示す
る表示手段と、前記画像処理手段で得られた数値データ
を印字出力するプリント出力手段とが付加される。

【００１８】前記のような構成とした場合、ウェーハス
テージに載置された半導体ウェーハのノッチ部分または
オリフラ部分には、予め定められた位置に配置された複
数の照明手段から光が照射される。この照明手段は、各
測定モードにしたがって画像処理手段により順次点灯制
御される。これにより、ウェーハのノッチ部分またはオ
リフラ部分には投射角度の異なった照明光が順次照射さ
れる。したがって、画像処理手段はウェーハ表面に対し
て垂直方向に撮像光路を有する撮像手段によって撮像さ
れた画像データを用いてノッチ部分の形状、ノッチ部分
またはオリフラ部分の面取り幅を演算することができ
る。また、これらノッチ部分やオリフラ部分の傷の有無
などの観察を行うことができる。

【００１９】さらに、半導体ウェーハを載置するウェー
ハステージを回転させることにより、画像処理手段は、
そのときに撮像手段から得られる画像データを用いて半
導体ウェーハの直径を演算することができる。このため
に、従来の装置のようにノッチ部分の形状だけでなく、
ウェーハ直径やオリフラ長さなども測定することがで
き、半導体ウェーハの検査時間を短縮して半導体の生産
性を向上させることが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るウェーハ形状
測定装置を図に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１はその基本構成を示したものであり、図において前
記した従来の装置（図１２）に相当する部分には同一の
符号を付して示している。図１において、外周縁の一部
にノッチ１１ａが形成されたウェーハ１１（図１１）ま
たは外周縁の一部にオリフラ１１ｂが形成された半導体
ウェーハ１１（図１３）は、回転自在な円盤状のウェー
ハステージ２２上に水平状態に載置されるように構成さ
れている。そして、このウェーハステージ２２の支持軸
はモータ制御装置２３によって制御されるパルスモータ
またはサーボモータなどのモータ２４の駆動軸に繋がれ
ており、モータ２４を回転駆動することによってウェー
ハステージ２２を任意の位置に自在に回転せしめ、かつ
停止できるように構成されている。

【００２１】ウェーハ表面の垂直上方には従来の装置で
説明したと同様に、撮像手段としてのテレビカメラ１３
が配置されており、このテレビカメラ１３により、ウェ
ーハステージ２２上に載置された半導体ウェーハ１１の
ノッチ１１ａまたはオリフラ１１ｂ部分を含む一面側を
垂直方向から撮像できるように構成されている。このテ
レビカメラ１３は、その撮像素子として、例えば４０万
画素程度のＣＣＤが用いられている。一方、テレビカメ
ラ１３と半導体ウェーハ１１のノッチ１１ａまたはオリ
フラ１１ｂ部分を結ぶ撮像光路１４上における半導体ウ
ェーハの他面側には、ノッチ１１ａまたはオリフラ１１
ｂ部分に平行光線を照射する第１照明手段（透過照明）
としての照明灯１５が配置されている。

【００２２】また、テレビカメラ１３が配置された半導
体ウェーハ１１の一面側には、ウェーハの面取り面１１
ｃ（図１１、図１３参照）を避けてウェーハ表面に対し
て平行光線を照射する第２照明手段（暗視野照明）とし
ての照明灯１６が配置されている。すなわち、この照明
灯１６は、図１１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１の
縁部にテーパ状に形成された面取り面１１ｃの延長線１
１ｄの線上か、または延長線１１ｄとウェーハ１１の一
面との成す角度α（面取り角度）の範囲内に配置されて
おり、これにより照明灯１６からの照明光は、ウェーハ
１１の表面のみに投射され、ウェーハ１１の面取り面１
１ｃには照射されないように構成されている。

【００２３】さらに、テレビカメラ１３が配置された半
導体ウェーハ１１の一面側には、ウェーハ１１の面取り
面１１ｃとウェーハ表面に対して平行光線を照射する第
３照明手段（明視野照明）としての照明灯１７が配置さ
れている。この照明灯１７は、図１１（ｂ）に示すよう
に、例えば、面取り面１１ｃに対して直交する線１１ｅ
上に配置され、これにより照明灯１７からの照射光は、
ウェーハ１１の面取り面１１ｃとウェーハ表面の双方に
対して投射される。

【００２４】前記したウェーハステージ２２、テレビカ
メラ１３、第１〜第３の各照明灯１５，１６，１７は、
暗室２１内に配置されている。なお、前記第１〜第３の
各照明灯１５，１６，１７には、光源として寿命も長
く、照度も安定しているＬＥＤが用いられている。

【００２５】前記テレビカメラ１３により得られた画像
データは、中央演算装置（ＣＰＵ）を含む画像処理装置
２５に入力され、この画像処理装置２５に内蔵された所
定の処理プログラムにしたがって画像処理が行なわれ、
ウェーハ１１のノッチ１１ａまたはオリフラ１１ｂの所
定の位置の形状測定やウェーハ直径などを演算するよう
に構成されている。画像処理装置２５には、制御手段と
しての照明制御装置２６が接続されており、この照明制
御装置２６は画像処理装置２５からの指令により、前記
第１〜第３の各照明灯１５，１６，１７の点灯と消灯を
制御するように構成されている。そして、画像処理装置
２５は、モータ制御装置２３および照明制御装置２６に
与える指令出力のタイミングに応じてテレビカメラ１８
により得られた画像データを処理し、ウェーハ１１のノ
ッチ部分の形状やオリフラ長さおよびウェーハ直径など
を演算するように動作する。

【００２６】前記画像処理装置２５には、さらに表示手
段としてのＣＲＴ、ＬＣＤなどから構成された表示装置
２７が接続されている。この表示装置２７はテレビカメ
ラ１３からの画像データを画像処理装置２５により２値
化あるいは多値化し、ウェーハ１１のノッチ部分の形状
などを実画像として表示するとともに、必要に応じて画
像処理装置２５の演算結果を表示するものである。

【００２７】また、画像処理装置２５には、プリント出
力手段としてのプリンタ２８が接続されており、プリン
タ２８により画像処理装置２５における演算結果などを
数値データとしてプリントアウトできるように構成され
ている。さらに、画像処理装置２５には、タッチパネル
式あるいはキーボード式の入力装置２９が接続されてお
り、この入力装置２９により、装置に対して測定指示や
各種のパラメータの設定が成されるように構成されてい
る。

【００２８】前記した構成によるウェーハ形状測定装置
における各部の測定動作について、以下に順を追って説
明する。 １．ノッチ形状（幅Ｗ、深さｄ、角度θ、先端アール
Ｒ）の測定 まず、ノッチ１１ａが形成されたウェーハ１１（図１１
参照）のためのノッチ部分の幅Ｗ、深さｄ、角度θ、先
端アールＲの測定動作について説明する。ウェーハステ
ージ２２の所定位置に半導体ウェーハ１１を配置し、前
記入力装置２９により測定スタート指示を入力すると、
画像処理装置２５は、照明制御装置２６に指令信号を送
出し、第１照明灯１５のみを点灯させ、テレビカメラ１
３からの画像データに基づいてウェーハ１１のノッチ１
１ａ部分の形状を測定するノッチ形状測定モードに移行
する。

【００２９】図２（ａ）は、このノッチ形状測定モード
における照明灯の点灯状態を示したものであり、この場
合においては第１照明灯１５のみが点灯される。したが
って、このときに得られる画像データに基づく映像は、
図２（ｂ）に示すようにウェーハ１１がシャドウ部分と
なり、他がハイライト部分となる。すなわち、ノッチ形
状がシルエットとして現れ、これが表示装置２７に図３
に示すような実画像として表示されると共に、画像処理
装置２５は、この画像データからノッチ部の幅Ｗ、深さ
ｄ、角度θ、先端アールＲを演算し、画像処理装置２５
内のバッファメモリ（図示せず）に格納する。このよう
にして得られたノッチ部の幅Ｗ、深さｄ、角度θ、先端
アールＲの各数値データは、図３に例示するように画面
上に表示されるとともに、必要に応じてプリンタ２８か
らプリントアウトされる。

【００３０】２．面取り幅ｍの測定 続いて、画像処理装置２５は、照明制御装置２６に指令
信号を送出し、第１照明灯１５および第２照明灯１６を
点灯し、このときのテレビカメラ１３からの画像データ
に基づいてウェーハの面取り幅ｍを測定する面取り幅測
定モードに移行する。図４（ａ）は、この面取り幅測定
モードにおける照明灯の点灯状態を示したものであり、
第１照明灯１５および第２照明灯１６の両者が点灯され
る。

【００３１】したがって、このときに得られる画像デー
タに基づく映像は、図４（ｂ）に示すように面取り面１
１ｃがシャドウ部分となり、他がハイライト部分とな
る。これは、表示装置２７に図５に示すように実画像と
して表示されると共に、画像処理装置２５は、この画像
データからウェーハ１１の面取り幅ｍを演算し、画像処
理装置２５内のバッファメモリ（図示せず）に格納す
る。このようにして得られたウェーハ１１の面取り幅ｍ
の各数値データは、図５に例示するように画面上に表示
されるとともに、必要に応じてプリンタ２８からプリン
トアウトされる。なお、この面取り幅ｍの測定は、図１
３に示したオリフラ１１ｂが形成されたウェーハ１１に
対しても、まったく同様に適用できるものである。

【００３２】３．オリフラ長さＬの測定 次に、オリフラ１１ｂが形成されたウェーハ１１（図１
３参照）のためのオリフラ長さＬの測定動作について説
明する。ウェーハステージ２２の所定位置に半導体ウェ
ーハ１１を配置し、前記入力装置２９により測定スター
ト指示を入力すると、画像処理装置２５は、照明制御装
置２６に指令信号を送出し、第１照明灯１５のみを点灯
させ、テレビカメラ１３からの画像データに基づいてウ
ェーハ１１のオリフラ１１ｂ部分の長さＬを測定するオ
リフラ測定モードに移行する。

【００３３】図６（ａ）は、このオリフラ測定モードに
おける照明灯の点灯状態を示したものであり、第１照明
灯１５のみが点灯される。したがって、このときに得ら
れる画像データに基づく映像は、図６（ｂ）に示すよう
にウェーハ１１がシャドウ部分、他がハイライト部分と
なり、ウェーハ形状はシルエットとして表れる。画像処
理装置２５は、このようなシルエット画像を用いて図７
（ａ）〜（ｄ）に示すようにしてオリフラ長さＬを演算
する。

【００３４】図７（ａ）は、半導体ウェーハ１１をウェ
ーハステージ２２に載置した初期状態を示すもので、Ｏ
１はウェーハステージ２２の回転中心、Ｏ２は半導体ウ
ェーハ１１の中心、Ｐ１はオリフラ１１ｂの一方の端
点、Ｐ２はオリフラ１１ｂの他方の端点、１３ａはテレ
ビカメラ１３の撮像エリア、Ｃは撮像エリアの仮想中心
線である。

【００３５】まず最初に、図７（ａ）の初期状態におい
て、画像処理装置２５からモータ制御装置２３に指令信
号を送ってモータ２４を回転駆動し、図７（ｂ）に示す
ように、オリフラ１１ｂの一方の端点Ｐ１がテレビカメ
ラ１３の撮像エリア１３ｂの仮想中心線Ｃに一致した時
点でウェーハステージ２２を当該位置に停止させる。そ
して、この図７（ｂ）の状態において、画像処理装置２
５は、ウェーハステージ２２の回転中心Ｏ１とオリフラ
１１ｂの端点Ｐ１との間の距離Ｌ１と、仮想中心線Ｃと
オリフラ１１ｂとのなす角度Ａ１（この時の実画像のイ
メージを図７（ｂ）の下方に表示）を測定し、画像処理
装置２５内のバッファメモリ（図示せず）に格納する。

【００３６】次に、ウェーハステージ２２をさらに回転
し、図７（ｃ）に示すように、オリフラ１１ｂの他方の
端点Ｐ２がテレビカメラ１３の撮像エリア１３ｂの仮想
中心線Ｃに一致した時点でウェーハステージ２２を当該
位置に停止させる。そして、この図７（ｃ）の状態にお
いて、画像処理装置２５は、ウェーハステージ２２の回
転中心Ｏ１とオリフラ１１ｂの端点Ｐ２との間の距離Ｌ
２と、仮想中心線Ｃとオリフラ１１ｂとのなす角度Ａ２
（この時の実画像のイメージを図７（ｃ）の下方に表
示）を測定し、画像処理装置２５内のバッファメモリ
（図示せず）に格納する。

【００３７】画像処理装置２５は、前記のようにして得
られたＬ１，Ｌ２，Ａ１，Ａ２に基づいて、下式からオ
リフラ長さＬを演算する。なお、これらＬ１，Ｌ２，Ａ
１，Ａ２とオリフラ長さＬとの幾何学的関係を図７
（ｄ）に示す。 Ｌ＝Ｌ１・ cos（Ａ１）＋Ｌ２・ cos（Ａ２） このようにして得られたオリフラ長さＬは、画像処理装
置２５内のバッファメモリ（図示せず）に格納された
後、表示装置２７の画面上に表示されるとともに、必要
に応じてプリンタ２８からプリントアウトされる。この
オリフラ長さＬの測定方法によれば、前述したノッチ形
状の測定および／もしくは面取り幅の測定のための装置
との装置単一化を可能にせしめ、測定時間の短縮化、生
産性の向上を図ることができる。

【００３８】４．ウェーハ直径Ｄの測定 次に、ウェーハ１１の直径ｄの測定動作について、図８
および図９を参照して説明する。図８（ａ）は、このウ
ェーハ直径測定モードにおける照明灯の点灯状態を示し
たものであり、第１照明灯１５のみが点灯される。した
がって、このときに得られる画像データに基づく映像
は、図８（ｂ）に示すようにウェーハ１１がシャドウ部
分、他がハイライト部分となり、ウェーハ形状はシルエ
ットとして表れる。画像処理装置２５は、このようなシ
ルエット画像を用いて図９（ａ）〜（ｃ）に示すように
してウェーハ直径Ｄを演算する。

【００３９】図９（ａ）は、半導体ウェーハ１１をウェ
ーハステージ２２に載置した初期状態を示すもので、Ｏ
１はウェーハステージ２２の回転中心、Ｏ２は半導体ウ
ェーハ１１の中心、１３ａはテレビカメラ１３の撮像エ
リア、１３ｂは半径測定基準として予め設定された回転
中心Ｏ１を中心とする半径Ｒ０の基準円である。まず最
初に、図９（ａ）の初期状態において、画像処理装置２
５からモータ制御装置２３に指令信号を送ってモータ２
４を回転駆動し、図９（ｂ）に示すように、オリフラ１
１ｂ部分を除くウェーハ外周縁部分がテレビカメラ１３
の撮像エリア１３ａ内に入るようにウェーハステージ２
２を回転させた後、停止させる。そして、この図９
（ｂ）の状態において、画像処理装置２５は、前記基準
円１３ｂとウェーハ外周縁との距離Ｌ３（この時の実画
像のイメージを図９（ｂ）の下方に表示）を測定し、画
像処理装置２５内のバッファメモリ（図示せず）に格納
する。

【００４０】次に、ウェーハステージ２２を１８０°回
転し、図９（ｃ）に示すような状態にセットする。そし
て、この図９（ｃ）の状態において、画像処理装置２５
は、基準円１３ｂとウェーハ外周縁との距離Ｌ４（この
時の実画像のイメージを図９（ｃ）の下方に表示）を測
定し、画像処理装置２５内のバッファメモリ（図示せ
ず）に格納する。画像処理装置２５は、前記のようにし
て得られた距離Ｌ３，Ｌ４と基準円の半径Ｒ０を基に、
下式からウェーハ直径Ｄを演算する。 Ｄ＝２Ｒ０＋（Ｌ３−Ｌ４）

【００４１】このようにして得られたウェーハ直径Ｄ
は、画像処理装置２５内のバッファメモリ（図示せず）
に格納された後、表示装置２７の画面上に表示されると
ともに、必要に応じてプリンタ２８からプリントアウト
される。なお、このウェーハ直径Ｄの測定は、図１１に
示したノッチ１１ａを形成されたウェーハ１１に対して
も、まったく同様に適用できるものである。このウェー
ハ直径Ｄの測定方法によれば、前述したノッチ形状の測
定装置、面取り幅の測定装置、オリフラ長さの測定装置
のすべてもしくはいずれかとの組み合わせによる装置単
一化を可能にせしめ、測定時間の短縮化、生産性の向上
を図ることができる。

【００４２】５．観察モード 画像処理装置２５は、照明制御装置２６に指令信号を送
出し、第３照明灯１７のみを点灯し、ウェーハ表面の観
察モードに移行することができる。図１０（ａ）は、こ
の観察モードにおける照明灯の点灯状態を示したもので
あり、第３照明灯１７のみが点灯される。このため、こ
のときに得られる画像データに基づく映像は、図１０
（ｂ）に示すように、面取り面１１ｃおよびウェーハ１
１の上面がハイライトとなる。したがって、表示装置２
７に表示されるこの実画像を、例えば目視で観察するこ
とにより、ウェーハのノッチ部分にキズがあるか否かの
検証を行うことができる。なお、この観察モードは、ノ
ッチ１１ａを形成した半導体ウェーハ１１、オリフラ１
１ｂを形成した半導体ウェーハ１１のいずれに対して
も、まったく同様に適用できるものである。

【００４３】前記した実施の形態では、テレビカメラ１
３を半導体ウェーハステージ２１の上方側に配置した
が、ウェーハステージ２１の下方側に配置し、照明灯１
５〜１７の位置を上下入れ換えても同様に実現できるも
のである。また、ミラーやプリズム、光ファイバーなど
を用いて、テレビカメラ１３や各照明灯１５〜１７をウ
ェーハステージ２１から遠ざけるように構成することも
でき、このように構成することで各種の部材をウェーハ
ステージ２１の近傍に寄せ集めて配置する必要がなくな
り、装置全体の高さを低く押さえることが可能となる。

【００４４】前記した構成のウェーハ形状測定装置を用
いて半導体ウェーハの形状測定を行なったところ、ノッ
チ１１ａの形状（幅Ｗ、深さｄ、角度θ、先端アール
Ｒ）、および面取り幅ｍについてはそれぞれ±１０μ
ｍ、オリフラ長さＬ、ウェーハ直径ｄについてはそれぞ
れ±５０μｍの精度で測定可能であった。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、撮像手段からの画像データに基づいて、ノ
ッチ部分の形状、ウェーハの面取り幅、ウェーハ直径な
どを測定することができ、従来のように別の測定装置に
移してウェーハ直径を測定する必要がなくなり、半導体
ウェーハの検査時間を短縮して半導体の生産性を向上さ
せることができる。

【００４６】また、請求項２記載の発明によれば、前記
請求項１記載の発明の効果に加え、ウェーハ表面の観察
を行うことができ、ウェーハ表面のキズなどを目視で検
査することが可能となる。また、請求項３記載の発明に
よれば、撮像手段からの画像データに基づいて、オリフ
ラ長さやウェーハ直径を測定することができ、従来のよ
うに別の測定装置に移してオリフラ長さやウェーハ直径
を測定する必要がなくなり、半導体ウェーハの検査時間
を短縮して半導体の生産性を向上させることができる。

【００４７】また、請求項４記載の発明によれば、前記
請求項３記載の発明の効果に加え、ウェーハ表面の観察
を行うことができ、ウェーハ表面のキズなどを目視で検
査することが可能となる。さらに、請求項５記載の発明
によれば、前記撮像手段からの画像データに基づいて半
導体ウェーハのノッチまたはオリフラ部分の実画像を表
示する表示手段と、前記画像処理手段で得られた数値デ
ータを印字出力するプリント出力手段とを付加したの
で、測定結果を視覚的に表示できるとともに、数値デー
タをハードコピーとして残すことができ、より確実な検
査を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウェーハ形状測定装置の実施の形
態を示したブロック図である。

【図２】図１に示す装置によるノッチ形状測定モードの
説明図であって、（ａ）は照明灯の点灯状態図、（ｂ）
はテレビカメラによる撮影画像の模式図である。

【図３】図２に示すノッチ形状測定モードにおいて表示
装置に表示されたノッチ部分の画像例を示す図である。

【図４】図１に示す装置による面取り幅測定モードの説
明図であって、（ａ）は照明灯の点灯状態図、（ｂ）は
テレビカメラによる撮影画像の模式図である。

【図５】図４に示す面取り幅測定モードにおいて表示装
置に表示された面取り面の画像例を示す図である。

【図６】図１に示す装置によるオリフラ測定モードの説
明図であって、（ａ）は照明灯の点灯状態図、（ｂ）は
テレビカメラによる撮影画像の模式図である。

【図７】図６に示すオリフラ測定モードにおいてなされ
るオリフラ長の測定動作の説明図である。

【図８】図１に示す装置によるウェーハ半径測定モード
の説明図であって、（ａ）は照明灯の点灯状態図、
（ｂ）はテレビカメラによる撮影画像の模式図である。

【図９】図８に示すウェーハ半径測定モードにおいてな
されるウェーハ直径の測定動作の説明図である。

【図１０】図１に示す装置によるウェーハ表面観察モー
ドの説明図であって、（ａ）は照明灯の点灯状態図、
（ｂ）はテレビカメラによる撮影画像の模式図である。

【図１１】半導体ウェーハのノッチ部分の形状例を示す
もので、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）はその側面図であ
る。

【図１２】従来のウェーハ形状測定装置の一例を示すブ
ロック図である。

【図１３】オリフラが形成された半導体ウェーハの形状
例を示す平面図である。

【符号の説明】

１１ 半導体ウェーハ １１ａ ノッチ １１ｂ オリフラ １１ｃ 面取り面 １３ テレビカメラ（撮像手段） １４ 撮像光路 １５ 照明灯（第１照明手段） １６ 照明灯（第２照明手段） １７ 照明灯（第３照明手段） ２１ 暗室 ２２ ウェーハステージ ２３ モータ制御装置 ２４ モータ ２５ 画像処理装置（画像処理手段） ２６ 照明制御装置 ２７ 表示装置（表示手段） ２８ プリンタ（プリント出力手段） ２９ 入力装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA12 AA22 AA23 AA26 AA32 AA45 AA49 AA51 BB03 BB28 CC19 DD06 FF02 FF04 FF42 HH03 HH12 HH13 HH14 HH15 JJ03 JJ09 JJ12 JJ26 NN01 NN20 PP13 QQ03 QQ04 QQ23 QQ25 QQ27 QQ35 SS02 SS03 SS06 SS13 4M106 AA01 BA04 BA10 CA38 DB04 DB07 DB19 DJ06 DJ11 DJ23 DJ24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一面側の外周縁全域が面取り
   された半導体ウェーハの外周の一部に形成されたノッチ
   部分の形状とウェーハ直径を光学的に測定するウェーハ
   形状測定装置であって、 回転自在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステ
   ージと、 前記ウェーハステージに載置された半導体ウェーハのノ
   ッチ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂直方向から
   撮像する撮像手段と、 前記撮像手段とノッチ部分を結ぶ撮像光路上に配置さ
   れ、半導体ウェーハの他面側からノッチ部分に光を照射
   する第１照明手段と、 前記半導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面
   取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照
   射する第２照明手段と、 前記第１照明手段のみを点灯し、前記撮像手段からの画
   像データに基づいてウェーハのノッチ部分の形状を測定
   するノッチ形状測定モードと、前記第１照明手段および
   第２照明手段を点灯し、前記撮像手段からの画像データ
   に基づいてウェーハの面取り幅を測定する面取り幅測定
   モードと、前記第１照明手段のみを点灯し、前記ウェー
   ハステージを回転させて得られる画像データに基づいて
   ウェーハの直径を測定するウェーハ直径測定モードとに
   切り替える画像処理手段とを具備したことを特徴とする
   ウェーハ形状測定装置。
2. 【請求項２】 少なくとも一面側の外周縁全域が面取り
   された半導体ウェーハの外周の一部に形成されたノッチ
   部分の形状とウェーハ直径を光学的に測定するウェーハ
   形状測定装置であって、 回転自在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステ
   ージと、 前記ウェーハステージに載置された半導体ウェーハのノ
   ッチ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂直方向から
   撮像する撮像手段と、 前記撮像手段とノッチ部分を結ぶ撮像光路上に配置さ
   れ、半導体ウェーハの他面側からノッチ部分に光を照射
   する第１照明手段と、 前記半導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面
   取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照
   射する第２照明手段と、 前記半導体ウェーハの一側面に配置され、ウェーハの面
   取り面とウエーハ表面に対して光を照射する第３照明手
   段と、 前記第１照明手段のみを点灯し、前記撮像手段からの画
   像データに基づいてウェーハのノッチ部分の形状を測定
   するノッチ形状測定モードと、前記第１照明手段および
   第２照明手段を点灯し、前記撮像手段からの画像データ
   に基づいてウェーハの面取り幅を測定する面取り幅測定
   モードと、前記第１照明手段のみを点灯し、前記ウェー
   ハステージを回転させて得られる画像データに基づいて
   ウェーハの直径を測定するウェーハ直径測定モードと、
   前記第３照明手段のみを点灯し、前記撮像手段からの画
   像データに基づいてウェーハ表面の観察を行う観察モー
   ドとに切り換える画像処理手段とを具備したことを特徴
   とするウェーハ形状測定装置。
3. 【請求項３】 少なくとも一面側の外周縁全域が面取り
   された半導体ウェーハの外周の一部に形成されたオリフ
   ラ部分の形状とウェーハ直径を光学的に測定するウェー
   ハ形状測定装置であって、 回転自在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステ
   ージと、 前記ウェーハステージに載置された半導体ウェーハのオ
   リフラ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂直方向か
   ら撮像する撮像手段と、 前記撮像手段とオリフラ部分を結ぶ撮像光路上に配置さ
   れ、半導体ウェーハの他面側からノッチ部分に光を照射
   する第１照明手段と、 前記半導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面
   取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照
   射する第２照明手段と、 前記第１照明手段のみを点灯し、前記ウェーハステージ
   を回転させて得られる画像データに基づいてウェーハの
   オリフラ長さを測定するオリフラ測定モードと、記第１
   照明手段および第２照明手段を点灯し、前記撮像手段か
   らの画像データに基づいてウェーハの面取り幅を測定す
   る面取り幅測定モードと、前記第１照明手段のみを点灯
   し、前記ウェーハステージを回転させて得られる画像デ
   ータに基づいてウェーハの直径を測定するウェーハ直径
   測定モードとに切り替える画像処理手段とを具備したこ
   とを特徴とするウェーハ形状測定装置。
4. 【請求項４】 少なくとも一面側の外周縁全域が面取り
   された半導体ウェーハの外周の一部に形成されたオリフ
   ラ部分の形状とウェーハ直径を光学的に測定するウェー
   ハ形状測定装置であって、 回転自在とされた半導体ウェーハ載置用のウェーハステ
   ージと、 前記ウェーハステージに載置された半導体ウェーハのオ
   リフラ部分の一面側をウェーハ表面に対して垂直方向か
   ら撮像する撮像手段と、 前記撮像手段とオリフラ部分を結ぶ撮像光路上に配置さ
   れ、半導体ウェーハの他面側からノッチ部分に光を照射
   する第１照明手段と、 前記半導体ウェーハの一面側に配置され、ウェーハの面
   取り面を照射しない角度でウェーハ表面に対して光を照
   射する第２照明手段と、 前記半導体ウェーハの一側面に配置され、ウェーハの面
   取り面とウエーハ表面に対して光を照射する第３照明手
   段と、 前記第１照明手段のみを点灯し、前記ウェーハステージ
   を回転させて得られる画像データに基づいてウェーハの
   オリフラ長さを測定するオリフラ測定モードと、前記第
   １照明手段および第２照明手段を点灯し、前記撮像手段
   からの画像データに基づいてウェーハの面取り幅を測定
   する面取り幅測定モードと、前記第１照明手段のみを点
   灯し、前記ウェーハステージを回転させて得られる画像
   データに基づいてウェーハの直径を測定するウェーハ直
   径測定モードと、前記第３照明手段のみを点灯し、前記
   撮像手段からの画像データに基づいてウェーハ表面の観
   察を行う観察モードとに切り換える画像処理手段とを具
   備したことを特徴とするウェーハ形状測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   のウェーハ形状測定装置であって、前記撮像手段からの
   画像データに基づいて半導体ウェーハのノッチまたはオ
   リフラ部分の実画像を表示する表示手段と、前記画像処
   理手段で得られた数値データを印字出力するプリント出
   力手段とを付加したことを特徴とするウェーハ形状測定
   装置。