JP2001059716A - 傾斜平坦面の傾斜角測定装置と同装置を備えたレーザマーカ及びマーク読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な構成をもって正確に測定し得る、特に微
小領域における傾斜平坦面の傾斜角を測定するに好適な
傾斜角測定装置と同装置を備えたレーザマーカ及びドッ
トマークの読み取り装置を提供する。 【解決手段】投光器(103) 或いは受光器(104) の一方を
不動として固定し、他方をその照射領域を変えることな
く入射角 (γ) を変更すると、受光器により受光する光
量が変動する。この光量変化の原理を利用して、演算手
段を介して基準面に対する被測定面(12b) の傾斜角度
(θ) を測定する。本発明によれば、前記入射角 (γ)
の相対的な変更手段としては、前述のごとく投光器(10
3) 或いは受光器(104) の一方を不動とし、他方を照射
面を変えることなく変更することにより行われる場合
と、投光器(103) および受光器(104) の配設位置を不動
として、照射面を変更することなく被測定面(12b) を移
動させることにより行われる場合とがある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被測定面が平坦面か
らなり、任意の傾斜角をもって傾斜する傾斜面の傾斜角
を測定するための装置と同装置を備えた半導体ウェハに
対するレーザマーカ及びマーク読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体素子の製造装置における
ウェハの露光転写工程などにおいてウェハを所定の位置
に位置決めするための位置決め装置が多数提案されてき
ており、近年では位置決め精度を更に高めると共に高速
位置決めを目的として、例えば特開平４−２１２４３６
号公報や特開平６−４５２２６号公報による提案もなさ
れている。

【０００３】前記特開平４−２１２４３６号公報による
と、所定の直交座標系に対して、所定形状の切欠きを備
えた円形基板を位置決めする装置において、前記直交座
標系の座標原点をほぼ中心として微小回転可能な第１回
転ステージ上に、前記直交座標系内で２次元移動可能な
直動ステージを設け、該直動ステージ上には前記円形基
板を保持して少なくとも１回転以上回転できる第２回転
ステージを設けている。そして、前記第２回転ステージ
の回転中に、前記円形基板の周縁部分の回転中心からの
変位量の変化を表す情報を非接触型の第１の検出器をも
って非接触で検出し、その検出された情報に基づいて、
前記円形基板の切欠きを前記直交座標系上の所定の方向
に設定するように、第１の位置決め制御手段により第２
回転ステージの回転の停止を制御する。

【０００４】一方、前記直交座標系内の予め決められた
少なくとも３ヵ所に検出点を有する非接触型の第２の検
出器により前記円形基板の周縁部分の少なくとも３ヵ所
の位置を非接触で検出し得るようにしており、前記第１
の位置決め制御手段によって前記切欠きが所定の方向に
設定された後、前記第２の検出器の少なくとも３ヵ所の
検出点での検出情報に基づいて、前記直動ステージと第
１回転ステージとを第２の位置決め制御手段をもって制
御する。それによって、前記円形基板の中心が前記座標
原点に対して常にほぼ一定の関係に位置決めされるとと
もに、前記直交座標系に対する前記円形基板の残留回転
誤差がほぼ零になされる。

【０００５】また、上記特開平６−４５２２６号公報に
よれば、円周の一部に切欠き部を有したウエハを駆動可
能な基板上に載置し、それぞれに発光素子と受光素子と
を有する３つの検出部からの信号を利用して該ウエハの
位置決めを行う。３つの検出部の前記受光素子がそれぞ
れリニアイメージセンサからなり、その第１の検出部の
リニアイメージセンサはウエハの接線方向に設けてい
る。また、第２及び第３の検出部のリニアイメージセン
サはウエハの半径方向に設けられている。これらの各検
出部からの出力信号を利用して駆動手段により該基板を
駆動させてウェハの位置決めを行っている。

【０００６】かかる簡易な構成により、特に３個の受光
素子をリニアイメージセンサで構成し、ウエハ端部の位
置合わせ用の受光素子が外側から内側に向って読取りを
行い、ノッチ位置合わせ用の受光素子は受光素子の中心
から左右に向ってスキャンさせて立下りエッジを求める
ようにすることで、ウエハの透明、非透明やその外周部
のキズ等によらず、よりウエハ等の基板を所定位置に高
精度にかつ迅速に位置決めすることができる。また、ノ
ッチの粗検知時に、立下りエッジ検知スキャンの開始画
素を固定せず、前回の開始画素より求めるようにしたた
め、エッジ検知時間が短くなり、プリアライメント時間
も短縮されるという効果があるというものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記公報に
開示されたウェハの位置決め装置をも含めて、従来のこ
の種の位置決め装置にあっては、すべからくウェハの周
縁に形成されたオリフラやＶノッチ部のような基準マー
クの位置を検出するとともに、その検出位置と予め設定
された位置決め設定位置との合致させるべくウェハを三
軸方向に補正移動させて位置決めするものである。

【０００８】ところで、ウェハの製造工程或いは半導体
製造工程における処理履歴やロット毎の履歴特性などの
様々な履歴情報を、ウェハの例えばオリフラ部分の表面
やウェハ裏面にドットマークにより表示することが行わ
れている。更に、近年では本出願人が特願平１０−３３
４００９号により先に提案しているごとく、前記ドット
マークの形態が、例えば上下寸法０．０１〜５μｍ、最
大幅１〜１５μｍと微小化されると共に、視認性にも優
れた形態を形成することが可能となったがため、そのマ
ーキング領域が一挙に拡大し、例えば半導体チップの寸
法に切断するための切断線領域であるスクライブライン
や、ウェハ周縁の面取り部、果てはウェハ周縁に形成さ
れる位置決めのための基準マークであるＶノッチ部の面
取り部分平坦面などの微小領域にマーキングがなされる
ようになってきている。

【０００９】前記マーキングにあたってウェハが水平に
セットされる場合には、上記オリフラ部分及びスクライ
ブラインが水平面からなるため、レーザビームの照射に
よるマーキング位置決めの際に、ビーム照射面に対して
光軸を直交させることは、技術的にそれほど難しくはな
いが、例えば前記ウェハ周縁やＶノッチ部の面取り部分
では、前記面取り部分の傾斜角が常に一定であるとは限
らないため、光軸をその面取り部分の平坦面に対して直
交させようとすると、マーキングの都度その傾斜角度を
正確に認識する必要がある。

【００１０】このことは、前述のごとく視認性に優れた
微小形態のドットマークを形成することが可能となって
初めて認識されたことであり、従って、上述のごとくウ
ェハのオリフラやＶノッチ部を位置決めの基準マークと
して検出するための多様な技術が開発されてはいるもの
の、当然のことながら、ウェハの前記周縁やＶノッチ部
の極めて微小な領域である面取り部分の傾斜面における
傾斜角までをも検出するうような技術を開発することは
あり得なかった。

【００１１】そこで、本発明の目的は簡易な構成をもっ
て正確に測定し得る、特に微小領域における傾斜平坦面
の傾斜角を測定するに好適な傾斜角測定装置と同装置を
備えたレーザマーカ及びドットマークの読み取り装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的は、上記請求項
１〜５に記載された第１〜第５発明により効果的に達成
される。請求項１に係る第１発明は、被測定面である傾
斜平坦面を照射する投光器とその反射光を受光する受光
器を有する光学系と、被測定面に対する前記投光器の光
軸の入射角を相対的に変更する入射角変更手段と、前記
入射角の変更時における前記受光器の最大受光時の前記
入射角を検出する入射角検出手段と、前記入射角検出手
段により検出された最大受光時の前記入射角から傾斜平
坦面の傾斜角を演算する演算手段とを備えてなることを
特徴とする傾斜平坦面の傾斜角測定装置にある。

【００１３】被測定面が平坦であれば、同被測定面に向
けて照射される平行光は、ある入射角において全ての光
が入射角と同一の反射角をもって反射することになる。
従って、投光器或いは受光器の一方を不動として固定
し、他方をその照射領域を変えることなく入射角を変更
すると、受光器により受光する光量が変動する。この光
量変化の原理を利用して、演算手段を介して基準面に対
する被測定面の傾斜角度を測定する。本発明によれば、
前記入射角の相対的な変更手段としては、前述のごとく
投光器或いは受光器の一方を不動とし、他方を照射面を
変えることなく変更することにより行われる場合と、投
光器および受光器の配設位置を不動として、照射面を変
更することなく被測定面を移動させることにより行われ
る場合とがある。

【００１４】請求項２に係る第２発明は、前記入射角変
更手段が、前記被測定面を前記投光器の光軸と被測定面
との交点を通る被測定面上の直線回りに回動させる回転
駆動系を有している。この発明にあっては、前述の入射
角の相対的な変更手段として投光器および受光器の配設
位置を不動として、照射面を変更することなく被測定面
を移動させることにより行われる場合を規定している。

【００１５】この第２発明によれば、例えば前述の投光
器および受光器の他に上記傾斜面測定装置と連動する各
種の処理装置が被測定面の周辺に配設される場合に、そ
れらのいずれかの運動により互いの干渉を可能な限り回
避しようとするには、本発明のごとく上記入射角変更手
段として採用し得る形態のうち前記投光器および受光器
を不動とする実施の形態を採用することが望ましい。

【００１６】請求項３に係る第３発明は、前記入射角変
更手段が、前記投光器の光軸と被測定面との交点位置を
変更することなく、前記投光器と受光器とを含む平面内
で前記投光器を回動させる回転駆動系を有している。こ
の発明では、上記入射角変更手段のうち、受光器を不動
として投光器に運動を与える実施形態を採用している。
この形態は、例えば被測定面における傾斜角を測定器単
独でその傾斜角度を測定し、その傾斜角をコントローラ
等に記憶しておき、以降の処理工程などにおいて同傾斜
角に則って処理を行うような場合に好都合である。

【００１７】請求項４に係る第４発明は、請求項１〜３
のいずれかに記載の傾斜角測定装置が付設され、前記被
測定面が半導体ウェハのＶノッチ部の面取り部分平坦面
であり、同平坦面にレーザビームの照射によるドットマ
ークを形成することを特徴とするレーザマーカにある。

【００１８】上記傾斜面測定装置は、その構成及び操作
が簡単であるにも関わらず、高精度な測定が可能である
ため、半導体ウェハの周縁に形成されるＶノッチ部の面
取り部分平坦面のごとき微小領域の測定をも十分な測定
結果が得られる。一方、前記面取り部分平坦面に形成さ
れるレーザマーカによるドットマークも極めて微小な形
態を有している。このような微小な形態のドットマーク
を形成するには、レーザマーカの光軸が前記平坦面に対
して正確に直交させる必要がある。この点から、上記測
定装置を用いて前記微小領域である平坦面の傾斜角を高
精度に測定しながら、同時にその光軸を正確に直交させ
るべくレーザマーカの位置合わせを行うようにすること
が有利である。

【００１９】請求項５に係る第５発明にあっては、既に
微小領域であるＶノッチ部の上記面取り部分平坦面には
形成された微小形態のドットマークを正確に読み取るた
めのドットマーク読み取り装置に、上記上記請求項１〜
３のいずれかに記載の傾斜角測定装置を付設することを
規定している。この読み取り装置にあっては、前記第４
発明とは異なり、有利である。半導体ウェハのＶノッチ
部の面取り部分平坦面であり、前記Ｖノッチ部の上記面
取り部分平坦面には既に微小形態のドットマーク付され
ているため、その形成領域を見出すことをさほど難しく
はないが、これを斜めから読み取ろうとすると、同ドッ
トマークの光像が変形してしまい、極めて読み取りにく
くい。その点で、上記傾斜面測定装置を前記読み取り装
置に組み込むことにより、光像を歪ませることなく正確
な読み取りが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の傾斜角測定装置に
よる測定対象の一例を示す半導体ウェハＷのＶノッチ部
の拡大斜視図である。通常、半導体ウェハＷの周縁には
一部周縁を直線的に切除した図示せぬオリフラと、同ウ
ェハＷの周縁をＶ字状に切除されたＶノッチ１０が形成
されている。これらウェハＷの周縁とＶノッチ１０の内
面には、ウェハ表裏面側の稜線に沿ってそれぞれ面取り
がなされ、中央の垂直面領域１１を挟んで上下に面取り
領域１２及び１３が形成される。前記Ｖノッチ１０の中
央奥底部１０ａと入り口隅部１０ｂとは、それぞれがア
ール部分を介して隣り合う側面に連続しており、前記中
央奥底部１０ａの内面屈曲角度はほぼ９０°であり、同
中央奥底部１０ａからウェハ周縁までの半径上の寸法は
略１ｍｍ程度である。また、前記上下の面取り領域１
２，１３の面取り角度は２０〜３０°の間である。

【００２１】従って、上記Ｖノッチ１０の上下面取り領
域１２，１３は、ウェハＷの周面からアール部分を介し
て直線的に内側に入り込んだ後、再びアール部分を介し
て直線的に外側に切り出されて、アール部分を介して更
にウェハＷの周面へと連続している。そのため、Ｖノッ
チ１０の上側面取り領域１２は逆裁頭円錐面１２ａを挟
んで左右に平坦面１２ｂを有することになる。この平坦
面１２ｂに本出願人による先の出願に係る特願平１０−
３３４００９号に開示されているようにして上下寸法
０．０１〜５μｍ、最大幅１〜１５μｍの微小形態をも
つ上記ドットマークが形成される。

【００２２】なお、上記半導体ウェハとは、シリコンウ
ェハそれ自体である場合が代表的ではあるが、その他に
ウェハ表面に酸化膜（SiO₂) や窒化膜(SiN) が形成され
たもの、更にはエピタキシャル成長させたウェハ、ガリ
ウム砒素、インジウムリン化合物が表面に形成されたウ
ェハをも含むものである。

【００２３】微小形態をもつ前記ドットマークの形成方
法を図２に基づいて簡単に説明すると、レーザマーカ１
のレーザ発振器２から出射されるガウシアン形状のエネ
ルギー密度分布を有するレーザビームを、まず例えばフ
ライアイレンズやバイナリーオプティクス、シリンドリ
カルレンズを使ったビームホモジナイザ３を通して、尖
頭値がほぼ均一なトップハット型のエネルギー密度分布
形状に成形する。こうしてエネルギー密度分布が均一に
成形されたレーザビームは、次いで液晶マスク４の表面
に照射される。このとき、液晶マスク４は広く知られて
いるように所要のマーキングパターンをマスク上に駆動
表示することが可能であり、前記レーザビームは同パタ
ーン表示領域内の光透過可能な状態にある画素部分を透
過する。この各画素ごとに分割されて透過したのちの各
透過光のエネルギー密度分布も、前記ビームホモジナイ
ザ３により成形された形状と同一であって均一に分布さ
れている。

【００２４】ここで、前記レーザビームのパルス幅を１
０〜５００ｎｓとし、そのエネルギー密度を０．１５〜
３．５Ｊ／ｃｍ² の範囲に制御する。レーザビームが、
かかる数値範囲内に制御されると、ドットマーク形成面
から隆起する特異な形態をもつ微小なドットマークを形
成することができる。

【００２５】前記液晶マスク４に１回で照射する領域
は、ドット数で１０×１１個であり、これをレーザビー
ムをもって一括照射するが、かかるドット数では必要と
する全てのドットマーク数を満足し得ないことが多いた
め、マークパターンを数区画に分割して順次液晶マスク
に表示させ、これを切り換えながら組み合わせて全体の
マークパターンをウェハ表面に形成するようにすること
もできる。この場合、ウェハ表面に結像させるときはウ
ェハ又は照射位置を当然に制御移動させる必要がある。
かかる制御手法としては従来から公知とされている様々
な手法が採用できる。

【００２６】上記液晶マスク４を通過したドット単位の
レーザビームを、続いてビームプロファイル変換器５に
照射してもよい。このビームプロファイル変換器５は前
記液晶マスク４のマトリックス状に配された個々の液晶
に対応して同じくマトリックス状に配列されている。従
って、液晶マスク４を透過したレーザビームは、１対１
に対応して各画素ごとに前記ビームプロファイル変換器
５を通過して、ビームホモジナイザ３によりそれぞれに
平滑化されたエネルギー密度分布のレーザビームを上記
特有の形態をもつ微小なドットマークを形成するに必要
なエネルギー密度分布形状へと変換される。

【００２７】ビームプロファイル変換器５を通過したレ
ーザビームはレンズユニット６により絞られ、半導体ウ
ェハＷの表面の所定の位置に照射され、同表面に必要な
ドットマーキングがなされる。前記液晶の画素単位の最
大長さは５０〜２０００μｍであることが好ましく、こ
れが前記レンズユニット６により半導体ウエハＷの表面
に１〜１５μｍにまで絞られる。ここで、ミクロン単位
のマーキングを複数のウェハ表面に均一に形成しようと
する場合には、そのマーキング面と集光レンズとの間の
距離や光軸合わせをミクロン単位で調節する必要があ
る。

【００２８】焦点検出は、レーザ顕微鏡などで一般に使
用されている共焦点方式で高さ計測を行い、この値から
レンズの縦方向の微小位置決め機構にフィードバックさ
せて、自動的に焦点の位置決めがなされる。また、光軸
合わせや光学構成部品の位置決め及び調整は、一般的に
知られた方法が採用され、例えばＨｅ−Ｎｅレーザなど
のガイド光を通じて、予め設定されている基準スポット
に適合させるべくネジ調整機構などによって調整する。

【００２９】上記ビームプロファイル変換器５は、前記
ビームホモジナイザ３により平滑化されたエネルギー密
度分布を本発明に特有のドット形状を得るために最適な
エネルギー密度分布の形状に変換させるための光学部品
であり、回析現象、屈折現象或いはレーザ照射ポイント
における光透過率を任意に異ならせるなどして、入射レ
ーザ光のエネルギー密度分布のプロファイルを任意の形
状に変換するものである。その光学部品としては、例え
ば回析光学素子、ホログラフィック光学素子、凸型のマ
イクロレンズアレイ、或いは液晶自体が挙げられ、それ
らをマトリックス状に配置してビームプロファイル変換
器５として使用する。

【００３０】ビームプロファイル変換器５を通過したレ
ーザ光は縮小レンズユニット６により絞られ、半導体ウ
ェハＷのノッチ部の内面に照射され、同内面に必要なド
ットマーキングがなされる。従来のこの種のドットマー
キングは、既述したとおり半導体ウェハＷの周辺部表面
又は裏面になされている。かかる部位へのマーキングで
はウェハ周辺部における膜厚の制御が困難であることに
由来して、例えばエッチング不足の場合には、ＣＭＰ処
理のたびに膜（特にメタル系）がドットマーク上に少し
ずつ堆積し、読み取りを不可能にし、或いは膜を完全に
除去しようとして、ウェハ表面を削ってしまい、結果と
してドットマークの深さが浅くなり、同じく読み取りを
不可能にする。ミクロン単位の微小なドットマークにあ
っては、かかる事態は致命的である。

【００３１】その点、半導体ウェハの上記ノッチ部やス
クライブライン或いはウェハ周面にあっては、前述のウ
ェハ周辺部表面を回避できる上に、成膜処理や除膜処理
などの視認性に影響する加工が積極的になされることが
ないため、ノッチ部の内面、ウェハ周面面取り部分或い
はスクライブラインの表面にドットマーキングがなされ
ることは望ましい。しかしながら、従来のドット寸法で
はこれらのマーキング領域に所要のドット数を形成する
ことは不可能である。そこで、上述のごとくミクロン単
位の微小なドットマーキングが要求されることになる。

【００３２】一方、ドットマークの各ドットの大きさ
は、加工する光源の波長に依存することが判明してい
る。一般に、 パターニングの分解能＝ｋ1 ・λ/NA 加工焦点深度( 加工可能な焦点方向距離の幅) ＝ｋ1 ・
λ/(NA)² で表される。ただし、K はプロセスファクタ( 比例定
数) 、λは光源波長、NAはワーク表面への射出角であ
る。

【００３３】前記式から、パターニングの分解能を小さ
くするためには、光源波長を小さくするか、或いはワー
クへの射出角を大きくすることが考えられるが、焦点深
度との兼ね合いでワーク表面への射出角はある値に制限
されてしまう。従って、本発明では波長の短いレーザ光
を使うことが好ましい。従来、ウェハ上へのマーキング
用光源として、ＹＡＧレーザの基本波（波長：１０６４
ｎｍ）が多用されているが、ＹＡＧレーザの２倍波（波
長：５３２ｎｍ）か３倍波（３５５ｎｍ）、或いはその
波長範囲に則した波長のレーザ光源を使用する。

【００３４】このように、微細ドットマーキングが実現
されると、それに伴って焦点深度が小さくなる。一方、
半導体ウェハ表面にマーキングを施すにあたり、ウェハ
の厚み誤差やウェハ自身のそり、うねり、更にはウェハ
ハンドリングの位置出し精度などの影響があるため、焦
点深度よりもその影響が大きい。その結果、焦点位置を
検出して自動的に位置出しをするための自動焦点位置出
し手段が不可欠となる。前記焦点位置の検出手段として
は、既述したごとく一般の共焦点顕微鏡による検出方法
や三角点測定法が採用できる。しかして、装置の小型化
と測定精度を考慮すると共焦点法が最も好ましい。前記
自動焦点位置出しの機能は、前記焦点位置検出手段によ
るフィードバック信号で微小位置決めを行うことで実現
される。

【００３５】ところで、この微小位置決めの精度を確保
すると共に、理想的なドットマークの形態を得るには、
レーザ光の光軸がマーキング領域に対して正確に直交し
ているか否かに依存する部分が多い。一方、既述したご
とく上記ドットマークはウェハＷのＶノッチ１０の上記
面取り部分の上側平坦面１２ｂに形成される。従って、
レーザ光の光軸を前記上側平坦面１２ｂに対して正確に
直交させるには、同平坦面１２ｂがウェハ表面に対して
如何なる傾斜角θにあるかを正確に知る必要がある。し
かして、例えば上記レーザビームによるドットマーキン
グでは、前記平坦面１２ｂに対向してレーザマーカの出
射部を接近させて設置する必要があり、本発明にあって
は同平坦面１２ｂに近接して更に前記平坦面１２ｂの傾
斜角を測定する本発明の傾斜角測定装置を設置すること
になるため、それらの装置を微小な調整動作以外は可能
な限りそれらの設置位置から移動させず互いに干渉しな
いように設置することが望ましい。

【００３６】そこで本実施例では、レーザマーカ１と本
発明に係る平坦面の傾斜角測定装置１００とを一旦設置
したのちは両者を大きく動かす必要がないように、被測
定物でありマーキング対象でもあるウェハＷの方を動か
すようにしている。勿論、本発明の傾斜角測定装置と他
の装置との間に干渉の問題が生じない場合には、傾斜測
定装置の受光器又は投光器を不動として、投光器又は受
光器を移動させて平坦面に対するその相対的な入射角θ
を変更させるようにしてもよい。

【００３７】図３は本発明の好適な第１実施例である上
記平坦面１２ｂの傾斜角測定装置が適用されたレーザマ
ーカ１の要部を概略で示している。同図は前記傾斜角測
定装置の側面図である。また、図４はウェハＷの回転方
向と投光器及び受光器の配設位置を拡大して示してい
る。

【００３８】ウェハＷの支持プレート１０１は球面座１
０２に取り付けられており、前記支持プレート１０１は
図示せぬ作動機構により上記Ｖノッチ１０の奥底部中心
点Ｏに関して、図４に示すように同中心点Ｏとウェハ中
心とを結ぶ直線Ｙ回りに制御回転すると共に、前記中心
点Ｏを通りウェハＷの表面に直交する直線Ｚ回りを制御
回転する。また、図３に示す実施形態にあっては前記ウ
ェハＷの制御回転とは別に前記支持プレート１０１を三
軸座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の三軸方向に制御移動させる構
造が採用されている。これらの制御駆動は、工作機械に
おける通常の制御機構に基づいて行われる。

【００３９】一方、前記ウェハＷのＶノッチ１０に形成
された上側面取り部分の平坦面１２ｂにほぼ直交する直
線上に光軸がくるように上述のレーザマーカ１が設置さ
れており、前記平坦面１２ｂとレーザマーカ１の光軸と
の交点領域に向けて各光軸が交差するように本発明の傾
斜角測定装置１００の投光器１０３及び受光器１０４が
設置されている。この場合に投光器１０３及び受光器１
０４の配設位置は、当然に前記レーザマーカ１と干渉し
ない位置にあることが必要である。本実施例によれば、
図４に示すようにウェハＷの周面から外側であって、Ｖ
ノッチ１０の前記平坦面１２ｂに対して斜め上方位置に
投光器１０３を配すると共に、同じく平坦面１２ｂに対
して斜め下方位置に受光器１０４が配されている。な
お、本実施例では後述する理由から前記投光器１０３か
ら投射される光は単なるスポット光ではなく、所定の幅
と長さをもつスリット状の平行光としている。

【００４０】図５は本発明の測定原理を模式的に示した
説明図であり、前記投光器１０３から出射された光は平
坦面１２ｂのマーキング領域に投射されて反射し受光器
１０４により受光される。いま、投光器１０３及び受光
器１０４の位置を不動として、前記平坦面１２ｂのみ
を、投光器１０３及び受光器１０４の各光軸の交差点を
通り、各光軸を含む平面に直交する直線Ｌの回りを回動
させると、受光器１０４の受光量は、図６に示すように
平坦面１２ｂの回動角度が増加するに従って、ある領域
において徐々に増加していき、遂にはそのピークに達し
たのち徐々に減少する。

【００４１】本実施例にあっては、上述のごとく投光は
単なるスポット光でなく、ある照射面積をもつ平行光か
らなる場合に、前記光量の変化時における受光器１０４
で受光する光像は、最初は直線状である像が徐々に幅を
増し、遂には投光器１０３から投射された光の断面形状
となって、そのときの受光器１０４は最大の受光量とな
り、更に平坦面１２ｂの回動を続けると前記光像は徐々
に幅を減少させて、遂には直線状となる。受光器１０４
の受光量が最大となる平坦面１２ｂの回動角度のとき、
投光器１０３から投射された光の正反射光が受光器１０
４により受光されたことになり、そのときの反射面にお
ける法線とウェハＷの表面の延長線との交差角から、平
坦面１２ｂのウェハ表面に対する傾斜角、つまり面取り
部分の傾斜角が演算できる。

【００４２】本実施例装置によれば、前記受光器１０４
による受光量は電気量に変換されてコントローラに送ら
れ、モニタを介して目視により、或いはその光量変化が
最大値に達したときの平坦面１２ｂの回動角度から入射
角γが演算され、同入射角γからウェハ表面と平坦面１
２ｂとのなす角度、すなわち傾斜角θが演算される。こ
のとき、投射光の断面をある面積をもつ形態で投射し、
その反射光を受光すると共に、前記平坦面１２ｂの回動
軸線を、例えば上述のごとくＹ軸及びＺ軸の二軸とする
と、各軸に直交する二軸方向の各正反射領域が測定でき
るため、Ｖノッチ１０の平坦面１２ｂが存在する領域に
おける傾斜角が正確に測定できるようになる。

【００４３】こうして、平坦面１２ｂの傾斜角θが測定
されると、上記支持プレート１０１を三軸座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）のステージ上で三軸方向に制御移動させて、レ
ーザマーカ１の光軸を平坦面１２ｂのマーキング領域に
対して前記正反射点の法線上に位置合わせし、同時に既
述したとおり焦点位置決めを自動で行って、ドットマー
キングの操作に入る。

【００４４】また、本発明の上記傾斜角測定装置１００
は、前述のようにしてマーキングが行われた後の、ドッ
トマーク読み取り装置にも適用することができる。ドッ
トマーク形成面に形成されるドットマークの形態は、同
ドットマークの表面にコヒーレント光又はインコヒーレ
ント光を照射したとき、そのマーク部分の反射光が、そ
の頂上で散乱することが好ましい。かかる形態をもつド
ットマークは形成面から上方に隆起し、前述のレーザマ
ーカにより形成される。

【００４５】これを上述のレーザマーカにより実際に形
成されたドットマークを、図７に示すドットマーク読み
取り装置により受像したときの光像について比較する。
図９及び図１０は本発明に適用される中央部が隆起する
形態の微小ドットマークを斜め上方から撮像した光像を
示し、図１１は従来の中央部が凹陥し周辺にリング状の
膨出部を有するドット形態の微小ドットマークに対する
同様の光像を示している。これらの像から、ドットマー
ク形態によって、その光像の鮮明さに大きな差が生じる
ことが理解できる。隆起する前記ドットマークの寸法
は、３．６μｍの幅をもち、高さは０．１３４〜０．２
１１μｍ、各ドット間隔は４．５μｍである。

【００４６】図７は本発明の上記傾斜面測定装置が組み
込まれた第２実施例であるドットマーク読み取り装置の
概略構成を示すブロック図である。本実施例によるドッ
トマーク読み取り装置にあって、上記平坦面１２ｂの傾
斜角測定装置の構成は第１実施例で述べた上述の傾斜角
測定装置１００と実質的に変わるところがない。ただ
し、本実施例では各ウェハＷごとに検出された測定デー
タを図示せぬコントローラに記憶させることなく、主制
御装置１１５を介して上記各制御駆動モータを駆動し、
即座に各ウェハＷごとのドットマーク読み取り装置の位
置決めを行っている。

【００４７】本実施例では、図３及び図４に示すように
ウェハＷの支持プレート１０１は球面座１０２に取り付
けられており、前記支持プレート１０１は図示せぬ作動
機構により上記Ｖノッチ１０の奥底部中心点Ｏに関し
て、同中心点Ｏとウェハ中心とを結ぶ直線Ｙ回りに制御
回転すると共に、前記中心点Ｏを通りウェハＷの表面に
直交する直線Ｚ回りを制御回転する。また、前記ウェハ
Ｗの制御回転とは別に上記実施例と同様に前記支持プレ
ート１０１を三軸座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の三軸方向に制
御移動させる構造を採用している。

【００４８】一方、ドットマーク読み取り部１１６の照
明光源１１７が前記ウェハＷのＶノッチ１０に形成され
た上側面取り部分の上記平坦面１２ｂに所定の照射角を
もって斜め上方から照射するように設置されており、光
軸を前記平坦面１２ｂとほぼ直交させるようにＣＣＤカ
メラ１１８が設置されている。この場合にも、傾斜角測
定装置１００の投光器１０３及び受光器１０４の配設位
置は、当然に前記ドットマーク読み取り部１１６の照明
光源１１７及びＣＣＤカメラ１１８と干渉しない位置に
あることが必要である。

【００４９】上記支持プレート１０１の左右（ｘ軸方
向）、前後（ｙ軸方向）及び上下方向（ｚ軸方向）の３
軸座標系に制御移動は、画像処理部１１９に接続された
主制御部１１５からの信号により支持プレート制御部１
２０を経てモータドライバ部１２１を駆動することによ
り行われる。上記照明光源１１７の照明光量などは前記
画像処理部１１９の照明制御部１１９ａからの信号に基
づいて照明電源１２２を制御することにより行われる。
また前記ＣＣＤカメラ１１８の焦点などは同じく画像処
理部１１９の画像入力部１１９ｂからの信号を受けてカ
メラ制御部１２３により制御される。

【００５０】本実施例にあっては光の照射面であるＶノ
ッチの平坦面１２ｂに対してＣＣＤカメラ１１８の光軸
は垂直に向けられており、そのカメラ１１８の光軸とＶ
ノッチの読み取り面である平坦面１２ｂとの交点に対し
て照明光源１１７は所望の対向角をもって斜め上方に配
されてる。このカメラ１１８と照明光源１１７との配置
関係は逆になってもよい。しかして、本発明にあっては
照明光源１１７から発せられる光は、既述したようにコ
ヒーレント光よりも、自然光による照射と同様にインコ
ヒーレント光による照射であることが好ましいが、勿論
コヒーレント光によってもよい。本実施例による、カメ
ラ１１８による受光は平行光による均一な方向性をもつ
平行な反射光ではなく、照射面から乱反射される所定領
域内の乱反射光束となる。

【００５１】かかる照明と受光の関係は、照明光源１１
７とカメラ１１８との配置に関して上記レーザマーカの
配置とは異なり、あまり厳しい位置決め精度が要求され
ず、様々な配置を設定できるため有利であり、しかも半
導体ウェハＷのＶノッチに形成されるドットマークが隆
起形態をもつ場合には、ドットマークとその周辺の照射
面とを比較したとき、カメラ１１８で受光する乱反射光
の殆どがドットマーク表面でなされたものとなり、これ
を例えば図示せぬ集束レンズを介して受光すれば、周辺
との輝度差が大きくなり、ドットマークの認識が確実に
なされる。

【００５２】図８は、前述の本実施例装置によるドット
マークの読み取り手順を示している。いま、照明電源１
２２が入り照明光源１１７が点灯されると、同時に上述
した測定操作を行い平坦面１２ｂの傾斜角θを確定させ
たのち、ドットマークの書き込まれた領域を検出すると
ともに、支持プレート１０１を介して載置固定されたウ
ェハＷの位置決めがなされる。この位置決めは、上記モ
ータドライバ部１２１を制御駆動することにより、支持
プレート１０１を左右（ｘ軸方向）、前後（ｙ軸方向）
及び上下方向（ｚ軸方向）の３軸方向に制御移動させる
ことによりなされる。この位置決めが終了すると、カメ
ラ１１８を操作してドットマークの画像読み込みが行わ
れ、それらの画像情報をデジタル的に画像処理して情報
内容を認識する。このとき、情報内容の認識がなされ
ず、或いは不鮮明であるときは、上記Ｖノッチ内面の読
み取り領域を検出し直して、上記操作を再度やり直す。

【００５３】こうして、一枚の半導体ウェハＷに書き込
まれたドットマークの読み込みが終了すると、以下、上
記操作と同様の操作を繰り返し行い、各ウェハＷのＶノ
ッチに書き込まれたドットマークを読み取る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の傾斜角測定装置による測定対象の一例
を示す半導体ウェハＷのＶノッチ部を拡大斜視図であ
る。

【図２】微小ドットマークを形成するレーザマーカの概
略を示す構成図である。

【図３】本発明の傾斜角測定装置を備えたレザマーカの
代表的な実施例を示す概略構成図である。

【図４】前記傾斜角測定装置によるウェハの回転方向と
投光器及び受光器の配置を示す要部拡大説明図である。

【図５】本発明の測定原理を模式的に示した説明図であ
る。

【図６】本発明の傾斜角測定装置の投光器による入射角
変動に基づく受光量変化を示す測定線図である。

【図７】前記傾斜角測定装置を組み込んだドットマーク
読み取り装置の概略構成を示すブロック図である。

【図８】前記マーク読み取り装置によるドットマークの
読み取り手順を示す流れ線図である。

【図９】前記ドットマーク読み取り装置により中央部が
隆起する形態の微小ドットマークを斜め上方からの撮影
した光像を示す立体図である。

【図１０】同様に撮影した他の光像を示す立体図であ
る。

【図１１】前記ドットマーク読み取り装置により中央部
が凹んだ形態の微小ドットマークを斜め上方からの撮影
した光像を示す立体図である。

【符号の説明】 １ レーザマーカ ２ レーザ発振器 ３ ビームホモジナイザ ４ 液晶マスク ５ ビームプロファイル変換器 ６ レンズユニット １０ Ｖノッチ １０ａ 中央奥底部 １０ｂ 入り口隅部 １１ 垂直面領域 １２，１３ 上下面取り領域 １２ａ 逆裁頭円錐面 １２ｂ 上下平坦面 １００ 傾斜角測定装置 １０１ 支持プレート １０１ａ 球面座 １０３ 投光器 １０４ 受光器 １１５ 主制御部 １１６ ドットマーク読み取り部 １１７ 照明光源 １１８ ＣＣＤカメラ １１９ 画像処理部 １２０ 支持プレート制御部 １２１ モータドライバ部 １２２ 照明電源 Ｗ （半導体）ウェハ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定面である傾斜平坦面を照射する投
   光器とその反射光を受光する受光器を有する光学系と、 被測定面に対する前記投光器の光軸の入射角を相対的に
   変更する入射角変更手段と、 前記入射角の変更時における前記受光器の最大受光時の
   前記入射角を検出する入射角検出手段と、 前記入射角検出手段により検出された最大受光時の前記
   入射角から傾斜平坦面の傾斜角を演算する演算手段と、
   を備えてなることを特徴とする傾斜平坦面の傾斜角測定
   装置。
2. 【請求項２】 前記入射角変更手段が、前記被測定面を
   前記投光器の光軸と被測定面との交点を通る被測定面上
   の直線回りに回動させる回転駆動系を有する請求項１記
   載の傾斜角測定装置。
3. 【請求項３】 前記入射角変更手段が、前記投光器の光
   軸と被測定面との交点位置を変更することなく、前記投
   光器と受光器とを含む平面内で前記投光器を回動させる
   回転駆動系を有してなる請求項１記載の傾斜角測定装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の傾斜角
   測定装置が付設され、前記被測定面が半導体ウェハのＶ
   ノッチ部の面取り部分平坦面であり、同平坦面にレーザ
   ビームの照射によるドットマークを形成することを特徴
   とするレーザマーカ。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の傾斜角
   測定装置が付設され、前記被測定面が半導体ウェハのＶ
   ノッチ部の面取り部分平坦面であり、同平坦面に付され
   たドットマークを読み取ることを特徴とするマーク読み
   取り装置。