JP2003133393A - ウエハアライナ装置及びこれを備えるウエハ検査装置 - Google Patents

ウエハアライナ装置及びこれを備えるウエハ検査装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハの切欠部やウエハの中心位置の検出を
精度良く行えるウエハアライナ装置及びこれを備えるウ
エハ検査装置を提供すること。 【解決手段】 ウエハの切欠部を検出するウエハアライ
ナ装置において、ウエハを保持する保持手段と、保持手
段に保持されたウエハの外周端を部分的に拡大して撮像
する撮像手段を持つと共に、撮像手段が有する撮像素子
面の異なる検出領域に切欠部を含む1個所と少なくとも
他の2個所のウエハ外周端像を導く導光光学系を持つ検
出手段と、撮像手段により撮像された画像を処理してウ
エハの中心位置情報と切欠部の位置情報とを求める演算
手段と、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、半導体ウエハの切
欠部の位置検出を行うウエハアライナ装置、及びこれを
備えるウエハ検査装置に関する。
【0002】
【従来技術】半導体ウエハの表面やパターンを顕微鏡で
検査するウエハ検査装置、半導体製造に使用される露光
装置等の半導体製造装置においては、ウエハの位置合わ
せが重要である。このため、ウエハには位置合わせの基
準にするノッチと呼ばれる凹状の切欠部が外周端に形成
されている。このノッチ及びウエハの中心位置を検出す
る方法としては、図10(a)、(b)に示す2つのア
ライナ装置が知られている。
【0003】図10(a)に示す装置は、照明光源10
0によりウエハ50を照明し、ウエハ50の全体像をC
CDカメラ101で撮像してウエハ外周端の形状情報を
得る。その外周形状の情報から、ノッチ51の位置及び
ウエハ50の中心位置(偏心量)を求める。図10
(b)に示す装置は、ステージ110に載せられたウエ
ハ50を回転させると共に、外周端に設けられた照明光
源111及びラインセンサ112からなる1組の検出手
段を用いたものであり、ウエハ50を回転させながら明
暗信号の変化を検出することによりウエハ外周端の形状
情報を得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来装
置には次のような問題があった。前者の装置はウエハ全
体をカメラ101で撮像するため、位置検出の精度が粗
くなる。特に、近年はウエハが直径300mmに大型化
しており、この方式はウエハの大型化に伴って検出精度
の低下となる。また、後者の装置はステージ110の回
転角の制御に検出精度が依存すると共に、やはりウエハ
の大型化に伴って精度の低下となる。加えて、回転させ
ながら位置検出を行うため、検出に時間が掛かるという
問題がある。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
ウエハの切欠部やウエハの中心位置の検出を精度良く行
えるウエハアライナ装置及びこれを備えるウエハ検査装
置を提供することを技術課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。 (1) ウエハの外周端に形成された切欠部を検出する
ウエハアライナ装置において、ウエハを保持する保持手
段と、該保持手段に保持されたウエハの外周端を部分的
に拡大して撮像する撮像手段を持つと共に、該撮像手段
が有する撮像素子面の異なる検出領域に前記切欠部を含
む1個所と少なくとも他の2個所のウエハ外周端像を導
く導光光学系を持つ検出手段と、前記撮像手段により撮
像された画像を処理してウエハの中心位置情報と前記切
欠部の位置情報とを求める演算手段と、を備えることを
特徴とする。 (2) (1)のウエハアライナ装置は、前記検出手段
の検出前にウエハの切欠部の位置を検出するプリアライ
ナ手段と、該検出情報に基づき前記撮像手段の何れかの
検出範囲に前記切欠部が入るようにウエハを移動する移
動手段と、を備えることを特徴とする。 (3) (1)の導光光学系は、前記撮像手段の各検出
範囲に他のウエハ外周端像が映り込まないように撮像範
囲を制限する絞りを有することを特徴とする。 (4) (1)のウエハアライナ装置において、前記検
出手段は前記撮像手段の各検出範囲に異なるサイズのウ
エハの外周端像を導く第2の導光光学系を持つことを特
徴とする。 (5) ウエハ検査装置は(1)〜(4)の何れかのウ
エハアライナ装置を備えることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1(a)は本実施の形態のウエ
ハ検査装置1を上方から見たときの図であり、図1
(b)はウエハ検査装置1の側面を示した図である。
【0008】2はウエハ50を収納しているキャリアで
ある。図中のウエハ50は外径(直径)がφ300mm
のものを示している。6はウエハ50のノッチ位置の概
略求めるプリアライナであり、5はプリアライナ6での
検出時にウエハ50を回転させるための回転ステージで
ある。3はロボットアームであり、キャリア2、回転ス
テージ5及びチェンジアーム7の間でウエハ50を受け
渡す役目をする。例えば、キャリヤ2内のスロットに1
枚ずつ収納されたウエハ50がロボットアーム3によっ
て取り出されたり、キャリヤ2内に収納される。チェン
ジアーム7は3つの保持アームを持つ。
【0009】8はXYステージであり、ウエハ50を保
持して図1(a)に示すXY方向に移動する。また、X
Yステージ8は保持軸を中心に回転する回転機能も備え
ている。9はウエハ50を拡大観察するための顕微鏡で
あり、XYステージ8によりウエハ50を移動すること
によって、任意の位置を観察することができる。尚、ロ
ボットアーム3、回転ステージ5、チェンジアーム7、
XYステージ8は、図示なき真空ポンプなどの真空源に
よりウエハ50を吸着して保持する。10はメインのア
ライナであり、ウエハ50のエッジ(外周端)を部分的
に拡大撮影し、ノッチ51(図2参照)及びウエハ50
の中心位置をプリアライナ6よりも更に精密に検出す
る。
【0010】図2はプリアライナ6の構成を説明する図
であり、図2(a)はプリアライナ6とウエハ50を上
から見たときの図、図2(b)は側面を示した図であ
る。プリアライナ6は、ウエハエッジに向けて検出光を
投光するLED71a及びその検出光を受光するライン
センサ等の受光素子72aからなる第1検出光学系70
aと、同じくLED71b及び受光素子72bからなる
第2検出光学系70bを備える。第1検出光学系70a
はウエハ50がφ300mmの場合に使用し、第2検出
光学系70bはウエハ50がφ200mmの場合に使用
する。42は回転ステージ5を回転する駆動ユニットで
ある。
【0011】図3はアライナ10の構成を説明する図で
ある。図3(a)はアライナ10を上方から見たときの
図、図3(b)はアライナ10の側面を示した図であ
る。XYステージ8の移動支基12(XY方向に可動)
の上面には、面発光LED11が90°間隔に4個設け
られており、XYステージ8に保持されたφ300mm
のウエハ50のエッジを部分的に下方から略均一に照明
する。ウエハ50の上方(Z方向)には固定支基13が
配置されている。固定支基13は図示なき固定部材によ
り、ウエハ検査装置1に固定されている。固定支基13
の上には、ミラー14、三角孔の絞り15がそれぞれ9
0°間隔に4ヶ所配置されている。また、ミラー14の
下部の固定支基13には、LED11からの光が通過す
るように穴18が空けられている。固定支基13の中央
には4つの反射面を持つピラミッド型ミラー16が配置
されており、その上方に撮像素子と撮影レンズを持つ1
つのCCDカメラ17が配置されている。これらLED
11、ミラー14、絞り15、ピラミッド型ミラー1
6、CCDカメラ17により、φ300mmのウエハ5
0の中心位置及びノッチ51を検出する光学系が構成さ
れる。
【0012】LED11からの照明光はウエハ50のエ
ッジを照明する。ウエハ50で遮られなかった光はミラ
ー14に反射された後、絞り15を経てさらにピラミッ
ド型ミラー16のミラー面によって反射され、CCDカ
メラ17に導かれる。このとき、CCDカメラ17の撮
像面の異なる領域に4個所のエッジ像が導かれるように
ミラー14、絞り15及びミラー16が構成されてい
る。
【0013】図5はCCDカメラ17に撮像されるウエ
ハ50のエッジ像の様子を示した図である。略3角形に
4分割された領域70a,70b,70c,70dがそ
れぞれ4組のLED11〜ミラー16によってそれぞれ
導かれるエッジ像の撮像領域を示している。各領域70
a,70b,70c,70d内の領域60a,60b,
60c、60dが検出領域として設定されている。絞り
15は、各検出領域に他のエッジ像が映り込まないよう
に光束を制限するために設けられている。絞り15の配
置は、できるだけウエハ50側が好ましく、穴18を絞
り15の代わりとしても良い。
【0014】また、アライナ10はφ200mmウエハ
のエッジ像をCCDカメラ17に導く光学系も同時に備
える。φ200mmウエハのエッジに対応させて、移動
支基12には面発光LED21が90°間隔に4個設け
られており、固定支基13には光路長補正レンズ22、
ハーフミラー23が同様に90°間隔に各4個設けられ
ている。φ200mmウエハの場合はLED11を消し
た状態でLED21を点灯する。CCDカメラ17は、
ミラー16、絞り15、ハーフミラー23、レンズ22
を介してφ200mmウエハの4個所のエッジを同時に
撮像する。
【0015】以上のような構成の装置において、その動
作を図4の制御系ブロック図を用いて説明する。なお、
ウエハ50はφ300mmのものとして説明する。制御
部40はロボットアーム3を駆動させて、キャリヤ2内
からウエハ50を吸着保持する。その後、ウエハ50を
回転ステージ5上まで搬送する。回転ステージ5上にウ
エハ50が搭載されると、制御部40は回転ステージ5
を駆動ユニット42により回転させる。回転が始まると
プリアライナ6によりノッチ51の概略検出が行われ
る。LED71aからの検出光により、ウエハ50の下
方に取り付けた受光素子72aにはウエハエッジの影が
投影される。制御部40は回転ステージ5を一定角度ず
つ回転する都度、受光素子72aからの信号により回転
中心からのエッジ距離を得て、このデータをメモリ41
に記憶する。回転ステージ5の回転により1周分の外周
データが得られたら、メモリ41から記憶したデータを
呼び出し、エッジ距離が大きく変化する回転角度をノッ
チ51の位置として求める。制御部40は、XYステー
ジ8にウエハ50を受け渡した時にノッチ51がCCD
カメラ17の検出エリア60dの範囲に入るように、回
転ステージ5を回転させる。
【0016】また、メモリ41に記憶された回転角度毎
のエッジ距離情報から回転ステージ5に置かれたウエハ
50の偏心量を検出し、回転ステージ5上のウエハ50
の中心位置にロボットアーム3のウエハ搬送中心が来る
ように、制御部40はロボットアーム3を駆動する。ロ
ボットアーム3は、ウエハ50の偏心を概ねなくしノッ
チ51の位置を考慮した状態で、ウエハ50を回転ステ
ージ5から受け取る。
【0017】ウエハ50を受け取ったロボットアーム3
は、ウエハ50をチェンジアーム7に受け渡す。チェン
ジアーム7は、ウエハ50をXYステージ8に受け渡
す。チェンジアーム7がウエハ50をXYステージ8へ
受け渡した時点で、制御部40はアライナ10を作動さ
せる。なお、アライナ10を作動させるときは、図3の
ように、XYステージ8の中心がカメラ17の撮影基準
軸と一致する所定位置に置かれる様に駆動ユニット43
により、XYステージ8が動かされる。4つの面発光L
ED11を点灯すると、図5の如く、カメラ17により
90°間隔のウエハ50の拡大されたエッジ像が一度に
撮像される。検出領域の画素数を250、この領域で物
側5mmのものを撮像するものとした場合、1画素当た
りの撮像範囲は20μmとなる。すなわち、20μmの
分解能で検出できる。図5において、61a、61b、
61c、61dはそれぞれウエハ50の外周エッジ像で
ある。61eはノッチ51部分の像であり、プリアライ
ナ6の角度合わせによりおよその位置出しができている
ため、ノッチ像61eが検出領域60dに入るようにな
っている。
【0018】図6は、図5の生画像を画像処理部31で
微分画像に変換したものである。微分処理することによ
りウエハ50の画像を微分処理した外周端像63a、6
3b、63c、63d及びノッチ像63eが強調され
る。
【0019】図7における線分64a、64b、64
c、64dは、図6の微分された外周端像を検出領域6
0a、60b、60c、60dにおいて二値化したもの
である。演算処理部32はアライナ10の原点位置から
X方向へ線分64aまでの距離をX1、線分64cまで
の距離をX2として、その平均値X3=(X1−X2)
/2をアライナ10の原点位置からウエハ50のX方向
への偏心量として求める。このX3を検出領域60a、
60cにおいてY軸方向に200ポイント求め、その平
均値X3'をメモリ41に記憶する。同様に、Y軸方向
も平均値Y3=(Y1−Y2)/2をアライナ10の原
点位置からY方向への偏心量として求める。Y軸方向
は、ノッチ51部分の比較ができないため、この部分を
検出領域60b、60dにおいて省いている。そのた
め、平均値Y3の値をX軸方向に100ポイント求め、
その平均値Y3'をメモリ41に記憶する。
【0020】次に、ノッチ位置を求めるために図8にお
けるノッチ強調画像64eを作成する。正確にノッチ位
置を求めるためには、図9に示すノッチ強調画像64e
において、ノッチ高さH1の上部から30%の距離H2
の位置にX方向基準線Lを引き、その基準線から上下に
1ピクセルづつ2本のラインを引き、それぞれノッチの
線分との交点とアライナ10の原点位置からのX方向へ
の距離Xa1〜Xa5、Xb1〜Xb5を求め、次式によりその偏心
量Xcを求め、メモリ41に記憶する。 Xc=(Xa1+Xa2+Xa3+Xa4+Xa5-Xb1-Xb2-Xb3-Xb4-Xb5)/10 そして、X方向偏心平均値X3'、Y方向偏心平均値Y
3'、ノッチ偏心量Xcをもとに、XYステージ8の中
心位置に対するウエハ50の中心位置及びノッチ位置の
情報を得る。この位置情報を加味して駆動ユニット43
によりXYステージ8が移動し、ウエハ50が顕微鏡9
の観察視野下に搬送される。これにより、操作者は高度
な位置精度のもとにウエハ50の表面を検査することが
できる。
【0021】アライナ10が動作し、オペレータが顕微
鏡9でウエハ50を検査している間には、制御部40は
ロボットアーム3により次のウエハ50をキャリア2か
ら取出し、上記と同様にプリアライナ6での検出を行っ
た後に、チェンジアーム7の次の保持アームで待機させ
る。これにより、次のウエハ50がチェンジアーム7か
ら即座にXYステージ8に移動されるので、ウエハの位
置検出のスループットを速くすることができる。
【0022】なお、以上ではウエハ50のエッジ像を9
0度離れた4個所で得る例を示したが、ウエハ50が完
全な円形であると考えたときには、少なくとも3個所の
外周端像があれば円の中心位置が求まるので、これをウ
エハ中心とすれば良い。ノッチ51を同時に検出する場
合には、3個所の内の1つにノッチ51の像を含ませれ
ば良い。
【0023】また、上記実施の形態では、プリアライナ
6を設けているが、特にプリアライナ6を設けないで、
アライナ10にその機能を兼ね合わせても良い。例え
ば、アライナ10のXYステージ8を回転させて、カメ
ラ17によりウエハ50の所定回転角毎のウエハ像を撮
影し、画像処理部31によってウエハ50のエッジ像を
画像処理した後、ノッチ51の位置を求める。また、画
像処理部31によってウエハ50のエッジ像を画像処理
した後、演算処理部32によってウエハの偏心量を概ね
得る。制御部40は、XYステージ8を上記偏心量に応
じた分だけ移動させて概ねウエハの偏心をなくし、XY
ステージ8を回転させてノッチ51を所定の位置にあわ
せる。その後は上述のようにアライナ10により精度良
くウエハ50の位置検出を行う。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ノッチ
(切欠部)位置の検出及びウエハ中心位置の検出を精度
良く行うことができる。また、ウエハを回転させずにす
むため、検出の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウエハ検査装置の外観を示す図である。
【図2】プリアライナーの外観を示す図である。
【図3】アライナーの外観を示す図である。
【図4】制御系を示すブロック図である。
【図5】ウエハエッジの撮影画像を示す図である。
【図6】ウエハの微分画像を示す図である。
【図7】ウエハの微分画像を二値化したものを示す図で
ある。
【図8】ノッチ強調画像を示す図である。
【図9】ノッチの偏心量Xを求める図である。
【図10】従来のウエハ位置検出装置を示す図である。
【符号の説明】
1 ウエハ検査装置 5 回転ステージ 6 プリアライナ 8 XYステージ 10 アライナ 11 面発光LED 14 ミラー 15 絞り 16 ピラミッド型ミラー 17 カメラ 21 面発光LED 22 光路長補正レンズ 23 ハーフミラー 31 画像処理部 32 演算処理部 40 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夏目 勝弘 愛知県蒲郡市拾石町前浜34番地14 株式会 社ニデック拾石工場内 (72)発明者 今泉 智 愛知県蒲郡市拾石町前浜34番地14 株式会 社ニデック拾石工場内 Fターム(参考) 2F065 AA01 AA07 AA12 AA17 AA20 AA31 BB03 CC19 DD03 DD06 FF04 GG07 GG13 GG18 HH13 HH15 JJ02 JJ03 JJ05 JJ09 JJ25 JJ26 LL12 LL30 MM04 NN20 PP12 PP13 QQ04 QQ23 QQ29 QQ31 QQ32 QQ42 TT08 4M106 AA01 CA38 CA50 DJ07 5F031 CA02 FA01 FA11 FA12 FA14 GA03 GA43 GA50 JA04 JA29 JA34 JA35 JA36 KA13 KA14 MA33

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウエハの外周端に形成された切欠部を検
    出するウエハアライナ装置において、ウエハを保持する
    保持手段と、該保持手段に保持されたウエハの外周端を
    部分的に拡大して撮像する撮像手段を持つと共に、該撮
    像手段が有する撮像素子面の異なる検出領域に前記切欠
    部を含む1個所と少なくとも他の2個所のウエハ外周端
    像を導く導光光学系を持つ検出手段と、前記撮像手段に
    より撮像された画像を処理してウエハの中心位置情報と
    前記切欠部の位置情報とを求める演算手段と、を備える
    ことを特徴とするウエハアライナ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1のウエハアライナ装置は、前記
    検出手段の検出前にウエハの切欠部の位置を検出するプ
    リアライナ手段と、該検出情報に基づき前記撮像手段の
    何れかの検出範囲に前記切欠部が入るようにウエハを移
    動する移動手段と、を備えることを特徴とするウエハア
    ライナ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の導光光学系は、前記撮像手段
    の各検出範囲に他のウエハ外周端像が映り込まないよう
    に撮像範囲を制限する絞りを有することを特徴とするウ
    エハアライナ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1のウエハアライナ装置におい
    て、前記検出手段は前記撮像手段の各検出範囲に異なる
    サイズのウエハの外周端像を導く第2の導光光学系を持
    つことを特徴とするウエハアライナ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の何れかのウエハアライナ
    装置を備えることを特徴とするウエハ検査装置。
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