JP2005101307A - ノッチのずれ補正のための補正角度検出方法、真空槽における半導体ウェーハの方向調整方法、ノッチのずれ補正のための補正角度検出装置、および半導体ウェーハの方向調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェーハの方向調整を簡単かつ精度良く行う。
【解決手段】 主制御装置１は、ウェーハ搬出入処理装置５を用いて真空槽内のプラテンにウェーハを設置した後に、検査装置１０にウェーハの向きを検査させる。検査装置１０は、プラテン上のウェーハを撮像し、得られた画像からウェーハの中心点およびノッチの代表点を抽出する。さらに検査装置１０は、ウェーハの中心点から見たノッチの方向を示すノッチ角度を算出し、主制御装置１から与えられた基準角度とノッチ角度との差を求める。求められた差の値が所定の誤差を超える場合には、この差の値は補正角度として主制御装置１に送信される。主制御装置１は、検査装置１０からの補正角度をプラテン制御装置６に与えることにより、補正角度分だけプラテンを回転させて、前記ウェーハの方向を調整する。この後は、イオン発生処理装置７を駆動して、ウェーハに対するイオン注入処理を実行する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体ウェーハにイオン注入処理を施す工程において、イオン注入装置の真空槽内のプラテンに保持された半導体ウェーハの方向を調整するための技術に関する。

一般的なイオン注入装置では、機体の外部に複数枚の半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」という場合もある。）が装着されたウェーハカセットが設けられる。また、一般的なウェーハには、結晶方位を示す略Ｖ字状のノッチが形成されており、このノッチに基づき方向を合わせられた状態でウェーハカセットに挿入される。

イオン注入処理時には、前記ウェーハカセットからウェーハが１枚ずつ取り出され、真空槽に送り込まれる。ウェーハを真空槽に導く作業は、ロボットアームなどにより行われる。この真空槽内には、「プラテン」と呼ばれるウェーハの保持装置が配備されている。真空槽に導入されたウェーハは、プラテンの上面に、ノッチが所定の方位に合うように調整された状態で設置される。この後、ウェーハは、静電気によりプラテン上に保持される。そしてプラテンが垂直に起立し、ウェーハに対するイオン注入が実行される。なお、プラテンには回転機構が設けられているので、必要に応じてノッチの方向を微調整することができる。

従来のイオン注入装置では、真空槽の手前位置などで、ウェーハのノッチが正しい方向を向いているかどうかを検査するようにしている。この検査は、一般にリニアセンサなどを用いて行われるが、ウェーハの２次元画像を取得しての画像処理により行うこともできる。

たとえば、下記特許文献１には、搬送途中のウェーハを撮像し、得られた画像につき、ウェーハの輪郭線に相当するエッジを抽出したり、ウェーハ周縁とその近傍とにおける明暗の状態を抽出するなどの方法により、ウェーハのノッチを検出することが記載されている。

特開２０００−３１２４５号 公報（段落［０００８］〜［００１０］参照。）

前記したように、従来のイオン注入装置では、ウェーハを真空槽に導入する前にノッチが正しい方向を向いているかどうかを確認している。しかしながら、真空槽の手前までのウェーハが正しく方向決めされていても、プラテンに設置される際にずれが生じる可能性がある。前記したように、プラテンには回転機構が設けられているが、設置時にノッチのずれを検出するようにしなければ、そのずれを補正するのは不可能である。
したがって、イオン注入処理を精度良く行うには、プラテンにウェーハを設置した後にノッチの方向を検出するのが望ましい。

また、前記特許文献１に開示されたようなノッチ検出の手法を真空槽内で実行する場合、プラテンの周囲の部材がカメラの視野に入ったり、撮像領域の一部に影が生じるなどすると、エッジ抽出や画像の明暗の抽出結果にノイズが混入し、ノッチを正しく検出できなくなるおそれがある。また、ウェーハ本体に比べてノッチは微小なものであるから、ウェーハ全体をカメラの視野に含めると、画像上のノッチはきわめて小さくなる。このため、ノッチの位置を高い精度で検出するのは困難である。

この発明は上記問題に着目してなされたもので、真空槽内のプラテンにウェーハを設置した後にそのノッチが正確な方向からどれだけずれているかを検出することにより、イオン注入処理直前にウェーハの方向を精度良く調整し、高精度のイオン注入処理を行えるようにすることを目的とする。

また、この発明では、前記ノッチを正確な方向に合わせるのに必要なプラテンの回転角度（この明細書では、この角度を「補正角度」という。）を精度良く求め、ウェーハの方向調整を簡単かつ精度良く行うことを目的とする。

また、この発明は、ノッチの置かれるべき方向が検出に適さない場合でも、精度の良い検出を実行できるようにして、ウェーハの方向調整を精度良く行うことを目的とする。
さらに、この発明は、ノッチについて十分な解像度を持つ画像が生成できるように撮像手段の視野を調整することにより、より高い精度でノッチの検出処理を実行し、ウェーハの方向調整をより精度良く行うことを目的とする。

この発明にかかるノッチのずれ補正のための補正角度検出方法および真空槽における半導体ウェーハの方向調整方法は、いずれも、イオン注入装置の真空槽に導入された半導体ウェーハに対して実施されるものである。この発明にかかる補正角度検出方法は、真空槽内のプラテンに保持された半導体ウェーハを撮像する第１ステップと、前記撮像により得られた画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する第２ステップと、前記第２ステップの処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を示す角度を求める第３ステップと、前記第３ステップで得られた角度と、あらかじめ設定された基準方向を示す基準角度との差を求めることにより、前記基準方向にノッチを合わせるのに必要な補正角度を検出する第４ステップとを、実行することを特徴とする。

上記方法において、第１ステップでは、たとえば真空槽の上方に窓部を設け、この窓部を介してプラテン上のウェーハを撮像することができる。この場合の撮像手段の視野は、ウェーハ全体を含むように設定することができるが、これに限らず、後記するように、ウェーハの中心部と周縁部の一部とが含まれるようにしてもよい。

第２ステップでは、たとえば、前記撮像により得られた画像中に含まれるエッジ（輪郭線）を抽出し、この抽出により得られたエッジ画像において、ノッチのモデルに相当する略Ｖ字状のパターンを走査して、画像上のノッチを抽出する。また、前記エッジ画像中の各エッジ画素につき、そのエッジの向き（濃度勾配の方向に直交する方向）を求め、隣接のエッジ画素から向きが大きく変化した画素を抽出することにより、切り込みの始端位置を抽出することもできる。

また、下記の特許文献２に記載された方法によれば、エッジ抽出画像の中から円弧を構成する点を抽出することができる。したがって、ウェーハの円弧状のエッジを構成する点を抽出した後にこれらの点を消去し、残されたエッジの中からノッチの輪郭に相当するものを抽出するようにしてもよい。なお、いずれの方法でノッチを検出する場合にも、最終的なノッチの位置は、Ｖ字パターンの重心など、所定の代表点の座標として検出するのが望ましい。

特開２００２−１４０７１３号 公報 （段落［００３４］〜［００４２］ 図３〜５参照。）

第３ステップでは、画像上の所定の点を基準点として、この基準点から前記第２ステップで求められたノッチの検出位置に向かうベクトルを設定し、このベクトルの示す方向をノッチの方向として認識することができる。また、このノッチの方向は、前記基準点を始点として所定方向（たとえば水平方向）に向かうベクトルに対する角度として表すことができる。

なお、前記基準点は、画像上のウェーハの中心点であるのが望ましい。この発明にかかる半導体ウェーハは、イオン注入の設計データに適した方向に向けて設置されるべきものであるが、そのように設置するには、ウェーハの中心点を基準とした相対的な角度によりノッチの方向を表すのが望ましいからである。

第４ステップにおいて、「基準方向」とは、前記プラテン上のウェーハにおいて、前記基準点から見てノッチがあるべき方向と考えることができる。すなわち、この基準方向を示す基準角度も、上記ノッチの方向と同様の方法で表すことができる。

第４ステップで求められるノッチの方向を示す角度と基準角度との差は、基準方向に対するノッチのずれ量であると考えることができる。したがって、ウェーハの中心点を軸にして、前記ずれ量分だけウェーハを回転させることにより、ノッチを基準方向に合わせることが可能となる。

ここで、実際のウェーハはプラテンの中心点を軸として回転することになるから、前記ノッチのずれを補正するには、ウェーハの中心点がプラテンの中心点に正しく位置合わせされている必要がある、と考えることができる。しかしながら、この発明によれば、画像上のウェーハの中心点を前記基準点とした場合には、ウェーハの中心点とプラテンの中心点との位置関係にかかわらず、基準角度とノッチの方向を示す角度との差を、基準方向にノッチを合わせるのに必要なプラテンの回転角度（補正角度）とすることができる。以下、その根拠について述べる。

図１０は、ウェーハを撮像して得られた画像におけるノッチの方向と基準方向との関係を模式的に示す。
図中のＯはウェーハの中心点、Ｒはプラテンの中心点であり、この例では、両者は一致しているものとしている。また、処理対象のウェーハの輪郭線を円Ｗとして表すとともに、画像上で検出されたノッチの位置を点Ｎ、正しいノッチの位置を点Ｔとして、それぞれ示す。また、プラテンおよびウェーハは、図中の矢印Ｆの方向（反時計回り）を正方向として回転するものとする（つぎの図１１でも同じ。）。

上記において、ウェーハの中心点Ｏを基準点とすると、この点Ｏから点Ｎに向かうベクトルをノッチの方向と考えることができる。同様に、点Ｏから点Ｔに向かうベクトルを基準方向とすることができる。そこで、この例では、中心点Ｏからｘ軸の正方向に向けて線分ＯＱ（Ｑはウェーハの輪郭線上の点）を設定し、この線分ＯＱから反時計回りに見た角度により、ノッチの方向を示す角度θＮ（以下、「ノッチ角度θＮ」という。）や基準方向を示す角度θＴを表している。すなわち、θＮ＝∠ＮＯＱであり、θＴ＝∠ＴＯＱである。

したがって、この例の場合には、基準角度θＴとノッチ角度θＮとの差θ（∠ＮＯＴ）がノッチのずれ量となる。また、この例では、ウェーハの中心点Ｏはプラテンの中心点Ｒに一致しているから、中心点Ｒを軸に角度θだけウェーハを回転させることにより、前記点Ｎを点Ｔの位置に合わせることができる。よって、前記ノッチ角度θＮと基準角度θＴとの差分演算による差の値は、ノッチを基準方向に合わせるための補正角度に相当することになる。

つぎに、図１１は、ウェーハの中心点Ｏがプラテンの中心点Ｒから位置ずれしている例を示す。図中、Ｎは、前図と同様に、画像上で検出されたノッチの位置を示すもので、∠ＮＯＱの大きさθＮがノッチ角度として求められる。

この例でも、前記中心点Ｏに対し基準角度θＴに対応する方向にノッチを位置合わせしなければならない点は、図１０の例と同様である。すなわち、中心点Ｏに対し、基準角度θＴとノッチ角度θＮとの差θだけノッチを移動させる必要がある。

図１１の例では、点Ｒを軸にして、ウェーハを前記角度θだけ正方向に回転させるものと仮定している。図中、点線で示す円Ｗ_Ｃは、この角度θ回転した後のウェーハの輪郭線である。また、この回転により、点Ｏは点Ｏ_Ｃに、点Ｎは点Ｎ_Ｃに、それぞれ移動する。また、回転前のウェーハにおいて、前記中心点Ｒ，Ｏを結ぶ直線とウェーハの輪郭線Ｗとの交点をＰとすると、前記ウェーハの回転により、この点Ｐは、図中の点Ｐ_Ｃに移動する。

上記によれば、回転後の点Ｏ_Ｃ，Ｐ_Ｃ，Ｎ_Ｃは、回転前の点Ｏ，Ｐ，Ｎと同じ関係をもって位置するはずであるから、
∠Ｐ_ｃＯ_ｃＮ_ｃ＝∠ＰＯＮ ・・・（１） となる。

また、中心点Ｒを基準にｘ軸の正方向に向けて線分ＲＱ´を設定すると、
∠Ｐ_ｃＲＱ´＝∠ＰＲＱ´＋θ ・・・（２） となる。

さらに、点Ｏ_ｃからｘ軸の正方向に向かう線分Ｏ_ｃＱ_ｃ（Ｑ_ｃはウェーハ上の点）を設定すると、線分ＯＱ、線分Ｏ_ｃＱ_ｃ、線分ＲＱ´は、いずれもｘ軸に平行であるから、同位角の関係により、
∠ＰＯＱ＝∠ＰＲＱ´ ∠Ｐ_ＣＯ_ＣＱ_Ｃ＝∠Ｐ_ＣＲＱ´ ・・・（３） となる。

よって、（２）（３）式により下記の関係が成り立つ。
∠Ｐ_ＣＯ_ＣＱ_Ｃ＝∠ＰＯＱ＋θ ・・・（４）
さらに、上記の（４）式から前記（１）式を差し引くと、
∠Ｎ_ＣＯ_ＣＱ_Ｃ＝∠ＮＯＱ＋θ
＝θＮ＋θ ・・・（５） となる。
したがって、∠Ｎ_ＣＯ_ＣＱ_Ｃ＝θＴであるから、前記点Ｏ_Ｃから見た点Ｎ_ｃは、図１０の点Ｏから見た点Ｔと同じ方向に位置すると考えることができる。

上記によれば、ウェーハの中心点Ｏが中心点Ｒからずれている場合にも、プラテンの中心点Ｒを軸にしてウェーハを角度θだけ回転させることにより、ノッチを基準方向θＴに対応する位置に移動させることができる。すなわち、基準角度θＴとノッチ角度θＮとの差θを補正角度としてプラテンを回転させることにより、ノッチを基準方向に正しく合わせることができるのである。

したがって、前記基準点を画像上のウェーハの中心点とすれば、前記第１〜４の各ステップにより求められた補正角度θだけプラテンを回転させることにより、ウェーハの中心点とプラテンの中心点との位置関係を考慮することなく、ウェーハの方向を適正な方向に調整することができる。ただし、ウェーハの中心点とプラテンの中心点との距離が常に誤差の範囲であり、かつ撮像手段の視野が固定されているならば、あらかじめウェーハの中心点の座標を求めて基準点として登録し、第２ステップの撮像の後に、登録された基準点に基づき第３のステップを実行するようにしてもよい。

つぎに、この発明にかかる半導体ウェーハの方向調整方法では、真空槽内のプラテンに対し、イオン注入対象の半導体ウェーハを、そのノッチがあらかじめ定められた基準方向を向くようにして設置する第１ステップと、前記プラテンに保持された半導体ウェーハを撮像する第２ステップと、前記撮像により得られた画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する第３ステップと、前記第３ステップの処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を示す角度を求める第４ステップと、前記第４ステップで得られた角度と前記基準方向を示す基準角度との差を求めることにより、前記基準方向にノッチを合わせるのに必要な補正角度を検出する第５ステップと、前記第５ステップで検出された補正角度だけプラテンを回転させて、前記半導体ウェーハの方向を調整する第６ステップとを、実行するようにしている。

上記において、第１ステップは、イオン注入処理対象のウェーハを真空槽の外から内部に搬入し、プラテンに設置する処理に相当するもので、ロボットアームなどにより行うことができる。第２〜第５の各ステップは、それぞれ前記補正角度検出方法にかかる第１〜第４のステップに対応するもので、同様の処理を実行することができる。

また、この方法でも、前記基準点は画像上のウェーハの中心点とするのが望ましい。ただし、撮像手段の視野が固定されており、かつウェーハの中心点とプラテンとの中心点との距離が許容できる誤差の範囲であるならば、あらかじめプラテンの中心点の座標を抽出し、これを基準点として使用してもよい。

第６ステップでは、第５ステップで検出された補正角度だけプラテンを回転させることにより、半導体ウェーハの方向を適正な方向に調整することができる。なお、前記図１０，１１の例のように、基準方向θＴやノッチ角度θＮを計測する方向をプラテンの回転の正方向に合わせている場合には、第５ステップでは、基準角度θＴからノッチ角度θＮを差し引くようにするのが望ましい。この場合、得られた補正角度θがプラスであれば、プラテンを正方向に回転し、補正角度θがマイナスであれば、プラテンを負の方向に回転させることができる。

好ましい態様にかかる半導体ウェーハの方向調整方法では、前記基準方向を、前記半導体ウェーハの中心点から見たノッチのあるべき方向とする。そして、第３ステップでは、画像上の半導体ウェーハについて、前記ノッチの位置を示す代表点の座標とともに半導体ウェーハの中心点の座標を検出する。また、第４ステップでは、前記第３ステップで検出された半導体ウェーハの中心点から見たノッチの方向を示す角度を求める。

上記態様によれば、ウェーハの中心点がプラテンの中心点からずれている場合でも、前記図１１に示した原理に基づき、第５ステップで検出された補正角度θだけプラテンを回転させることにより、ウェーハの方向を適正な方向に調整することができる。よって、ウェーハの中心点とプラテンの中心点との位置ずれを考慮することなく、簡単に、また常に同じ内容の制御により、ウェーハの方向調整を行うことができる。

なお、第２ステップで半導体ウェーハの中心点の座標を検出する際には、たとえば、前出の特許文献１の段落［０００８］に開示された方法を適用することができる。ただし、下記の特許文献３に記載された方法によれば、後記するようにウェーハの一部分を撮像対象とする場合にも、その中心点を精度良く求めることができる。

国際公開特許 ＷＯ９９／５２０７２号 パンフレット

さらに、この発明にかかる半導体ウェーハの方向調整方法には、つぎの２つの態様を設定することができる。
まず一の態様では、前記第１ステップの前または第１ステップと第２ステップとの間に、前記基準方向が所定の適正領域に含まれるかどうかを判別するステップを実行する。また、前記基準方向が適正領域外であると判別されたとき、第２ステップにおいて、前記適正領域と基準方向の角度差分だけプラテンを回転させてから撮像を実行する。

上記態様において、適正領域は、撮像手段の視野に含まれる領域であって、ノッチの検出を精度良く行うことが可能な領域と考えることができる。たとえば、照明状態が良好な領域、周辺部材などの邪魔物が含まれない領域などを適正領域と考えることができる。

上記の判別のステップでは、たとえば、ウェーハの中心点Ｏがプラテンの中心点Ｒに一致すると仮定して、プラテンの中心点Ｒから見た適正領域の角度範囲に基準角度が含まれるかどうかを判別することができる。より好ましくは、前記適正領域の両側の境界をノッチの考えられ得るずれ量の分だけ狭めて、この狭められた境界が示す角度範囲に基準角度が含まれるかどうかを判別するとよい。なお、基準方向または基準角度は、あらかじめ製造するウェーハの種毎に設定されていると考えられるので、その設定データから取得することができる。

基準方向が適正領域外であると判別された場合の第２ステップでは、プラテンの中心点から適正領域の所定の代表点（たとえば、領域の中央位置）を見た方向を表す角度と前記基準角度θＴとの差αを求め、この角度αだけプラテンを回転させることができる。このようにすれば、ノッチが基準方向から極端にずれていない限り、プラテンの回転によってノッチを適正領域に入れることができる。よって、この回転処理後のウェーハを撮像し、第３ステップおよび第４ステップを実行することにより、適正領域内に移動したノッチを精度良く検出し、その検出位置に対応する角度データを求めることができる。

ノッチを適正領域に入れるためにプラテンを回転させた場合、第５ステップで検出されるずれ量は、基準方向に対するノッチの本来のずれ量θに前記プラテンの回転角度αを加味したものとなる。すなわち第５ステップでは、角度（α＋θ）のずれが検出される。また、回転前のノッチが基準方向からずれていない場合でも、第５ステップでは、角度αのずれが検出されることになる。
よって、第６ステップでは、検出されたずれの分だけプラテンを回転させることにより、ノッチを基準方向に合わせることができる。

上記態様によれば、ノッチがその検出が困難な領域に定められる場合でも、ノッチが適正領域に入るようにプラテンを回転させてから検出処理を行い、その回転角度が加味された補正量を得ることができる。よって、ノッチの基準方向がどのように定められていても、その基準方向にノッチを合わせるのに必要な補正角度を精度良く検出し、ウェーハの方向を正確に調整することができる。

なお、上記態様において、ノッチの方向が正しいかどうかの判別を行う必要がある場合には、基準角度を前記検出前の回転角度αにより補正してからずれ量を求めるとよい。ただし、この場合の第６ステップでは、検出された補正角度を前記角度αにより補正してからプラテンを回転させる必要がある。これは、つぎの態様でも同様である。

つぎに、他の好ましい態様では、プラテン上の半導体ウェーハの中心部と端縁の一部とを含む領域が撮像されるように、あらかじめ撮像手段の視野が調整される。そして、この視野に含まれる所定大きさの領域を適正領域として、前記第１ステップの前または第１ステップと第２ステップとの間に、前記基準方向が適正領域に含まれるかどうかを判別するステップを実行する。さらに、この判別処理において、前記基準方向が適正領域外であると判別されると、第２ステップにおいて、前記適正領域と基準方向の角度差分だけプラテンを回転させてから撮像を実行する。

上記態様では、半導体ウェーハの全体画像ではなく、中心部および端縁の一部を含む部分画像が生成されることになるから、ノッチの部分について、十分な解像度を持つ画像を得ることができる。また基準方向が適正領域に含まれるかどうかの判別処理や、基準方向が適正領域に含まれないと判別された場合の第２ステップの処理は、前記第２の態様におけるのと同様である。したがって、撮像手段の視野内の適正領域外の方向が基準方向となっている場合には、プラテンを回転させることにより、適正領域にノッチを入れてから撮像し、回転角度が加味された補正角度を得ることができる。

なお、適正領域は、視野全体とすることもできるが、ノッチが視野の端縁近傍に現れることがないように、視野の両側縁から所定距離だけ狭められた範囲に設定されるのが望ましい。

上記の態様によれば、ノッチについて、十分な解像度を持つ画像を生成することが可能となるから、その位置を高精度で検出することができる。よって、補正角度をより精度良く求めることが可能となり、ウェーハの方向調整の精度を向上することができる。

つぎに、この発明にかかるノッチのずれ補正のための補正角度検出装置は、真空槽内のプラテンに保持された半導体ウェーハを撮像して得られた画像を入力する画像入力手段；前記画像入力手段により入力された画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する画像処理手段；前記画像処理手段の処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を表す角度データを求める角度データ算出手段；前記ノッチが位置すべき基準方向を示す基準角度を取得し、この基準角度と前記角度算出手段により求められた角度との差を求める差分演算手段；前記差分演算手段により算出された角度差を、前記基準方向にノッチを合わせるのに必要な補正角度として出力する出力手段；の各手段を具備する。

上記において、画像入力手段は、ウェーハを撮像するカメラからの画像信号を受け付けるインターフェース回路や、処理用のディジタル画像を生成するためのＡ／Ｄ変換回路などから構成することができる。画像処理手段、角度算出手段、差分演算手段は、それぞれその手段による処理のためのプログラムが組み込まれたコンピュータにより設定することができる。これらの手段は、１つのコンピュータにより実現することができる。また、画像処理手段は、ＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）または画像処理専用のプロセッサにより構成することができる。また、画像処理手段のうちの一部の処理を専用の回路で行い、残りの処理は、角度算出手段や差分演算手段が設定されたのと同じコンピュータで行うようにしてもよい。

出力手段は、前記補正角度をディジタル信号またはアナログ信号として出力するためのインターフェース回路として構成することができる。なお、この補正角度検出装置はイオン注入装置に組み込まれるものであるから、前記出力手段による出力の対象は、イオン注入装置の主制御部、またはプラテンの駆動部とすることができる。また、差分演算手段は、イオン注入処理装置の主制御部から基準角度を取得することができる。

さらに、上記の補正角度検出装置には、前記画像入力手段により取り込まれた入力画像や、その画像の各画素に対する画像処理の結果を表す処理結果画像（たとえばエッジ抽出により生成されたエッジ画像など）を保存するための画像メモリが設けられるのが望ましい。

上記構成の装置によれば、前記した補正角度検出方法を実行することが可能となるから、イオン注入処理の直前の半導体ウェーハの向きを調整するのに必要なプラテンの回転角度を、精度良く求めることができる。

つぎに、この発明にかかる半導体ウェーハの方向調整装置は、真空槽内に設置されたプラテンに、イオン注入対象の半導体ウェーハを、そのノッチがあらかじめ定められた基準方向を向くようにして設置する半導体ウェーハ設置手段；前記プラテンに保持された半導体ウェーハを撮像するための撮像手段；前記撮像手段により得られた画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する画像処理手段；前記画像処理手段の処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を表す角度を求める角度算出手段；前記基準方向を示す基準角度と前記角度算出手段により求められた角度との差を求める差分演算手段；前記差分演算手段により求められた差の値に相当する角度だけプラテンを回転させて、前記半導体ウェーハの方向を調整する方向調整手段；の各手段を具備する。

半導体ウェーハ設置手段は、前記したロボットアームなどにより構成することができる。撮像手段は、たとえばシャッタカメラであって、真空槽の適所に形成された窓部に対応づけて設置することができる。

画像処理手段、角度算出手段、差分演算手段は、前記した補正角度検出装置におけるものと同様の構成にすることができる。方向調整手段は、差分演算手段により求められた差の値に相当する角度（すなわち補正角度）を入力して、プラテンのモータに対する制御を行うもので、制御のためのコンピュータを含むものとすることもできる。

上記構成によれば、前記した半導体ウェーハの方向調整方法を実行して、プラテンに設置された後のウェーハの方向を精度良く調整することができる。
なお、この半導体ウェーハの方向調整装置には、各種ウェーハについての前記基準角度が登録されたメモリが設けられるのが望ましい。ただし、基準角度は、上位のシステムなどからの入力を受け付けることによって、取得することもできる。

上記装置の好ましい態様では、前記基準方向は、前記ウェーハの中心点から見たノッチのあるべき方向として設定される。また、画像処理手段は、前記画像入力手段により入力された画像において、前記ノッチの位置を示す代表点の座標とともに半導体ウェーハの中心点の座標を検出する。また、角度算出手段は、前記画像処理手段により検出された中心点を基準点として、前記角度を算出するように構成される。

上記の構成によれば、ウェーハの中心点とプラテンの中心点とが位置合わせされているか否かに関わらず、常に差分演算手段により得られた補正角度に基づき、ウェーハの方向を適正な方向に調整することができる。

さらに、上記の装置には、撮像手段による撮像が開始されるより前に、前記基準方向が所定の適正領域に含まれるかどうかを判別する判別手段と、前記判別手段により基準方向が適正領域外であると判別されたとき、前記撮像手段による撮像に先立ち、前記半導体ウェーハが設置されたプラテンを前記適正領域と基準方向の角度差分だけ回転させる回転調整手段とを設けることができる。

上記において、判別手段は、基準方向が適正領域に含まれるかどうかを判別するためのプログラムが組み込まれたコンピュータにより構成することができる。この構成によれば、前記半導体ウェーハの方向調整方法にかかる一の態様を実施することができるから、ノッチが検出に適さない場所に置かれる場合でも、ウェーハの方向調整を精度良く行うことができる。

さらに、前記撮像手段は、プラテン上の半導体ウェーハの中心部と端縁の一部とを含む領域を撮像するように調整することができる。この場合の判別手段は、前記撮像手段の視野に含まれる所定大きさの領域を前記適正領域として判別処理を実行するように設定される。

この構成によれば、ノッチの部分について、十分な解像度を持つ画像を生成することができるから、ノッチの位置を精度良く求めることができる。もって補正角度をより正確に求め、高精度の方向調整を行うことが可能となる。

この発明によれば、イオン注入対象のウェーハを真空槽のプラテンに設置した際に、基準方向に対するノッチの回転ずれ量を検出するので、ウェーハの方向を正しく調整した上でイオン注入処理を行うことが可能となり、イオン注入処理の精度を保証することができる。

また、この発明では、ウェーハの中心点がプラテンの中心点から位置ずれしている場合にも、画像上のウェーハの中心点を基準点として求めた補正角度により、簡単かつ精度良く、ウェーハの方向を調整することができる。

さらに、この発明では、ノッチが検出に適していない領域に置かれる場合でも、補正角度を精度良く求めてウェーハの方向を調整することが可能となる。また、ノッチについて十分な解像度を確保できるように撮像手段の視野を絞り込み、この視野内において、精度の高い検出処理を実行することも可能になる。よって、ウェーハの方向調整を高精度で行うことが可能となるから、ウェーハ注入処理の精度を向上することができる。

図１は、この発明が適用されたイオン注入装置の電気構成を示す。
このイオン注入装置は、複数枚のウェーハを順に真空槽に導いてイオン注入処理を施すもので、コンピュータによる主制御装置１に、メモリ部２、入力部３、モニタ装置４、ウェーハ搬出入処理装置５、プラテン制御装置６、イオン発生処理装置７、真空槽制御装置８、安全管理装置９、および検査装置１０などが接続されて成る。

前記メモリ部２は、たとえばハードディスク装置であって、主制御装置１の処理に必要なプログラムのほか、処理対象のウェーハの種類や各種設定データ（ウェーハをプラテンに設置する際のノッチの方向を示すデータ、イオンの注入角度、ウェーハの向き検査に使用する基準データなど）の保存に使用される。入力部３は、キーボードなどであって、前記メモリ部２へのデータ保存作業やコマンドなどの入力に用いられる。モニタ装置４は、前記設定データの内容や処理結果（検査装置１０による検査結果や、イオン注入処理が適正に行われたかどうかの情報など）を表示するほか、後記するカメラ１１０により得られたウェーハの画像やそのエッジ画像を表示できるように設定される。

ウェーハ搬出入処理装置５は、複数枚のウェーハを収容可能なウェーハカセットや、ウェーハ搬送用のロボットアーム、ロボットアームの駆動機構などにより構成される。プラテン制御装置６は、後記するプラテン２２のモータ２３やアーム部２４などの動作を制御するためのものである。イオン発生処理装置７は、イオンビームの発生源、質量分析機、高電圧発生回路、イオンビームの加速器、ビーム収束のためのレンズ、ビーム走査のための回路などにより構成される。真空槽制御装置８には、真空槽のドアの開閉装置、真空ポンプおよびその駆動部、真空度の計測部などが含められる。

安全管理装置９は、異常発生時に各種装置を緊急停止させるためのもので、緊急停止スイッチ、インターロック部、人検知用のセンサ、上記した各装置における異常検出用のセンサなどを具備する。なお、この安全管理装置９には、独立の制御用コンピュータが設けられており、異常検知時には、主制御装置１との通信により前記の緊急停止処理を実行したり、装置の主電源を遮断するようにしている。

前記検査装置１０は、真空槽内のプラテンに設置されたウェーハが正しい向きに設置されたかどうかを判別するためのもので、安全管理装置９と同様に、独立の制御用コンピュータを具備し、主制御装置１との通信により処理を実行する。また、この検査装置１０では、向きが正しくないと判別した場合には、その向きを正しくするのに必要な補正角度（プラテンの回転角度）を算出して、主制御装置に出力するようにしている。

図２は、検査装置１０の詳細な構成を示す。この検査装置１０は基板１００を本体とするもので、イオン注入装置の機体適所に取り付けられる。この基板１００には、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３、ＲＡＭ１０４から成る制御部１０１のほか、画像入力部１０５、画像メモリ１０６、タイミング制御部１０７、エッジ抽出部１０８、通信インターフェース１０９（図ではＩ／Ｆと記載。）などが搭載される。

さらに、この実施例の検査装置１０は、周辺機器として、ＣＣＤを具備するシャッタカメラ１１０（以下、単に「カメラ１１０」という。）を具備する。前記画像入力部１０５は、このカメラ１１０に接続されるもので、カメラ用のインターフェース回路や、濃淡画像をディジタル変換するためのＡ／Ｄ変換回路などを含む。エッジ抽出部１０８は、シフトレジスタや微分回路などを具備する専用ＩＣであって、画像入力部１０５により入力され、変換された各画素データを順に取り込みつつ、エッジ抽出処理を実行する。なお、この実施例のエッジ抽出処理では、周囲近傍との濃度差が所定値以上となる画素を抽出することにより、ウェーハの周縁部について、数画素分の幅を持つエッジを抽出することができる。

画像メモリ１０６は、前記画像入力部１０５により変換された後のディジタル画像や、エッジ抽出部１０８のエッジ抽出処理により生成されたエッジ画像を個別に保存するように設定される。通信インターフェース１０９は、前記主制御装置１との通信を行うためのもので、主制御装置１から検査開始コマンドを受信したり、主制御装置１に検査結果や補正量などのデータ（詳細は後記する。）を返送するために使用される。また、この通信インターフェース１０９は、画像メモリ１０６に保存された画像を送信することもできる。

ＣＰＵ１０２は、主制御装置１から検査開始のコマンドを受けると、ＲＯＭ１０３内のプログラムに基づいて後記する検査手順を実行し、ウェーハの向きの適否の検査や補正角度の算出処理を行う。なお、この検査装置１０のＲＯＭ１０３には、真空槽内のプラテンの回転動作をチェックするためのプログラムも組み込まれている。このプラテンの動作チェックは、イオン注入処理の開始前に実施されるもので、プラテンに設定された２つのマーク（詳細は後記する。）を用いて行われる。

図３は、真空槽の内部構成を前記カメラ１１０の設置例とともに示す。
図示例の真空槽２１では、床板２１ｂの中央に支持台２３が設けられ、その上面にアーム部２４およびモータ２５を介して円盤状のプラテン２２が取り付けられる。なお、処理対象のウェーハ１１は、静電気によりプラテン２２の上面に固定支持される。

アーム部２４は、ジャッキ部２４ａや図示しない関節部を具備するもので、通常はプラテン２２の面を水平状態で支持し、イオン注入処理時に、プラテン２２の面を垂直に起立させる。なお、支持台２３には中空の制御室（図示せず。）が設けられ、その内部に、前記モータ２５やアーム部２４の駆動回路などが収容される。

前記カメラ１１０は、真空槽２１の天井裏に、プラテン２２の真上に位置するように設置される。このカメラ１１０は、光軸を鉛直方向に向け、プラテン２２の周縁よりやや外側までの範囲を撮像するように、視野範囲が調整される。また、このカメラ１１０は、ズームアップ機能を具備するもので、検査対象のウェーハ１１の種類によっては、光軸の方向や倍率を調整して、ウェーハ１１の一部分のみを撮像するように視野を絞り込むことにより、通常よりも解像度の高い画像を生成するようにしている。

さらに、天井裏には、所定長さの２個の蛍光灯３０，３１が、カメラ１１０を中央に挟むようにして、奥行き方向（図の紙面に直交する方向）に平行に配備される。

前記真空槽２１の天井板２１ａは不透明であるが、カメラ１１０および蛍光灯３０，３１の設置位置に対応する位置にのみ、透明ガラスが嵌め込まれた窓部が（図示せず。）が形成される。なお、これら窓部の周縁は、裏側から金属枠体２６，２７，２８により補強されており、金属枠体２６，２７，２８の上方にそれぞれカメラ１１０、蛍光灯３０，３１が配備される。

また、真空槽２１の床板２１ｂの上面には、蛍光灯３０，３１からの光を拡散反射させるために、全面にわたって微小凸部２９が形成される。さらに、カメラ１１０側の窓部の大きさは、ウェーハ１１からの鏡面反射光が窓外に逃げるように調整されている（図中の点線矢印を参照。）。これにより、検査時には、ウェーハ１１の画像が暗く、背景部分が明るい画像が生成される。なお、照明の方法は上記に限らず、たとえば、床板２１ｂを介しての透過照明を行うようにしてもよい。

前記プラテン２２の上面には、図４（１）に示すように、中心部および周縁近傍の一箇所に、それぞれ同心円状のマークＭ１，Ｍ２が設けられる。これらのマークＭ１，Ｍ２は、印刷またはプラテン２２の表面への刻印処理により形成されるもので、同心円の半径やその比率は、マーク毎に異なる値になるように設定されている。これらのマークＭ１，Ｍ２は、真空槽２１へのウェーハ１１の導入に先立ち、プラテン２２が正しく回転しているかどうかを検査するために用いられる。

図４（２）は、プラテン２２の回転に伴うマークＭ２の位置の変化を模式的に示す。図中のａ１は、プラテン２２が回転する前のマークＭ２の位置を、ａ２は、プラテン２２が１８０°回転した後のマークＭ２の位置を、それぞれ示す。プラテン２２が１８０°回転すれば、マークＭ２も１８０°回転した位置に動くはずであるから、ａ１とａ２との中間に位置する点ｂは、前記中央のマークＭ１の位置に対応する、と考えることができる。

検査装置１０は、カメラ１１０によりプラテン２２を撮像し、上記図４（２）の原理に基づき回転動作の適否にかかる検査を実行する。この検査では、まず、静止した状態のプラテン２２を撮影した後、さらに、プラテン２２を９０°回転させて撮影する処理を３サイクル実行する。すなわち、最初の撮影におけるプラテン２２の回転角度を０°とすると、０°，９０°，１８０°，２７０°の各回転角度に対応する画像が得られることになる。

検査装置１０は、中央のマークＭ１については、４枚の画像の少なくとも１枚（たとえば回転角度０°のときの画像）について抽出処理を行い、マークＭ１の中心点の座標を算出する。一方、外側のマークＭ２については、前記４枚の画像すべてにおいて、それぞれ個別に抽出処理を行って、マークＭ２の中心点の座標を算出する。さらに、回転角度に１８０°の開きがある画像同士を組み合わせる（回転角度０°に対応する画像と１８０°に対応する画像、および回転角度９０°に対応する画像と２７０°に対応する画像が組み合わせられることになる。）。そして、各組毎に、前記マークＭ２の中心点として抽出された２点（前記図５（２）の点ａ１，ａ２に相当する。）を結ぶ線分を設定し、この線分の中点の座標を前記マークＭ１の中心点と比較する。ここで前記線分の中点の座標とマークＭ１の中心点の座標との距離が所定の誤差の範囲内であれば、プラテン２２は正常に回転していると判断されることになる。

なお、上記の検査では、前記カメラ１１０から入力した画像に対するパターンマッチング処理によって、各マークＭ１，Ｍ２を抽出した後、その中心点の座標を抽出するようにしている。

上記の検査において、プラテン２２が正しく回転していると判断された場合には、ウェーハの向き検査において、プラテン２２上のウェーハ１１の向きが適正でないと判断されても、補正角度に基づき、ウェーハ１１の向きを正しく調整することが可能となる。すなわち、プラテン２２が正しく回転していることが確認されて初めて、ウェーハ１１の方向を精度良く調整してイオン注入処理を行うことが可能となるのである。

イオン注入処理では、ウェーハのいずれの位置にイオンを打ち込むかによって、ウェーハの結晶軸の方位を変更する必要がある。すなわち、前記プラテン２２上のウェーハ１１におけるノッチの方向は、そのウェーハ１１の設計データに基づき決定されることになる。この実施例のイオン注入装置では、ノッチのあるべき方向（基準方向）をウェーハ１１の中心点から見た方向として規定している。そして、製造される予定のウェーハの種類毎に、あらかじめ上位のシステム（図示せず。）や入力部３から前記基準方向を示す基準角度を入力し、メモリ部２に登録するようにしている。

図５は、前記ノッチの方向およびその方向を示すノッチ角度の設定例を示す。図中のＯは、ウェーハの中心点である。また、この実施例では、略Ｖ字状の切り欠きパターンの重心の座標をノッチの位置を示す代表点としている。図中のＮは、抽出された代表点を示す。

この実施例では、中心点Ｏから点Ｎに向かうベクトルＰ_Ｎをノッチの方向とする。また、前記中心点Ｏからｘ軸の正方向に沿う方向にベクトルＸ_０を設定し、このベクトルＸ_０に対してベクトルＰ_Ｎがなす角度θＮをノッチ角度とする。なお、この実施例のプラテン２２は、反時計回りを正方向として回転するので、これに合わせてノッチ角度θＮも反時計回りに計測される。

基準方向も、上記のベクトルＰ_Ｎと同様に、中心点Ｏからノッチの代表点があるべき座標位置に向かうベクトルとして表される。また、基準角度も、前記のベクトルがベクトルＸ_０に対してなす角度として表される。

前記検査装置は、カメラ１１０により得た画像において、ウェーハ１１の中心点とノッチの代表点Ｎの座標とを検出する。そして、これらの検出結果を用いて、図５の原理に基づきノッチ角度を算出する。さらに、検査対象のウェーハに対応する基準角度と算出したノッチ角度との差を求め、その値が所定の誤差範囲内にあるか否かによって、ウェーハの方向の適否を判断する。また、ここでウェーハの方向が正しくないと判断した場合には、前記基準角度とノッチ角度との差を、ノッチを基準方向に合わせるための補正角度として、主制御装置１に出力する。主制御装置１は、この補正角度の示す方向および角度に従ってプラテン２２を回転させることにより、ウェーハの方向を調整し、しかる後にイオン注入処理を開始する。

さらに、この実施例では、所定種類のウェーハについて、前記したように、カメラ１１０の視野を絞り込んで撮像を行い、その画像を用いて検査を行うようにしている。また主制御装置１は、詳細は後記するが、検査対象のウェーハ１１の基準方向が前記カメラ１１０の視野に含まれていない場合には、ノッチの撮像が可能になるようにプラテン２２を回転してから検査装置１０を作動させ、検査を行わせるようにしている。なお、主制御装置１は、プラテン制御装置６に回転の方向および回転角度を示す制御信号を出力することにより、目的とする方向および角度によるプラテン２２の回転動作を実現させる。

図６は、前記視野が限定されたカメラ１１０により得られる画像の例である。この例では、検査対象のウェーハ１１について、前記中心点Ｏやノッチの全体像Ｎ１を含む部分画像が生成されている。また、図中のＩ１，Ｉ２は、カメラ１１０の視野の両側縁に対応する。

以下、前記図６のように、カメラ１１０の視野を限定して検査を行うウェーハを例にして、一連の処理の流れを説明する。
図７は、前記イオン注入装置の主制御装置１において実行される処理手順を示す。なお、図中のＳＴはＳＴＥＰ（ステップ）の略である。以下の説明でも、これに倣って、各ステップを「ＳＴ」と示す。また、図７の角度θや角度αは、いずれも正の値をとるものとする。

まず、処理開始時には、図示しない上位システムからの生産指示コマンドに待機する。この生産指示には、生産すべきウェーハの種類や生産枚数などが含まれている。生産指示コマンドを受けると、ＳＴ１からＳＴ２に進み、前記メモリ部２より、生産指示に対応するウェーハの処理に必要な設定データを読み出し、内部ＲＡＭなどにセットする。なお、この設定データには、前記した基準角度や、検査のためのデータが含まれる。

つぎに、ＳＴ３では、前記ウェーハ搬出入処理装置５を駆動して、ウェーハカセットから１枚目のウェーハ１１を取り出し、真空槽２１へと搬入する。つぎのＳＴ４では、前記ウェーハ１１をプラテン２２に設置する。なお、ＳＴ３およびＳＴ４では、ウェーハ１１のノッチが前記基準角度データに対応する方向を向いた状態でプラテン２２上に位置するように、ロボットアームの動きが制御される。

つぎのＳＴ５では、前記ウェーハ１１のノッチを撮像することが可能であるかどうかを判断する。この判断は、カメラ１１０の視野の範囲を示す角度範囲とノッチの基準角度θＴとを比較することにより行われる。なお、視野の範囲は、プラテンの中心点から見た視野の両側縁Ｉ１，Ｉ２（図６に示す。）の方向を示す角度δ１，δ２により表すことができる。すなわち、視野の両側縁に対し、それぞれプラテンの中心点から見た方向を示すベクトルを設定し、これらのベクトルを前記図５と同様の方法で角度に置き換える。そして、大きい方の角度を上限値δ１、小さい方の角度を下限値δ２とすることができる。

ノッチの代表点を精度良く検出するには、前記図６に示すように、視野の両側縁Ｉ１，Ｉ２から十分な距離を隔てた位置にノッチの画像を結像させるのが望ましい。そこで、ＳＴ５では、前記基準角度θＴについて、δ２＜θＴ＜δ１であり、かつ前記（δ１−θＴ）および（θＴ−δ２）が、いずれも所定のしきい値を超えるときに、「ＹＥＳ」の判定を行う。この「ＹＥＳ」判定があれば、ＳＴ６に進み、前記ノッチの基準角度θＴを検査装置に送信する。さらに、ＳＴ７では、前記検査装置１０を用いて、ウェーハが正しい向きに設置されているかどうかを検査する。ここで、検査装置１０は、後記する処理を実行し、その処理における最終の判断結果を主制御装置１に送信する。

検査装置１０からウェーハの向きが正しいとする判断結果（「ＯＫ」フラグ）が送信されると、ＳＴ８が「ＹＥＳ」となってＳＴ１９に進む。ＳＴ１９では、前記プラテン制御装置６を駆動してプラテン２２の面を垂直に起立させた後、イオン発生処理装置７を駆動し、設計データに基づく一連のイオン注入処理を実行する。

一方、検査装置１０からウェーハ１１の向きが不適であるとする判断結果（「ＮＧ」フラグ）が送信された場合、ＳＴ８が「ＮＯ」となってＳＴ９に進む。このＳＴ９では、前記ＮＧフラグとともに、ウェーハの方向調整に必要な補正角度が送信されたかどうかをチェックする。ここで補正角度θが送信されていれば、ＳＴ９からＳＴ１０に進み、その補正角度θ分だけプラテン２２を回転させることにより、ウェーハ１１の向きが正しくなるように調整する。なお、この補正角度θは、基準角度θＴからノッチ角度θＮを差し引いたものとして表される。この例では、θが正の値をとると想定しているので、ＳＴ１０では、プラテンは正方向に回転することになる。

このようにして補正角度分だけプラテンを回転させることにより、ノッチが基準方向に合わせられる。この後は、ＳＴ１９に進み、イオン注入処理を開始する。

つぎに、前記ＳＴ５の判定が「ＮＯ」の場合、すなわち、ノッチがカメラの視野内に適切に含まれないと判断されたときは、ＳＴ１１に進み、前記ノッチをカメラの視野に入れるのに必要な回転角度α（以下、「調整角度α」という。）を算出する。このＳＴ１１では、たとえば、前記δ１とδ２との平均値δ３を求め、さらに、この平均値δ３から基準角度θＴを差し引いた値（δ３−θＴ）を調整角度αとする。

つぎのＳＴ１２では、前記調整角度α分だけプラテン２２を回転する。なお、この例では、αについても正の値をとると考えているので、ＳＴ１２では、プラテン２２を、正方向に回転させることになる。

つぎのＳＴ１３では、前記ノッチの基準角度θＴを前記調整角度αを加えた値に補正し、これを検査装置１０に送信する。そして、ＳＴ１４では、ウェーハの向き検査を開始する。この検査の手順はＳＴ７と同様であるが、前記調整角度αにより補正された基準角度θＴにより、ノッチの方向の適否や補正角度の算出処理が行われることになる。この検査により「ＯＫ」フラグが送信されると、ＳＴ１５が「ＹＥＳ」となってＳＴ１６に進み、プラテンを前記角度αだけ負の方向に回転させる。これにより、ノッチは、検査前の位置に戻ることになる。

また、検査装置１０より「ＮＧ」フラグと補正角度とが送信された場合には、ＳＴ１５が「ＮＯ」、ＳＴ１７が「ＹＥＳ」となって、ＳＴ１８に進む。このＳＴ１８では、前記調整角度αから補正角度θを差し引いた分だけプラテンを負の方向に回転させる。これにより、ノッチは、検査前の位置からプラテンの中心点Ｒを軸としてθ回転した位置に移動することになる。

このように、検査前にプラテンを回転させた場合には、検査後は、「ＯＫ」，「ＮＧ」のいずれの結果を得た場合にも、プラテンを負の方向に回転させ、しかる後にＳＴ１９に進む。

ＳＴ１９では、設計データに基づきイオン注入処理を実行する。一連の処理が終了すると、ＳＴ２０に進み、正常に処理が完了した旨をメモリ部２に保存する。そして、続くＳＴ２１において、前記ウェーハ１１をプラテン２２から取り外し、真空槽２１外に搬出する処理を実行する。

なお、検査装置１０が、ＮＧフラグとともに補正が不可能であることを示すエラーコードを送信した場合（ＳＴ９が「ＮＯ」の場合またはＳＴ１７が「ＮＯ」の場合）には、ＳＴ２３に進み、前記エラーコードをメモリ部２に書き込む処理（エラー処理）を実行する。この後は、ＳＴ２１に進み、ウェーハ１１をプラテン２２から取り外して、真空槽２１外に搬出する処理を実行する。

ウェーハの搬出後は、ＳＴ２２に進み、生産が終了したかどうかをチェックする。ここで、処理すべきウェーハが残っている場合には、ＳＴ２２が「ＮＯ」となってＳＴ３に戻り、つぎのウェーハを真空槽２１内に導入して以下同様の手順を実行する。前記生産指示により指示された数のウェーハを処理した場合には、ＳＴ２２が「ＹＥＳ」となり、処理を終了する。

なお、上記の処理を経たウェーハ１１は、正常な処理が行われたかどうかに関わらず、同一のウェーハカセット（処理済み用のウェーハを格納するもの）に収容される。ただし、ＳＴ２０やＳＴ２３では、保存する情報にウェーハ１１の識別番号を対応づけるようにしているので、仮に不良のウェーハ１１があっても、そのウェーハ１１が後段の工程に流れるのを防止することができる。

つぎに、前記ＳＴ７，ＳＴ１４のウェーハの向き検査について、図８を用いて、検査装置１０側で実行される具体的な処理を説明する。なお、この図８では、ＳＴ１０１から処理が開始されるものとする。

この手順を実行するに先立ち、検査装置１０のＣＰＵ１０２は、前記主制御装置１より各種検査用データの送信を受け、これらをＲＡＭ１０４内に保存する。この後、最初のＳＴ１０１では、前記タイミング制御部１０７よりカメラ１１０に駆動信号を与えて撮像を行わせる。この撮像動作に伴い、画像入力部１０５によるＡ／Ｄ変換処理およびエッジ抽出部１０８によるエッジ抽出処理が実行され、所定階調の濃淡画像データ、および２値のエッジ画像データが、画像メモリ１０６に格納される。なお、カメラ１１０の視野は、あらかじめ限定された範囲に調整されているものとする。

ＳＴ１０２〜１０４の処理は、エッジ画像を対象として行われる。
ＳＴ１０２では、前記エッジ画像において、ウェーハの中心点を抽出する処理を実行する。この処理は、前出の特許文献３の方法に基づき行われる。簡単に言うと、画像上の各エッジ画素につき、それぞれその濃度勾配に沿う方向（明るい部分から暗い部分に向かう方向）にウェーハの半径よりやや長い線分を設定する。これにより、前記画像上に含まれるウェーハの周縁のエッジのうち、ノッチ以外の円弧の部分を構成する各エッジ画素からの線分が中心点Ｏの付近で交わるようになる。よって、所定数以上の線分が交わった点の集合の中から代表点を抽出し、これをウェーハの中心点Ｏとする。

上記の方法によれば、生成された画像にウェーハ１１の一部分しか含まれていなくとも、中心点Ｏの位置を精度良く求めることができる。中心点Ｏの抽出に成功すると、ＳＴ１０３が「ＹＥＳ」となってＳＴ１０４に進み、前記エッジ画像上でノッチを検出する処理を実行する。以下、この処理について簡単に説明する。

この検出処理では、前出の特許文献２の方法に基づき、画像上で円弧の構成点に相当するエッジ画素を抽出する。この抽出処理により、ウェーハの輪郭線の構成点のうち、ノッチ以外の構成点が抽出されることになる。

つぎに、抽出された円弧の構成点を消去し、残されたエッジの中からノッチの特徴を反映したエッジ画素の集合を抽出する。ウェーハのノッチは、完全なＶ字状ではなく、先端部分（切り込みの最も奥の部分）が面取りされた状態で形成される（図６のＮ１を参照。）ので、先端部分を構成する画素は円弧の構成点とみなされる可能性が高い。一方、Ｖ字パターンの両側縁は直線状であるので、それぞれ所定数のエッジ画素が連なった状態にあるものと考えられる。

よって、円弧の構成点を消去する処理により、ノッチの部分については、図９に示すように、先端部分のエッジ１３ｃが消失し、両側縁のエッジ１３ａ，１３ｂが分離した状態で残されるようになる。そこで、ＳＴ１０４では、円弧の構成点を消去した後のエッジ画像から前記エッジ１３ａ，１３ｂに対応する一対のエッジ集合を抽出する。さらに、これら一対の集合毎に重心を求め、各重心間の中点の座標を求めることにより、ノッチの位置を検出するようにしている。なお、ノッチの位置の算出方法は上記に限定されるものではなく、たとえば、一対のエッジ集合をその間にある画素（エッジ画素以外の画素）も含めて統合し、この統合された集合体において、重心などの代表点を求めるようにしてもよい。

また、ノッチの検出処理は上記に限定されるものではない。たとえば、エッジ画素に対する輪郭追跡処理を行って、エッジの向きが大きく変化する変曲点を抽出するようにしてもよい。画像上のエッジ画素の大半は円弧の構成点であり、しかも拡大されていることから、これら円弧の部分で向きが大きく変化することはない。これに対し、ノッチに相当する略Ｖ字状のパターンについては、２つの切り込み開始点や、先端の部分（切り込みの奥部）において、エッジの向きが大きく変化するから、ノッチを精度良く検出することができる。

このようにしてノッチの位置を検出すると、ＳＴ１０５が「ＹＥＳ」となってＳＴ１０６に進む。このＳＴ１０６では、前記図５に示した方法に基づきノッチ角度を算出する。続くＳＴ１０７では、このノッチ角度と主制御装置から送信された基準角度との差を求め、その差が所定の誤差範囲であるかどうかをチェックする。この差が誤差範囲内であれば、ＳＴ１０７が「ＹＥＳ」となってＳＴ１０８に進み、前記した「ＯＫ」フラグをオン設定して主制御装置１に送信する。

また、前記の差が誤差を越える場合には、ＳＴ１０７からＳＴ１０９に進む。このＳＴ１０９では、ウェーハの向きが不適であったことを示す「ＮＧ」フラグをオン設定するとともに、前記の差を補正角度として設定し、ＮＧフラグとともに主制御装置１に送信する。なお、補正角度は、基準角度からノッチ角度を差し引いたものとするので、この差が負値となった場合は、プラテン２２を逆回転させる必要があることを意味するものになる。

前記ＳＴ１０２において、中心点の抽出処理に失敗した場合には、ＳＴ１０３が「ＮＯ」となって、ＳＴ１１０に進む。またＳＴ１０４において、ノッチを検出できなかった場合には、ＳＴ１０５が「ＮＯ」となり、同様にＳＴ１１０に進む。
ＳＴ１１０では、前記「ＮＧ」フラグをセットするとともに、補正ができない理由を示すエラーコードを設定し、これらを主制御装置１に送信する。なお、ＳＴ１０３、ＳＴ１０５のいずれが「ＮＯ」となったかによって、前記エラーコードの値は異なるものとなる。

上記の実施例によれば、画像上のウェーハ１１の中心点Ｏを基準としてノッチ角度や基準角度を示し、これらの角度の差を補正角度としてプラテン２２を回転させている。既に図１０，１１を用いて説明したように、ウェーハ１１の中心点Ｏとプラテン２２の中心点Ｒとが一致している場合にも、両者が一致しない場合にも、上記の方法で求めた補正角度分だけプラテン２２を回転させることにより、ノッチを基準方向に合わせることができる。

また、前記図７，８の手順では、カメラ１１０の視野を絞り込むことにより、ウェーハ１１の部分画像を生成しているので、ウェーハ全体を撮像するよりも、ノッチの部分の解像度が高い画像を得ることができる。また、前出の特許文献３の方法によれば、部分円であっても中心点を精度良く求めることができるから、中心点、ノッチの位置をともに精度良く検出して、ノッチ角度を正確に求めることができる。よって、補正角度を高い精度で求めることができ、ウェーハの方向を精度良く調整することができる。

なお、図７，８の手順では、ウェーハが正しい方向を向いているか否かを検査する都合上、基準角度θＴを調整角度αにより補正するようにしたが、ウェーハの方向の適否判別の結果をフラグデータとして出力する必要がない場合には、撮影前にプラテン２２を回転させた場合でも、本来の基準角度θＴを用いて補正角度θを求め、その角度θ分だけプラテン２２を回転させればよい。

さらに、ウェーハ１１の全体が撮像される場合にも、照明ムラや周囲部材との位置関係などの要因により、カメラ１１０の視野内にノッチの検出に適した領域と適さない領域とが存在する場合には、図７と同様の方法で検査を行うことができる。すなわち、検査対象のウェーハ１１の基準方向が検出に適さない領域に含まれる場合には、このノッチが検出に適した領域に含まれるように所定の調整角度分だけプラテン２２を回転させて検査を実行すればよい。また、この検査によりずれ量が検出された場合には、ずれ量に前記調整角度を加えた値を補正角度としてプラテン２２を回転させることにより、前記ノッチを基準方向に位置合わせすることができる。

ところで、ウェーハの側面（周縁の厚み方向の面）は垂直面ではなく、曲面状に形成される。上記の実施例では、カメラ１１０や光源を図３のように配置することにより、ウェーハ１１の表面からの鏡面反射光がカメラ１１０に入射しないようにしたが、ウェーハ１１の側面からの鏡面反射光がカメラ１１０に入り込む可能性がある。この側面の全周にわたる曲率は一様なものではなく、固体間でのばらつきもあるので、光学系の調整により鏡面反射光の入射を防ぐのは困難である。

ウェーハ１１の側面からの鏡面反射光がカメラ１１０に入ると、ウェーハの周縁でハレーションが生じ、ノッチとして誤検出されるおそれがある。前記図８の手順は、ノッチが１つだけ検出されることを前提としており、ノッチとみなされる部分が複数検出された場合には、ＳＴ１０５が「ＮＯ」となって、向き調整が不可能と判断されてしまう。このような不具合を防止するには、プラテン２２にウェーハ１１を設置した後に、つぎのような処理を行うとよい。なお、この処理では、説明を簡単にするために、ウェーハ１１の全体が撮像される場合を前提とする。

まず、プラテン２２にウェーハ１１が設置された直後に撮像を行い、得られた画像上のノッチを検出する。検出されたノッチ角度は、検査装置１０のＲＡＭ１０４などに保存される。つぎに、プラテン２２を所定角度回転させ、再度の撮像を行い、得られた画像上で２度目のノッチ検出処理を実行する。ここで、２度目の処理で検出されたノッチ角度を最初に検出されたノッチ角度と比較すると、本来のノッチについては、プラテンの回転角度に相当する角度差が得られるはずである。これに対し、ハレーションについては、ウェーハ１１の回転により光源との関係が変化すると、２度目の撮像時には、前回のハレーション発生部位からの反射光がカメラ１１０に入らなくなったり、別の部位からの反射光がカメラ１１０に入射するなど、プラテン２２の回転に追従した角度差が得られない可能性が高い。よって、１回目に得た画像と２回目に得た画像との間で、ノッチ角度の差がプラテン２２の回転角度に対応するノッチ候補の組をノッチとみなし、それ以外のものをハレーションによるノイズとみなすことにより、ウェーハ１１の側面からの鏡面反射光による影響を取り除いて、本来のノッチを精度良く特定することができる。

なお、上記２つの画像において、ノッチ角度の差がプラテン２２の回転角度に対応するノッチ候補の組が複数見つかった場合には、再度プラテン２２を回転させて、同様の処理を行うとよい。ただし、この処理を複数回繰り返しても、なお、複数組のノッチ候補が存在する場合には、処理を打ち切ってエラー処理に進むのが望ましい。
また、前記図７の手順のように、ウェーハ１１の一部分を撮像する場合には、ノッチをカメラ１１０の視野に入れるためにプラテン２２を回転させた後の撮像に続き、ノッチがカメラ１１０の視野から出ない範囲でプラテン２２を回転させて２度目の撮像を行うことにより、上記と同様に、ノッチとハレーションの発生部位とを切り分けて判断することができる。ノッチをカメラ１１０の視野に入れるための調整が必要でない場合も、同様である。

このようにして、ノッチとハレーションの発生部位とを識別し、最終的にノッチが特定されると、そのノッチについて、１回目に検出されたノッチ角度を基準角度と照合することにより、ウェーハ１１の向きの適否を判別することができる。さらに、向きが適正でない場合には、前記実施例と同様に、基準角度とノッチ角度との差に相当する角度だけプラテン２２を回転することにより、ウェーハ１１の向きを調整することができる。

イオン注入装置の構成を示すブロック図である。 検査装置の構成を示すブロック図である。 真空槽内の構成をカメラや照明の設置例とともに示す図である。 プラテンにおけるマークの設定例と、回転動作にかかる検査の原理を説明する図である。 ノッチの方向およびノッチ角度の設定例を示す図である。 カメラの視野を限定してウェーハを撮像した場合の画像を示す図である。 イオン注入装置における一連の処理手順を示すフローチャートである。 ウェーハの向き検査の手順を示すフローチャートである。 ノッチ検出の原理を説明する図である。 補正角度の概念を説明する図である。 補正角度の概念を説明する図である。

符号の説明

１ 主制御装置
６ プラテン制御装置
１０ 検査装置
１１ ウェーハ
２１ 真空槽
２２ プラテン
１０１ 制御部
１０２ ＣＰＵ
１０５ 画像入力部
１０８ エッジ抽出部
１０９ 通信インターフェース
１１０ カメラ

Claims (10)

1. 真空槽内のプラテンに保持された半導体ウェーハを撮像する第１ステップと、
   前記撮像により得られた画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する第２ステップと、
   前記第２ステップの処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を示す角度を求める第３ステップと、
   前記第３ステップで得られた角度と、あらかじめ設定された基準方向を示す基準角度との差を求めることにより、前記基準方向にノッチを合わせるのに必要な補正角度を検出する第４ステップとを、実行することを特徴とするノッチのずれ補正のための補正角度検出方法。
2. 真空槽内のプラテンに対し、イオン注入対象の半導体ウェーハを、そのノッチがあらかじめ定められた基準方向を向くようにして設置する第１ステップと、
   前記プラテンに保持された半導体ウェーハを撮像する第２ステップと、
   前記撮像により得られた画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する第３ステップと、
   前記第３ステップの処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を示す角度を求める第４ステップと、
   前記第４ステップで得られた角度と前記基準方向を示す基準角度との差を求めることにより、前記基準方向にノッチを合わせるのに必要な補正角度を検出する第５ステップと、
   前記第５ステップで検出された補正角度だけプラテンを回転させて、前記半導体ウェーハの方向を調整する第６ステップとを、実行することを特徴とする真空槽における半導体ウェーハの方向調整方法。
3. 請求項２に記載された方法において、
   前記基準方向は、前記半導体ウェーハの中心点から見たノッチのあるべき方向に相当し、
   前記第３ステップでは、画像上の半導体ウェーハについて、前記ノッチの位置を示す代表点の座標とともに半導体ウェーハの中心点の座標を検出し、
   前記第４ステップでは、前記第３ステップで検出された半導体ウェーハの中心点から見たノッチの方向を示す角度を求めるようにした真空槽における半導体ウェーハの方向調整方法。
4. 請求項２または３に記載された方法において、
   前記第１ステップの前または第１ステップと第２ステップとの間に、前記基準方向が所定の適正領域に含まれるかどうかを判別するステップを実行し、
   前記基準方向が適正領域外であると判別されたとき、第２ステップにおいて、前記適正領域と基準方向の角度差分だけプラテンを回転させてから撮像を実行することを特徴とする真空槽における半導体ウェーハの方向調整方法。
5. 請求項２または３に記載された方法において、
   前記プラテン上の半導体ウェーハの中心部と端縁の一部とを含む領域が撮像されるように撮像手段の視野が調整されており、
   前記視野に含まれる所定大きさの領域を適正領域として、前記第１ステップの前または第１ステップと第２ステップとの間に、前記基準方向が適正領域に含まれるかどうかを判別するステップを実行し、
   前記判別処理において、前記基準方向が適正領域外であると判別されたとき、第２ステップにおいて、前記適正領域と基準方向の角度差分だけプラテンを回転させてから撮像を実行することを特徴とする真空槽におけるウェーハの方向調整方法。
6. 真空槽内のプラテンに保持された半導体ウェーハを撮像して得られた画像を入力する画像入力手段と、
   前記画像入力手段により入力された画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する画像処理手段と、
   前記画像処理手段の処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を示す角度を求める角度算出手段と、
   前記ノッチが位置すべき基準方向を示す基準角度を取得し、この基準角度と前記角度算出手段により求められた角度との差を求める差分演算手段と、
   前記差分演算手段により算出された角度差を、前記基準方向にノッチを合わせるのに必要な補正角度として出力する出力手段とを具備して成るノッチのずれ補正のための補正角度検出装置。
7. 真空槽内に設置されたプラテンに、イオン注入対象の半導体ウェーハを、そのノッチがあらかじめ定められた基準方向を向くようにして設置する半導体ウェーハ設置手段と、
   前記プラテンに保持された半導体ウェーハを撮像するための撮像手段と、
   前記撮像手段により得られた画像を処理して、半導体ウェーハのノッチの位置を検出する画像処理手段と、
   前記画像処理手段の処理結果に基づき、所定の基準点から見たノッチの方向を示す角度を求める角度算出手段と、
   前記基準方向を示す基準角度と前記角度算出手段により求められた角度との差を求める差分演算手段と、
   前記差分演算手段により求められた差の値に相当する角度だけプラテンを回転させて、前記半導体ウェーハの方向を調整する方向調整手段とを具備して成る半導体ウェーハの方向調整装置。
8. 前記基準方向は、前記ウェーハの中心点から見たノッチのあるべき方向として設定されており、
   前記画像処理手段は、前記画像入力手段により入力された画像において、前記ノッチの位置を示す代表点の座標とともに半導体ウェーハの中心点の座標を検出し、
   前記角度算出手段は、前記画像処理手段により検出された中心点を基準点として前記角度を算出する請求項７に記載された半導体ウェーハの方向調整装置。
9. 請求項７または８に記載された装置において、
   撮像手段による撮像が開始されるより前に、前記基準方向が所定の適正領域に含まれるかどうかを判別する判別手段と、
   前記判別手段により基準方向が適正領域外であると判別されたとき、前記撮像手段による撮像に先立ち、前記半導体ウェーハが設置されたプラテンを適正領域と基準方向の角度差分だけ回転させる回転調整手段とを備えて成る半導体ウェーハの方向調整装置。
10. 請求項９に記載された装置において、
    前記撮像手段は、前記プラテン上の半導体ウェーハの中心部と端縁の一部とを含む領域を撮像するように調整されており、前記判別手段は、前記撮像手段の視野に含まれる所定大きさの領域を前記適正領域として判別処理を実行する半導体ウェーハの方向調整装置。

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