JP2005520350A - ウエハマッピング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ウエハマッピングシステム（１００）は、ウエハを収容するキャリアのイメージを、カメラ（１０１）を用いて取得する。取得されたイメージは、ピクセルの行及び列として記憶される。キャリア（２０１）内のウエハの存否及び数は、イメージの列に於けるピクセルの強度の変化を観測することにより判定することができる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置に関し、特に半導体ウエハをマッピングするためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハを電子デバイスにするための処理に於いて半導体製造装置が用いられる。このような装置に於いては、通常、ウエハがキャリアに収容される。ウエハは、キャリア中にある間に、処理されるべきウエハの数や、キャリア中の各ウエハのスロット位置を決定するためにマッピングされる。ウエハマッピングにより、半導体製造装置は、処理済みのウエハを、それが元々占めていたスロット位置に戻すことができる。装置を操作する者は、ウエハを区別するためにスロット位置に依存することから、ウエハをキャリアに於ける元のスロット位置に戻すことは重要である。キャリア内に収容されたウエハの数を知ることもやはり重要である。半導体製造装置は、それによって、キャリア内のすべてのウエハが処理された時に、装置を操作する者に対して警告を発したり、キャリアをロードロックから排出することができるからである。
【０００３】
ウエハマッピングはレーザビームを用いて行われている。通常、キャリアは垂直方向に移動し、水平方向を向くレーザビームの光路を横切る。コンピュータは、ウエハがいつまた何回ビームを遮断したかを検知する。コンピュータは、キャリアのスロット間の距離を与えられることにより、ウエハの数及びキャリア内の各ウエハの位置を判定することができる。キャリア内の各ウエハは運動し、ビームを遮断することから、ウエハマッピングのためにレーザビームを用いることは多少の時間を有する作業となる。しかも、一枚のウエハで２つのスロット位置を占めるようなクロススロットウエハを検出することは、ビームが限られた領域をカバーし得るのみであることから、レーザビームを用いて行うことは困難である。
【０００４】
【発明の要約】
本発明は、キャリアその他の容器内のウエハあるいはウエハ状の物体をマッピングするための方法及び装置を提供するものである。ある実施例に於いては、ウエハを収容するキャリアのイメージが、例えばビデオカメラを用いて取得される。イメージはデジタル化され、ピクセルのアレイ（行及び列）としてコンピュータ内に記憶され、各ピクセルはイメージの各点をあらわす。イメージの１つの列内のすべてのピクセルの強度の値を次に抽出する。対照的な背景の前にウエハが置かれていることにより、取得されたイメージのピクセルに強度上の差が現れることから、このようなピクセルの強度の変動を求めることによりウエハの存在を判定することができる。クロススロットウエハも、イメージの２つの列中のすべてのピクセルの強度を抽出することにより同様に検出することができる。ウエハがクロススロットでない場合には、ウエハに対応するピクセル強度の変化は、どの列が分析中であるかに関わらずイメージの同一の行に現れる。しかしながら、クロススロットウエハのピクセル強度の変化は、イメージの列に依存する。キャリア中の２つのスロットを占めるクロススロットウエハはスロットの面に対してある角度をなし、イメージの複数の異なる列を、異なる行に於いて横切ることになるからである。
【０００５】
本発明は、キャリア中のウエハの数及び位置を判定するためにキャリアの１つのイメージを取得するのみでよい。これにより、可動部を最小限とした高速のウエハマッピングシステムを実現可能とする。これは、キャリア内の各ウエハを上下に移動させてレーザビームを遮断するような従来技術に基づく手法とは大きく異なっている。取得された単一のイメージはまた、クロススロットウエハを検出するためにも利用することができる。これは、レーザビームの手法を用いた場合には複雑であってしかも複数のセンサーを必要とするものであった。
【０００６】
本発明の他の用途、利点及び変形例は、以下の記載及び添付の図面を参照にすることにより当業者に自ずと明らかになろう。
【０００７】
【発明の詳細な説明】
本発明は、キャリアまたはコンテナに収容された半導体ウエハ及びウエハ状の物体を検出するための方法及び装置を提供する。この発明は、半導体デバイス、ハードディスク及び液晶デバイスを製造することをはじめとして様々な用途に適用することができる。例えば、本発明は、エッチング、成膜、化学的−機械的平坦化及び高速熱処理システムに於いて用いることができる。
【０００８】
図１Ａは、本発明に基づくウエハマッピングシステム１００のダイヤグラム図である。図１Ａに於いて、キャリア１０２に収容されたウエハ１０３のイメージをカメラ１０１により取得する。キャリア１０２は、固定されたあるいは移動可能はキャリアからなるものであってよい。本実施例に於いては、カメラ１０１は、California州Fremont所在のLogitech Corporationにより販売されているQuickcam（登録商標）ホームカメラからなる。カメラ１０１は、ビデオカメラ、フィルムカメラ、あるいはデジタルカメラ等任意の従来形式のカメラからなるものであってよい。カメラ１０１は、キャリア１０２内のすべてのウエハを含む視野を有するように配置される。システム１００は、暗い環境に於いて用いられた場合には、照明のための光源１０４を有する。カメラ１０１により取得されたイメージはコンピュータ１０５に送られ、さらなるイメージ処理に付される。Quickcam（登録商標）を用いた場合、カメラ１０１の出力は、デジタルイメージからなり、このデータは図示されないＵＳＢを介してコンピュータ１０５に送られる。それ以外の場合として、カメラ１０１を用いて取得されたイメージは、従来形式のデジタイザーによりデジタル化され、その後コンピュータ１０５により処理されることができる。
【０００９】
システム１００は、ウエハマッピングが望まれる半導体製造装置１５０（図１Ｂ）の任意の位置に配置することができる。図１Ｂに示されるように、システム１００のカメラ１０１は、上下に配置されたリアクタ１１１Ａ及び１１１Ｂの間に取り付けることができる。カメラ１０１は、トランスファーチャンバ１０８の覗き孔１１０からキャリア１０２のイメージを取得する。覗き孔１１０は、石英その他の透明な材料からなり、キャリア１０２を収容するロードロック１０６に対向して設けられる。キャリア１０２のイメージは、ロボット１１２が低い位置を占める間にカメラ１０１を用いて取得される。カメラ１０１は、図１Ｃに示されるようにロードロック１０６の後側の覗き孔１０７を介してキャリア１０２のイメージを取得するように配置することもできる。図１Ｂ及び１Ｃは、半導体製造装置に於いて、どのようにカメラ１０１を配置し得るかを例示的に示すものでって、本発明はそれに限定されない。例えばカメラ１０１は、キャリア１０２に対して対向する位置や、それに対してある距離をおいた位置に取り付ける必要は必ずしもない。一旦、イメージを取得すれば、既存のイメージ処理手法を用いて、様々なカメラの配置に対応して、本発明に基づくウエハマッピングを行うことができるからである。すなわち取得されたイメージの特定の部分をデジタル的にチルトあるいはズームすることができるからである。
【００１０】
或る実施例に於いては、デジタルイメージはビットマップとして記憶される。ビットマップは既に知られた技術である。一般に、ビットマップは、ピクセルのアレイと考えることができ、各ピクセルはデジタル化されたイメージの一点を表す。ビットマップの解像度を知ることにより、ビットマップの各列に於けるピクセルの数及び各行に於けるピクセルの数を知ることができる。例えば、６４０×４８０のビットマップは、４８０のピクセルの行及び６４０のピクセルの列を有する。本明細書に於いては、ビットマップの行１及び列１が、イメージの左上隅を占めるように定められている。表Ａは、ビットマップの１つの列に於けるすべてのピクセルの赤、緑及び青の強度値を抽出するためのＣ＋＋プログラム言語のリストである。表Ａに於いて、取得されたイメージのビットマップファイルwafer0.bmp（表Ａの第８３行）が処理のために開かれる。ビットマップファイルwafer0.bmpの選択された列（表Ａの第９６行）の各ピクセルは抽出され、赤、緑及び青（ＲＧＢ）の強度のユニットに変換される（表Ａの第１１０−１１５行）。選択された列のすべてのピクセルの得られた強度値は、一時データファイルtest.dat（表Ａの第１０１、１１９−１２０行）に書き込まれる。このファイルtest.datは、スプレッドシートその他のアプリケーションプログラムにロードされ、更なる処理を受ける。本発明は、任意のピクセルあるいはイメージフォーマットを用いて実施することができる。例えば、選択された列の各ピクセルを、いわゆるＨＳＶフォーマットに変換することもできる。さらに、ピクセルのユニット値（強度値）は、ウエハとその背景との間のコントラストを改善するために尺度変換したり、正規化することもできる。
【００１１】
表Ｂは、図２のイメージ２００の１つの列を表すライン２７０に添うピクセルのＲＧＢ強度値を示す（スプレッドシートフォーマットの）表である。表Ｂの強度値は、上記したようなデータファイルtest.datからインポートされる。表ＢのＲ・Ｇ・Ｂ各列の下に記入されている数値は、図２のライン２７０に添う各ピクセルの赤・緑・青の強度値を示している。赤、緑及び青のユニットは、強度をあらわす任意のユニットからなるものであってよく、特定の用途に応じて尺度変換あるいは正規化されたものであってよい。列ＳＵＭの下の数値は、特定のピクセルの赤、緑及び青の強度の全体の値を示す。例えば、表Ｂに於ける数値の第１の行（行１）は、以下のことを示している。即ち、イメージ２００の第１の行（行１）に於いて、ライン２７０上のピクセルは、赤を１７３ユニット、緑を１７４ユニット及び青を１７３ユニット有し、全強度（ＳＵＭ）として（１７３＋１７４＋１７３＝）５２０ユニットを有していることを表している。図３は、イメージ２００のライン２７０に添う各ピクセルの行位置に対する全強度のプロット３００を示す。
【００１２】
図２に示されるように、イメージ２００は、キャリア２０１のイメージである。キャリア２０１は、２５個のスロット２１０〜２３４を有する２５スロットウエハキャリアからなる。スロット２１０はウエハ２５０を有し、スロット２１１はウエハ２５１を有し、スロット２１２はウエハ２５２を有するという具合になっている。スロット２２６〜２３２はウエハを有していない。キャリア２０１を図３のプロット３００に対比すると、キャリア２０１内の各ウエハは、対応するピクセルピーク強度を有することがわかる。ウエハ２５０は、プロット３００に於けるピーク３０１に対応し、ウエハ２５１はプロット３００に於けるピーク３０２に対応するといった具合である。これは、対照的な背景に置かれたウエハが、ピクセルの強度の変化をひきおこすからである。このように、ウエハが存在しあるいは存在しないことは、ピーク強度を見ることにより判定することができる。ピーク強度は、閾値を設けるなど、従来から知られた信号処理手法を用いることにより検出することができる。例えば、図３のプロット３００に於いて、閾値である６００ユニットを超える全強度値を有するピクセルは、ピークの存在を表し、従ってキャリア内にウエハが存在することを示している。
【００１３】
バックグラウンドノイズを識別し、特定の用途に於ける、ピッチとして知られるスロット間の間隔を判定するために較正（キャリブレーション）が行われる。すべてのスロットにウエハが配置されたキャリア（フル）及び部分的にウエハが配置されたキャリア（部分的にフル）のイメージを取得し、分析することによりキャリブレーションが行われる。例えば、フルのキャリアのイメージを取得することにより、スロット間のピクセルの行の数を判定することができる。図３のプロット３００に於いて、図２のスロット２１０のウエハ２５０に対応するピーク３０１が、概ね行１６に於いて発生する。従って、行１６に先行する行は、図２のハンドル２７１等のようなバックグラウンドノイズを表しており、ウエハマッピングシステムにより無視することができる。スロット２１０、すなわちキャリア２０１の一番上のスロットに対応する行は、バックグラウンドノイズに対応する行の直後に現れる。プロット３００に於いて、隣接するスロットに於けるウエハに対応するピーク値は、約１８行ごとに現れる。例えば、スロット２１１は、スロット２１０から１８行離れており、スロット２１２は、スロット２１０から約３６行離れているといった具合である。このように、スロット間には約１８の行が存在する。上記した情報を用いて、図３の行４４９及び４６７に於けるピーク３１７及び３１８に対応する図２のスロット２３３、２３４に於けるウエハ２６６、２６７を検出することができる。行３１５と行４４５との間にピークがないことは、スロット２２６からスロット２３２にウエハが存在しないことを表している。
【００１４】
用いられた特定のウエハマッピングシステム及びそのセットアップ方法によっては、全強度の代わりに、ピクセルの赤、緑或いは青の強度値を用いることもできる。ＨＳＶフォーマット等のイメージを表す他のフォーマット及び白黒カメラからの強度情報を用いることもできる。例えば、ピークの検出は、目視を含む任意の従来から知られた信号処理手法により検出することができる。本発明は、ピーク強度を検出するものとして説明したが、ウエハの特徴を表すものとして識別可能な他のイメージ信号要素を用いることもできる。
【００１５】
イメージの２つの行に於けるピクセルの強度値を得ることにより、キャリアに於けるクロススロットウエハ（２つのスロットを占めるウエハ）の存在を検出することができる。図４に於いて、ライン４９５及びライン４９０は、イメージ４００の２つの列を表す。イメージ４００はスロット４１０〜４３４を有する２５スロットキャリアからなるキャリア４０１のイメージを表す。キャリア４０１は、ウエハ４５０〜４６７を有し、その内ウエハ４５８及び４６２がクロススロットである。表Ｃは、ライン４９０に沿うピクセルの赤強度（Ｒ）、緑強度（Ｇ）、青強度（Ｂ）及び全強度（ＳＵＭ）を表す表である。図５に示されたプロット５００は、ライン４９０に沿う各ピクセルの行位置に対する全強度をプロットしたものである。表Ｃは、ライン４９５に沿うピクセルの赤強度（Ｒ）、緑強度（Ｇ）、青強度（Ｂ）及び全強度（ＳＵＭ）をも示している。ライン４９５に沿う各ピクセルの行位置に対する全強度をプロットしたものが、図６にプロット６００として示されている。キャリア４０１のスロット間のピクセルの行の数を知り、ピーク強度を検出ことにより、特定のスロットに於けるウエハの存在あるいは存在しないことを上記したように判定することができる。表１は、キャリア４０１に於けるウエハとプロット５００及び６００に於けるピークとの対応を示している。
【表１】

【００１６】
図４のイメージ４００に於けるライン４９０とライン４９５とに沿うピクセルの全強度値を用いて、ピーク値が発生する行を比較することによりクロススロットウエハを検出することができる。プロット６００にプロット５００を重ね合わせた図７に示されているように、クロススロットでないウエハに対応するピークは概ね同じ行に現れる。しかしながら、クロススロットウエハの場合には、ピークは異なる行に発生する。クロススロットウエハ４５８に対応するピーク５０９はプロット５００の行１７８に於いて発生し、同じウエハ４５８に対するピーク６０９はプロット６００に於ける行１８３に発生する。同様に、クロススロットウエハ４６２については、ピーク５１３がプロット５００に於ける行３０８に発生し、ピーク６１３がプロット６００に於ける行３０３に発生する。このように、クロススロットウエハは、同一のウエハについてのピークの行位置のシフトを見出すことにより判定することができる。これらのシフトは、ピーク行位置を直接比較することを含む様々な従来から知られた方法により検出することができる。従来形式の信号処理手法を用いることもできる。
【００１７】
本発明は、イメージ取得及び処理手法を用いるものであることから、最小限の可動部分を用いた高速のウエハマッピングシステムを提供することができる。これは、キャリアが上下に動いてレーザビームを遮断するような従来技術のウエハマッピングシステムとは際立った対照をなしている。本発明は、従来のレーザビーム式手法を用いた場合には、複雑であってかつ複数のセンサーを必要とするようなクロススロットウエハの検出にも用いることができる。ウエハマッピングカメラの出力をディスプレイに供給することにより、オペレータはキャリア内のウエハの状態を遠隔的に監視することができる。
【００１８】
上記した本発明の説明は単に例示のためであって、本発明を何ら限定するものではない。本発明は添付の請求の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
本発明に基づくウエハマッピングシステムのダイヤグラム図である。
【図１Ｂ】
図１Ａに示されたウエハマッピングシステムの取り付け位置の例を示すダイヤグラム図である。
【図１Ｃ】
図１Ａに示されたウエハマッピングシステムの取り付け位置の例を示すダイヤグラム図である。
【図２】
本発明に基づきマッピングされたウエハキャリアのイメージを示す。
【図３】
図２に示されたイメージの一つの列に於けるピクセルの行位置に対するイメージ強度をプロットしたグラフである。
【図４】
クロススロットウエハを含むウエハキャリアのイメージを示す。
【図５】
図４に示されたイメージの１つの列に於けるピクセルの行位置に対するイメージ全強度をプロットしたグラフである。
【図６】
図４に示されたイメージの別の列に於けるピクセルの行位置に対する全強度をプロットしたグラフである。
【図７】
図６に示されたプロットに対して図５に示されたプロットを重ね合わせたグラフである。
【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【表９】

【表１０】

【表１１】

【表１２】

【表１３】

【表１４】

【表１５】

【表１６】

【表１７】

【表１８】

【表１９】

【表２０】

【表２１】

【表２２】

【表２３】

Claims (17)

1. 複数のスロットを有するキャリアに於けるウエハを検出するための方法であって、
   (a)前記ウエハのイメージを取得する過程と、
   (b)前記イメージの第１列のウエハの第１の特徴を検出する過程と、
   (c)前記第１の特徴が前記第１列のどこに検出されたかを決定する過程とを有することを特徴とする方法。
2. 前記イメージがカメラにより取得されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記カメラがビデオカメラであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記カメラがデジタルカメラであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記イメージがデジタル化されたイメージであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記第１の特徴が、前記第１列に於いてピーク強度として表現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記イメージの第２列に於ける前記ウエハの第２の特徴を検出する過程と、
   前記第２の特徴が前記第２列のどこに検出されたかを決定する過程と、
   前記第１の特徴が前記第１列のどこに検出されたかということと、前記第２の特徴が前記第２列のどこに検出されたかということとを比較する過程とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の特徴が、前記第１列に於けるピーク強度として表現され、前記第２の特徴が前記第２列に於けるピーク強度として表現されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 半導体製造装置に於けるウエハマッピング装置であって、 キャリアに収容されたウエハのイメージを取得するためのカメラと、
   前記イメージ中の前記ウエハの特徴を検出するべく作動可能な、前記カメラに接続されたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
10. 光源を更に有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記カメラがビデオカメラであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
12. 前記カメラがデジタルカメラであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. 前記カメラがモニタに接続されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
14. 前記ウエハの前記特徴が、前記イメージの列中から検出されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
15. 半導体製造装置に於いて、複数のスロットを有するウエハキャリア内の半導体ウエハを検出するための方法であって、
    前記半導体ウエハのイメージを取得する過程と、
    前記イメージ中から前記半導体ウエハを検出する過程とを有することを特徴とする方法。
16. 前記イメージ取得過程が、
    前記イメージの第１列中の前記半導体ウエハの第１の特徴を検出する過程と、前記第１の特徴が前記第１列のどこに検出されたかを決定する過程とを有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記半導体ウエハがクロススロットであるかを判定するために前記イメージを用いる過程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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