JP2009088184A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの中心位置及び回転位置（回転角）を正確に計測し位置ずれを確認することができる画像処理装置を提供する。
【解決手段】トランスファチャンバ４の外側からに設置され、トランスファチャンバ４に設けられたビューポートを介してウエハ３の少なくとも輪郭線（エッジ部）を含む画像を撮像する１つの撮像カメラ２と、撮像カメラ２で撮像された画像から抽出したウエハのエッジ位置データを用いて、ウエハ３の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいてウエハ３の位置を計測する計測部１４とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、真空チャンバ内の半導体ウエハの中心位置や回転角を計測する画像処理装置に関するものである。

近年、半導体ウエハ（以下、単にウエハと呼ぶ）上に形成した膜の特性ばらつきを低減するため、半導体製造装置の真空チャンバ内における、ウエハの中心位置及びオリフラ部やノッチ部等を基準部としたウエハの回転位置（回転角）の再現性の向上が強く求められている。

例えば、スパッタ装置のような半導体製造装置の真空チャンバ内には、ウエハの膜を形成しない裏面側にスパッタ粒子が回り込むのを防ぐため、ウエハの膜を形成する側の外縁を覆うようにシールドが設けられている。このシールドは、近年の生産効率の向上等の要望から半導体チップのとれ数を上げるため、ウエハ外縁を覆う部分が低面積化される傾向にある。このようにシールドのウエハ外縁を覆う部分が低面積化された場合、ウエハの中心位置を正確に配置しないと、シールドとウエハの間に隙間ができてスパッタ粒子がウエハ裏面側に回り込んで品質劣化の要因となったり、反対にウエハの本来膜を形成すべき部分がシールドに隠れて生産効率が低下する可能性がある。

また、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）のように真空チャンバ内で加熱したウエハ上に反応ガスを導入して膜形成を行う半導体製造装置では、ウエハの膜形成面を均一に加熱しないと、膜形成面内で処理ムラが生じて膜特性が劣化する。この処理ムラをなくすには、真空チャンバ内でウエハの中心位置を常に適正な位置に配置して、均一加熱がなされるウエハと加熱ヒータとの位置関係が正確に再現できなければならない。

このように、半導体製造装置の真空チャンバ内におけるウエハの中心位置及びオリフラ部やノッチ部等を基準としたウエハの回転位置の精度は、ウエハから製造される半導体チップの品質に大きな影響を与える。このため、従来から半導体製造装置の真空チャンバ内でウエハ位置を計測して位置補正を行う技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、画像処理によって真空チャンバ内の反応系の位置を計測する画像処理装置を設けた気相成長装置が開示されている。この気相成長装置では、ウエハを各外表面に取り付けた基板保持構造体である多角錐形のサセプタを、釣鐘状のリアクタ内でその中心軸と同軸に回転させつつ加熱して反応ガスを導入することで、ウエハ上に膜を形成する。また、この気相成長装置には、真空チャンバ内の反応系の位置を計測しその位置矯正を行う手段として、画像撮像手段、画像処理手段及び押圧位置ずれ矯正手段が設けられている。

画像撮像手段は、サセプタの頂部を視野内に収める撮像手段であり、リアクタの頂部に形成されたビューポートを介してリアクタの外側に設けられる。画像処理手段は、画像撮像手段で撮像されたサセプタ頂部の画像を用いて、サセプタの頂部の中心とリアクタの中心軸との距離（サセプタの位置ずれ）を算出する。押圧型位置ずれ矯正手段は、画像処理手段で算出された位置ずれを無くすようにサセプタを押圧して位置を矯正する。これら手段によってサセプタの位置ずれを矯正することで、特許文献１の気相成長装置では、リアクタ内壁とサセプタ外表面との間で反応ガスの流速分布が一様になり、ウエハ上の膜特性のばらつきを減少させることができる。

また、特許文献２は、ウエハの外周上の複数点を撮像した画像を画像処理することで、ウエハ位置を決定する位置決め方法を開示している。具体的には、ウエハのノッチ部若しくはオリエンテーションフラット（以下、オリフラと呼ぶ）部を含むウエハの複数箇所に２次元画像処理装置の観察視野を設定する。これら観察視野内にそれぞれ接触方式のプリアライメント機構（大まかな位置決めを行う機構）の基準ピンとの接触位置に対応する仮想位置とを設定し、各観察視野内のウエハの計測点の上記仮想位置からの位置ずれ量により、ウエハのＸ方向へのオフセット、Ｙ方向へのオフセット、及び回転位置の誤差を求める。

例えば、２次元画像処理装置による計測点を、ウエハのノッチ部に１箇所、それ以外の外周部に２箇所設定し、これら３箇所の計測点でウエハの位置を検出することによって、ウエハの回転位置、及び２次元的な位置を特定することができる。一方、２次元画像処理装置による計測点を、ウエハのオリフラ部に２箇所、それ以外の外周部に１箇所設定し、これら３箇所の計測点でウエハの位置を検出することで、ウエハの回転位置、及び２次元的な位置を特定することができる。

さらに、特許文献３に開示される位置ずれ検出装置は、ウエハのノッチ部及びオリフラ部を除くエッジ位置を検出するように配置された３つの輪郭検出センサと、３つの輪郭検出センサの各検出値に基づいてウエハの中心位置と基準原点との間のずれ量を求めるずれ量演算部とを備える。特許文献３の位置ずれ検出装置では、３つの輪郭検出センサでウエハの輪郭上の３点の位置を捉えることで、ウエハの製造誤差や熱伸縮の影響を受けずに、ウエハの位置ずれの有無及び位置ずれ量を求めることができる。

特開平８−２６４４６１号公報 特開平９−１８６０６１号公報 特開２００２−４３３９４号公報

特許文献１では、リアクタの頂部に設けたビューポートを介してサセプタの頂部を撮像するが、リアクタ内で実行する処理によってはビューポートの窓材に反応物が付着して撮像不能となる可能性がある。また、リアクタにビューポートを設ける構成では、外乱光の影響を受け易い処理を行うことができない。

近年では、特許文献１のように複数枚のウエハをリアクタで一度に処理する、いわゆるバッチ式の半導体製造装置の他に、枚葉式搬送の半導体製造装置が普及している。この枚葉式搬送の半導体製造装置は、ウエハに膜形成処理等を行うプロセスチャンバと、ウエハ搬送用のロボットアームが設けられたトランスファチャンバとを備えており、ロボットアームでトランスファチャンバからプロセスチャンバにウエハを一枚ずつ搬送して処理が行われる。

トランスファチャンバのロボットアームによるウエハ搬送精度は、プロセスチャンバ内でのウエハの中心位置や回転位置の精度に強く影響する。このため、枚葉式搬送の半導体製造装置では、ロボットアームで搬送したウエハの中心位置や回転位置を計測して位置ずれを検査補正できることが必要である。しかしながら、特許文献１では、サセプタの頂部の画像のみを利用することから、枚葉式搬送の半導体製造装置に直接適用できない。

また、特許文献２では、ウエハのノッチ部又はオリエンテーションフラット部及びこの他の外周部の計測点をそれぞれ撮像してウエハの位置を計測するので、枚葉式搬送の半導体製造装置にも適用可能である。しかしながら、ウエハのノッチ部又はオリエンテーションフラット部及びその他の外周部の計測点を撮像するには、これら計測点を含む観察視野を与える、複数のビューポートか大口径のビューポートが必要である。

さらに、特許文献３の位置ずれ検出装置では、ウエハの輪郭上の３点を検出するための３つの輪郭検出センサが必要である。また、ウエハのノッチ部やオリエンテーションフラット部を除いた輪郭上の点を検出することから、ウエハの輪郭上に欠け等があった場合、ウエハの輪郭を正確に検出することができず、計測結果の中心位置が大きくずれる可能性がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ウエハを一枚ずつ搬送する枚葉式搬送の半導体製造装置において、ウエハの中心位置及び回転位置（回転角）を正確に計測し位置ずれを確認することができる画像処理装置を得ることを目的とする。

この発明に係る画像処理装置は、次の真空処理装置に対して用いるものであり、真空処理装置は、処理対象物に対する処理を行う処理チャンバと、処理対象物の搬送機構を有し処理チャンバに処理対象物を搬入搬出する搬送用真空チャンバとを備えるものである。この真空処理装置の処理対象物の位置を計測するために用いる画像処理装置において、搬送用真空チャンバの外側に設置され、搬送用真空チャンバに設けられたビューポートを介して処理対象物の少なくとも輪郭線を含む画像を撮像する１つの撮像カメラと、撮像カメラで撮像された画像から抽出した処理対象物の輪郭位置データを用いて、処理対象物の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて処理対象物の位置を計測する計測手段とを備えるものである。

この発明に係る画像処理装置は、処理チャンバの位置に搬送された処理対象物の少なくとも輪郭線を含む画像を撮像する撮像カメラを備え、計測手段が、撮像カメラで撮像された処理チャンバの位置に搬送された処理対象物の画像から抽出した処理対象物の輪郭位置データを用いて、処理対象物の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて処理対象物の位置を計測するものである。

この発明に係る画像処理装置は、処理チャンバへの搬入前及び処理チャンバからの搬出後の搬送用真空チャンバ内の同一位置で計測手段が計測した処理対象物の各位置計測結果を比較して位置ずれを検査する位置ずれ検査手段を備えるものである。

この発明に係る画像処理装置は、位置ずれ検査手段が、真空処理装置に設けられたアライナ装置で位置合わせされた処理対象物の位置情報と計測手段による処理対象物の位置計測結果とを比較して位置ずれを検査するものである。

この発明に係る画像処理装置は、真空処理装置に設けられた搬送機構の動作を制御する制御装置に対し、搬送機構の動作補正用データとして、計測手段による処理対象物の位置計測結果又は位置ずれ検査手段による位置ずれ検査結果を送信する通信制御手段を備えるものである。

この発明に係る画像処理装置は、処理対象物が外周上に基準部が形成された円盤形状を有しており、計測手段が、撮像カメラで撮像された画像から抽出した処理対象物の輪郭位置データを用いて、処理対象物の輪郭円を示す関係式を求める円推定手段と、円推定手段で求めた関係式に基づいて、処理対象物の中心位置を算出する中心位置計測手段と、中心位置計測手段で求めた中心位置及び基準部を通る第１の基準線と、中心位置及び所定の基準位置を通る第２の基準線とのなす角を、処理対象物の回転位置として算出する回転角計測手段とを備えるものである。

この発明に係る画像処理装置は、計測手段が、処理対象物の輪郭線の一部を含む画像から抽出した輪郭位置データを用いて、処理対象物の輪郭全体を近似した関係式を求め、この関係式に基づいて処理対象物の位置を計測するものである。

この発明に係る画像処理装置は、計測手段が、処理対象物の輪郭全体を含む画像から抽出した輪郭位置データを用いて、処理対象物の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて処理対象物の位置を計測するものである。

この発明に係る画像処理装置は、処理対象物の裏面側から照明を与える透過照明手段を備え、計測手段が、撮像カメラによって透過照明手段から照明を与えられた処理対象物の表面側から撮像された画像を用いて、処理対象物の位置を計測するものである。

この発明に係る画像処理装置は、処理対象物の表面側から照明を与える透過照明手段を備え、計測手段が、撮像カメラによって透過照明手段から照明を与えられた処理対象物の裏面側から撮像された画像を用いて、処理対象物の位置を計測するものである。

この発明によれば、搬送用真空チャンバの外側に設置され、搬送用真空チャンバに設けられたビューポートを介して処理対象物の少なくとも輪郭線を含む画像を撮像する１つの撮像カメラと、撮像カメラで撮像された画像から抽出した処理対象物の輪郭位置データを用いて、処理対象物の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて処理対象物の位置を計測する計測手段とを備えるので、ウエハの位置を正確に計測し位置ずれを確認することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による画像処理装置及びこれを利用した半導体製造装置の構成を概略的に示す図であり、トランスファチャンバ４を上方から透かしてその内部構成を記載している。図１に示すように、実施の形態１による画像処理装置１は、枚葉式搬送の半導体製造装置において、ウエハ３の中心位置及びオリフラ部やノッチ部を基準としたウエハ３の回転位置（回転角）を計測する。この半導体製造装置は、トランスファチャンバ（搬送用真空チャンバ）４、プロセスチャンバ（処理チャンバ）５、ロード・アンロード装置６及び制御装置８を備える。

トランスファチャンバ４には、ウエハ３搬送用のロボットアーム（搬送機構）９が内部に設けられており、ロボットアーム９を用いてプロセスチャンバ５へのウエハ３の出し入れ、ロード・アンロード装置６との間でのウエハ３の受け渡しが行われる。また、トランスファチャンバ４の上部及び下部には、ビューポートが設けられている。

図１の例では、トランスファチャンバ４の上部に設けたビューポートを介したトランスファチャンバ４の外側に撮像カメラ２が取り付けられる。また、トランスファチャンバ４の下部に設けたビューポートを介したトランスファチャンバ４の外側には、図２で後述する透過照明が取り付けられる。この透過照明は、撮像カメラ２の視野ａ内に位置するウエハ３の外周の一部を、下部のビューポートを介して真下から照らすことができる。これにより、撮像カメラ２は、真下から透過照明で照らされたウエハ３の外周の一部を、上部のビューポートを介して真上から撮像可能である。なお、図１は、トランスファチャンバ４において、撮像カメラ２と透過照明を各プロセスチャンバ５とロード・アンロード装置６に対応して設けた場合を示している。これにより、各撮像カメラ２は、視野ａでウエハ３を撮像することができる。

プロセスチャンバ５は、スパッタ、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、エッチャ、ＣＶＤ等の真空処理の種類ごとに設けられ、トランスファチャンバ４から搬入したウエハ３に対して真空処理が実行される。また、プロセスチャンバ５には、外乱光を避ける等の理由からビューポートは設けられていない。なお、トランスファチャンバ４及びプロセスチャンバ５は、不図示の排気系によって内部が真空状態となっている。

ロード・アンロード装置６は、トランスファチャンバ４との間でウエハ３の受け渡しを行う装置であって、ウエハアライナ（アライナ装置）７、及びウエハ３の搬送用のロボットアーム（搬送機構）１０を備える。ウエハアライナ７は、ウエハ３のエッジ部分を検出するエッジセンサやウエハ３の回転方向を調整する回転保持部を有し、オリフラ部やノッチ部を基準としたウエハ３の回転位置（回転角）や、ウエハ３の中心位置を適正な位置にアライニング（位置合わせ）する。制御装置８は、画像処理装置１の計測結果に応じて、ロボットアーム９，１０によるウエハ３の搬送動作を制御する。

図２は、図１中の画像処理装置の構成を示すブロック図である。図２において、画像処理装置１は、画像データ取得部１２、記憶部１３、計測部（計測手段）１４、通信制御部（通信制御手段）１９及び位置ずれ検査部（位置ずれ検査手段）２０を備える。画像データ取得部１２は、撮像カメラ２との間におけるインタフェースとして機能する構成要素であり、撮像カメラ２で撮像された画像データを取得する。記憶部１３は、画像データ取得部１２により取得された画像データを格納する。

計測部１４は、撮像カメラ２で撮像されたウエハ３の画像データを用いて、ウエハ３の中心位置及び回転位置（回転角）を計測する構成要素であり、画像切り出し部１５、円推定部（円推定手段）１６、中心位置計測部（中心位置計測手段）１７及び回転角計測部（回転角計測手段）１８を備える。画像切り出し部１５は、撮像カメラ２で撮像された画像データからウエハ３の位置計測に必要な画像を切り出す。例えば、図１に示す視野ａ内で撮像された画像であれば、撮像画像からウエハ３の外周の一部を含む画像が切り出され、図６や図９で後述するウエハ３の全体を撮像した画像であれば、撮像画像からウエハ３の外周円を含む画像が切り出される。

円推定部１６は、画像切り出し部１５により切り出された位置計測用の画像を用いて、ウエハ３の外周（輪郭）に対応する円を示す関係式を求める。中心位置計測部１７は、円推定部１６で求められたウエハ３の外周に対応する円を示す関係式を用いて、ウエハ３の中心位置を計測する。回転角計測部１８は、上記位置計測用の画像から特定したウエハ３の外周上のノッチ部又はオリフラ部、円推定部１６で求められた円を示す関係式、及び中心位置計測部１７で計測されたウエハ３の中心位置を用いて、ノッチ部又はオリフラ部を基準としたウエハ３の回転位置（回転角）を計測する。

通信制御部１９は、制御装置８との間におけるインタフェースとして機能する構成要素であり、計測部１４によるウエハ３の位置計測結果や、位置ずれ検査部２０で求められたウエハ３の位置ずれ量を送信する。位置ずれ検査部２０は、計測部１４によるウエハ３の位置計測結果について、ウエハアライナ７でアライニングされたウエハ３の位置からの位置ずれを検査する。

なお、上述した画像データ取得部１２、記憶部１３、計測部１４、通信制御部１９及び位置ずれ検査部２０は、画像処理装置１に搭載されたＣＰＵに本発明の趣旨に従う画像処理用プログラムを実行させてその動作を制御することにより、ソフトウエアとハードウエアとが協働した具体的な手段として実現することができる。

次に動作について説明する。
先ず、ロード・アンロード装置６は、制御装置８の制御の下、ロボットアーム１０を用いて、例えばウエハ保持棚（不図示）からウエハ３を取り出し、ウエハアライナ７に搬送する。ウエハアライナ７では、エッジセンサを用いてウエハ３のオリフラ部又はノッチ部を検出し、これを基準としたウエハ３の回転位置（回転角）及びウエハ３の中心位置を適正な位置にアライニングする。この後、ロボットアーム１０を用いて、ウエハアライナ７からトランスファチャンバ４へウエハ３を搬送する。実施の形態１による画像処理装置１では、トランスファチャンバ４において、以下のようなウエハ３の位置計測を実行する。

（１）トランスファチャンバ４におけるウエハ３の位置計測
（１−１）ウエハ外周の一部を撮像した画像を用いる場合
図３は、トランスファチャンバにおけるウエハ位置計測例を説明するための図であり、図１と同様にトランスファチャンバ４を上方から透かしてその内部構成を記載している。また、図４は、図３中のトランスファチャンバの側面図であり、トランスファチャンバ４の内部構成を示すために側壁を透かして記載している。図４に示すように、撮像カメラ２は、ビューポート４ａを介したトランスファチャンバ４の外側に取り付ける。また、透過照明１１ａは、ビューポート４ｂを介したトランスファチャンバ４の外側に取り付ける。なお、図３及び図４において、図１で示した構成要素に対応するものには同一符号を付している。

先ず、トランスファチャンバ４内でロボットアーム９によってウエハ３を搬送し、ウエハ３の外周の一部を撮像カメラ２の視野ａに入れる。なお、視野ａ内にウエハ３の外周の一部を入れた際、ノッチ部又はオリフラ部若しくはその他の外周上の基準点が視野ａ内に入るようにウエハ３の回転位置を予め設定しておく。

次に、不図示の照明用電源を起動して透過照明１１ａを点灯し、撮像カメラ２の視野ａ内に位置するウエハ３の外周の一部に対して、下部のビューポート４ｂを介した真下から照明を与える。この後、撮像カメラ２によって、透過照明１１ａで照らされたウエハ３の外周の一部を、上部のビューポート４ａを介した真上から撮像する。

画像処理装置１の画像データ取得部１２は、ウエハ３の外周の一部（ウエハ３の輪郭線の一部）を撮像した画像データを撮像カメラ２から取得して記憶部１３に格納する。計測部１４の画像切り出し部１５は、記憶部１３から上記画像データを取り込み、この画像データからウエハ３の位置計測に必要な画像を切り出す。ここでは、視野ａで撮像された画像からウエハ３の外周の一部を含む部分画像が切り出される。

図５は、ウエハ外周の一部の画像を用いた位置計測を説明するための図であり、図５（ａ）はウエハ３外周の一部のエッジ画像を示しており、図５（ｂ）は図５（ａ）中のエッジ画像を用いたウエハ３の回転位置の計測処理を示している。透過照明１１ａを用いることにより、視野ａでの画像は、図５（ａ）に示すように透過照明１１ａの照明を遮る部分が黒く影となり、透過照明１１ａの照明を通す部分が白く浮かび上がって、ウエハ３外周のエッジ部分が強調された画像となる。

これにより、反射照明のようにウエハ３の材料やウエハ３に形成した回路パターンの影響を受けてエッジ部が不鮮明になることがなく、安定した位置計測を行うことができる。画像切り出し部１５では、視野ａで撮像された画像から、図５（ａ）に示すようなウエハ３外周の一部を含む画像２１ａを取り出し、円推定部１６に出力する。図５の例では、ウエハ３の外周上のノッチ部２２が画像２１ａに撮像されているものとする。

図６は、実施の形態１の画像処理装置によるウエハの位置計測処理の流れを示すフローチャートであり、この図に沿ってウエハの位置計測の詳細を説明する。
先ず、円推定部１６は、画像切り出し部１５から画像２１ａを入力すると、画像２１ａを画素の列ごとに走査してエッジ位置を抽出する（ステップＳＴ１）。

次に、円推定部１６は、得られたエッジ位置のデータを用いて最小二乗法などの近似計算を行い、トランスファチャンバ４のウエハ搬送面に設定した２次元座標系において、ウエハ３の輪郭全体を近似する円を求める（ステップＳＴ２）。この後、円推定部１６は、各エッジ位置データと近似円とのずれを求め、ずれ量の最大値が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。このとき、ずれ量の最大値が所定値よりも大きい場合、ステップＳＴ１に戻って、上述の処理を繰り返す。

なお、ウエハ３のエッジ位置から近似円を求めるためには、最低３つのエッジ位置が必要である。特許文献３では、３つの輪郭検出センサを用いて３つのエッジ位置を検出してウエハの外周に対応する円を推定している。これに対して、円推定部１６は、画像２１ａに含まれるエッジ部（輪郭線）を構成する全てのエッジ位置を用いて近似円を求めることができる。

例えば、横方向の画素数が１２８０個のデジタルカメラを撮像カメラ２として用い、エッジ画像２１ａで１２８０個の画素からなるエッジ部が抽出されていた場合を考える。この場合であっても、特許文献３の方法では、３つのエッジ位置を用いるので１つの円のみが求められる。これに対して、円推定部１６は、１２８０個のエッジ座標から３つのエッジ位置をそれぞれ抽出して最大４２６個の円を求めることができる。

円推定部１６は、エッジ位置データと近似円とのずれ量が最も小さい近似円が求められるまで、ステップＳＴ１からステップＳＴ３までの処理を繰り返すことにより、ウエハ３の外周に対応する円として最も信頼性の高い円を１つ推定することができる。このようにして求められたウエハ３の外周に対応する円に関する情報は、円推定部１６から中心位置計測部１７及び回転角計測部１８に送られる。

中心位置計測部１７では、図６（ｂ）に示すように、ウエハ３の外周に対応する円の式からウエハ３の中心位置ａ１の座標を算出する。ウエハ３の中心位置ａ１の座標データは、中心位置計測部１７から回転角計測部１８、通信制御部１９及び位置ずれ検査部２０へ送られる。

一方、回転角計測部１８では、ステップＳＴ１で求められた多数のエッジ位置データと近似円とを対比し、画像２１ａに含まれるエッジ部からノッチ部（基準部）２２の位置を求める（ステップＳＴ４）。例えば、円推定部１６から入力したウエハ３の外周に対応する近似円に沿って、画像２１ａに含まれるウエハ３のエッジ部を走査し、エッジ部から外れる部分、例えばくぼんだ部分をノッチ部２２として抽出する。

続いて、回転角計測部１８は、円推定部１６から入力したウエハ３の近似円の式を用いて、ウエハ３の中心位置ａ１及びエッジ上の領域Ａ内にあるノッチ部２２を通る基準線ｂ１と、ウエハ３の中心位置ａ１及び所定の基準位置を通る所定の基準線ｂ２とのなす角θを、ウエハ３の回転角θ（所定の基準位置に対するノッチ部２２を基準としたウエハ３の回転位置）として算出する（ステップＳＴ５）。

このようにして求められたウエハ３の回転角θは、計測部１４によるウエハ３の位置計測結果として回転角計測部１８から通信制御部１９及び位置ずれ検査部２０へ送られる。通信制御部１９では、中心位置計測部１７から取得したウエハ３の中心位置に関する情報と回転角計測部１８から取得したウエハ３の回転位置に関する情報を、計測部１４によるウエハ３の位置計測結果として制御装置８へ送信する。

制御装置８には、例えば適正なウエハ位置が予め登録されており、この適正なウエハ位置と計測部１４によるウエハ３の位置計測結果とを比較して、ウエハ３に位置ずれがあるか否かを判定する。ここで、ウエハ３に位置ずれがある場合、制御装置８は、ロボットアーム９（若しくはロボットアーム１０）を制御してウエハ３の中心位置を補正するか、ウエハアライナ７に戻して回転位置を含めた位置をアライニングする。

なお、上記説明では、プロセスチャンバ５に搬入する前のウエハ３について位置計測を行う場合を示したが、プロセスチャンバ５に搬入する前及びプロセスチャンバ５から搬出した後のトランスファチャンバ４の同一位置でウエハ３の中心位置及び回転位置を計測するようにしてもよい。この場合、位置ずれ検査部２０が、プロセスチャンバ５へのウエハ３の搬入前及び搬出後のウエハ位置の計測結果を計測部１４から取得して両者を比較し、位置ずれを検査する。この位置ずれが大きい場合、プロセスチャンバ４内でのウエハ３の中心位置が適正な場所になかった可能性、つまりウエハ３の処理ムラ等が発生した可能性がある。このため、上記位置ずれが大きかった場合、画像処理装置１から警報を制御装置８へ送信するようにしてもよい。

この検査結果（位置ずれ量等）を補正用データとして制御装置８へ送信することにより、プロセスチャンバ５へのウエハ３の搬入前及び搬出後における位置ずれを補正することができる。このように真空処理の前後でウエハ３の位置を計測して位置ずれを補正することで、同一のウエハ３に対して位置の再現性よく各種真空処理を続けて実行できる。

（１−２）ウエハ全体を撮像した画像を用いる場合
トランスファチャンバ４において、撮像カメラ２の視野にウエハ３の全体を収めることができる大口径のビューポートを取り付けることが寸法上可能であれば、以下のような計測処理を行ってもよい。
図７は、トランスファチャンバにおけるウエハ位置計測の他の例を説明するための図であり、図１と同様にトランスファチャンバ４を上方から透かしてその内部構成を記載している。また、図８は、図７中のトランスファチャンバの側面図であり、トランスファチャンバ４の内部構成を示すために側壁を透かして記載している。なお、図７及び図８において、図１で示した構成要素に対応するものには、同一符号を付している。

図８に示すように、ビューポート４ｃは、トランスファチャンバ４の上部に設けられ、ビューポート４ｄは、トランスファチャンバ４の下部に設けられる。撮像カメラ２は、ビューポート４ｃを介したトランスファチャンバ４の外側に取り付け、透過照明１１ｂは、ビューポート４ｄを介したトランスファチャンバ４の外側に取り付ける。

ビューポート４ｃの位置までウエハ３が搬送されると、撮像カメラ２の視野ｂにウエハ３の全体が収まる。また、透過照明１１ｂは、図４に示した透過照明１１ａよりも大面積の照明であり、ビューポート４ｄを介して撮像カメラ２の視野ｂに位置するウエハ３の全体を真下から照らすことができる。これにより、撮像カメラ２は、真下から透過照明１１ｂで照らされたウエハ３の全体を、ビューポート４ｃを介して真上から撮像可能である。

画像データ取得部１２は、ウエハ３の全体を撮像した画像データを撮像カメラ２から取得して記憶部１３に格納する。画像切り出し部１５は、記憶部１３から上記画像データを取り込み、この画像データからウエハ３の位置計測に必要な画像を切り出す。ここでは、視野ｂで撮像された画像からウエハ３の全外周を含む画像が切り出される。

図９は、ウエハ全体の画像を用いた位置計測を説明するための図であり、図９（ａ）はウエハ３全体の画像を示しており、図９（ｂ）は図９（ａ）中の画像を用いたウエハ３の回転位置の計測処理を示している。透過照明１１ｂを用いることにより、視野ｂでの画像は、図９（ａ）に示すように透過照明１１ｂの照明を遮る部分が黒く影となり、透過照明１１ｂの照明を通す部分が白く浮かび上がって、ウエハ３外周が強調された画像となる。これにより、反射照明のようにウエハ３の材料やウエハ３に形成した回路パターンの影響を受けてエッジ部が不鮮明になることがなく、安定した位置計測を行うことができる。

画像切り出し部１５は、視野ｂで撮像された画像から、図９（ａ）に示すようなウエハ３全体の画像２１ｂを取り出し、円推定部１６に出力する。円推定部１６では、画像切り出し部１５から画像２１ｂを入力すると、画像２１ｂを画素の列ごとに走査してウエハ３の輪郭全体のエッジ位置を抽出する。

次に、円推定部１６は、得られたエッジ位置のデータを用いて最小二乗法などの近似計算を行い、トランスファチャンバ４のウエハ搬送面に設定した２次元座標系において、ウエハ３の輪郭全体に対応する近似円を求める。このようにして求められたウエハ３の外周に対応する円に関する情報は、円推定部１６から中心位置計測部１７及び回転角計測部１８に送られる。

中心位置計測部１７では、図９（ｂ）に示すようにウエハ３の外周に対応する近似円の式からウエハ３の中心位置ａ２の座標を算出する。ウエハ３の中心位置ａ２の座標データは、中心位置計測部１７から回転角計測部１８、通信制御部１９及び位置ずれ検査部２０へ送られる。

一方、回転角計測部１８では、画像２１ｂから抽出した多数のエッジ位置データと近似円とを対比し、画像２１ｂからノッチ部２２の位置を求める。例えば、円推定部１６から入力したウエハ３の外周に対応する近似円に沿って、画像２１ｂに含まれるウエハ３のエッジ部を走査し、エッジ部から外れる部分、例えばくぼんだ部分をノッチ部２２として抽出する。

続いて、回転角計測部１８は、ウエハ３の中心位置ａ２及びエッジ上の領域ｂ内にあるノッチ部２２を通る基準線ｃ１と、ウエハ３の中心位置ａ２及び所定の基準位置を通る所定の基準線ｃ２とのなす角θを、ウエハ３の回転角θ（所定の基準位置に対するノッチ部２２を基準としたウエハ３の回転位置）として算出する。このようにして求められたウエハ３の回転角θは、回転角計測部１８から通信制御部１９及び位置ずれ検査部２０へ送られる。

通信制御部１９は、中心位置計測部１７から取得したウエハ３の中心位置に関する情報と回転角計測部１８から取得したウエハ３の回転位置に関する情報を、計測部１４による計測結果として制御装置８へ送信する。

制御装置８には、例えば適正なウエハ位置が予め登録されており、この適正なウエハ位置と計測部１４の計測結果とを照合して、ウエハ３に位置ずれがあるか否かを判定する。ここで、ウエハ３に位置ずれがある場合、制御装置８は、ロボットアーム９（若しくはロボットアーム１０）を制御してウエハ３の中心位置を補正するか、ウエハアライナ７に戻して回転位置を含めた位置をアライニングする。

なお、ウエハ全体を撮像した画像を用いた計測においても、プロセスチャンバ５に搬入する前及びプロセスチャンバ５から搬出した後のトランスファチャンバ４の同一位置でウエハ３の中心位置及び回転位置を計測するようにしてもよい。この場合、位置ずれ検査部２０が、プロセスチャンバ５へのウエハ３の搬入前及び搬出後のウエハ位置の計測結果を計測部１４から取得して両者を比較し、位置ずれを検査する。この位置ずれが大きい場合、プロセスチャンバ４内でのウエハ３の中心位置が適正な場所になかった可能性、つまりウエハ３の処理ムラ等が発生した可能性がある。このため、上記位置ずれが大きかった場合、画像処理装置１から警報を制御装置８へ送信するようにしてもよい。

この検査結果（位置ずれ量等）を補正用データとして制御装置８へ送信することにより、プロセスチャンバ５へのウエハ３の搬入前及び搬出後における位置ずれを補正することができる。このように真空処理の前後でウエハ３の位置を計測して位置ずれを補正することで、同一のウエハ３に対して位置の再現性よく各種真空処理を続けて実行できる。

また、上記（１）では、回転位置を求める基準としてノッチ部２２を求める場合を示したが、オリフラ部を検出してウエハ３の回転位置を求めるようにしてもよい。

（２）ウエハアライナ７で位置補正したウエハ３の搬送過程での位置ずれ検査
先ず、位置ずれ検査部２０は、ロード・アンロード装置６でウエハアライナ７によってアライニングされたウエハ３の中心位置及び回転位置（回転角）を取得し、上記（１）で述べたようにしてトランスファチャンバ４内で計測部１４により計測されたウエハ３の中心位置及び回転位置（回転角）を取得する。この後、位置ずれ検査部２０は、ウエハアライナ７でアライニングされたウエハ３の位置と計測部１４による計測結果とを比較し、ウエハアライナ７でアライニングされたウエハ３の位置から計測部１４による計測結果がどれだけ位置ずれしているかを判定する。

ここで、計測部１４による計測結果がウエハアライナ７によってアライニングされたウエハ３の位置と一致しない場合、位置ずれ検査部２０は、トランスファチャンバ４におけるウエハ搬送過程で位置ずれが生じたものと判定し、その位置ずれ量を算出する。この位置ずれ量の算出結果は、位置ずれ検査部２０から通信制御部１９を介して制御装置８へ送信される。

制御装置８では、画像処理装置１から位置ずれ量の算出結果を受信すると、この位置ずれがなくなるように、ロボットアーム９（若しくはロボットアーム１０）を制御してウエハ３の中心位置を補正するか、ウエハアライナ７に戻して回転位置を含めた位置をアライニングする。このようにすることで、ウエハ３の搬送過程での位置ずれを補正することができる。

（３）プロセスチャンバの搬送位置でのウエハ位置計測
ウエハ上の膜形成処理等の真空処理が行われるプロセスチャンバ５にビューポートを設けた場合、プロセスチャンバ５の内部で実行される真空処理によってはビューポートの窓材に処理材が付着したり、ビューポートを介して内部に入射される外乱光により真空処理の結果が影響を受ける場合がある。このため、プロセスチャンバ５にビューポートを設けない構成が趨勢となっている。一方、トランスファチャンバ４からプロセスチャンバ５にウエハ３を搬送するまでの間に位置ずれが生じるかどうかを確認することは、ウエハ３の位置再現性を向上させる上でも重要である。

そこで、プロセスチャンバ５を組み上げる前の段階で、実施の形態１による画像処理装置１を用いて、トランスファチャンバ４のロボットアーム９でウエハ３をプロセスチャンバ５の位置に搬送し、この位置でウエハ３の位置計測を行い、プロセスチャンバ５にウエハ３を搬送するまでに位置ずれが生じたか否かを確認する。

図１０は、プロセスチャンバの搬送位置でのウエハ位置計測を説明するための図であり、図１と同様にトランスファチャンバ４を上方から透かしてその内部構成を記載している。なお、図１０において、図１で示した構成要素に対応するものには同一符号を付している。図１０に示す例では、プロセスチャンバ５の側壁となる筒状構造部のみをトランスファチャンバ４に接続し、この筒状構造部に対してプロセスチャンバ５内の上部構成が取り付けられる蓋状のフランジと下部構成が取り付けられる底板状のフランジとを取り付ける前の段階でウエハ３の位置計測を行う。

撮像カメラ２ａは、上記蓋状のフランジを取り付けるプロセスチャンバ５の筒状構造部の上部の開口側に配置し、透過照明は、上記底板状のフランジを取り付ける上記筒状構造部の下部の開口に配置する。プロセスチャンバ５の筒状構造部の開口はビューポートと比較して大口径であるので、撮像カメラ２ａに対してウエハ３の全体を収めることができる視野ｃを与えることができる。

図１０に示すように、ロボットアーム９を用いて、上述した組み上げ前のプロセスチャンバ５にウエハ３を搬送する。この搬送位置で、撮像カメラ２ａの視野ｃにウエハ３の全体が収まる。この後、上記（１−２）で説明した処理と同様の手順で、ウエハ３の全体を撮像した画像を用いて位置計測を行う。このようにして求められた位置計測結果は、画像処理装置１から制御装置８へ送られる。これにより、ロボットアーム９の搬送精度を検査することができる。

このように、上記（１）で示したトランスファチャンバ４での位置計測結果とともに、プロセスチャンバ５に搬送した段階での位置計測結果を用いて、ウエハ３が適正な位置に搬送されているかを確認し、位置ずれが大きい場合、搬送系（例えば、ロボットアーム）の不具合を修正することで、半導体製造装置における搬送系で安定した位置精度のウエハ搬送を実現することができ、この半導体製造装置を用いて製造した半導体の品質向上を図ることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、トランスファチャンバ４の外側に設置され、トランスファチャンバ４に設けられたビューポート４ａを介してウエハ３の少なくとも輪郭線（エッジ部）を含む画像を撮像する１つの撮像カメラ２と、撮像カメラ２で撮像された画像から抽出したウエハのエッジ位置データを用いて、ウエハ３の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいてウエハ３の位置を計測する計測部１４とを備えたので、ウエハ３の中心位置及び回転位置（回転角）等を正確に計測し位置ずれを確認することができる。

また、この実施の形態１によれば、プロセスチャンバ５の位置に搬送されたウエハ３の少なくとも輪郭線（エッジ部）を含む画像を撮像する撮像カメラ２ａを備え、計測部１４が、撮像カメラ２ａで撮像されたプロセスチャンバ５の位置に搬送されたウエハ３の画像から抽出したエッジ位置データを用いて、ウエハ３の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいてウエハ３の位置を計測するので、トランスファチャンバ４からプロセスチャンバ５にウエハ３を搬送するまでの間に位置ずれが生じるかどうかを確認することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、プロセスチャンバ５への搬入前及びプロセスチャンバ５からの搬出後のトランスファチャンバ４内の同一位置で計測部１４が計測したウエハ３の各位置計測結果を比較して位置ずれを検査する位置ずれ検査部２０を備えるので、プロセスチャンバ５への搬入前及びプロセスチャンバ５からの搬出後で位置ずれが生じたか否かを確認することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、位置ずれ検査部２０が、ウエハアライナ７で位置合わせされたウエハ３の位置情報と計測部１４によるウエハ３の位置計測結果とを比較して位置ずれを検査するので、ウエハアライナ７で予め位置合わせされたウエハ３の位置からのずれを補正することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ロボットアーム９，１０の動作を制御する制御装置８に対し、ロボットアーム９，１０の動作補正用データとして、計測部１４による処理対象物の位置計測結果又は位置ずれ検査部２０による位置ずれ検査結果を送信する通信制御部１９を備えるので、ウエハ３の搬送過程での位置ずれを補正することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、計測部１４が、撮像カメラ２で撮像された画像から抽出したウエハ３の輪郭位置データを用いて、ウエハ３の輪郭円を示す関係式を求める円推定部１６と、円推定部１６で求めた関係式に基づいて、ウエハ３の中心位置を算出する中心位置計測部１７と、中心位置計測部１７で求めた中心位置及びノッチ部２２を通る第１の基準線と、中心位置及び所定の基準位置を通る第２の基準線とのなす角を、ウエハ３の回転位置として算出する回転角計測部１８とを備えたので、ウエハ３の中心位置及び回転位置（回転角）等を正確に計測することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、計測部１４が、ウエハ３の輪郭線の一部を含む画像から抽出したエッジ（輪郭）位置データを用いて、ウエハ３の輪郭全体を近似した関係式を求め、この関係式に基づいてウエハ３の位置を計測するので、エッジ部（輪郭線）を構成する全てのエッジ位置を用いて近似円が求められ、ウエハ３の外周に対応する円として信頼性の高い円を推定することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、計測部１４が、ウエハ３の全体を含む画像から抽出したエッジ位置データを用いて、ウエハ３の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて処理対象物の位置を計測するので、ウエハ３の外周に対応する円として信頼性の高い円を推定することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ウエハ３の裏面側（若しくは表面側）から照明を与える透過照明１１を備え、計測部１４が、撮像カメラ２によって透過照明１１から照明を与えられたウエハ３の表面側（若しくは裏面側）から撮像された画像を用いて、ウエハ３の位置を計測するので、ウエハ３の材料やウエハ３に形成した回路パターンの影響を受けてエッジ部が不鮮明になることがなく、安定した位置計測を行うことができる。

なお、上記実施の形態１では、ウエハアライナ７を有する半導体製造装置を例に挙げて説明したが、ロボットアーム９で調整可能な範囲内での位置精度が許容される場合は、画像処理装置１による計測結果に基づいてウエハ３を所望の位置を補正することができるので、位置ずれ検査部２０の他、ウエハアライナ７を省略することもできる。

また、上記実施の形態１では、トランスファチャンバ４の上部に設けたビューポート側に撮像カメラ２を取り付け、トランスファチャンバ４の下部に設けたビューポート側に透過照明１１を取り付けた構成について説明したが、トランスファチャンバ４の下部のビューポート側に撮像カメラ２を取り付け、トランスファチャンバ４の上部のビューポート側に透過照明１１を取り付けた構成であってもよい。

さらに、上記実施の形態１では、本発明を枚葉式搬送の半導体製造装置に適用した場合を示したが、枚葉式搬送の真空処理装置であれば適用可能であり、位置計測の対象及びその形状も半導体ウエハに限定されるものではない。

この発明の実施の形態１による画像処理装置及びこれを利用した半導体製造装置を概略的に示す図である。 図１中の画像処理装置の構成を示すブロック図である。 トランスファチャンバにおけるウエハ位置計測例を説明するための図である。 図３中のトランスファチャンバの側面図である。 ウエハ外周の一部の画像を用いた位置計測を説明するための図である。 実施の形態１の画像処理装置によるウエハの位置計測処理の流れを示すフローチャートである。 トランスファチャンバにおけるウエハ位置計測の他の例を説明するための図である。 図７中のトランスファチャンバの側面図である。 ウエハ全体の画像を用いた位置計測を説明するための図である。 プロセスチャンバの搬送位置でのウエハ位置計測を説明するための図である。

符号の説明

１ 画像処理装置、２，２ａ 撮像カメラ、３ ウエハ（処理対象物）、４ トランスファチャンバ（搬送用真空チャンバ）、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ ビューポート、５ プロセスチャンバ（処理チャンバ）、６ ロード・アンロード装置、７ ウエハアライナ（アライナ装置）、８ 制御装置、９，１０ ロボットアーム（搬送機構）、１１，１１ａ，１１ｂ 透過照明（透過照明手段）、１２ 画像データ取得部、１３ 記憶部、１４ 計測部（計測手段）、１５ 画像切り出し部、１６ 円推定部（円推定手段）、１７ 中心位置計測部（中心位置計測手段）、１８ 回転角計測部（回転角計測手段）、１９ 通信制御部（通信制御手段）、２０ 位置ずれ検査部（位置ずれ検査手段）、２１ａ，２１ｂ 画像、２２ ノッチ部（基準部）。

Claims (10)

1. 真空処理装置は、処理対象物に対する処理を行う処理チャンバと、前記処理対象物の搬送機構を有し前記処理チャンバに前記処理対象物を搬入搬出する搬送用真空チャンバとを備えるものであり、この真空処理装置の前記処理対象物の位置を計測するために用いる画像処理装置において、
   搬送用真空チャンバの外側に設置され、前記搬送用真空チャンバに設けられたビューポートを介して前記処理対象物の少なくとも輪郭線を含む画像を撮像する１つの撮像カメラと、
   前記撮像カメラで撮像された画像から抽出した処理対象物の輪郭位置データを用いて、前記処理対象物の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて前記処理対象物の位置を計測する計測手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 処理チャンバの位置に搬送された処理対象物の少なくとも輪郭線を含む画像を撮像する撮像カメラを備え、
   計測手段は、前記撮像カメラで撮像された処理チャンバの位置に搬送された処理対象物の画像から抽出した処理対象物の輪郭位置データを用いて、前記処理対象物の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて前記処理対象物の位置を計測することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 処理チャンバへの搬入前及び前記処理チャンバからの搬出後の搬送用真空チャンバ内の同一位置で計測手段が計測した処理対象物の各位置計測結果を比較して位置ずれを検査する位置ずれ検査手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像処理装置。
4. 位置ずれ検査手段は、真空処理装置に設けられたアライナ装置で位置合わせされた処理対象物の位置情報と計測手段による前記処理対象物の位置計測結果とを比較して位置ずれを検査することを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。
5. 真空処理装置に設けられた搬送機構の動作を制御する制御装置に対し、搬送機構の動作補正用データとして、計測手段による処理対象物の位置計測結果又は位置ずれ検査手段による位置ずれ検査結果を送信する通信制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
6. 処理対象物は、外周上に基準部が形成された円盤形状を有しており、
   計測手段は、
   撮像カメラで撮像された画像から抽出した処理対象物の輪郭位置データを用いて、前記処理対象物の輪郭円を示す関係式を求める円推定手段と、
   前記円推定手段で求めた関係式に基づいて、前記処理対象物の中心位置を算出する中心位置計測手段と、
   前記中心位置計測手段で求めた中心位置及び前記基準部を通る第１の基準線と、前記中心位置及び所定の基準位置を通る第２の基準線とのなす角を、前記処理対象物の回転位置として算出する回転角計測手段とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
7. 計測手段は、処理対象物の輪郭線の一部を含む画像から抽出した輪郭位置データを用いて、前記処理対象物の輪郭全体を近似した関係式を求め、この関係式に基づいて前記処理対象物の位置を計測することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
8. 計測手段は、処理対象物の輪郭全体を含む画像から抽出した輪郭位置データを用いて、前記処理対象物の輪郭を示す関係式を求め、この関係式に基づいて前記処理対象物の位置を計測することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
9. 処理対象物の裏面側から照明を与える透過照明手段を備え、
   計測手段は、撮像カメラによって前記透過照明手段から照明を与えられた前記処理対象物の表面側から撮像された画像を用いて、前記処理対象物の位置を計測することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
10. 処理対象物の表面側から照明を与える透過照明手段を備え、
    計測手段は、撮像カメラによって前記透過照明手段から照明を与えられた前記処理対象物の裏面側から撮像された画像を用いて、前記処理対象物の位置を計測することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。

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