JP2014033049A - 板状ワーク中心検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光性を有する板状ワークに加え、透光性を有する板状ワークの中心を検出可能な板状ワーク中心検出方法を提供すること。
【解決手段】透光性の板状ワーク（Ｗｔ）を保持する保持面（１４ｂ）を有する保持テーブル（１４）と、保持テーブルに保持された板状ワークを上方から撮像する撮像手段（１７）と、板状ワークより広い面積の発光面（１２ａ）を有し、撮像手段による撮像の際に板状ワークを下方から照光する撮像照明（１２）と、で構成されるワーク撮像装置（１）において、撮像照明の発光面と保持テーブルの保持面との間に所定の間隔（Ｄ）を確保して板状ワークに垂直に照光させると共に、板状ワークの外周がリング状に黒色に撮像され、板状ワークの外側が白色に撮像されるように撮像カメラ（１７ｂ）の高さ（Ｈ）を設定した。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハなどの板状ワークの中心を検出する板状ワーク中心検出方法に関し、特に、透光性を有する板状ワーク及び遮光性を有する板状ワークの中心を共に検出可能な板状ワーク中心検出方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、ウェーハに対して種々の加工処理が行われる。ウェーハは、外周形状に基づき中心を位置合わせされた後に加工処理が行われる加工装置に搬入される。位置合わせに用いられる位置合わせ機構は、ウェーハなどの板状ワークよりも小径な保持テーブルと、保持テーブルの周囲において径方向に移動可能な複数のピンとを備えている（例えば、特許文献１参照）。位置合わせ機構の保持テーブルに板状ワークが載置されると、複数のピンが板状ワークの外周面に当接されて板状ワークは保持テーブルの中心に位置合わせされる。

上述の位置合わせ機構において、板状ワークは外周形状に基づき機械的に位置合わせされる。このため、結晶方位を示すオリエンテーションフラットやノッチなどの異形状部が外周に存在する場合には、板状ワークを外周形状に基づいて正確に位置合わせできない恐れがある。この問題を解消するために、保持テーブルに保持させた板状ワークを撮像カメラで撮像し、撮像された画像から板状ワークの外周を判断して中心を検出する位置合わせ方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２１１７６６号公報 特開２０１１−２５３９３６号公報

特許文献２に記載される方法は、外周形状におけるオリエンテーションフラットなどの異形状部を考慮できるので、板状ワークの中心の検出精度は向上する。しかしながら、光を透過する透光性の板状ワークを用いる場合には、外周を判断するために適切な画像を撮像できず、撮像された画像に基づいて板状ワークの中心を検出することができないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、遮光性を有する板状ワークに加え、透光性を有する板状ワークの中心を検出可能な板状ワーク中心検出方法を提供することを目的とする。

本発明の板状ワーク中心検出方法は、透光性の板状ワークを保持面で保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された板状ワークを撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像する際に該保持テーブルの下から板状ワークを照光する撮像照明と、で構成されるワーク撮像装置を用いて、板状ワークの中心を検出する板状ワーク中心検出方法であって、該撮像照明は、該保持テーブルが保持する板状ワークより広い面積の発光面で構成され、該発光面から垂直に撮像光を発光し、該撮像手段は、該保持テーブルに保持された板状ワークの上方に配設され板状ワークを撮像する撮像カメラと、該撮像カメラが撮像した撮像画像から該板状ワーク外周を判断する判断部と、該判断部が判断した板状ワーク外周から該板状ワーク中心を検出する検出部と、で構成され、該発光面と該保持テーブルの該保持面との間には所定の間隔が確保されていて、該撮像手段で、該保持テーブルが保持する板状ワークを撮像した時、該板状ワークの外周がリング状に黒色で、該板状ワークの外側が白色の撮像画像になるように該撮像カメラの高さが設定されることを特徴とする。

この構成によれば、板状ワークより広い面積の発光面を有する撮像照明を用い、撮像照明の撮像光が板状ワークの裏面に垂直に入射されるように撮像照明の発光面と保持テーブルの保持面との間に所定の間隔を確保すると共に、透光性を有する板状ワークの外周がリング状に黒色に撮像されるように撮像カメラの高さを設定したので、撮像手段で撮像される撮像画像に基づいて、透光性を有する板状ワークの外周を適切に判断して中心を検出できる。また、この方法によれば、遮光性を有する板状ワークの外周も適切に判断して中心を検出できる。よって、遮光性を有する板状ワークに加え、透光性を有する板状ワークの中心を検出可能な板状ワーク中心検出方法が提供される。

本発明によれば、遮光性を有する板状ワークに加え、透光性を有する板状ワークの中心を検出可能な板状ワーク中心検出方法が提供される。

本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法に用いられるワーク撮像装置の構成を示す斜視図である。 本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法に用いられるワーク撮像装置の構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法において撮像手段で撮像される画像の例を示す図である。

これまでの方法では、光を透過する透光性の板状ワークの中心を適切に検出することができなかった。この問題は、透光性の板状ワークを撮像しても外周を判断するために必要な画像を取得できないことに起因している。本発明者は、この点について鋭意研究を重ね、板状ワークより広い面積の発光面を備える面光源を用い、照明光（撮像光）を板状ワークの裏面（又は表面）に垂直に入射させることで、透光性を有する板状ワークの外周を黒色に撮像できることを見出した。そして、この知見に基づき、本発明にかかる板状ワーク中心検出方法を完成させた。すなわち、本発明の骨子は、板状ワークより広い面積の発光面を有する撮像照明から、板状ワークの裏面（又は表面）に垂直に照明光を入射させることである。以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

まず、本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法に用いられるワーク撮像装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法に用いられるワーク撮像装置１の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法に用いられるワーク撮像装置１の構成を示す模式図である。なお、図１及び図２においては、板状ワーク中心検出方法の対象となる透光性を有するウェーハ（板状ワーク）Ｗｔを併せて示している。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法に用いられるワーク撮像装置１は、基台１１の上方にウェーハＷｔを保持する保持テーブル１４が設けられている。保持テーブル１４に保持されるウェーハＷｔは、略円板状に形成されており、表面Ｗｔ１に配列された格子状の分割予定ライン（不図示）で複数の領域に区画されている。分割予定ラインで区画された各領域には、発光デバイスや半導体集積回路などが形成される。

ウェーハＷｔとしては、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などを含む半導体ウェーハ、セラミック、ガラス、サファイヤ系の無機材料基板、板状金属、樹脂基板などが用いられる。本実施の形態では、ガラス、サファイヤなどの透光性を有するウェーハＷｔを用いる例を説明するが、遮光性を有するウェーハも同様に適用できる。なお、ウェーハＷｔの外周には、結晶方位を示すオリエンテーションフラットやノッチなどの異形状部が形成されていても良い。

ワーク撮像装置１は、略直方体状の基台１１を備えている。基台１１は、略平坦な上面１１ａを有しており、この上面１１ａには、白色光を発光する面光源である撮像照明１２が配置されている。撮像照明１２は、ウェーハＷｔの裏面Ｗｔ２（又は表面Ｗｔ１）より広い面積の発光面１２ａを有しており、ウェーハＷｔの裏面Ｗｔ２に対して照明光（撮像光）Ｌを垂直に入射させることができる。この撮像照明１２は、例えば、有機ＥＬ照明であり、配線（不図示）を介して外部から電力が供給される。

撮像照明１２の上方には、略円筒状のテーブル支柱１３が設けられており、テーブル支柱１３の上端には、ウェーハＷｔを保持する保持テーブル１４が設けられている。保持テーブル１４は、ウェーハＷｔより小径の円板状に形成されており、その上面中央部分には、ポーラスセラミック材による吸着部１４ａが設けられている。保持テーブル１４は、吸着部１４ａにおいてウェーハＷｔを吸着できるように、テーブル支柱１３の内部に設けられた配管１５ａを介して基台１１の下部に設置された吸引源１５と接続されている。吸着部１４ａにおいてウェーハＷｔを裏面Ｗｔ２側から吸着させることで、ウェーハＷｔは保持テーブル１４上の保持面１４ｂに保持される。

保持テーブル１４の上方には、支持アーム１６が位置付けられており、支持アーム１６の先端部には撮像手段１７が設けられている。撮像手段１７は、撮像領域を拡大して投影するレンズ１７ａと、拡大された撮像領域を撮像する撮像カメラ１７ｂとを備えている。レンズ１７ａにより所定倍率で結像された撮像領域の像は、撮像カメラ１７ｂに投影されて撮像される。撮像カメラ１７ｂは、内部にＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を備えている。撮像素子は、複数の画素で構成されており、各画素の受ける光量に応じた電気信号が得られるようになっている。

また、撮像手段１７は、撮像カメラ１７ｂで撮像された撮像画像に基づいてウェーハＷｔの外周を判断する判断部１７ｃと、判断部１７ｃにおいて判断されたウェーハＷｔの外周に基づいてウェーハＷｔの中心を検出する検出部１７ｄとを含んでいる。撮像カメラ１７ｂの撮像画像は判断部１７ｃに送られ、微分処理などにより輝度の勾配が大きいエッジ部が検出される。検出されたエッジ部の情報は、検出部１７ｄにおいてウェーハＷｔの中心を検出する際に用いられる。なお、撮像手段１７の上部には配線１７ｅが設けられており、配線１７ｅを介して撮像手段１７に電力が供給されると共に、外部装置（不図示）に対してウェーハＷｔの中心に関する情報を出力できるようになっている。

このように構成されたワーク撮像装置１の保持テーブル１４に、透光性のウェーハＷｔが保持され、撮像照明１２によって保持テーブル１４の下方からウェーハＷｔが照光される。図２に示すように、撮像照明１２の発光面１２ａと保持テーブル１４の保持面１４ｂとはテーブル支柱１３で略平行に保たれており、間隔Ｄが確保されている。このため、撮像照明１２からの照明光（撮像光）Ｌは、ウェーハＷｔの裏面Ｗｔ２に対して略垂直に入射される。

この状態において、撮像手段１７を保持面１４ｂから適切な高さＨに配置すれば、ウェーハＷｔは撮像カメラ１７ｂにより撮像される。ここで、撮像手段１７の高さＨは、ウェーハＷｔの外周が黒色のリング状に撮像され、板状ワークの外側が白色に撮像されるように設定される。これにより、判断部１７ｃは、撮像カメラ１７ｂから送られる撮像画像に基づいてウェーハＷｔの外周を判断し、検出部１７ｄは、ウェーハＷｔの中心を検出できる。

このワーク撮像装置１は、ウェーハＷｔより広い発光面１２ａを有する撮像照明１２を備えているので、照明光ＬはウェーハＷｔの裏面Ｗｔ２全域に入射され易くなり、ウェーハＷｔの外周を黒色のリング状に撮像することが可能になる。これに対し、点光源や線光源を用いる装置構成では、ウェーハＷｔの裏面Ｗｔ２は部分的に照光されて外周は暈けやすくなるので、このような輝度勾配の大きい画像を得るのは困難である。

次に、上述したワーク撮像装置１を用いる板状ワーク中心検出方法について説明する。まず、上述のように、撮像照明１２の発光面１２ａと保持テーブル１４の保持面１４ｂとの間隔Ｄを確保する。また、ウェーハＷｔの外周がリング状に黒色に撮像され、板状ワークの外側が白色に撮像されるように、撮像手段１７の高さＨを設定する。具体的には、例えば、撮像照明１２の発光面１２ａと保持テーブル１４の保持面１４ｂとの間隔Ｄを１００ｍｍに設定し、撮像手段１７の高さＨを４００ｍｍに設定する。ただし、間隔Ｄ及び高さＨはこれに限られない。

上述のように間隔Ｄ及び高さＨが設定された状態で、保持テーブル１４の保持面１４ｂにウェーハＷｔを保持させ、撮像照明１２から照明光ＬをウェーハＷｔの裏面Ｗｔ２に入射させる。そして、ウェーハＷｔの上方に位置付けられた撮像手段１７の撮像カメラ１７ｂで撮像する。

図３は、撮像手段１７において撮像される画像の例を示す図である。間隔Ｄ及び高さＨを上述のように設定すれば、図３Ａに示すように、透光性のウェーハＷｔの外周Ｗｔ３は撮像カメラ１７ｂにおいて黒色のリング状に撮像され、ウェーハＷｔの内側及び外側は白色に撮像される。なお、図３Ｂに示すように、遮光性のウェーハ（板状ワーク）Ｗｓを用いる場合には、ウェーハＷｓの内側及び外周Ｗｓ３は撮像手段１７において黒色に撮像され、ウェーハＷｓの外側は白色に撮像される。

ここで、間隔Ｄが適切な値より小さく設定されると、撮像手段１７のピントを調節しても透光性のウェーハＷｔの外周Ｗｔ３はグレー色に撮像されてしまい、判断部１７ｃにおいて外周Ｗｔ３を適切に判断できなくなる。これは、間隔Ｄが適切な値より小さくことで、ウェーハＷｔの外周Ｗｔ３の近傍において反射、散乱、又は透過された光が撮像手段１７に入射され、外周Ｗｔ３が暈けてしまうためと考えられる。これに対し、本実施の形態では、透光性のウェーハＷｔの外周Ｗｔ３が黒色のリング状に撮像されるように間隔Ｄ及び高さＨは適切に設定されているので、判断部１７ｃにおいて外周Ｗｔ３を適切に判断できる。

撮像カメラ１７ｂにおいて撮像された撮像画像は、判断部１７ｃに送られ、微分処理などによって輝度の勾配が大きいエッジ部が検出される。具体的には、判断部１７ｃは、例えば、輝度勾配の絶対値が閾値より大きくなる領域をエッジ部として抽出し、外周Ｗｔ３（又は、外周Ｗｓ３）と判定する。図３Ａに示すように、透光性のウェーハＷｔの内側の領域及び外側の領域は白色に撮像されるので、ウェーハＷｔの内側の領域及び外側の領域において撮像画像の輝度勾配は略一定となる。一方、外周Ｗｔ３は黒色のリング状に撮像されるので、撮像画像の輝度勾配の絶対値は外周Ｗｔ３において大きくなる。判断部１７ｃは、この輝度勾配に基づいてウェーハＷｔの外周Ｗｔ３を判断する。

なお、図３Ｂに示すように、遮光性のウェーハＷｓにおいては、ウェーハＷｓの内側の領域は黒色に撮像され、撮像画像の輝度勾配は略一定となる。また、ウェーハＷｓの外側の領域は白色に撮像され、撮像画像の輝度勾配は略一定となる。一方、外周Ｗｓ３を境として内側と外側とで輝度は大きく異なり、輝度勾配の絶対値は外周Ｗｓ３において大きくなる。判断部１７ｃは、この輝度勾配に基づいてウェーハＷｓの外周Ｗｓ３を判断する。

判断部１７ｃにおいてウェーハＷｔ（又はウェーハＷｓ）の外周Ｗｔ３（又は外周Ｗｓ３）が判断されると、外周Ｗｔ３の座標情報は検出部１７ｄに送られる。検出部１７ｄは、外周Ｗｔ３の座標情報からウェーハＷｔの中心を検出する。

ウェーハＷｔの中心は、例えば、ウェーハＷｔの外周Ｗｔ３に対してハフ変換を適用することで検出できる。又は、ウェーハＷｔの外周Ｗｔ３の座標値を平均化することで検出できる。外周Ｗｔ３の３点の座標値を、円の中心を求める方程式に代入する方法でウェーハＷｔの中心を検出しても良い。また、外周Ｗｔ３の２本の弦の垂直二等分線を求める方法でウェーハＷｔの中心を検出しても良い。なお、結晶方位を示すオリエンテーションフラットやノッチなどの異形状部が設けられている場合には、検出部１７ｄは、異形状部を考慮して中心を検出する。

検出部１７ｄによって検出されたウェーハＷｔの中心の座標は、配線１７ｅを通じて外部装置に出力される。外部装置は、この座標情報に基づきウェーハＷｔの中心を認識して位置合わせを行う。なお、本実施の形態のワーク撮像装置１では、撮像手段１７が判断部１７ｃ及び検出部１７ｄを備えているが、判断部１７ｃ及び検出部１７ｄは、ワーク撮像装置１の外部に設けられていても良い。

このように、本実施の形態に係る板状ワーク中心検出方法は、ウェーハ（板状ワーク）Ｗｔより広い面積の発光面１２ａを有する撮像照明１２を用い、撮像照明１２の照明光（撮像光）ＬがウェーハＷｔの裏面Ｗｔ２に垂直に入射されるように撮像照明１２の発光面１２ａと保持テーブル１４の保持面１４ｂとの間に所定の間隔Ｄを確保すると共に、透光性を有するウェーハＷｔの外周Ｗｔ３がリング状に黒色に撮像されるように撮像カメラ１７ｂの高さＨを設定したので、撮像手段１７で撮像される撮像画像に基づいて、ウェーハＷｔの外周Ｗｔ３を適切に判断して中心を検出できる。また、この方法によれば、遮光性を有するウェーハ（板状ワーク）Ｗｓの場合にも、外周Ｗｓ３を適切に判断して中心を検出できる。よって、遮光性を有するウェーハＷｓに加え、透光性を有するウェーハＷｔの中心を検出可能な板状ワーク中心検出方法が提供される。

なお、本発明は、上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、保持テーブルは、基台上面に垂直な鉛直軸の周りに回転可能に構成されていても良い。また、本実施の形態では、撮像照明の照明光（撮像光）をウェーハの裏面に入射させる例を説明したが、照明光は、ウェーハの表面に入射させても良い。また、照明光は、適切な輝度の画像を撮像できる光強度及び波長を有していれば良い。すなわち、照明光は、必ずしも白色でなくて良い。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

本発明の板状ワーク中心検出方法は、透光性を有する板状ワーク又は遮光性を有する板状ワークの中心を検出する際に有用である。

１ ワーク撮像装置
１１ 基台
１１ａ 上面
１２ 撮像照明
１２ａ 発光面
１３ テーブル支柱
１４ 保持テーブル
１４ａ 吸着部
１４ｂ 保持面
１５ 吸引源
１５ａ 配管
１６ 支持アーム
１７ 撮像手段
１７ａ レンズ
１７ｂ 撮像カメラ
１７ｃ 判断部
１７ｄ 検出部
１７ｅ 配線
Ｄ 間隔
Ｈ 高さ
Ｌ 照明光（撮像光）
Ｗｔ，Ｗｓ ウェーハ（板状ワーク）

Claims (1)

1. 透光性の板状ワークを保持面で保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された板状ワークを撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像する際に該保持テーブルの下から板状ワークを照光する撮像照明と、で構成されるワーク撮像装置を用いて、板状ワークの中心を検出する板状ワーク中心検出方法であって、
   該撮像照明は、該保持テーブルが保持する板状ワークより広い面積の発光面で構成され、該発光面から垂直に撮像光を発光し、
   該撮像手段は、該保持テーブルに保持された板状ワークの上方に配設され板状ワークを撮像する撮像カメラと、該撮像カメラが撮像した撮像画像から該板状ワーク外周を判断する判断部と、該判断部が判断した板状ワーク外周から該板状ワーク中心を検出する検出部と、で構成され、
   該発光面と該保持テーブルの該保持面との間には所定の間隔が確保されていて、
   該撮像手段で、該保持テーブルが保持する板状ワークを撮像した時、該板状ワークの外周がリング状に黒色で、該板状ワークの外側が白色の撮像画像になるように該撮像カメラの高さが設定される板状ワーク中心検出方法。

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