JP4296885B2

JP4296885B2 - 円形物におけるマーク検出方法、ノッチ検出方法、半導体ウェーハの向き検査方法、および半導体ウェーハの向き検査装置

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Description

この発明は、円盤や円筒など、円形の面を具備する物体を処理対象として、前記円形の面の周縁に形成されたマークを検出する方法に関する。また、この発明は、半導体ウェーハの結晶方位を表すノッチを検出する方法、ならびに、半導体ウェーハの向きが適正かどうかを検査する方法、および前記の検査を実行するための検査装置に関する。

半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」という場合もある。）の一般的なノッチは、ウェーハの周縁の一箇所を略Ｖ字状に切り欠いて形成される。半導体ウェーハの製造工程のうち、パターンの焼き付け、イオン注入など、ウェーハの向きを定めてから処理を行わなければならない工程では、ノッチを所定の方位に合わせることにより、ウェーハの方向決めを行うようにしている。

上記のような工程においては、処理を行う前に、ウェーハが正しい方向を向いて設置されているかどうかを確認するのが望ましい。この点について、下記特許文献１には、画像処理の技術を用いて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

上記の特許文献１では、ウェーハからの正反射光が入射しない位置に撮像装置を設置して前記ウェーハを撮像することによって、背景が明るく、ウェーハの画像が暗くなるような濃淡画像を生成する。そして、得られた濃淡画像からウェーハの輪郭線を構成するエッジ（同文献では「エッジ部」と記載）やウェーハの中心点を抽出し、中心点からの距離が最も短いエッジ部上の点をノッチ位置として検出するようにしている（同文献の段落［０００７］を参照。）。また、この特許文献１では、エッジ部に沿った所定幅の領域におけるウェーハ部分の画像（暗い部分）の大きさに基づき、ノッチの位置を検出することも記載されている（同文献の段落[０００９]を参照。）。

しかしながら、中心点からの距離を用いてノッチを検出する場合には、ノッチに対応する距離とウェーハの本来の半径との差はきわめて小さなものとなるから、ノイズの影響を受けやすくなる。また、ノッチはある程度の幅を持つが、このような幅を持たないマーク（たとえば線状のマークのような幅の狭いもの）を検出対象とする場合には、本来の半径より距離が小さい部分の面積はごくわずかになるから、上記の方法を使用するのは困難である。
また、暗い部分と明るい部分との大きさを比較する場合には、照明などによる濃淡の変化によって誤検出が起こる可能性が高い。

この発明は上記問題に着目してなされたもので、円形物の周縁部に形成された微小なマークを検出する場合に、高精度の検出を行うことができるようにすることを第１の目的とする。

また、この発明は、半導体ウェーハを撮像して得た画像から微小なノッチを精度良く検出することにより、ウェーハの向きの適否にかかる検査の精度を向上することを第２の目的とする。
さらに、この発明は、前記の検査結果に基づき、半導体ウェーハの向きを精度良く調整することができるようにすることを、第３の目的とする。

この発明は、円形物の外周縁から内側または外側に向かって延びる微小幅のマークを検出する方法に適用される。「円形物」とは、前記半導体ウェーハのような円盤状の物体のほか、円筒状、円錐状など、円形の面を具備する物体における前記円形面をいうものと考えることができる。「マーク」は、前記円形物の周縁部に形成されるもので、円形物の半径よりも格段に小さなものであるのが望ましい。このマークは、前記したノッチのように、円形物の周縁部を切り欠いて形成することもできるが、これに限らず、印刷や刻印などの方法によって形成することもできる。また、前記マークを円形物の周縁より外側に突出させる場合には、成形加工や接着などの方法により、前記マークを円形物と一体化することができる。

前記マークは、たとえば、円形物の周縁から内側または外側に延びる線状のものとすることができる。また、前記ノッチのようにＶ字状にしたり、楕円状や矩形状のマークを形成してもよい。すなわち、円形物の周縁から内側または外側に向けて形成されたものであって、エッジ抽出処理により所定数のエッジ画素が連なったものとして現れるものであればよい。

この発明にかかるマーク検出方法は、前記円形物を、その全体を撮像手段の視野に含めた状態にして撮像する第１ステップと、前記撮像により得た画像にエッジ抽出処理を施して、エッジ画素およびその濃度勾配方向を抽出する第２ステップと、前記エッジ抽出処理により得たエッジ画像において、円形物の中心点を特定する第３ステップと、前記第２ステップで抽出されたエッジ画素の中から、当該画素から前記円形物の中心点に向かう方向が当該画素の濃度勾配方向に対応しているエッジ画素を抽出した後に、抽出されたエッジ画素を消去することにより、前記円形物の円弧部分を消去する第４ステップと、連なった関係にある複数のエッジ画素を１つのエッジ集合として、前記第４ステップにより消去された円弧の近傍でマークの幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出する第５ステップと、前記第５ステップにより抽出された一対のエッジ集合間の中点の座標を、１つのマークの位置を表す座標として算出する第６ステップとを、実行することを特徴とする。

なお、この方法を実施する場合、あらかじめ、モデルの円形物を撮像して得た画像（以下、この画像を「基準画像」という。）から円形物の中心点を抽出して登録することができる。この場合には、第３ステップでは、処理対象の円形物がモデルと同じ位置にあるものとみなし、前記登録された中心点を円形物の中心点として特定することができる。ただし、円形物の設置位置がずれたり、カメラが動くなどして、中心点がずれる可能性がある場合には、第２ステップのエッジ抽出処理の結果を用いて実際の中心点を求めるのが望ましい。たとえば、上記した特許文献１の段落［０００８］に開示された方法を適用することができる。また、下記の特許文献２に開示された方法に基づき、エッジ画素毎に濃度勾配の方向に基づく線分を設定し、これらの線分による交点を円形物の中心点としてもよい。

国際公開特許ＷＯ９９／５２０７２号パンフレット

第４ステップの処理には、下記の特許文献３に開示された方法を適用することができる。

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

すなわち第４ステップでは、前記エッジ画像に含まれる各エッジ画素につき、それぞれその濃度勾配の方向に直交する方向（エッジコード）と、各エッジ画素から前記円形物の中心点に向かう方向（エッジ方向コード）とを求めた後、これらのコードが直交する関係にあるエッジ画素を円弧の構成点として判断することができる。

なお、上記第４ステップでは、前記円弧の構成点を抽出する処理の対象となる領域を絞り込むのが望ましい。たとえば、第３ステップで特定された中心点から所定距離Ｄ１だけ離れた各点を内側境界とし、前記中心点からＤ１より大きい距離Ｄ２だけ離れた各点を外側境界とするウィンドウを設定し、このウィンドウ内で円弧の構成点を抽出することができる。このウィンドウの設定に用いる距離Ｄ１，Ｄ２は、円形物の半径Ｄ０を基準に定めるのが望ましい。好ましくは、距離Ｄ１は半径Ｄ０よりも小さく、距離Ｄ２は半径Ｄ０よりも大きく設定するとよい。また、距離Ｄ１，Ｄ２と半径Ｄ０との差は、いずれも、検出対象のマークの長さに基づき設定するのが望ましい。より好ましくは、前記の差は、マークの長さに所定の余裕度を加味した程度にするのがよい。
このようにすれば、円形物の周縁に沿うリング状のウィンドウを設定でき、そのウィンドウ内に前記周縁の輪郭線やマークのエッジを含ませることができるので、円形物の周縁にかかるエッジ画素を精度良く抽出することができる。

ウィンドウの設定は上記に限らず、たとえば前記第３ステップで特定された中心点を中心とする円形または矩形状のウィンドウであって、処理対象の円形物を含むのに十分な大きさのウィンドウを設定してもよい。
ただし、円形や矩形状のウィンドウを設定したり、またはウィンドウを設定せずにエッジ画像全体を処理する場合には、前記中心点に対し、処理対象の円形物の半径に近似する距離をもって位置する円弧の構成点を抽出するのが望ましい。

第４ステップで円弧の構成点を消去することにより、エッジ画像上の円形物の周縁を消失させることができる。一方、マークの長さ方向（円形物の内側または外側に向かう方向）に対応するエッジの構成点の濃度勾配方向は、前記中心点に対応する円弧上の点とは異なるものとなるので、消去されずにエッジ画像上に維持される、と考えることができる。なお、仮にマークが円弧状に形成されても、その円弧の延びる方向が前記円形物の内側方向または外側方向であれば、前記中心点を中心とする円とはみなされない。したがって、円弧状のマークの構成点は消去されずに、エッジ画像上に残ることになる。

また、前記半導体ウェーハのノッチのように、マークがある程度の幅を具備する場合には、マークの両側縁にかかるエッジを抽出することができるから、前記円弧の構成点を消去することにより、マークの両側縁のエッジを残すことができる。一方、マークの幅方向にかかるエッジ（マークの両側縁のエッジの間にあるエッジ）は微小であるため、そのエッジコードは、前記中心点を中心とする円の円弧におけるエッジコードに近似する可能性が高くなり、前記円周物の周縁を構成するエッジ画素とともに消去することができる。よって、マークの両側縁のエッジを分離した状態で残すことができる。

このように、上記のマーク検出方法によれば、マークの特徴を具備するエッジを高い確度で抽出することができるから、微小なマークであっても、このマークを精度良く検出することができる。
また、複数のマークが付される場合にも、マーク毎にエッジ集合を抽出することができるので、個々のマークを切り分けて識別することが可能となる。

上記のマーク検出方法によれば、円形面を有する物体の方向を決める場合に、前記マークの検出結果に基づき、高精度の方向決めを行うことができる。また、外観が類似する複数種の物体について、種類毎にマークの数を変えたり、同じ数のマークを種類毎に異なる角度関係をもって配置すれば、これらのマークを検出することによって、各物体を取り違えずに認識することが可能となる。

つぎに、この発明にかかるノッチ検出方法は、円形状の半導体ウェーハの外周縁に形成されたノッチを検出するもので、所定の場所に設置された半導体ウェーハを、その全体を撮像手段の視野に含めた状態にして撮像する第１ステップと、前記撮像により得た画像にエッジ抽出処理を施して、エッジ画素およびその濃度勾配方向を抽出する第２ステップと、前記エッジ抽出処理により得たエッジ画像において、半導体ウェーハの中心点を特定する第３ステップと、前記第２ステップで抽出されたエッジ画素の中から、当該画素から前記半導体ウェーハの中心点に向かう方向が当該画素の濃度勾配方向に対応しているエッジ画素を抽出した後に、抽出されたエッジ画素を消去することにより、半導体ウェーハの円弧部分を消去する第４ステップと、連なった関係にある複数のエッジ画素を１つのエッジ集合として、前記第４ステップにより消去された円弧の近傍で前記ノッチの幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出する第５ステップと、第５ステップで抽出された一対のエッジ集合間の中点の座標をノッチの位置を表す座標として算出する第６ステップとを、実行することを特徴とする。

上記のノッチ検出方法においては、半導体ウェーハは鏡面であるので、ウェーハからの鏡面反射光がカメラに入射することがないようにカメラの視野や照明を調整するとともに、ウェーハの周囲で拡散反射が起こるように周囲環境を調整するのが望ましい。または、ウェーハの背景にあたる部分に透過照明を施してもよい。

以下の第２〜第４のステップでは、先に述べたマーク検出方法の第２〜第４のステップと同様の内容の処理を実行することにより、ウィンドウ内に、前記ノッチの両側縁のエッジを残すことができる。よって、ノッチの幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出することにより、ノッチの両側縁のエッジを精度良く抽出することが可能となるから、半導体ウェーハ全体を撮像して得た画像の中から、微小なノッチを精度良く検出することが可能となる。

上記のノッチ検出方法の好ましい一態様では、第３ステップにおいて、エッジ画像のあらかじめ定めた位置に基準の中心点を設定するステップと、エッジ画像のｘ軸方向に平行な直線およびｙ軸方向に平行な直線をそれぞれ前記基準の中心点を通るように設定するステップと、設定された直線毎に、当該直線上にある一対のエッジ画素を抽出してこれらのエッジ画素間の中点を求めるステップと、ｘ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｘ座標と、ｙ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｙ座標とに対応する画素を、半導体ウェーハの中心点として特定するステップとを、実行する。
他の好ましい態様によるノッチ検出方法では、第４ステップにおいて、第３ステップで特定した半導体ウェーハの中心点を基準に前記半導体ウェーハのあらかじめ計測した半径より所定値分短い半径による円と、前記あらかじめ計測した半径より所定値分長い半径による円とを境界線とするリング状領域を設定し、このリング状領域内のエッジ画素の中から前記円弧部分の構成点の抽出および消去を実行する。また、第５ステップにおいては、前記円弧の構成点が消去された後の前記リング状領域から前記エッジ集合を抽出する。

この発明にかかるノッチ検出方法のより好ましい態様では、第６ステップを実行した後に、この第６ステップで算出した座標と第３ステップで特定した半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線があらかじめ定めた基準方向に対してなす角度を、ノッチの方向を表す角度データとして求める第７ステップを実行する。この場合の基準方向は、ウェーハの中心点を起点にして、画像の座標軸の一方（ｘ軸方向またはｙ軸方向）に沿う方向とするのが望ましい。

上記の態様によれば、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データによって、ノッチがどの方位に存在するかを認識することができる。よって、ウェーハを設置する方向が定められている場合には、前記角度データにより、ウェーハが正しい向きに設置されているかどうかを精度良く判別することができる。

つぎに、この発明にかかる半導体ウェーハの向き検査方法では、ノッチ検出方法において述べた第１〜第６のステップを実行した後、第６ステップで求められた代表点の座標に基づき、半導体ウェーハの向きの適否を判断する第７ステップを実行する。

前記第７ステップでは、第６ステップで算出した座標と前記第３ステップで特定した半導体ウェーハとを結ぶ直線があらかじめ定めた基準方向に対してなす角度を求め、この角度をあらかじめ定めた基準角度と照合することにより、半導体ウェーハの向きの適否を判断する。基準角度は、ウェーハが正しく方向決めされている場合のノッチの方向を表すものであり、あらかじめ、正しい方向に向けて設置されたウェーハの画像を用いて求めることができる。

上記の方法によれば、ウェーハの中心点から見たノッチの方向を精度良く抽出することができるので、ウェーハの向きがわずかにずれても、そのずれを検出することが可能になり、信頼度の高い検査を実行することができる。また、ノッチの位置がウェーハの中心点から見た相対的な方向に置き換えられるので、ウェーハの中心点と基準の中心点とを位置合わせする処理を行わなくとも、対応することができる。

上記方法の好ましい態様では、前記第７ステップにおいて、半導体ウェーハの向きが不適であると判断されたとき、第６ステップで算出した座標と前記半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線が基準方向に対してなす角度と前記基準角度との差を、半導体ウェーハの向きを補正するための補正量として算出する。このようにすれば、ウェーハの向きが適正でない場合には、求められた補正量に基づく角度分だけウェーハを回転させることにより、簡単かつ精度良く向きを調整することが可能となる。

さらに、この発明にかかる半導体ウェーハの向き検査方法では、前記第５ステップにおいて、一対のエッジ集合が複数組抽出されたとき、処理対象の半導体ウェーハに欠陥があると判断する。通常の半導体ウェーハにおけるノッチは１つであるから、一対のエッジ集合は１組のみ抽出されると考えることができる。したがって、一対のエッジ集合が複数組抽出された場合には、ウェーハの周縁にノッチ以外の微小な欠けや傷が発生しているものと考えることができる。なお、一対のエッジ集合が全く抽出されなかった場合には、言うまでもなく、検査対象のウェーハは不良品であると判断することができる。

つぎに、この発明にかかる半導体ウェーハの向き検査装置は、検査対象の半導体ウェーハを撮像して得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前記検査対象の半導体ウェーハの全体像を含む画像が入力されたときの当該画像中のノッチの幅、および半導体ウェーハの中心点と当該ノッチとを結ぶ直線が所定の基準方向に対してなす角度を、それぞれ登録するための登録手段；前記画像入力手段により入力された画像にエッジ抽出処理を施して、エッジ画素およびその濃度勾配方向を抽出するエッジ抽出手段；前記エッジ抽出処理により得たエッジ画像において、半導体ウェーハの中心点を特定する中心点特定手段；前記エッジ抽出手段に抽出されたエッジ画素の中から、当該画素から前記半導体ウェーハの中心点に向かう方向が当該画素の濃度勾配方向に対応しているエッジ画素を抽出した後、抽出したエッジ画素を消去することにより、半導体ウェーハの円弧部分を消去する円弧処理手段；連なった関係にある複数のエッジ画素を１つのエッジ集合として、円弧処理手段による処理後に、消去された円弧の近傍で、前記ノッチの登録された幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出するエッジ集合抽出手段；前記エッジ集合抽出手段が抽出した一対のエッジ集合間の中点の座標をノッチの位置を表す座標として算出する座標算出手段；前記座標算出手段が算出した座標と前記中心点特定手段が特定した半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線を設定し、この直線が前記基準方向に対してなす角度を前記登録手段に登録された角度と照合することにより、半導体ウェーハの向きの適否を判断する判別手段；前記判別手段による判別結果を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。エッジ抽出手段は、画像微分処理のための微分回路などを含むもので、たとえばＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）として構成することができる。また、このエッジ抽出手段は、エッジ抽出用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もできる。

出力手段は、前記判別手段による判別結果を示す情報を外部機器などに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、外部機器はウェーハに対する処理（イオン注入など）を行う装置の主制御部とすることができるが、これに限らず、モニタ装置や汎用コンピュータなどを出力対象としてもよい。また、モニタ装置などに出力する場合には、ウェーハの濃淡画像またはエッジ画像を表示し、その画像上のノッチをマーキング表示により示すこともできる。

さらに、この検査装置には、前記画像入力手段により取り込まれた入力画像や、エッジ抽出手段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。また、前記円弧処理手段やエッジ集合抽出手段の処理対象を絞り込むために、前記エッジ画像上に中心点特定手段により特定された中心点を基準とするウィンドウを設定する手段を設けてもよい。

上記構成の検査装置によれば、前記したノッチの向き検査方法にかかる第１〜第７の各ステップを実行することが可能となるから、半導体ウェーハの向きが適正であるか否かを精度良く判別し、その判別結果を出力することができる。

好ましい態様の検査装置では、前記登録手段には、半導体ウェーハの基準の中心点を表す座標がさらに登録される。前記中心点特定手段は、前記登録手段に登録された座標に基づき、エッジ画像に基準の中心点を設定するステップと、前記エッジ画像のｘ軸方向に平行な直線およびｙ軸方向に平行な直線をそれぞれ前記基準の中心点を通るように設定するステップと、設定された直線毎に、当該直線上にある一対のエッジ画素を抽出してこれらのエッジ画素間の中点を求めるステップと、ｘ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｘ座標と、ｙ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｙ座標とに対応する画素を、前記半導体ウェーハの中心点として特定するステップとを実行する。

他の好ましい態様の検査装置では、前記登録手段には、前記半導体ウェーハの半径がさらに登録される。また円弧処理手段は、前記中心点特定手段が特定した半導体ウェーハの中心点を基準に、前記半導体ウェーハの登録された半径より所定値分短い半径による円と、前記半導体ウェーハの登録された半径より所定値分長い半径による円とを境界線とするリング状領域を設定する。そして、このリング状領域内のエッジ画素を対象に、半導体ウェーハの円弧部分の抽出および消去を実行する。また前記エッジ集合抽出手段は、前記円弧の構成点が消去された後のリング状領域からエッジ集合を抽出する。

さらに上記態様の検査装置には、前記判別手段による照合処理において、前記座標算出手段が算出した座標と前記半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線が基準方向に対してなす角度が前記登録手段に登録された角度に適合しないと判断されたとき、２つの角度の差を求め、その差の値を補正量として出力する補正量出力手段を設けることができる。この構成によれば、ウェーハの向きが適正でない場合にも、その向きを調整するのに必要な補正量を簡単かつ精度良く得ることができ、高精度の方向決めを行うことができる。

さらに、この発明にかかる検査装置には、前記判別手段に、前記エッジ集合抽出手段により一対のエッジ集合が複数組抽出されたとき、検査対象の半導体ウェーハに欠陥があると判断する機能を付加することができる。この構成によれば、周縁部にノッチ以外の欠陥があるウェーハを精度良く検出することができるので、不良のウェーハが以下の製造工程に流れるのを防止することができる。

上記各態様を含め、この発明にかかる検査装置は、半導体ウェーハの画像を生成するためのカメラや、画像表示用のモニタ装置などの周辺機器を構成要件として含むことができる。

この発明によれば、円形物の周縁部に形成された微小なマークを検出する場合に、そのマークの長さ方向に沿うエッジに相当するエッジ集合を簡単かつ精度良く抽出できるようにしたので、高精度のマーク検出処理を行うことが可能となる。

また、この発明によれば、半導体ウェーハのノッチを検出する場合に、ノッチの両側縁のエッジに相当する一対のエッジ集合を簡単かつ精度良く抽出できるようにしたので、ウェーハの向きの適否にかかる検査の精度を向上することができる。また、検査結果から得た補正量に基づき、半導体ウェーハの向きを精度良く調整することができる。

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、およびこの発明にかかる検査装置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。

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、ディジタル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を検査する。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。このプラテン２２は、イオン注入時のウェーハ１１を保持するためのもので、モータ２５により回転可能に構成される。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。
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、図４に示すように、ウェーハの画像１１Ａが暗く、背景部分１２が明るい画像が生成される。よって、この画像を前記エッジ抽出部１０８に入力することにより、ウェーハの周縁を構成する円弧状のエッジ（ノッチに相当するエッジも含む。）を含むエッジ画像を生成することができる。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５（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５（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５（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、プラテンは正常に回転していると判断されることになる。

上記の検査において、プラテン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。

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、その中心点を抽出する処理を実行する。ただし、外側のマークＭ２については、前記同心円状のパターンに代えて、ウェーハ１１と同様のノッチを形成し、後記する図１０の手順に準じた処理によってノッチの位置を示す代表点を抽出するようにしてもよい。

図６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の手順を示す。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。

まず、ＳＴ１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枚のウェーハ１１を取り出し、真空槽２１へと搬入する。つぎのＳＴ２では、前記ウェーハ１１をプラテン２２に設置する。なお、ＳＴ１およびＳＴ２では、ウェーハ１１のノッチが定められた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ＳＴ３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た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。ここで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、ＳＴ４が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ７においてイオン注入処理が開始される。

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、ＳＴ４が「ＮＯ」となってＳＴ５に進む。このＳＴ５では、前記ＮＧフラグとともに、ウェーハ１１の向きを補正するのに必要な回転角度（以下、「補正角度」という。）が送信されたかどうかをチェックする。ここで補正角度が送信されていれば、ＳＴ５からＳＴ６に進み、その補正角度分だけプラテン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。この後は、ＳＴ７に進み、イオン注入処理を開始する。ただし、ＳＴ６を実行した場合には、再度、ウェーハの向き検査を行い、向きが正しく調整されたことを確認してから、イオン注入処理に移行するようにしてもよい。

イオン注入処理が終了すると、ＳＴ８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ＳＴ９において、前記ウェーハ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。

一方、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には、ＳＴ５からＳＴ１０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、ＳＴ９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。

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、ＳＴ８やＳＴ１０においては、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。

以下、前記ＳＴ３のウェーハの向き検査について、検査装置１０側で実行される具体的な処理を説明する。
この検査を実施するために、検査装置１０では、あらかじめ、モデルのウェーハをプラテン２２に正確に方向決めして撮像し、得られた基準画像を用いて、ウェーハの半径の大きさ、中心点の座標、およびノッチの正しい方向を示す角度データを抽出する（以下、基準画像上の中心点を「基準中心点」と呼び、ノッチの正しい方向を示す角度を「基準角度」と呼ぶ。）。さらに、ノッチについては、そのノッチの幅（たとえば、ウェーハの周縁部の切り込み開始位置における幅やノッチの中央位置の幅など。以下も同じ。）や一側縁の長さに対応する画素数を抽出する処理も実行される。以下、前記基準画像に基づき抽出されるデータを「基準データ」と総称する（基準データには前記ウェーハの半径の大きさ、基準中心点、基準角度も含められる。）。各基準データは、検査装置１０から主制御装置１に送信され、ウェーハの種類に対応づけて前記メモリ部２に登録される。

なお、ノッチの方向を示す角度（以下、「ノッチ角度」という。）は、ウェーハの中心点から見たノッチの方向を表すものである。この実施例では、図７に示すように、ノッチの位置を示す代表点（ノッチの重心に相当する点である。ここでは、ｇ１，ｇ２，ｇ３の３点を示す。）を求め、この代表点ｇ１，ｇ２，ｇ３とウェーハの中心点Ｏ１と結ぶ線分ｌ１，ｌ２，ｌ３を設定する。そして、中心点Ｏ１を起点としてｘ軸の正方向に沿う方向ｘ０に対し、前記線分ｌ１，ｌ２，ｌ３がなす角度θ１，θ２，θ３を、ノッチ角度としている。なお、このノッチ角度θ１，θ２，θ３は反時計回りに計測される。

図８は、前記検査装置１０が実行する検査手順を示す。なお、この図８では、処理の開始をＳＴ１０１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より前記各種基準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。

ＳＴ１０２〜１０５の処理は、エッジ画像を対象として行われる。
ＳＴ１０２では、前記基準中心点を用いて処理対象のウェーハ１１の中心点を抽出する処理を実行する。

以下、図９を用いて、ＳＴ１０２の処理の内容を簡単に説明する。
図中、１１Ｅは、前記図４に示した画像から抽出されたウェーハの周縁部のエッジである。また、図９（１）は、このエッジにより特定される実際の中心点Ｏ１が前記基準中心点Ｏから位置ずれしている例を示し、図９（２）および図９（３）は、上記の位置ずれした中心点Ｏ１を基準中心点Ｏを用いて抽出するための具体的な方法を示す。

この実施例では、前記エッジ１１Ｅの主要部が円形状であることに着目して、画像上のウェーハのｘ軸方向における中心の座標と、ｙ軸方向における中心の座標とを個別に求め、これらの座標により表される点を中心点Ｏ１として特定するようにしている。

ｘ軸方向における中心を求めるには、基準中心点Ｏを通り、ｘ軸に平行な直線Ｌ１を設定する。つぎに、この直線Ｌ１上において、ウェーハの周縁のエッジを構成する点Ａ１，Ａ２を抽出し、これらの中点Ａを求める（図９（２）参照。）。

ｙ軸方向における中心を求める場合も、同様に、基準中心点Ｏを通り、ｙ軸に平行な直線Ｌ２を設定する。そして、この直線Ｌ２上でウェーハの周縁に相当する点Ｂ１，Ｂ２を抽出し、これらの中点Ｂを求める（図９（３）参照。）。

ここで前記エッジ１１Ｅが完全な円であるものとすると、この円のｘ方向における中心は、常に前記中点Ａのｘ座標ｘ_Ａの位置となる。同様に、前記円のｙ方向における中心は、常に前記中点Ｂのｙ座標ｙ_Ｂの位置となる。したがって、この実施例では、中点Ａのｘ座標ｘ_Ａと中点Ｂのｙ座標ｙ_Ｂとにより表される点（ｘ_Ａ，ｙ_Ｂ）をウェーハの中心点として特定するようにしている。

なお、前記点Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を抽出する際には、基準中心点Ｏを始点として、直線Ｌ１，Ｌ２上の双方向に沿って、エッジ画素を検索するのが望ましい。また、直線Ｌ１，Ｌ２がノッチの位置にかかる可能性があるので、中心点Ｏ１を特定した後に、点Ａ１とＡ２との距離、および点Ｂ１とＢ２との距離を求め、これらをウェーハの直径と比較するのが望ましい。さらにこの比較において、前記いずれかの距離がウェーハの直径よりも小さくなっている場合には、その距離に対応する各点と前記中心点Ｏ１との距離に基づき、中心点Ｏ１の位置を補正することができる。また、この補正においては、前記ウェーハの直径よりも距離が小さくなった２点間につき、中心点Ｏ１の座標を補正した後、この補正後の中心点Ｏ１を前記図９（２）（３）の点Ｏとみなして再度直線Ｌ１，Ｌ２を設定し、中点を求め直すことにより、中心点Ｏ１を精度良く求めることができる。

図８に戻って、前記ＳＴ１０２において中心点Ｏ１が抽出されると、ＳＴ１０３が「ＹＥＳ」となってＳＴ１０４に進む。このＳＴ１０４では、抽出された中心点Ｏ１が基準中心点Ｏに一致するように、前記エッジ画像の各画素データの座標を補正する。

続くＳＴ１０５では、画像上のノッチを検出する処理を実行する。この検出手順の詳細は後記するが、ノッチとみなされた特徴毎に検出数がカウントされ、前記図７に示したノッチの代表点とノッチ角度とが算出される。

ＳＴ１０６では、ＳＴ１０５で得られた検出数をチェックする。この検出数が「１」であれば、ＳＴ１０７に進み、対応するノッチ角度と前記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。ここで前記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。

一方、ノッチ角度と基準角度との間に誤差を超える差があった場合には、ＳＴ１０７からＳＴ１０９に進む。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、前記ノッチ角度と基準角度との差を補正角度として求め、これらを主制御装置１に送信する。

ノッチ検出処理において、検出数が２以上またはゼロであった場合には、ＳＴ１０６が「ＮＯ」となってＳＴ１１０に進む。また、前記ＳＴ１０３で中心点Ｏ１の抽出処理に失敗した場合には、ＳＴ１０３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、ＳＴ１０６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。

図１０は、前記ＳＴ１０５のノッチ検出処理の詳細な手順を示す。以下、図１１および図１２を参照しつつ、図１０の手順に沿って、ノッチ検出処理の詳細を説明する。
なお、図１０では、処理の開始をＳＴ２０１とする。

ＳＴ２０１では、処理対象のエッジ画像に現れる各エッジ画素につき、それぞれエッジコードを算出する。なお、エッジコードは、前出の特許文献３と同様に、エッジ画素における濃度勾配の方向に直交する方向を示すものである（算出方法については、特許文献３の段落［００３４］〜［００３７］を参照されたい。）。画素毎のエッジコードの算出結果は、それぞれその画素の座標に対応づけられ、ＲＡＭ１０４などに保存される。

つぎのＳＴ２０２では、前記ＳＴ１０２で抽出され、ＳＴ１０４で基準中心点Ｏに位置合わせされた中心点Ｏ１とウェーハの半径（画像上における半径である。）とに基づき、処理用のウィンドウを設定する。

図１１は、前記ウィンドウＷの設定例である。図中のＤは、前記したウェーハの半径に相当するもので、前記中心点Ｏ１に対し、前記Ｄよりも小さい値Ｄ１だけ離れた範囲を内側境界とし、前記Ｄよりも大きい値Ｄ２だけ離れた範囲を外側境界とするようなリング状のウィンドウＷが設定されている。前記ＤとＤ１との差、およびＤ２とＤとの差は、いずれも所定値ｄとなるように設定されている。このｄの値は、画像上に現れるノッチの深さに若干の余裕度を加味した値に相当するものである。よって、ノッチのエッジを含め、周縁部のエッジ１１Ｅの全体が前記ウィンドウＷ内に含まれることになる。なお、ウィンドウＷの外側境界に対応する距離Ｄ２と半径Ｄとの差については、前記ｄよりも小さな値に設定してもよい。

このようにしてウィンドウが設定されると、つぎのＳＴ２０３では、このウィンドウＷにおいて、前記中心点Ｏ１を中心とする円の円弧を構成する点を抽出する。さらに続くＳＴ２０４では、前記ＳＴ２０３で抽出された円弧の構成点を前記エッジ画像から消去する処理を実行する。

前記ＳＴ２０３では、前出の特許文献３に記載された発明を応用して円弧の構成点を抽出する。簡単に説明すると、前記ウィンドウＷ内の各エッジ画素につき、それぞれ中心点Ｏ１からそのエッジ画素に向かう方向（エッジ方向コード）を求め、このエッジ方向コードと前記エッジコードとの差が９０度に近似するかどうかをチェックする。ここで２つのコードの差が９０度に近似する値であれば、着目中の画素は、前記した円弧の構成点であるとみなされることになる。

前記図１１の設定例によれば、ウィンドウＷ内にはウェーハの周縁のエッジ１１Ｅの全体が含まれるから、このエッジ１１Ｅを構成するエッジ画素の中から、ノッチ以外の主要部の構成点を抽出し、消去することができる。

また、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を指す。）が面取りされた状態で形成されるので、前記中心点Ｏ１からノッチの先端部分までを半径とする仮想円を設定した場合、前記ノッチの先端部分のエッジコードはこの仮想円の円弧におけるエッジコードに近似すると考えることができる。よって、ノッチの先端部分に対応するエッジ画素も、円弧の構成点として抽出され、消去されることになる。この結果、図１２に示すように、ノッチのエッジについては、先端部分のエッジ１３ｃの消失により、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。

ＳＴ２０５およびＳＴ２０６では、前記円弧の構成点が消去された後のウィンドウＷにおいて、前記ノッチの両側縁のエッジ１３ａ，１３ｂに相当する特徴を抽出する。両側縁のエッジ１３ａ，１３ｂは、それぞれ数画素分の幅を持ち、長さ方向に所定数の画素が連なるものとなり、またこれらのエッジ１３ａ，１３ｂは、ノッチの幅に対応する間隔をあけて位置すると考えられる。これを前提として、ＳＴ２０５では、複数のエッジ画素が連なった部分を１つのエッジ集合とみなし、ノッチの幅に対応する距離を隔てて位置する一対のエッジ集合を抽出する。なお、ノッチの幅は前記した基準データに基づくものである。

前記条件に適合するエッジ集合が抽出されると、ＳＴ２０５が「ＹＥＳ」となり、続くＳＴ２０６において、前記対をなすエッジ集合のそれぞれについて、その集合における長さ方向を特定し、その長さ方向におけるエッジ画素の数を所定の基準画素数とチェックする。なお、基準画素数は、前記基準データに含められたノッチの一側縁の長さに相当するものである。

一対のエッジ集合のそれぞれにおいて、前記エッジ画素数と基準画素数との差が誤差範囲であれば、ＳＴ２０６が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ２０７に進む。このＳＴ２０７では、前記対をなすエッジ集合について、それぞれ個別に集合の重心を求めた後、これらの重心の中点を求め、これをノッチの位置を示す代表点とする。または、一対のエッジ集合およびその間の画素を１つの集合体とみなし、この集合体における重心を計測して代表点としてもよい。

つぎのＳＴ２０８では、前記代表点の座標と中心点Ｏ１の座標とを用いて、前記ノッチ角度を求める。求め方は、前記図７により説明したとおりである。さらに、ＳＴ２０９では、ノッチの検出数（初期状態はゼロ）をカウントする処理を実行する。

この後、ＳＴ２１０では、前記一対のエッジ集合として抽出されたすべての組を処理したかどうかをチェックする。ウェーハの本来のノッチは１つだけであるが、稀に、欠けなどの欠陥が生じ、この欠陥がエッジ集合の組として抽出される場合がある。このように、エッジ集合の組が複数抽出された場合には、抽出された組毎にＳＴ２０６〜２０８の処理を実行し、ＳＴ２０９において検出数をカウントする。そしてすべての組についての処理が終了した段階でＳＴ２１０が「ＹＥＳ」となり、ノッチ検出処理を終了する。

上記図８および図１０に示した処理によれば、ウェーハの周縁のエッジ１１Ｅの中からノッチ以外の円弧とノッチの先端部分とを削除して、ノッチの両側縁に対応する一対のエッジ集合を抽出するので、ウェーハの全体像に対するノッチが微小なものであっても、その位置を高い確度で抽出することができる。さらに、ウェーハの中心点とノッチの代表点との座標に基づき、ノッチの向きを表す角度を細かく求めることができるから、ノッチの向きの適否を精度良く判別することができる。また、ウェーハの向きが不適である場合も、ノッチ角度と基準角度との差に基づき、補正角度を正確に求めることができるから、高精度の方向修正を行うことができる。

さらに、前記図８および図１０の手順には、つぎのような変更や追加の処理を設定することができる。
まず、ＳＴ１０２の中心点を抽出する処理には、前記特許文献２に開示された方法を適用することができる。すなわち、エッジ画像上の各エッジ画素について、その濃度勾配方向に沿う線分を設定し、所定数以上の線分が交わる位置を中心点Ｏ１として特定する。この場合、線分の長さを前記ウェーハの半径Ｄに基づいて設定することで、中心点Ｏ１を精度良く抽出することができる。

また、前記ＯＫフラグやＮＧフラグに基づき、前記モニタ装置４に検査結果を表示することができる。さらに、ウェーハ１１の濃淡画像またはエッジ画像を表示し、その画像上の検出されたノッチの位置にマーキング表示を行うこともできる。なお、マーキング表示としては、画像上のノッチを円で囲んだり、矢印によりノッチを指し示すなどの方法を用いるのが望ましい。

また、この実施例では、ウェーハの中心点Ｏ１から見たノッチの方向を示す角度データを求めるので、入力画像中にウェーハ全体の画像が含まれるような位置で中心点Ｏ１が抽出されるならば、ＳＴ１０４の画像の位置ずれ修正は行わなくてもよい。

さらに、この実施例の検査装置では、前記図８の検査の手順中に、図１３に示すような検査を含めることができる。この検査は、ウェーハの内部または周縁部に破損が生じていないかどうかを判別するものであり、前記図８のＳＴ１０４とＳＴ１０５との間などに実行することができる（勿論、図８とは独立に実行してもよい。）。なお、図１３では、ＳＴ３０１から処理が開始されるものとする。

図１３のウェーハ破損検査では、エッジ画像ではなく、濃淡画像を使用し、ウェーハの基準画像に対する相関演算処理により、基準画像に対する相関値を求める（以下、この処理を「相関サーチ」という。）。この実施例では、ウェーハ全体の基準画像による相関サーチと、ウェーハの周縁部のみの基準画像による相関サーチとを、続けて実行することにより、ウェーハの周縁部または内側のいずれに破損が生じているかを、精度良く判別することができる。

まず、最初のＳＴ３０１では、ウェーハ全体の基準画像による相関サーチを実行する。この処理により所定のしきい値ＴＨ１を上回る相関値が得られると、ＳＴ３０２が「ＹＥＳ」となってＳＴ３０３に進む。なお、ＳＴ３０１の相関サーチは、図８のＳＴ１０４を実行した後に行われることになるので、ウェーハの中心点の位置や半径Ｄに基づき、相関サーチの対象領域を絞り込むことができる。

ＳＴ３０３では、処理対象の画像に対し、ウェーハの周縁部が含まれるようなウィンドウ（前記図１１のウィンドウＷと同様のものと考えてよい。）を設定し、このウィンドウにおいて、前記ウェーハの周縁部の基準画像による相関サーチを実行する。この処理により、所定のしきい値ＴＨ２を超える相関値が得られると、ＳＴ３０４が「ＹＥＳ」となってＳＴ３０５に進み、処理対象のウェーハには、内外ともに破損がないと判断する。これに対し、ＳＴ３０３で得られた相関値がしきい値ＴＨ２以下であった場合には、ＳＴ３０４からＳＴ３０６に進み、周縁部に破損が生じていると判断する。

一方、ＳＴ３０１のウェーハ全体に対する相関サーチにおいて、相関値がしきい値ＴＨ１以下になった場合には、ＳＴ３０７に進む。このＳＴ３０７でもＳＴ３０３と同様に、ウェーハの周縁部の基準画像による相関サーチを実行する。この相関サーチにおいて、しきい値ＴＨ２を超える相関値が得られると、ＳＴ３０８が「ＹＥＳ」となってＳＴ３０９に進み、ウェーハの内部（前記周縁部に対する相関サーチ用のウィンドウよりも内側の領域をいう。）に破損が生じていると判断する。これに対し、前記相関値がしきい値ＴＨ２以下であった場合には、ＳＴ３０８からＳＴ３０６に進み、周縁部に破損が生じていると判断する。

上記の検査によれば、単に破損が生じていることだけでなく、その破損がウェーハの内部または周縁部のいずれで生じているかまで特定することができる。また、ウェーハ全体を対象とする相関サーチでは検出されない周縁部の微小な破損も、精度良く検出することができる。

つぎに、上記したウェーハの向き検査におけるノッチの検出方法は、円形物に設定されたノッチ以外のマークを検出する場合に適用することができる。すなわち、円盤状、円筒状など、円形の面を具備する物体において、円形面の周縁部にその周縁より内側に向けて記されたマーク、または周縁から外側に向けて形成された突起のようなマークを検出する場合にも、前記ウェーハのノッチを検出する場合と同様の処理を適用することができる。

図１４は、電磁ソレノイドのロッド３０にマークを記した例を示す。
この実施例では、ソレノイドの自動組立工程において、複数種のロッド３０の中から正しいものが選択されているかどうかを検査するために、マークを利用するようにしている。ソレノイドの組立はロボットが行うが、組立対象のロッド３０を用意するのは人間であり、人為ミスによるロッドの取り違えが発生する可能性があるためである。

各種ロッド３０は、いずれも、円形状の上面３１の周縁と周壁部３２との間に数段の溝部３４が形成され、かつ周壁部３２の所定位置にフランジ部３３が配備された構成のものである。前記上面の中央部には、人間による識別のための文字マーク４１が記されており、さらに前記検査のために、前記溝部３４を横切るように線状のマーク４０が記されている。

前記線状マーク４０および文字マーク４１は、いずれも、レーザーマーカ（図示せず。）により印刷される。また、線状マーク４０の数および文字マーク４１の文字種は、ロッド３０の種類によって異なるものとなる。

上記のロッド３０に対する検査では、たとえばロボットハンド（図示せず。）に挟まれたロッド３０をカメラにより撮影し、上面３１およびその外周の溝部３４を含む画像を生成する。そして、この画像にエッジ抽出を施した後、前記上面３１の中心点を抽出し、その中心点の座標や半径の大きさに基づき、処理用のウィンドウを設定する。

図１５は、前記ロッド３０のエッジ画像に対するウィンドウの設定例を示すもので、前記上面３１の周縁のエッジ３１ａ、および溝部３４の境界線のエッジ３４ａが全て含まれるようなリング状のウィンドウＷ１が設定されている。また、このエッジ画像には、前記線状マーク４０の両側縁に対応するエッジ４０ａ，４０ｂや、文字マークのエッジ４１ａも含まれている。

上記のようなウィンドウＷ１において、前記した円弧の構成点を抽出する処理と、抽出した構成点を消去する処理とを実行することにより、上面３１の周縁のエッジ３１ａや溝部３４の境界線のエッジ３４ａを消去することができる。さらに、この消去処理後のウィンドウW１において、線状マーク４０の幅に応じた間隔をもって位置する一対のエッジ集合を抽出することにより、各線状マーク４０を個別に抽出することができる。よって、一対のエッジ集合の抽出数を線状マーク４０の数として認識し、その数を検査対象のロッド３０の持つべき線状マーク４０の数と比較することにより、正しいロッド３０が使用されているかどうかを判別することができる。

上記構成のロッド３０を検査対象とする場合には、上面の文字マーク４１を抽出して文字認識処理を行うことも可能である。しかしながら、文字認識処理では処理時間が長くなる上、類似する文字との誤認識が起こるなど、識別精度を保証できないという問題がある。これに対し、線状マーク４０を用いた検査では、前記ノッチの検出処理に準じた処理により、個々のマーク４０を精度良く検出することができるから、ロッド３０の種類を簡単かつ高精度に判別することができる。

なお、この実施例では、線状マーク４０の数によりロッド３０の種類を判別するので、前記したウェーハ１１のノッチを検出する場合のように、代表点の座標や角度データまでを求めなくともよい。
また、前記マーク４０は、幅の狭い溝部３４に形成されるため、印刷に歪みが生じたり、印刷が薄くなったりして、前記両側縁のエッジ４０ａ，４０ｂを正しく抽出できない場合がある。したがって、対をなさない単独のエッジ集合であっても、その画素数がマークの長さに対応するものであれば、これを１つの線状マークとしてみなすようにしてもよい。また、前記ウィンドウＷ１は、必ずしも、溝部３４のすべてのエッジを含む必要はない。たとえば、ウィンドウＷ１の外側領域が一番外側のエッジ３４ａよりも内側に位置するように設定してもよい。

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。ウェーハを撮像して得られた画像を示す図である。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。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。ノッチ角度の表し方を示す図である。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。ウェーハの中心点を抽出する処理の具体例を示す図である。ノッチ検出処理の手順を示すフローチャートである。ウィンドウの設定例を示す図である。円弧の構成点を消去した後に残るノッチ部分のエッジを示す図である。ウェーハの破損検査の手順を示すフローチャートである。ソレノイドのロッドにマークを付した例を示す図である。ロッドの上面および溝部のエッジ画像におけるウィンドウの設定例を示す図である。

符号の説明

１０検査装置
１１ウェーハ
１０１制御部
１０２ＣＰＵ
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

円形物の外周縁から内側または外側に向かって延びる微小幅のマークを検出する方法において、
前記円形物を、その全体を撮像手段の視野に含めた状態にして撮像する第１ステップと、
前記撮像により得た画像にエッジ抽出処理を施して、エッジ画素およびその濃度勾配方向を抽出する第２ステップと、
前記エッジ抽出処理により得たエッジ画像において、円形物の中心点を特定する第３ステップと、
前記第２ステップで抽出されたエッジ画素の中から、当該画素から前記円形物の中心点に向かう方向が当該画素の濃度勾配方向に対応しているエッジ画素を抽出した後に、抽出されたエッジ画素を消去することにより、前記円形物の円弧部分を消去する第４ステップと、
連なった関係にある複数のエッジ画素を１つのエッジ集合として、前記第４ステップにより消去された円弧の近傍で前記マークの幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出する第５ステップと、
前記第５ステップにより抽出された一対のエッジ集合間の中点の座標を、１つのマークの位置を表す座標として算出する第６ステップとを、実行することを特徴とする円形物におけるマーク検出方法。
円形状の半導体ウェーハの外周縁に形成されたノッチを検出する方法において、
所定の場所に設置された半導体ウェーハを、その全体を撮像手段の視野に含めた状態にして撮像する第１ステップと、
前記撮像により得た画像にエッジ抽出処理を施して、エッジ画素およびその濃度勾配方向を抽出する第２ステップと、
前記エッジ抽出処理により得たエッジ画像において、半導体ウェーハの中心点を特定する第３ステップと、
前記第２ステップで抽出されたエッジ画素の中から、当該画素から前記半導体ウェーハの中心点に向かう方向が当該画素の濃度勾配方向に対応しているエッジ画素を抽出した後に、抽出されたエッジ画素を消去することにより、前記半導体ウェーハの円弧部分を消去する第４ステップと、
連なった関係にある複数のエッジ画素を１つのエッジ集合として、前記第４ステップにより消去された円弧の近傍で前記ノッチの幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出する第５ステップと、
前記第５ステップで抽出された一対のエッジ集合間の中点の座標を前記ノッチの位置を表す座標として算出する第６ステップとを、実行することを特徴とするノッチ検出方法。
前記第３ステップでは、前記エッジ画像のあらかじめ定めた位置に基準の中心点を設定するステップと、前記エッジ画像のｘ軸方向に平行な直線およびｙ軸方向に平行な直線をそれぞれ前記基準の中心点を通るように設定するステップと、設定された直線毎に、当該直線上にある一対のエッジ画素を抽出してこれらのエッジ画素間の中点を求めるステップと、ｘ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｘ座標と、ｙ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｙ座標とに対応する画素を、前記半導体ウェーハの中心点として特定するステップとを、実行する請求項２に記載されたノッチ検出方法。
前記第４ステップでは、第３ステップで特定した半導体ウェーハの中心点を基準に前記半導体ウェーハのあらかじめ計測した半径より所定値分短い半径による円と、前記あらかじめ計測した半径より所定値分長い半径による円とを境界線とするリング状領域を設定し、このリング状領域内のエッジ画素の中から前記円弧部分の構成点の抽出および消去を実行し、
前記第５ステップでは、前記円弧の構成点が消去された後の前記リング状領域から前記エッジ集合を抽出する、請求項２に記載されたノッチ検出方法。
外周縁にノッチが形成された円形状の半導体ウェーハを検査対象として、所定の場所に設置された前記半導体ウェーハの向きの適否を判別する方法において、
検査対象の半導体ウェーハを、その全体を撮像手段の視野に含めた状態にして撮像する第１ステップと、
前記撮像により得た画像にエッジ抽出処理を施して、エッジ画素およびその濃度勾配方向を抽出する第２ステップと、
前記エッジ抽出処理により得たエッジ画像において、半導体ウェーハの中心点を特定する第３ステップと、
前記第２ステップで抽出されたエッジ画素の中から、当該画素から前記半導体ウェーハの中心点に向かう方向が当該画素の濃度勾配方向に対応しているエッジ画素を抽出した後に、抽出されたエッジ画素を消去することにより、前記半導体ウェーハの円弧部分を消去する第４ステップと、
連なった関係にある複数のエッジ画素を１つのエッジ集合として、前記第４ステップにより消去された円弧の近傍で前記ノッチの幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出する第５ステップと、
前記第５ステップで抽出された一対のエッジ集合間の中点の座標を前記ノッチの位置を表す座標として算出する第６ステップと、
前記第６ステップで算出した座標と前記第３ステップで特定した半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線があらかじめ定めた基準方向に対してなす角度を求め、この角度をあらかじめ定めた基準角度と照合することにより、半導体ウェーハの向きの適否を判断する第７ステップとを、実行することを特徴とする半導体ウェーハの向き検査方法。
前記第７ステップにおいて、半導体ウェーハの向きが不適であると判断されたとき、前記第６ステップで算出した座標と前記半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線が前記基準方向に対してなす角度と前記基準角度との差を、前記半導体ウェーハの向きを補正するための補正量として算出する第８ステップを、さらに実行する、請求項５に記載された半導体ウェーハの向き検査方法。
前記第５ステップにより、前記一対のエッジ集合が複数組抽出されたとき、検査対象の半導体ウェーハに欠陥があると判断するようにした請求項５に記載された半導体ウェーハの向き検査方法。
外周縁にノッチが形成された円形状の半導体ウェーハを検査対象として、所定の場所に設置された前記半導体ウェーハの向きの適否を判別する装置であって、
検査対象の半導体ウェーハを撮像して得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前記検査対象の半導体ウェーハの全体像を含む画像が入力されたときの当該画像中のノッチの幅、および半導体ウェーハの中心点と当該ノッチとを結ぶ直線が所定の基準方向に対してなす角度を、それぞれ登録するための登録手段と、
前記画像入力手段により入力された画像にエッジ抽出処理を施して、エッジ画素およびその濃度勾配方向を抽出するエッジ抽出手段と、
前記エッジ抽出処理により得たエッジ画像において、半導体ウェーハの中心点を特定する中心点特定手段と、
前記エッジ抽出手段により抽出されたエッジ画素の中から、当該画素から前記半導体ウェーハの中心点に向かう方向が当該画素の濃度勾配方向に対応しているエッジ画素を抽出した後、抽出したエッジ画素を消去することにより、前記半導体ウェーハの円弧部分を消去する円弧処理手段と、
連なった関係にある複数のエッジ画素を１つのエッジ集合として、前記円弧処理手段による処理後に、消去された円弧の近傍で、前記ノッチの登録された幅に対応する間隔をおいて位置する一対のエッジ集合を抽出するエッジ集合抽出手段と、
前記エッジ集合抽出手段が抽出した一対のエッジ集合間の中点の座標を前記ノッチの位置を表す座標として算出する座標算出手段と、
前記座標算出手段が算出した座標と前記中心点特定手段が特定した半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線を設定し、この直線が前記基準方向に対してなす角度を前記登録手段に登録された角度と照合することにより、半導体ウェーハの向きの適否を判断する判別手段と、
前記判別手段による判別結果を出力する出力手段とを具備して成る半導体ウェーハの向き検査装置。
前記登録手段には、前記半導体ウェーハの基準の中心点を表す座標がさらに登録されており、
前記中心点特定手段は、前記登録手段に登録された座標に基づき、前記エッジ画像に基準の中心点を設定するステップと、前記エッジ画像のｘ軸方向に平行な直線およびｙ軸方向に平行な直線をそれぞれ前記基準の中心点を通るように設定するステップと、設定された直線毎に、当該直線上にある一対のエッジ画素を抽出してこれらのエッジ画素間の中点を求めるステップと、ｘ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｘ座標と、ｙ軸方向に平行な直線につき求めた中点のｙ座標とに対応する画素を、前記半導体ウェーハの中心点として特定するステップとを、実行する請求項８に記載された半導体ウェーハの向き検査装置。
前記登録手段には、前記半導体ウェーハの半径がさらに登録されており、
前記円弧処理手段は、前記中心点特定手段が特定した半導体ウェーハの中心点を基準に、前記半導体ウェーハの登録された半径より所定値分短い半径による円と、前記半導体ウェーハの登録された半径より所定値分長い半径による円とを境界線とするリング状領域を設定し、このリング状領域内のエッジ画素を対象に、前記半導体ウェーハの円弧部分の構成点の抽出および消去を実行し、
前記エッジ集合抽出手段は、前記円弧部分の構成点が消去された後の前記リング状領域から前記エッジ集合を抽出する、請求項８に記載された半導体ウェーハの向き検査装置。
前記判別手段による照合処理において、前記座標算出手段が算出した座標と前記半導体ウェーハの中心点とを結ぶ直線が前記基準方向に対してなす角度が前記登録手段に登録された角度に適合しないと判断されたとき、２つの角度の差を求め、その差の値を補正量として出力する補正量出力手段を、さらに具備する請求項８に記載された半導体ウェーハの向き検査装置。
前記判別手段は、前記エッジ集合抽出手段により、前記一対のエッジ集合が複数組抽出されたとき、検査対象の半導体ウェーハに欠陥があると判断する、請求項８に記載された半導体ウェーハの向き検査装置。