JP2005268530A - 半導体ウエハのアライメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないセンサを用いてオリフラやノッチ情報が混入していないウエハエッジ位置情報を判別し、高速にかつ精度高く半導体ウエハを基準位置にアライメントすること。
【解決手段】各エッジ位置センサ３０〜３３の撮像で取得された各キャプチャ画像データを半導体ウエハ１のウエハエッジ方向に積分処理し、各データを半導体ウエハ１の半径方向に微分処理し、各微分値のうち大きい方から半導体ウエハ１のノッチを有しない３つのキャプチャ画像データを選択し、各キャプチャ画像データに対応する各微分値のピークから得られるウエハエッジの各座標から半導体ウエハ１の中心座標を求め、この中心座標と基準位置とに基づく補正量に従ってウエハ搬送ロボット５を動作制御して半導体ウエハ1の中心位置を基準位置にセンタリングする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばウエハカセットキャリアから取り出した半導体ウエハを基準位置にアライメントする半導体ウエハのアライメント装置に関する。

半導体ウエハのウエハ検査装置又は製造装置では、複数の半導体ウエハを収納したウエハキャリアからウエハローダによって未検査の半導体ウエハを取り出して検査時又は加工処理時にセンタリング（アライメント）する必要がある。

ウエハキャリアに収納されている未検査の各半導体ウエハは、整列しておらず、これら半導体ウエハの中心位置がばらばらな状態になっている。これら半導体ウエハをウエハローダによって取り出してウエハ検査装置又は製造装置に搬送すると、各半導体ウエハの中心位置がずれた状態で搬入される。このため、各半導体ウエハの中心位置ずれを基準位置にセンタリングする必要がある。

ローダとして直交ロボットを用いている場合は、ウエハキャリアから半導体ウエハを取り出してウエハ検査装置又は製造装置に受け渡す動作の搬送途中に例えば左右一対のセンサを配置し、これらセンサ上に半導体ウエハを一定速度で横切らせ、このとき半導体ウエハの４点のエッジを検出し、これらエッジの位置情報に基づいて半導体ウエハの中心位置を求めるとともに、この半導体ウエハの中心位置と基準位置からアライメントの補正量を求めるのが一般的である。

ローダとしてＲθＺ（伸縮、回転、昇降）動作を行う多関節のウエハ搬送ロボットを用いている場合は、各軸のロボットアームを制御して半導体ウエハのセンタリングを行うことが複雑であり、困難となっている。

アライメント方法には、特許文献１、２に記載された技術がある。特許文献１には、３つのラインセンサを用い、このうち各ラインセンサのうち２つを半導体ウエハのウエハエッジに対して垂直方向に配置すると共に、１つをウエハエッジに沿った方向に配置し、半導体ウエハを回転させてウエハエッジを検出すると共にノッチ又はオリフラを判定を行うことが記載されている。特許文献２には、ラインセンサを６つ放射状に設けてウエハエッジを検出し、半導体ウエハをアライメントすることが記載されている。
特開平６−４５２２６号公報 特開平８−１２４９９５号公報

しかしながら、特許文献１では、半導体ウエハを回転させて多数回ウエハエッジを検出する必要がある。例えば、半導体ウエハが角度０．５度回転する毎に計７２０回ウエハエッジを検出し、これら検出結果から半導体ウエハのウエハエッジ位置、ノッチの中心位置を求める。このため、多数回のウエハエッジの検出によりアライメントに時間がかかる。半導体製造では、半導体ウエハの検査時間を短縮することも歩留まりの向上等により重要であり、マクロ検査のように半導体ウエハの中心位置ずれの精度が数十μｍ程度のあまり高精度を要求しない場合には、時間がかかり不利である。

特許文献２では、ラインセンサを６つも用いなければならず、高価になる。又、６つのラインセンサを各所定位置に位置合わせして設けなければならない。

本発明は、半導体ウエハの外周縁の少なくとも４箇所を撮像する２次元撮像素子と、これら２次元撮像素子の撮像により取得された少なくとも４箇所の各画像データをそれぞれ半導体ウエハの外周縁方向に積分処理し、これら積分処理した各データをそれぞれ半導体ウエハの半径方向に微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値から半導体ウエハにおけるノッチ又はオリフラ情報を有しない画像データを選択し、選択された少なくとも３つの画像データから半導体ウエハの外周縁上の複数箇所の各位置情報を求め、これら位置情報から半導体ウエハの中心位置を求める位置検出部と、位置検出部により求められた半導体ウエハの中心位置と基準位置とから半導体ウエハのアライメントの補正量を求め、この補正量に基づいて半導体ウエハを基準位置にアライメントするアライメント制御部とを具備した半導体ウエハのアライメント装置である。

本発明は、半導体ウエハの外周縁の少なくとも４箇所を撮像する２次元撮像素子と、これら２次元撮像素子の撮像により取得された少なくとも４箇所の各画像データをそれぞれ半導体ウエハの半径方向に微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値から半導体ウエハのノッチ又はオリフラ情報を有しない少なくとも３つの画像データを用いて半導体ウエハの中心位置を求める位置検出部と、位置検出部により求められた半導体ウエハの中心位置と基準位置とから半導体ウエハのアライメントの補正量を求め、この補正量に基づいて半導体ウエハを基準位置にアライメントするアライメント制御部とを具備した半導体ウエハのアライメント装置である。

本発明は、少ないセンサを用いてオリフラやノッチ情報が混入していないウエハエッジ位置情報を判別し、高速にかつ精度高く半導体ウエハを基準位置にアライメントできる半導体ウエハのアライメント装置を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１はウエハ検査装置の構成図である。このウエハ検査装置は、大きく分けて、半導体ウエハ１に対するマクロ検査及びミクロ検査を行うための検査部２と、この検査部２に対して未検査の半導体ウエハ１を供給すると共に、検査部２から検査済みの半導体ウエハ１を排出するローダ部３をそれぞれ分離独立して設けている。

ローダ部３には、ＲθＺ動作を行う多関節のウエハ搬送ロボット５が設けられている。このウエハ搬送ロボット５は、３つの連結アーム６〜８を連結してなり、その先端の連結アーム８にハンド９が設けられている。このハンド９は、く字形状をなし、半導体ウエハ１の載置面に複数の吸着孔１０が形成されている。このウエハ搬送ロボット５は、各連結アーム６〜８を伸縮し、かつ軸１１を中心として回転自在に構成されている。このウエハ搬送ロボット５は、半導体ウエハ１を検査部２に対して供給／排出する。

又、ローダ部３には、ウエハキャリア１２が搭載されている。これらローダ部３とウエハキャリア１２とは、検査部２の側面に配置されている。ウエハキャリア１２内には、複数の半導体ウエハ１ａが所定ピッチで収納されている。

検査部２には、ウエハ搬送装置１３が設けられている。このウエハ搬送装置１３は、３本の搬送アーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃが設けられている。これら搬送アーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃには、それぞれコ字形状のハンド（ウエハチャック）１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設けられている。

このウエハ搬送装置１３は、軸１６を中心に例えば図面上左回り（矢印方向）に回転し、各搬送アーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃをそれぞれウエハ受け渡し位置（ポジション）Ｐ_１と、マクロ検査位置（ポジション）Ｐ_２と、ミクロ検査受渡し位置（ポジション）Ｐ_３との間に循環してポジショニングする。ウエハ受け渡し位置Ｐ_１は、当該位置Ｐ_１の中心位置とウエハ搬送ロボット５の軸１１との間隔がこのウエハ搬送ロボット５の搬送ストローク範囲内になるように位置付けられている。マクロ検査位置Ｐ_２には、検査員４の目視により半導体ウエハ１をマクロ検査するためのマクロ検査用揺動機構（マクロ検査部）１７と、半導体ウエハ１を回転させかつ上下方向に移動させるマクロ検査用回転機構（マクロ検査部）１８とが設けられている。これらマクロ検査用揺動機構１７及びマクロ検査用回転機構１８の上方には、半導体ウエハ１を照明するための図示しないマクロ用照明装置が設けられている。

又、検査部２の架台上には、ミクロ検査部１９が設けられている。このミクロ検査部１９は、ミクロ検査受渡し位置Ｐ_３にポジショニングされたハンド１５ａ、１５ｂ又は１５ｃ上に保持されている半導体ウエハ１を受け取り、顕微鏡２０を用いて半導体ウエハ１をミクロ検査する。顕微鏡２０の接眼レンズ２１は、検査員４の前方に配置されている。検査部２の正面には、マクロ検査やミクロ検査の操作やこれら検査結果をインプットするための操作部２２が設けられている。

ウエハ受け渡し位置Ｐ_１には、半導体ウエハ１のアライメント用の４つのエッジ位置センサ３０〜３３がウエハ搬送装置１３の各搬送アーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃの下方となる検査部２の架台上に設けられている。これらエッジ位置センサ３０〜３３は、図２に示すように半導体ウエハ１の外周縁の位置（以下、ウエハエッジの位置と称する）に対応する同心円上の４箇所にそれぞれ配置されている。これらエッジ位置センサ３０〜３３は、半導体ウエハ１のウエハエッジを撮像してその画像信号を出力する。

図３は各エッジ位置センサ３０〜３３の具体的な構成図である。これらエッジ位置センサ３０〜３３は、落射テレセントリック照明結像光学系を用いたもので、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）３４が設けられている。このＬＥＤ３４から出射されるＬＥＤ光の光路上にはハーフミラー３５が設けられ、このハーフミラー３５の反射光路上に凸レンズ３６が設けられている。この凸レンズ３６は、ＬＥＤ３４から出射されるＬＥＤ光を平行光に整形して半導体ウエハ１のウエハエッジ部分に照射するコリメートレンズの作用と、このウエハエッジからの反射してきたＬＥＤ光を集光する集光レンズとの作用とを有する。

この反射ＬＥＤ光の光路上には、ＣＣＤやＣ-ＭＯＳなどの２次元撮像素子３８が設けられている。この２次元撮像素子３８のラインの方向は、半導体ウエハ１のウエハエッジを横切る方向、最良のライン方向はウエハエッジの接線に対して垂直方向になるように設けられている。

凸レンズ３６の外部側には、波長選択フィルタ３９が装着されている。この選択フィルタ３９は、半導体ウエハ１を製造する半導体製造工場の室内（周囲環境）を照明する照明光の波長成分外の波長領域の光を透過する特性を有する。２次元撮像素子３８に入射する光は、半導体ウエハ１のウエハエッジからの反射してきたＬＥＤ光の他に、当該ウエハ検査装置が設置された半導体製造工場の室内の照明光等がある。この半導体製造工場の室内照明としては、例えばＮａランプが多く用いられる。Ｎａランプから放射される光は、図４に示す波長特性を有する。このＮａランプから放射される光の波長特性は、殆ど波長領域５５０ｎｍ〜６５０ｎｍに含まれる。

各エッジ位置センサ３０〜３３に用いるＬＥＤ３４が例えば白色発光であれば、当該ＬＥＤ３４から放射される光は、図５に示す波長特性を有する。ＬＥＤ３４が青色発光であれば、当該ＬＥＤ３４から放射される光は、図６に示す波長特性を有する。

従って、２次元撮像素子３８は、Ｎａランプから放射される波長領域５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの光以外の波長の光、例えば波長５５０ｎｍ以下の光を入射して半導体ウエハ１のウエハエッジを撮像するために、波長選択フィルタ３９に波長５５０ｎｍ以下の光を透過する青色フィルタを用いる。

制御処理装置４０は、図７に示すアライメント制御フローチャートに従い、各エッジ位置センサ３０〜３３における各２次元撮像素子３８から出力された各画像信号を取り込んで各ディジタルのキャプチャ画像データとして記憶し、これらキャプチャ画像データを画像処理して半導体ウエハ１の中心位置を基準位置にセンタリングする。

具体的に画像選択部４１は、各エッジ位置センサ３０〜３３における２次元撮像素子３８の撮像により取得された各キャプチャ画像データ（画像の各画素）をそれぞれ半導体ウエハ１の円周方向（ウエハエッジ方向）に対して略平行に積分処理（加算）し、これら積分処理した各データをそれぞれ半導体ウエハ１の半径方向（半導体ウエハ１の円周方向に対して各画素を加算した加算方向と垂直な方向）に微分処理（差分演算）し、これら微分処理により求められた各微分値のうち大きい方から半導体ウエハ１におけるノッチＮ又はオリフラ情報を有しない少なくとも３つのキャプチャ画像データを選択する。

位置検出部４２は、画像選択部４１により選択された少なくとも３つのキャプチャ画像データから半導体ウエハ１のウエハエッジ上の複数箇所、例えば３箇所の各位置情報を求め、これら位置情報から半導体ウエハ１の中心位置を求める。

アライメント制御部４３は、位置検出部４２により求められた半導体ウエハ1の中心位置と基準位置とから半導体ウエハ1のセンタリングの補正量を求め、この補正量に従ってウエハ搬送ロボット５をＲθＺ動作制御して半導体ウエハ1の中心位置を基準位置にセンタリングする。

なお、２次元撮像素子３８は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラー画像データを出力するものを用いてもよい。カラー２次元撮像素子３８を用いることにより、画像選択部４１は、ウエハ検査装置が設置された半導体製造工場の室内のＮａランプから放射される波長領域５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの照明光の影響を低減するために、カラー２次元撮像素子３８の撮像により取得された各カラーキャプチャ画像データから予め選択された波長成分例えば波長領域５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ以外の波長成分としてＢ（青）成分の画像データを抽出する。そして、画像選択部４１は、抽出したＢ成分の画像データに対して半導体ウエハ１のウエハエッジ方向θに対して略平行に積分処理し、これら積分処理した各データを半導体ウエハ１の半径方向Ｒに微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値のうち大きい方から半導体ウエハ１におけるノッチＮ又はオリフラ情報を有しない少なくとも３つのキャプチャ画像データを選択するものとなる。

次に、上記の如く構成された装置の作用について説明する。

ウエハ搬送ロボット５は、制御処理装置４０から発せられるウエハ取り出し指令を受けると、この指令に従ってウエハキャリア１２内に収納されている未検査の半導体ウエハ１を保持し、各連結アーム６〜８を縮め、例えば左回りに９０度回転して停止し、再び各連結アーム６〜８を検査部２の左面側からの矢印Ａ方向に伸ばしてウエハ受け渡し位置Ｐ_１に移動する。これにより、未検査の半導体ウエハ１は、図２に示すように４つのエッジ位置センサ３０〜３３の上方に配置される。

これらエッジ位置センサ３０〜３３は、それぞれＬＥＤ３４から青色光を出射する。この青色光は、ハーフミラー３５で反射し、凸レンズ３６により平行光に整形され、例えば波長５５０ｎｍ以下の光を透過する波長選択フィルタ３９を透過して半導体ウエハ１のウエハエッジ部分に照射する。このウエハエッジからの反射してきた青色光は、再び波長選択フィルタ３９を透過し、凸レンズ３６により集光され２次元撮像素子３８に入射する。このとき、半導体製造工場の室内のＮａランプから放射される波長領域５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの照明光は、波長選択フィルタ３９のよりカツトされる。２次元撮像素子３８は、半導体ウエハ１のウエハエッジからの反射光を入射し、その画像信号を出力する。

制御処理装置４０は、図７に示すアライメント制御フローチャートに従い、ステップ＃１において、４つのエッジ位置センサ３０〜３３の各２次元撮像素子３８からそれぞれ出力された各画像信号を取り込んでディジタルの各キャプチャ画像データとして記憶する。

ここで、図２に示すように４つのエッジ位置センサ３０〜３３の上方に半導体ウエハ１を配置するので、これらエッジ位置センサ３０〜３３のうちいずれか１つのエッジ位置センサ３０〜３３の撮像範囲内に半導体ウエハのノッチＮ又はオリフラが入る可能性が高い。図８（ａ）はエッジ位置センサ３０〜３３の撮像範囲内に半導体ウエハのノッチＮが入っていないキャプチャ画像データＤａを示し、図９（ａ）はエッジ位置センサ３０〜３３の撮像範囲内に半導体ウエハのノッチＮが入っているキャプチャ画像データＤｂを示す。これらキャプチャ画像データＤａ、Ｄｂは、横方向が半導体ウエハ１の半径方向Ｒ、縦方向が半導体ウエハ１の円周方向（ウエハエッジ方向）θであり、白色部分が半導体ウエハ１の像を示す。

次に、画像選択部４１は、ステップ＃２において、制御処理装置４０により記憶された図８（ａ）及び図９（ｂ）に示すような４つのキャプチャ画像データＤａ、Ｄｂをそれぞれ半導体ウエハ１のウエハエッジ方向θに対して略平行に積分（加算）処理する。この積分処理は、各キャプチャ画像データＤａ、Ｄｂにおけるノイズ成分の影響を軽減するためである。この積分処理は、各キャプチャ画像データＤａ、Ｄｂの全画面を積分処理する必要はなく、例えば半導体ウエハ１の半径方向Ｒに６４０画素、ウエハエッジ方向θに４８０画素の大きさの画素とすれば、１０〜１００ライン程度の範囲の画面を積分処理してもよい。図８（ｂ）は同図（ａ）に示すキャプチャ画像データＤａの積分処理したデータを示し、図９（ｂ）は同図（ａ）に示すキャプチャ画像データＤｂの積分処理したデータを示す。図８（ｂ）に示す積分処理結果に比較して図９（ｂ）に示す積分処理結果は、ノッチＮの像を含む分だけ半導体ウエハ１の半径方向Ｒに対する輝度値の変化が緩慢である。

次に、画像選択部４１は、ステップ＃３において、図８（ｂ）に示すキャプチャ画像データＤａの積分処理したデータ、及び図９（ｂ）に示すキャプチャ画像データＤｂの積分処理結果したデータをそれぞれ半導体ウエハ１の半径方向Ｒに微分（差分）処理する。図８（ｃ）は同図（ｂ）に示す半導体ウエハ１のノッチＮの入っていないキャプチャ画像データＤａの積分処理したデータを微分処理した結果の微分データを示し、この微分データは、図８（ｂ）に示す半導体ウエハ１のウエハエッジに対応する部分で鋭いピークを有する。又、図９（ｃ）は同図（ｂ）に示す半導体ウエハ１のノッチＮの入っているキャプチャ画像データＤｂの積分処理したデータを微分処理した結果の微分データを示し、この微分データは、緩やかなピークを有する。

４つのエッジ位置センサ３０〜３３のうち撮像範囲内にノッチＮが入るのは、最大でも１のエッジ位置センサ３０、３１、…、３３である。ノッチＮがエッジ位置センサ３０〜３３の撮像範囲内に入ると、半導体ウエハ１のウエハエッジの検出に誤差が生じるので、その影響を除去するために、４つのエッジ位置センサ３０〜３３に対応する各微分データのうち微分値が最小となったエッジ位置センサ３０、３１、…、３３のキャプチャ画像データＤｂを用いないものとする。従って、画像選択部４１は、ステップ＃４において、４つのエッジ位置センサ３０〜３３に対応する各微分データのうち大きい方の３つの微分値を選択し、これと共に、これら３つの微分値に対応する各エッジ位置センサ（例えば３０〜３２）を選択する。

なお、カラー２次元撮像素子３８を用いれば、画像選択部４１は、各エッジ位置センサ３０〜３３におけるカラー２次元撮像素子３８の撮像により取得された各カラーキャプチャ画像データからＢ成分の画像データを抽出し、Ｂ成分の画像データに対して半導体ウエハ１のウエハエッジ方向θに対して略平行に積分処理し、これら積分処理した各データを半導体ウエハ１の半径方向Ｒに微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値のうち大きい方から半導体ウエハ１におけるノッチを有しない３つのキャプチャ画像データを選択する。

次に、位置検出部４２は、ステップ＃５において、画像選択部４１により選択された３つのノッチＮを含まない各キャプチャ画像データＤａ（図８（ａ））の各微分データ（図８（ｃ））から半導体ウエハ１のウエハエッジ座標を演算し求める。図８（ｃ）に示す各微分データのピーク位置は、半導体ウエハ１のウエハエッジ位置に対応し、これらピーク位置をｒ_１、ｒ_２、ｒ_３とする。但し、これらピーク位置をｒ_１、ｒ_２、ｒ_３の原点は、図８（ａ）に示す各キャプチャ画像データＤａにおける最下部とする。

ここで、ウエハ受け渡し位置Ｐ_１上に配置された半導体ウエハ１が基準位置からずれていないときの半導体ウエハ１の中心座標を原点とする。４つのエッジ位置センサ３０〜３３の撮像中心の座標と撮像範囲とは、予め設計時と組み立て時の取付位置から既知である。これらエッジ位置センサ３０〜３３の撮像範囲の寸法は、横方向をＷ、縦方向をＨとする。

上記選択された３つのエッジ位置センサ３０〜３２の中心座標を極座標により表わすと、エッジ位置センサ３０は中心座標（Ｒ_１，θ_１）、エッジ位置センサ３１は中心座標（Ｒ_２，θ_２）、エッジ位置センサ３２は中心座標（Ｒ_３，θ_３）となる。

次に、位置検出部４２は、ステップ＃６において、基準位置を原点として半導体ウエハ１のウエハエッジ位置ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３をＸＹ座標に変換する。これら半導体ウエハ１のウエハエッジの座標（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）は、
ｘ_ｎ＝（Ｒ_ｎ＋ｒ_ｎ）cosθ_ｎ、ｙ_ｎ＝（Ｒ_ｎ＋ｒ_ｎ）sinθ_ｎ …（１）
となる。なお、ｎ＝１，２，３である。

位置検出部４２は、３つの半導体ウエハ１のウエハエッジの座標（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）を求めると、次式を演算して半導体ウエハ１の中心座標（ａ，ｂ）を求める。

次に、アライメント制御部４３は、ステップ＃７において、位置検出部４２により求められた半導体ウエハ1の中心座標（ａ，ｂ）と基準位置とから半導体ウエハ1のアライメントの補正量を求め、この補正量に従ってウエハ搬送ロボット５をＲθＺ動作制御して半導体ウエハ1を基準位置にセンタリングする。

センタリングが終了すると、ウエハ搬送ロボット５は、未検査の半導体ウエハ１を搬送アーム１４ａのハンド１５ａ上に渡す。このハンド１５ａは、半導体ウエハ１を吸着保持する。そして、ウエハ搬送装置１３が軸１６を中心に図面上左回りに回転すると、搬送アーム１４ａは、マクロ検査位置Ｐ_２にポジショニングされる。このマクロ検査位置Ｐ_２において、半導体ウエハ１は、マクロ検査用揺動機構１７により揺動されたり、マクロ検査用回転機構１８により回転されて検査員４の目視によりマクロ検査が行われる。

次に、ウエハ搬送装置１３がさらに軸１６を中心に左回りに回転すると、搬送アーム１４ａは、ミクロ検査受渡し位置Ｐ_３にポジショニングされる。このミクロ検査受渡し位置Ｐ_３において、ハンド１４ａ上の半導体ウエハ１は、ミクロ検査部１９に受け渡され、ここで顕微鏡２０により拡大されてその像が撮像装置２１により撮像されたり、接眼レンズ２２を通してミクロ検査が行われる。

次に、ウエハ搬送装置１３がさらに軸１６を中心に左回りに回転すると、搬送アーム１４ａは、再びウエハ受け渡し位置Ｐ_１にポジショニングされ、ウエハ搬送ロボット５のハンド９に渡される。このウエハ搬送ロボット５は、各連結アーム６〜８を縮め、例えば右回りに９０°回転して停止し、再び各連結アーム６〜８を伸ばして検査済みの半導体ウエハ１をウェハキャリア１２内に収納する。なお、搬送アーム１４ｂ、１４ｃについても同様の動作が行なわれる。

このように上記一実施の形態においては、４つのエッジ位置センサ３０〜３３の撮像により取得された各キャプチャ画像データを半導体ウエハ１のウエハエッジ方向θに対して積分処理し、これら積分処理した各データを半導体ウエハ１の半径方向Ｒに微分処理し、これら微分値のうち大きい方から半導体ウエハ１におけるノッチＮを有しない３つのキャプチャ画像データを選択し、これら３つのキャプチャ画像データに対応する各微分値のピークから求められるウエハエッジの各座標（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）から半導体ウエハ１の中心座標（ａ，ｂ）を求め、この中心座標（ａ，ｂ）と基準位置とから求められる補正量に従ってウエハ搬送ロボット５をＲθＺ動作制御して半導体ウエハ1の中心位置を基準位置にセンタリングする。

これにより、半導体ウエハ１におけるノッチＮを有しない３つのキャプチャ画像データを正確に選択できて、高速でかつ精度高く半導体ウエハ１を基準位置にセンタリングできる。そのうえ、半導体ウエハ１をウェハキャリア１２から取り出して検査部２に渡す流れの中のウエハ受け渡し位置Ｐ_１にポジショニングするときに行うので、半導体ウエハ１を特許文献１に開示されているように回転させる必要もなく、センタリングの時間を短縮できる。

このように半導体ウエハ１を基準位置にセンタリングできれば、マクロ検査時の半導体ウエハ１の回転偏芯動作を減少できそのマクロ観察の効率を向上でき、さらにミクロ検査部１９に半導体ウエハ１を受け渡すときにも半導体ウエハ１を所定のアライメント範囲内、すなわちミクロ検査部１９のステージによるアライメント範囲内に入れることができ、アライメント時間の短縮を図ることができる。そして、４つのエッジ位置センサ３０〜３３を設ければよいので、安価で実現できる。

又、各エッジ位置センサ３０〜３３には、例えば波長５５０ｎｍ以下の光を透過する波長選択フィルタ３９を装着しているので、ウエハ検査装置が設置された半導体製造工場の室内のＮａランプから放射される波長領域５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの照明光が各エッジ位置センサ３０〜３３に入射しても、この照明光が２次元撮像素子３８に到達する光量を低減でき、半導体製造工場の室内の照明光の影響を低減してＳＮ比良く半導体ウエハ１のウエハエッジ座標を検出できる。

又、カラー２次元撮像素子３８を用いれば、当該カラー２次元撮像素子３８の撮像により取得された各カラーキャプチャ画像データからＢ成分の画像データを抽出することにより、上記同様に、半導体製造工場の室内の照明光の影響を低減してＳＮ比良く半導体ウエハ１のウエハエッジ座標を検出できる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、画像選択部４１は、２次元撮像素子３８の撮像により取得されたキャプチャ画像データを半導体ウエハ１のウエハエッジ方向θに対して積分処理しているが、キャプチャ画像データの輝度が十分高くかつＳＮ比が良ければ、積分処理を省略して、キャプチャ画像データを半導体ウエハ１の半径方向Ｒに微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値のうち大きい方から半導体ウエハ１におけるノッチＮ又はオリフラ情報を有しない少なくとも３つのキャプチャ画像データを選択してもよい。

又、４つのエッジ位置センサ３０〜３３の各キャプチャ画像データからノッチＮ又はオリフラの入っていない３つのキャプチャ画像データを選択しているが、これに限らず、例えば位置検出部４２は、２次元撮像素子３８の撮像により取得された各キャプチャ画像データをそれぞれ半導体ウエハ１の半径方向Ｒに微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値が予め設定された閾値以上であるか否かを判断する。この判断の結果、微分値が閾値以上であれば、位置検出部４２は、半導体ウエハ１のウエハエッジにノッチＮ又はオリフラ情報が無いと認識し、各２次元撮像素子３８の撮像によりそれぞれ取得された４つのキャプチャ画像データを用いて最小二乗法により半導体ウエハ１の中心位置を求めることもできる。

また、上記実施形態では２次元撮像素子３８を半導体ウエハ１の外周縁の位置に対応する同心円上の４箇所に配置したが、半導体ウエハ１を載置して回転する回転ステージでアライメントする場合には、半導体ウエハ１の外周縁の位置に対応する同心円上の１箇所に２次元撮像素子３８を配置して半導体ウエハ１を回転させて少なくとも４箇所の半導体ウエハ１の外周縁を撮像してもよい。更に、２次元撮像素子３８を半導体ウエハ１の搬送路中にオリフラより長い間隔で２箇所に配置し、半導体ウエハ１の前後の外周縁の４箇所を撮像してもよい。

本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態を示す構成図。 同装置における各エッジ位置センサの配置図。 同装置におけるエッジ位置センサの構成図。 Ｎａランプから放射される光の波長特性を示す図。 同装置におけるエッジ位置センサに用いられる白色ＬＥＤから放射される光の波長特性を示す図。 同装置におけるエッジ位置センサに用いられる青色ＬＥＤから放射される光の波長特性を示す図。 同装置におけるアライメント制御フローチャート。 同装置により取得されるノッチを含まないキャプチャ画像データ、積分処理データ及び微分データを示す図。 同装置により取得されるノッチを含むキャプチャ画像データ、積分処理データ及び微分データを示す図。

符号の説明

１：半導体ウエハ、２：検査部、３：ローダ部、５：ウエハ搬送ロボット、６〜８：連結アーム、９：ハンド、１０：吸着孔、１１：軸、１２：ウエハキャリア、１３：ウエハ搬送装置、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：搬送アーム、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ：ハンド（ウエハチャック）、１６：軸、１７：マクロ検査用揺動機構（マクロ検査部）、１８：マクロ検査用回転機構（マクロ検査部）、１９：ミクロ検査部、２０：顕微鏡、２１：接眼レンズ、２２：操作部、３０〜３３：エッジ位置センサ、３４：発光ダイオード（ＬＥＤ）、３５：ハーフミラー、３６：凸レンズ、３７：ライン状の絞り、３８：２次元撮像素子、３９：波長選択フィルタ、４０：制御処理装置、４１：画像選択部、４２：位置検出部、４３：アライメント制御部。

Claims (4)

1. 半導体ウエハの外周縁の少なくとも４箇所を撮像する２次元撮像素子と、
   これら２次元撮像素子の撮像により取得された前記少なくとも４箇所の各画像データをそれぞれ前記半導体ウエハの外周縁方向に積分処理し、これら積分処理した各データをそれぞれ前記半導体ウエハの半径方向に微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値から前記半導体ウエハにおけるノッチ又はオリフラ情報を有しない画像データを選択し、選択された少なくとも３つの前記画像データから前記半導体ウエハの外周縁上の複数箇所の各位置情報を求め、これら位置情報から前記半導体ウエハの中心位置を求める位置検出部と、
   前記位置検出部により求められた前記半導体ウエハの中心位置と基準位置とから前記半導体ウエハのアライメントの補正量を求め、この補正量に基づいて前記半導体ウエハを基準位置にアライメントするアライメント制御部と、
   を具備したことを特徴とする半導体ウエハのアライメント装置。
2. 半導体ウエハの外周縁の少なくとも４箇所を撮像する２次元撮像素子と、
   これら２次元撮像素子の撮像により取得された前記少なくとも４箇所の各画像データをそれぞれ前記半導体ウエハの半径方向に微分処理し、これら微分処理により求められた各微分値から前記半導体ウエハのノッチ又はオリフラ情報を有しない少なくとも３つの前記画像データを用いて前記半導体ウエハの中心位置を求める位置検出部と、
   前記位置検出部により求められた前記半導体ウエハの中心位置と基準位置とから前記半導体ウエハのアライメントの補正量を求め、この補正量に基づいて前記半導体ウエハを基準位置にアライメントするアライメント制御部と、
   を具備したことを特徴とする半導体ウエハのアライメント装置。
3. 前記２次元撮像素子は、前記半導体ウエハを含む周囲環境を照明する照明光の波長成分外の波長領域の光を透過する波長選択フィルタを介して前記半導体ウエハの外周縁を撮像することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウエハのアライメント装置。
4. 前記２次元撮像素子は、カラー画像データを出力し、
   前記位置検出部は、前記カラー画像信号から選択された波長成分の画像データを抽出することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウエハのアライメント装置。

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