JP3946485B2 - ウエハアライナ装置及びこれを備えるウエハ検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの切欠部の位置検出を行うウエハアライナ装置、及びこれを備えるウエハ検査装置に関する。
【0002】
【従来技術】
半導体ウエハの表面やパターンを顕微鏡で検査するウエハ検査装置、半導体製造に使用される露光装置等の半導体製造装置においては、ウエハの位置合わせが重要である。このため、ウエハには位置合わせの基準にするノッチと呼ばれる凹状の切欠部が外周端に形成されている。このノッチ及びウエハの中心位置を検出する方法としては、図10(a)、(b)に示す2つのアライナ装置が知られている。
【0003】
図10(a)に示す装置は、照明光源100によりウエハ50を照明し、ウエハ50の全体像をCCDカメラ101で撮像してウエハ外周端の形状情報を得る。その外周形状の情報から、ノッチ51の位置及びウエハ50の中心位置(偏心量)を求める。
図10(b)に示す装置は、ステージ110に載せられたウエハ50を回転させると共に、外周端に設けられた照明光源111及びラインセンサ112からなる1組の検出手段を用いたものであり、ウエハ50を回転させながら明暗信号の変化を検出することによりウエハ外周端の形状情報を得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来装置には次のような問題があった。前者の装置はウエハ全体をカメラ101で撮像するため、位置検出の精度が粗くなる。特に、近年はウエハが直径300mmに大型化しており、この方式はウエハの大型化に伴って検出精度の低下となる。
また、後者の装置はステージ110の回転角の制御に検出精度が依存すると共に、やはりウエハの大型化に伴って精度の低下となる。加えて、回転させながら位置検出を行うため、検出に時間が掛かるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ウエハの切欠部やウエハの中心位置の検出を精度良く行えるウエハアライナ装置及びこれを備えるウエハ検査装置を提供することを技術課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
(1) ウエハの外周端に形成された切欠部を検出するウエハアライナ装置において、ウエハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエハの外周端を部分的に拡大して撮像する撮像手段を持つと共に、該撮像手段が有する撮像素子面の異なる検出領域に前記切欠部を含む1個所と少なくとも他の2個所のウエハ外周端像を導く導光光学系を持つ検出手段と、前記撮像手段により撮像された画像を処理してウエハの中心位置情報と前記切欠部の位置情報とを求める演算手段と、を備えることを特徴とする。
(2) (1)のウエハアライナ装置は、前記検出手段の検出前にウエハの切欠部の位置を検出するプリアライナ手段と、該プリアライナ手段により検出されたウエハの切欠部の位置情報に基づき前記撮像手段の何れかの検出範囲に前記切欠部が入るようにウエハを移動する移動手段と、を備えることを特徴とする。
(3) (1)の導光光学系は、前記撮像手段の各検出範囲に他のウエハ外周端像が映り込まないように撮像範囲を制限する絞りを有することを特徴とする。
(4) (1)のウエハアライナ装置において、前記検出手段は前記撮像手段の各検出範囲に異なるサイズのウエハの外周端像を導く第2の導光光学系を持つことを特徴とする。
(5) ウエハ検査装置は(1)〜(4)の何れかのウエハアライナ装置を備えることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1(a)は本実施の形態のウエハ検査装置1を上方から見たときの図であり、図1(b)はウエハ検査装置1の側面を示した図である。
【0008】
2はウエハ50を収納しているキャリアである。図中のウエハ50は外径(直径)がφ300mmのものを示している。6はウエハ50のノッチ位置の概略求めるプリアライナであり、5はプリアライナ6での検出時にウエハ50を回転させるための回転ステージである。3はロボットアームであり、キャリア2、回転ステージ5及びチェンジアーム7の間でウエハ50を受け渡す役目をする。例えば、キャリヤ2内のスロットに1枚ずつ収納されたウエハ50がロボットアーム3によって取り出されたり、キャリヤ2内に収納される。チェンジアーム7は3つの保持アームを持つ。
【0009】
8はXYステージであり、ウエハ50を保持して図1(a)に示すXY方向に移動する。また、XYステージ8は保持軸を中心に回転する回転機能も備えている。9はウエハ50を拡大観察するための顕微鏡であり、XYステージ8によりウエハ50を移動することによって、任意の位置を観察することができる。尚、ロボットアーム3、回転ステージ5、チェンジアーム7、XYステージ8は、図示なき真空ポンプなどの真空源によりウエハ50を吸着して保持する。
10はメインのアライナであり、ウエハ50のエッジ(外周端)を部分的に拡大撮影し、ノッチ51(図2参照)及びウエハ50の中心位置をプリアライナ6よりも更に精密に検出する。
【0010】
図2はプリアライナ6の構成を説明する図であり、図2(a)はプリアライナ6とウエハ50を上から見たときの図、図2(b)は側面を示した図である。プリアライナ6は、ウエハエッジに向けて検出光を投光するLED71a及びその検出光を受光するラインセンサ等の受光素子72aからなる第1検出光学系70aと、同じくLED71b及び受光素子72bからなる第2検出光学系70bを備える。第1検出光学系70aはウエハ50がφ300mmの場合に使用し、第2検出光学系70bはウエハ50がφ200mmの場合に使用する。42は回転ステージ5を回転する駆動ユニットである。
【0011】
図3はアライナ10の構成を説明する図である。図3(a)はアライナ10を上方から見たときの図、図3(b)はアライナ10の側面を示した図である。
XYステージ8の移動支基12(XY方向に可動)の上面には、面発光LED11が90°間隔に4個設けられており、XYステージ8に保持されたφ300mmのウエハ50のエッジを部分的に下方から略均一に照明する。ウエハ50の上方(Z方向)には固定支基13が配置されている。固定支基13は図示なき固定部材により、ウエハ検査装置1に固定されている。固定支基13の上には、ミラー14、三角孔の絞り15がそれぞれ90°間隔に4ヶ所配置されている。また、ミラー14の下部の固定支基13には、LED11からの光が通過するように穴18が空けられている。固定支基13の中央には4つの反射面を持つピラミッド型ミラー16が配置されており、その上方に撮像素子と撮影レンズを持つ1つのCCDカメラ17が配置されている。これらLED11、ミラー14、絞り15、ピラミッド型ミラー16、CCDカメラ17により、φ300mmのウエハ50の中心位置及びノッチ51を検出する光学系が構成される。
【0012】
LED11からの照明光はウエハ50のエッジを照明する。ウエハ50で遮られなかった光はミラー14に反射された後、絞り15を経てさらにピラミッド型ミラー16のミラー面によって反射され、CCDカメラ17に導かれる。このとき、CCDカメラ17の撮像面の異なる領域に4個所のエッジ像が導かれるようにミラー14、絞り15及びミラー16が構成されている。
【0013】
図5はCCDカメラ17に撮像されるウエハ50のエッジ像の様子を示した図である。略3角形に4分割された領域70a,70b,70c,70dがそれぞれ4組のLED11〜ミラー16によってそれぞれ導かれるエッジ像の撮像領域を示している。各領域70a,70b,70c,70d内の領域60a,60b,60c、60dが検出領域として設定されている。絞り15は、各検出領域に他のエッジ像が映り込まないように光束を制限するために設けられている。絞り15の配置は、できるだけウエハ50側が好ましく、穴18を絞り15の代わりとしても良い。
【0014】
また、アライナ10はφ200mmウエハのエッジ像をCCDカメラ17に導く光学系も同時に備える。φ200mmウエハのエッジに対応させて、移動支基12には面発光LED21が90°間隔に4個設けられており、固定支基13には光路長補正レンズ22、ハーフミラー23が同様に90°間隔に各4個設けられている。φ200mmウエハの場合はLED11を消した状態でLED21を点灯する。CCDカメラ17は、ミラー16、絞り15、ハーフミラー23、レンズ22を介してφ200mmウエハの4個所のエッジを同時に撮像する。
【0015】
以上のような構成の装置において、その動作を図4の制御系ブロック図を用いて説明する。なお、ウエハ50はφ300mmのものとして説明する。
制御部40はロボットアーム3を駆動させて、キャリヤ2内からウエハ50を吸着保持する。その後、ウエハ50を回転ステージ5上まで搬送する。回転ステージ5上にウエハ50が搭載されると、制御部40は回転ステージ5を駆動ユニット42により回転させる。回転が始まるとプリアライナ6によりノッチ51の概略検出が行われる。LED71aからの検出光により、ウエハ50の下方に取り付けた受光素子72aにはウエハエッジの影が投影される。制御部40は回転ステージ5を一定角度ずつ回転する都度、受光素子72aからの信号により回転中心からのエッジ距離を得て、このデータをメモリ41に記憶する。回転ステージ5の回転により1周分の外周データが得られたら、メモリ41から記憶したデータを呼び出し、エッジ距離が大きく変化する回転角度をノッチ51の位置として求める。制御部40は、XYステージ8にウエハ50を受け渡した時にノッチ51がCCDカメラ17の検出エリア60dの範囲に入るように、回転ステージ5を回転させる。
【0016】
また、メモリ41に記憶された回転角度毎のエッジ距離情報から回転ステージ5に置かれたウエハ50の偏心量を検出し、回転ステージ5上のウエハ50の中心位置にロボットアーム3のウエハ搬送中心が来るように、制御部40はロボットアーム3を駆動する。ロボットアーム3は、ウエハ50の偏心を概ねなくしノッチ51の位置を考慮した状態で、ウエハ50を回転ステージ5から受け取る。
【0017】
ウエハ50を受け取ったロボットアーム3は、ウエハ50をチェンジアーム7に受け渡す。チェンジアーム7は、ウエハ50をXYステージ8に受け渡す。チェンジアーム7がウエハ50をXYステージ8へ受け渡した時点で、制御部40はアライナ10を作動させる。なお、アライナ10を作動させるときは、図3のように、XYステージ8の中心がカメラ17の撮影基準軸と一致する所定位置に置かれる様に駆動ユニット43により、XYステージ8が動かされる。4つの面発光LED11を点灯すると、図5の如く、カメラ17により90°間隔のウエハ50の拡大されたエッジ像が一度に撮像される。検出領域の画素数を250、この領域で物側5mmのものを撮像するものとした場合、1画素当たりの撮像範囲は20μmとなる。すなわち、20μmの分解能で検出できる。図5において、61a、61b、61c、61dはそれぞれウエハ50の外周エッジ像である。61eはノッチ51部分の像であり、プリアライナ6の角度合わせによりおよその位置出しができているため、ノッチ像61eが検出領域60dに入るようになっている。
【0018】
図6は、図5の生画像を画像処理部31で微分画像に変換したものである。微分処理することによりウエハ50の画像を微分処理した外周端像63a、63b、63c、63d及びノッチ像63eが強調される。
【0019】
図7における線分64a、64b、64c、64dは、図6の微分された外周端像を検出領域60a、60b、60c、60dにおいて二値化したものである。演算処理部32はアライナ10の原点位置からX方向へ線分64aまでの距離をX1、線分64cまでの距離をX2として、その平均値X3=(X1−X2)/2をアライナ10の原点位置からウエハ50のX方向への偏心量として求める。このX3を検出領域60a、60cにおいてY軸方向に200ポイント求め、その平均値X3'をメモリ41に記憶する。同様に、Y軸方向も平均値Y3=(Y1−Y2)/2をアライナ10の原点位置からY方向への偏心量として求める。Y軸方向は、ノッチ51部分の比較ができないため、この部分を検出領域60b、60dにおいて省いている。そのため、平均値Y3の値をX軸方向に100ポイント求め、その平均値Y3'をメモリ41に記憶する。
【0020】
次に、ノッチ位置を求めるために図8におけるノッチ強調画像64eを作成する。正確にノッチ位置を求めるためには、図9に示すノッチ強調画像64eにおいて、ノッチ高さH1の上部から30%の距離H2の位置にX方向基準線Lを引き、その基準線から上下に1ピクセルづつ2本のラインを引き、それぞれノッチの線分との交点とアライナ10の原点位置からのX方向への距離Xa1〜Xa5、Xb1〜Xb5を求め、次式によりその偏心量Xcを求め、メモリ41に記憶する。
Xc=(Xa1+Xa2+Xa3+Xa4+Xa5-Xb1-Xb2-Xb3-Xb4-Xb5)/10
そして、X方向偏心平均値X3'、Y方向偏心平均値Y3'、ノッチ偏心量Xcをもとに、XYステージ8の中心位置に対するウエハ50の中心位置及びノッチ位置の情報を得る。この位置情報を加味して駆動ユニット43によりXYステージ8が移動し、ウエハ50が顕微鏡9の観察視野下に搬送される。これにより、操作者は高度な位置精度のもとにウエハ50の表面を検査することができる。
【0021】
アライナ10が動作し、オペレータが顕微鏡9でウエハ50を検査している間には、制御部40はロボットアーム3により次のウエハ50をキャリア2から取出し、上記と同様にプリアライナ6での検出を行った後に、チェンジアーム7の次の保持アームで待機させる。これにより、次のウエハ50がチェンジアーム7から即座にXYステージ8に移動されるので、ウエハの位置検出のスループットを速くすることができる。
【0022】
なお、以上ではウエハ50のエッジ像を90度離れた4個所で得る例を示したが、ウエハ50が完全な円形であると考えたときには、少なくとも3個所の外周端像があれば円の中心位置が求まるので、これをウエハ中心とすれば良い。ノッチ51を同時に検出する場合には、3個所の内の1つにノッチ51の像を含ませれば良い。
【0023】
また、上記実施の形態では、プリアライナ6を設けているが、特にプリアライナ6を設けないで、アライナ10にその機能を兼ね合わせても良い。例えば、アライナ10のXYステージ8を回転させて、カメラ17によりウエハ50の所定回転角毎のウエハ像を撮影し、画像処理部31によってウエハ50のエッジ像を画像処理した後、ノッチ51の位置を求める。また、画像処理部31によってウエハ50のエッジ像を画像処理した後、演算処理部32によってウエハの偏心量を概ね得る。制御部40は、XYステージ8を上記偏心量に応じた分だけ移動させて概ねウエハの偏心をなくし、XYステージ8を回転させてノッチ51を所定の位置にあわせる。その後は上述のようにアライナ10により精度良くウエハ50の位置検出を行う。
【0024】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ノッチ(切欠部)位置の検出及びウエハ中心位置の検出を精度良く行うことができる。また、ウエハを回転させずにすむため、検出の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウエハ検査装置の外観を示す図である。
【図2】プリアライナーの外観を示す図である。
【図3】アライナーの外観を示す図である。
【図4】制御系を示すブロック図である。
【図5】ウエハエッジの撮影画像を示す図である。
【図6】ウエハの微分画像を示す図である。
【図7】ウエハの微分画像を二値化したものを示す図である。
【図8】ノッチ強調画像を示す図である。
【図9】ノッチの偏心量Xを求める図である。
【図10】従来のウエハ位置検出装置を示す図である。
【符号の説明】
1 ウエハ検査装置
5 回転ステージ
6 プリアライナ
8 XYステージ
10 アライナ
11 面発光LED
14 ミラー
15 絞り
16 ピラミッド型ミラー
17 カメラ
21 面発光LED
22 光路長補正レンズ
23 ハーフミラー
31 画像処理部
32 演算処理部
40 制御部
Claims (5)
- ウエハの外周端に形成された切欠部を検出するウエハアライナ装置において、ウエハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエハの外周端を部分的に拡大して撮像する撮像手段を持つと共に、該撮像手段が有する撮像素子面の異なる検出領域に前記切欠部を含む1個所と少なくとも他の2個所のウエハ外周端像を導く導光光学系を持つ検出手段と、前記撮像手段により撮像された画像を処理してウエハの中心位置情報と前記切欠部の位置情報とを求める演算手段と、を備えることを特徴とするウエハアライナ装置。
- 請求項1のウエハアライナ装置は、前記検出手段の検出前にウエハの切欠部の位置を検出するプリアライナ手段と、該プリアライナ手段により検出されたウエハの切欠部の位置情報に基づき前記撮像手段の何れかの検出範囲に前記切欠部が入るようにウエハを移動する移動手段と、を備えることを特徴とするウエハアライナ装置。
- 請求項1の導光光学系は、前記撮像手段の各検出範囲に他のウエハ外周端像が映り込まないように撮像範囲を制限する絞りを有することを特徴とするウエハアライナ装置。
- 請求項1のウエハアライナ装置において、前記検出手段は前記撮像手段の各検出範囲に異なるサイズのウエハの外周端像を導く第2の導光光学系を持つことを特徴とするウエハアライナ装置。
- 請求項1〜4の何れかのウエハアライナ装置を備えることを特徴とするウエハ検査装置。
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