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発明の名称 自動ウエハ欠け検査装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−101409(P2001−101409A)
公開日 平成13年4月13日(2001.4.13)
出願番号 特願平11−274207
出願日 平成11年9月28日(1999.9.28)
代理人 【識別番号】100062144
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 (外1名)
【テーマコード(参考)】
2F065
2G051
4M106
5B057
【Fターム(参考)】
2F065 AA49 AA52 BB03 CC19 FF01 FF04 JJ03 JJ05 JJ09 RR06 UU02 
2G051 AA51 AB03 CA03 CA07 DA03 DA07 DA08 EA14 EA19 EA20 EB01 EB02 ED07 ED23 FA10
4M106 AA01 BA20 CA38 CA46 CA70 DB01 DB04 DB11 DB19 DB21 DH12 DH37 DJ04 DJ18 DJ21 DJ27
5B057 AA03 BA02 BA12 BA19 CA12 CA16 CH02 DA03 DB02 DC02 DC16 DC33
発明者 藤木 慎一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ウエハが載置されるステージと、上記ステージに対向して、上記ウエハの全周を覆うように並べられた複数の画像検出ユニットを備え、上記各画像検出ユニットは、それぞれ上記ウエハ周辺部のその検出ユニットが対向する区域を視野に入れて、その区域の画像を表す信号を出力するようになっており、上記各画像検出ユニットが出力した画像信号に基づいて、上記ウエハ周辺部の各区域毎に欠けの有無の判定を並列に実行する処理手段を備えたことを特徴とする自動ウエハ欠け検査装置。
【請求項2】 請求項1に記載の自動ウエハ欠け検査装置において、上記処理手段は、上記画像検出ユニットの出力信号に基づいて、上記ステージのウエハ載置面内での上記ウエハの中心の位置を求めた後、そのウエハ中心の位置に基づいて算出した上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとをそれぞれ比較することを特徴とする自動ウエハ欠け検査装置。
【請求項3】 請求項2に記載の自動ウエハ欠け検査装置において、上記処理手段は、上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとの距離が、予め定められた基準画素数以上であるか否かを判断することを特徴とする自動ウエハ欠け検査装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は自動ウエハ欠け検査装置に関し、より詳しくは、半導体ウエハの周辺部に生じた欠けを自動的に検査する装置に関する。
【0002】ここで、「欠け」とは、ウエハの方位を示すためにウエハ外周に設けられているオリフラ(オリエンテーションフラット)またはvノッチを除き、ウエハの周辺部が欠損したものを広く含む。すなわち、例えば「クラック」、「ひび割れ」なども、ウエハ周辺部が欠損している限り、呼称の如何を問わず「欠け」に含まれる。
【0003】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】半導体製造工程では、ウエハの搬送時などに、機械的衝撃によって偶発的にウエハの周辺部に欠けが生じることがある。ウエハ周辺部に一旦欠けが生じると、半導体製造工程が進むにつれて欠けの程度が進行して、ウエハが割れる傾向がある。
【0004】しかしながら、このようなウエハ周辺部の欠けは、発生頻度が少ないため、一般的に言って積極的には監視されていない。例えば、作業者が目視によるマクロ外観検査(ホトリソグラフィ工程やエッチング工程の後に、ウエハ内の比較的大きな領域を見ながら、色むらや傷の有無等を判定する検査)の際に発見するようにしているのが実情であり、1mm以下のサイズの欠けは見逃されることが多い。このため、見逃された欠けの程度が進行してウエハが割れ、それが半導体製造装置の汚染を引き起こし、汚染された製造装置によって多くの不良品が生産され、半導体工場の歩留まりが低下するなど、大きなトラブルに至ることがある。
【0005】そこで、この発明の目的は、ウエハ周辺部の欠けの有無を精度良く、短時間に検査できる自動ウエハ欠け検査装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、この発明の自動ウエハ欠け検査装置は、ウエハが載置されるステージと、上記ステージに対向して、上記ウエハの全周を覆うように並べられた複数の画像検出ユニットを備え、上記各画像検出ユニットは、それぞれ上記ウエハ周辺部のその検出ユニットが対向する区域を視野に入れて、その区域の画像を表す信号を出力するようになっており、上記各画像検出ユニットが出力した画像信号に基づいて、上記ウエハ周辺部の各区域毎に欠けの有無の判定を並列に実行する処理手段を備えたことを特徴とする。
【0007】この発明の自動ウエハ欠け検査装置では、ステージにウエハが載置されたとき、各画像検出ユニットがそれぞれウエハ周辺部のその検出ユニットが対向する区域の画像を表す信号を出力する。そして、処理手段が、各画像検出ユニットが出力した画像信号に基づいて、上記ウエハ周辺部の各区域毎に欠けの有無の判定を並列に実行する。
【0008】このように複数の画像検出ユニットがそれぞれ上記ウエハ周辺部のその検出ユニットが対向する区域の画像を表す信号を出力するので、作業者が目視でウエハ周辺部を観察する場合に比して、検査精度が高まる。
【0009】また、各区域についての画像データサイズはウエハ全周の画像データサイズに比して小さいから、処理手段が上記ウエハ周辺部の各区域毎に欠けの有無の判定を並列に実行することによって、1つのエリアセンサが出力したウエハ全周の画像データを一括して処理するような場合に比して、検査時間が短縮される。また、ウエハの全周を覆うように並べられた複数の画像検出ユニットによってウエハ全周の画像が同時に得られるので、走査を行う必要がない。したがって、走査を行う場合に比して、検査時間が短縮される。
【0010】また、走査を行う必要がないので、ウエハが載置されたステージを高精度で移動させる機構等を設ける必要がなく、この自動ウエハ欠け検査装置が簡素で安価に構成される。
【0011】一実施形態の自動ウエハ欠け検査装置では、上記処理手段は、上記画像検出ユニットの出力信号に基づいて、上記ステージのウエハ載置面内での上記ウエハの中心の位置を求めた後、そのウエハ中心の位置に基づいて算出した上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとをそれぞれ比較することを特徴とする。
【0012】この自動ウエハ欠け検査装置では、上記処理手段は、上記画像検出ユニットの出力信号に基づいて、上記ステージのウエハ載置面内での上記ウエハの中心の位置を求め、そのウエハ中心の位置に基づいて算出した上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとをそれぞれ比較する。したがって、ウエハ周辺部の欠けの有無が精度良く検査される。
【0013】また、一実施形態の自動ウエハ欠け検査装置では、上記処理手段は、上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとの距離が、予め定められた基準画素数以上であるか否かを判断することを特徴とする。
【0014】この自動ウエハ欠け検査装置では、上記処理手段は、上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとの距離が、予め定められた基準画素数以上であるか否かを判断する。したがって、サンプリング誤差を検出しない最低限のレベルに基準画素数を設定することによって、ウエハ周辺部の欠けの有無が精度良く検査される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0016】図1は一実施形態の自動ウエハ欠け検査装置1の概略構成を模式的に示している。この自動ウエハ欠け検査装置1は、ウエハ13が載置されるステージ12と、このステージ12に対向する画像検出ユニットの配列4を備えている。
【0017】検査対象となるウエハ13は、一定の厚さを持つ円板状の半導体結晶からなり、ウエハ周辺部13pにはウエハの結晶方位を表すためのオリフラ(オリエンテーションフラット)またはvノッチ22が形成されている。ただし、簡単のため、オリフラまたはvノッチ22の形状は図示が省略されている。
【0018】図1から分かるように、ステージ12は、ウエハ13の径よりも若干大きい径を持つ円板状の部材からなっている。このステージ12の上面がウエハ載置面であり、水平に配置されている。
【0019】画像検出ユニットの配列4は、この例では、ウエハ13の全周を覆うようにウエハ周辺部13pに対向して並べられた複数の画像検出ユニットU11,U12,…,U44からなっている。すなわち、図2(a)中に示すウエハ上端13dの接線方向に一定間隔で並ぶ4個の画像検出ユニットU11,U12,U13,U14と、ウエハ下端13cの接線方向に同じ間隔で並ぶ4個の画像検出ユニットU41,U42,U43,U44と、上記画像検出ユニットU11,U41の間でウエハ左端13aの接線方向に同じ間隔をなすようにで並ぶ画像検出ユニットU21,U31と、上記画像検出ユニットU14,U44の間でウエハ右端13bの接線方向に同じ間隔をなすように並ぶ画像検出ユニットU24,U34とからなっている。言いかえれば、この配列4は、一定間隔で4行×4列に並ぶ画像検出ユニットの行列から、中央部の4個の画像検出ユニットを取り除いたものに相当する。
【0020】各画像検出ユニットUij(i=1〜4、j=1〜4である。ただし、i=2または3のときは、j=1または4に限る。以下同様。)は、図2(b)に例示するように、それぞれウエハ13内のその検出ユニットが対向する区域Aijを視野に入れて、その区域Aijの画像を表す信号を出力するようになっている。この例では、各画像検出ユニットUijが受け持つ区域Aijは正方形領域となっている。このように、ウエハ全周を覆うように複数の画像検出ユニットU11,U12,…,U44を配列し、各画像検出ユニットUijが分割された区域Aijの画像を検出するようにしているので、作業者が目視でウエハ周辺部13pを観察する場合に比して、検査精度を高めることができる。また、ウエハ13の全周を覆うように並べられた複数の画像検出ユニットU11,U12,…,U44によってウエハ全周の画像が得られるので、走査を行う必要がない。したがって、走査を行う場合に比して、検査時間を短縮できる。
【0021】図1中の各画像検出ユニットUijが出力した画像信号は、処理手段としてのコントローラ2に入力される。詳しくは後述するが、コントローラ2は、各画像検出ユニットUijが出力した画像信号に基づいて、ウエハ周辺部13pの各区域Aij毎に「欠け」の有無の判定を並列に実行して、その判定結果を表示部3に表示させる。
【0022】コントローラ2は、図3に示すように、各画像検出ユニットUijに対応して設けられた検出画像メモリMSijと、検出画像メモリMSijにそれぞれ対応して設けられた比較部CMijと、各比較部CMijの比較結果に基づいてウエハ周辺部13pの欠けの有無を判定する判定部41を備えている。また、ウエハ13のオリフラまたはvノッチ22を検出するとともにウエハ中心21の位置(XY座標)を求めるウエハ方向/位置制御部43と、このウエハ方向/位置制御部43が求めたウエハ中心21のXY座標に基づいてウエハの仮想エッジを求める仮想エッジ作成部42と、この自動マクロ外観検査装置1全体の動作を制御する制御部40を備えている。
【0023】この自動ウエハ欠け検査装置1によるウエハ欠け検査の手順を、図4に示すフローに基づいて説明する。なお、ステージ12の中心と各画像検出ユニットUijとの位置関係は、取り込まれた画像に基づいて予め計測されているものとする。また、画像検出ユニット間で、可能な限り視野が同一サイズになるように倍率の調整を厳密に行っておく。
【0024】i)まず図2(a)に示すように、図示しないウエハ搬送ロボット等によりウエハカセットからウエハ13が搬送されてステージ12上に載置される。この時点で、ウエハ13のウエハ載置面内での位置(XY座標)は或る程度の範囲内に収まっていると考えられるが、ウエハ13の方向はウエハ載置面内であらゆる方向を向いている可能性がある。そこで、ウエハ方向/位置検出部43が、画像検出ユニットU11,U12,…,U44の出力信号に基づいて、回転補正のかけられるパターンマッチング技法によって、ウエハ13の方位を表すオリフラまたはvノッチ22を検出する(図4のS1)。そして、vノッチは検査対象から外す。
【0025】ii)続いて、ウエハ方向/位置検出部43は、ステージ12の中心OのXY座標を基準(0,0)として、ウエハ中心21のXY座標を求める(S2)。詳しくは、ウエハ方向/位置検出部43は、まず画像検出ユニットU11,U12,…,U44の出力信号に基づいて、図2(a)中に示すウエハエッジ13a,13b,13c,13dを検出する。そして、ウエハ左端13aのX座標をX1、ウエハ右端13bのX座標をX2とし、ウエハ下端13cのY座標をY1、ウエハ上端13dのY座標をY2として、ウエハ中心21のXY座標(X3,Y3)を、3=(X1+X2)/2 Y3=(Y1+Y2)/2 …(1)
によって求める。
【0026】また、オリフラまたはvノッチ22の影響が無い方向(X方向またはY方向)のウエハエッジ13a,13b,13c,13dの座標から、次式(2)によってウエハ13の半径Rを求める。
【0027】
R=(X2−X1)/2またはR=(Y2−Y1)/2 …(2)
なお、ウエハエッジ13a,13b,13c,13dのいずれかにオリフラまたはvノッチ22が存在する場合は、、オリフラまたはvノッチ22が存在するウエハエッジと反対側のエッジからウエハの直径分だけ離れた位置にウエハエッジが存在するものとする。
【0028】iii)次に、仮想エッジ作成部42が、予め計測されている各画像検出ユニットUijの視野原点27(図2(b)中に示す)のXY座標(X4,Y4)と、ウエハ方向/位置検出部43が求めたウエハ中心21のXY座標(X3,Y3)およびウエハ半径Rとに基づいて、各画像検出ユニットUijが受け持つ区域Aijにおけるウエハの仮想エッジを算出する(S3)。各区域Aijにおける仮想エッジは、中心のXY座標が(X3−X4,Y3−Y4)で半径がRの円弧となる。
【0029】そして、仮想エッジ作成部42は、各区域Aijにおける仮想エッジを、それぞれ対応する比較部CMijに分配する。
【0030】これらの仮想エッジを算出して比較部CMijに分配する処理は、各比較部CMij毎に並列に実行することができる。
【0031】iv)一方、各画像検出ユニットUijが実際に検出した区域Aijの画像は、それぞれ対応する検出画像メモリMSijに記憶されている。そこで、各比較部CMijがそれぞれ並列に、各区域Aijにおける仮想エッジと、それに対応する検出画像メモリMSijに格納された区域Aijの画像のウエハエッジ(これを「実エッジ」と呼ぶ。)とを比較する(S4)。
【0032】ここで、図5(a)に例示するように、ウエハ周辺部に欠けが存在しない場合であっても、各区域Aijにおける仮想エッジ(破線で示す)30と、それに対応する実エッジ(実線で示す)29との間には、1画素分か、せいぜい2画素分のサンプリング誤差が含まれている。そこで、欠けの有無の判定基準となる基準画素数を、予め3画素と定めておく。そして、図5(b)に例示するように、各区域Aijにおける仮想エッジ30′と、それに対応する実エッジ29との間に3画素分以上の距離があった場合に、その区域Aijに「欠け」が存在するものとする。これにより、ウエハ周辺部の欠けの有無を精度良く検査できる。なお、図5(a),(b)中の数字は、実エッジ29に対する仮想エッジ30,30′の距離を画素数で表している。
【0033】vi)この後、判定部41が、各比較部CMijの比較結果を受けて、予め定められた基準画素数(この例では3画素)に基づいて、判定部41が良否を判定する(図4のS5)。判定部41がウエハ周辺部に欠けが存在しない(「OK」である)と判定したときは、その判定結果「OK」を表示部3に表示する(S6)。一方、ウエハ周辺部に1個でも欠けが存在する(「NG」である)と判定したときは、その判定結果「NG」を表示部3に表示する(S7)。そして、外観検査を終了する。
【0034】このように、ウエハ全周の画像を複数の画像検出ユニットU11,U12,…,U44によって区分して並列に取り込み、画像検出ユニットU11,U12,…,U44に応じた数の比較部CM11,CM12,…,CM44で並列に比較処理を実行するので、1つのエリアセンサで検出したウエハ全周の画像データをそのまま処理する場合に比して、処理速度を高めることができ、その分だけ検査時間を短縮できる。この結果、実際上、半導体製造工程においてウエハ欠け検査をウエハの全数について行うことが可能になる。したがって、ウエハ欠けに起因するウエハの割れ、ウエハ割れに伴なう半導体製造装置の汚染、汚染された製造装置による不良品の生産、半導体工場の歩留まりの低下などを効果的に防止できる。
【0035】また、この自動ウエハ欠け検査装置1では、ウエハ全周の画像を複数の画像検出ユニットU11,U12,…,U44によって区分して並列に取り込むので、走査を行う必要がなく、ステージ12を高精度で移動させる機構等を設ける必要がない。したがって、この自動ウエハ欠け検査装置1を簡素で安価に構成できる。
【0036】なお、画像検出ユニットを複数個備えることによる価格上昇が懸念されるが、その問題は、量産効果のでやすい機能限定の画像検出ユニットを用いることにより解決する。これにより、ラインセンサを複数並列で処理する装置や、解像度の高いラインセンサを使う装置に比して、価格を数分の1に抑えることができる。
【0037】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の自動ウエハ欠け検査装置では、複数の画像検出ユニットがそれぞれ上記ウエハ周辺部のその検出ユニットが対向する区域の画像を表す信号を出力するので、作業者が目視でウエハ周辺部を観察する場合に比して、検査精度を高めることができる。
【0038】また、各区域についての画像データサイズはウエハ全周の画像データサイズに比して小さいから、処理手段が上記ウエハ周辺部の各区域毎に欠けの有無の判定を並列に実行することによって、1つのエリアセンサが出力したウエハ全周の画像データを一括して処理するような場合に比して、検査時間を短縮できる。また、ウエハの全周を覆うように並べられた複数の画像検出ユニットによってウエハ全周の画像が同時に得られるので、走査を行う必要がない。したがって、走査を行う場合に比して、検査時間を短縮できる。
【0039】また、走査を行う必要がないので、ウエハが載置されたステージを高精度で移動させる機構等を設ける必要がない。したがって、この自動ウエハ欠け検査装置は、簡素で安価に構成できる。
【0040】一実施形態の自動ウエハ欠け検査装置では、上記処理手段は、上記画像検出ユニットの出力信号に基づいて、上記ステージのウエハ載置面内での上記ウエハの中心の位置を求め、そのウエハ中心の位置に基づいて算出した上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとをそれぞれ比較するので、ウエハ周辺部の欠けの有無を精度良く検査できる。
【0041】また、一実施形態の自動ウエハ欠け検査装置では、上記処理手段は、上記ウエハの仮想エッジと、上記各画像検出ユニットが検出した各区域内のウエハエッジとの距離が、予め定められた基準画素数以上であるか否かを判断するので、サンプリング誤差を検出しない最低限のレベルに基準画素数を設定することによって、ウエハ周辺部の欠けの有無を精度良く検査できる。




 

 


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