JP4076343B2 - 半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め方法とその位置決め装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は半導体ウェハ周面に存在する微小な略平面部分にマーキングされる製品管理用あるいは各種セキュリティ用ドットマークの形成位置を任意に特定でき、且つ迅速で正確な位置決め方法と、その位置決め装置に関する。なお、本発明におけるドットマークの形成位置とは、ドットマークを形成すべき位置及びドットマークが形成された位置を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体の製造工程にあっては、各工程ごとに多様で且つ厳密な製造条件を設定する必要があり、これらを管理するために、半導体ウェハの一部表面に数字、文字、ドットによる一次マーク或いはバーコード等からなるマークが表示される。しかして、半導体の製造工程数は高集積化がなされるにつれて数１００以上にも及ぶ。しかも、各工程において多数の素子形成処理や平坦化処理がなされる。これらの処理には、例えばレジスト塗布、レジスト上へのパターンの縮小投影やレジスト現像、或いは銅配線などにより発生するギャップの埋込みのための絶縁膜や金属膜などの各種の成膜による平坦化がある。
【０００３】
前記ドットによるマーキングは、通常、連続パルスレーザビームを光学系を介して半導体ウェハの一部表面に照射することによりなされる。しかも、このマーキングは一回に限らず、各製造工程の履歴特性を知るために、各製造工程にて必要最小限の履歴データをマーキングすることが多い。ドットマーキングがなされた半導体ウェハは、一般に、Ｈｅ−Ｎｅレーザのレーザ光の照射による反射率の変化、或いは通常のレーザ光の熱波の振動の変化として読み取られ、その読み取られた情報に基づき、以降の製造工程における各種の製造条件が設定される。
【０００４】
ところで、ウェハの製造工程或いは半導体製造工程における処理履歴やロット毎の履歴特性などの様々な履歴情報は、例えばウェハのオリフラ部分の表面、ウェハ裏面、特開平７−２０１６８８号公報に開示されたようにウェハ周面に形成されるドットマークにより表示することが行われている。
【０００５】
更に近年では、本出願人が特願平１１−３３３８２４号及び特開２０００−２２３３８２号公報により先に提案しているごとく、ドットマークの形態が、例えば上下寸法０．０１〜５μｍ、最大幅１〜１５μｍと微小化されると共に、視認性にも優れたドット形態を形成することが可能となったがため、そのマーキング領域が一挙に拡大し、例えば半導体チップの寸法に切断するための切断線領域であるスクライブラインやウェハ周縁の上下面取り部分の平坦面、果てはウェハ周縁に形成される位置決めのための基準マークであるＶノッチ部の上下面取り部分の平坦面などの微小領域にマーキングがなされるようになってきている。
【０００６】
一方、従来から半導体素子の製造装置におけるウェハの露光転写工程などにおいてウェハを所定の位置に位置決めするための位置決め装置が多数提案されてきており、位置決め精度を更に高めると共に高速位置決めを目的として、例えば特開平４−２１２４３６号公報や特開平６−４５２２６号公報による提案もなされている。
【０００７】
これらの公報に開示されたウェハの位置決め装置をも含めて、一般の加工時における従来のこの種のウェハの位置決め装置にあっては、ウェハ周縁に形成されたオリフラやＶノッチ部のような基準マークの位置を検出すると共に、その検出位置と予め設定された位置決め設定位置とを合致させるべくウェハをｘ，ｙ，ｚの三軸方向に補正移動させて位置決めするものである。
【０００８】
ところで、上記オリフラ表面やスクライブラインはウェハの平滑表面側に存在しているため、レーザビームの照射によるマーキング位置決めにあたり、オリフラ表面やスクライブラインのビーム照射面に対して光軸を直交させることは、ウェハ表面の全体が平滑面であることから、技術的にそれほど困難性はない。
【０００９】
しかしながら、前記ウェハ周縁やＶノッチ部の各面取り部は、半径上の幅寸法が数１００μｍ程度と極めて微小な領域であり、それらの傾斜角が常に一定であるとは限らないため、このような微小領域に対して位置決めを行うに際しては、面取り領域の平面部分を正確に検出すると共に、同平面部分に対してレーザマーカの照射光軸を正確に直交させなければならない。その理由として次の点が挙げられる。すなわち、
▲１▼ 加工系の結像位置がウェハ周面から大きく外れる場合には、加工系の焦点が合わず品質の良い加工ができないこと。マーキング自体ができない場合もあること。
▲２▼ 各製造工程から受けるマークへの影響はウェハ周面のベベル面位置で異なり、マークの上部は消滅し、その下部だけが残ってしまう場合があること（逆の場合もあり得る) 。この場合、以降の工程ではマークを認識することができず、ウェハの管理上問題となること。
▲３▼ 読取装置側からみた場合、決まった位置にマーキングがなされていないとマークが予め設定された光量範囲から外れたり、或いはピントがずれることによりマーク認識が困難になることがある。
【００１０】
これらの点から、微小領域に形成される極めて微細なドットマークの形成位置を位置決めするためには、通常の位置決め以上の高精度が要求される。かかる要求は、単に半導体ウェハ表裏面への刻印によるドットマーキングには要求されない厳しいものであり、視認性のみならず、マーキングにあたって、特に配慮しなければならない。
【００１１】
そこで本出願人は、こうした微小領域における微小ドットマークの読取り／書込みを合理的に行うことができる処理装置を、特開２００１−２３５３０９号公報（被処理面の光学的な被処理領域検出兼処理装置）及び特願２０００−２８４６１７号（半導体ウェハのノッチ面取部平面部分の光学的処理装置とその処理方法）により提案した。これらの公報に開示された読取り／書込み位置の基本的な検出機構は、微小領域のＶノッチの面取部平面部分の光量変化を利用するものである。
【００１２】
上記特開２００１−２３５３０９号公報に係る被処理面の光学的な被処理領域検出兼処理装置は、微小領域のＶノッチの面取部平面部分を光学的に検出すると同時に処理装置の位置決めを自動的に行い得るものである。
【００１３】
すなわち、投光器及び受光器の各光軸を結ぶ線分の二等分線上に配された撮像器の光軸を微小領域のＶノッチの面取部平面部分に対して直交させるようにセットしたのち、投射した光を前記面取部平面部分に沿って走査させることにより、同面取部平面部分における光量変化が予め設定された所定の光量変化として捉えられる。その光量変化を光電変換素子を介して検出すると同時に、この光を撮像器の照明光として利用し、その検出面の表面を撮像してモニター等に表示する。このとき、撮像器を微調整して前記面取部平面部分に焦点を合わせ、同面取部平面部分に対する所望の光学的処理がなされる。
【００１４】
また、一方の特願２０００−２８４６１７号に係る半導体ウェハのノッチ面取部平面部分の光学的処理装置とその処理方法は、上記特開２００１−２３５３０９号公報のごとき投受光器を用いることなく、自動焦点合わせ機構をもつ処理装置の自動焦点合わせ用レーザ光を投受光器の光として使用している。
【００１５】
すなわち、前記面取部平面部分に投射した自動焦点合わせ用レーザ光の光軸を前記面取部平面部分の法線上に合致させるべく、前記面取部平面部分又は前記レーザ光の光軸を移動させ、同面取部平面部分における反射光量の変化を検出している。同面取部平面部分における反射光量が増加して、その最大となる位置が検出される。その検出がなされたとき、前記面取部平面部分の法線と前記レーザ光の光軸とが一致し、前記面取部平面部分に処理装置が正対する。このあと、自動焦点合わせ機構を作動させて前記面取部平面部分上の光像の焦点を撮像器の受像面に自動的に合わせたのち、前記面取部平面部分に対する所望の光学的処理を行う。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般にウェハの周面は、ウェハの種類やロットの違いにより必ずしも一律の外形形状をもつとは限らない。しかも、たとえウェハ周面のベベル面が一律であったとしても、ウェハ周縁を支持するために複数のウェハ把持部を配したアライメントステージに対して、半導体ウェハが常に同一平面内で載置されセットされるとは限らない。さらにウェハ周面の断面形状はウェハメーカーによって図１０に示すように異なり、現在では約１０種類のウェハが存在する。
【００１７】
微小領域からなるウェハ周面の中央平面部分、或いはウェハの周縁表裏に形成されたベベル面の平面部分のいずれかに対して位置決めを行うに際して、前述の特開２００１−２３５３０９号公報又は特願２０００−２８４６１７号に開示された技術を使用する場合には、投射した光を前記中央平面部分、或いは前記ベベル面の平面部分の所定領域に沿って走査させることにより、同平面部分における光量の変化を検出して、同平面部分を正確に検出すると共に、同平面部分に対してレーザマーカの照射光軸を正確に直交させる操作と、続く焦点合わせのために光学系の微調整操作とを行わなければならない。
【００１８】
これらの技術によれば、ウェハ周面の半径上の幅寸法が数１００μｍ程度の極めて微小な領域であるウェハ周面方向の微小領域に対しては、走査の途中でいかなるドットマーク形成位置にあるのかを正確に知ることができる。一方、ウェハ周面の厚さ方向の微小領域に対しては、どの領域に照射されているのかということは不明である。従って、ウェハ周面の中央平面部分、或いはウェハの周縁表裏に形成された平面部分にあって、レーザマーカの照射光軸を予め設定されたマーキング領域、特にウェハの厚さ方向の特定のマーキング領域に正確に合わせることは不可能である。このことは、上述のごとき多様な周面形状を有するウェハにマーキングする場合には、そのマーキング位置が常に正確であるとは限らないことを意味する。
【００１９】
勿論、ウェハ周面の各平面部分における厚さ方向の寸法は数１００μｍ程度の微小領域であって、上述の検出方法によって検出される領域が、ウェハの厚さ方向の如何なる領域にあるかを視覚により確認することは到底不可能である。そのため、個々のウェハに対して始めから上述の操作を繰り返し、ウェハの周面を正確に位置決めしながら、マーキングを行わなければならず、そのマーキング作業が煩雑となる。しかも、上述のごとき操作を繰り返したとしても、必ずしも予め設定されたマーキング領域に正確にマーキングがなされるという保証はない。
【００２０】
また、ウェハ周面の外形形状が異なるウェハにマーキングをするたびに、必然的に始めから上述の操作を繰り返し、ドットマーク形成位置の位置決めを実施せざるを得ないため、装置設定に多大な時間がかかり、実稼動時間率が低下する。因みに、上記検出方法を使ってドットマーク形成位置の位置決めを行うには、現状で数１０秒を要している。その結果、半導体装置の製造において少量多品種の生産を行う場合には、効率が低下するだけではなく、半導体製造工程の自動化の推進が困難にさせている。
【００２１】
本発明は、こうした状況を踏まえて開発されたものであり、その目的はウェハ周面の微小で局部的なマーキング領域を、視覚により或いは自動的に迅速に且つ正確に確定し得ると共に、高速に且つ高精度に位置決めを行うことを可能にし、更には異なる外形形状を有するウェハ周面に対しても、所望のマーキング領域に光学的な微細な処理を正確に行うことのできる半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め方法と、その位置決め装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上述の課題、特にウェハの厚さ方向におけるドットマーク形成位置が正確に特定できないという課題に対しては、ドットマークの形成領域周辺の形状がいかなるものであるかを正確に知る必要もある。また、上記課題、特にドットマークの形成位置を検出して処理系に位置合わせするのに要する時間が長いという課題に対しては、人的な判断と機械的操作の回数を極力少なくすることが必要である。本発明は、かかる観点に立ってなされたものである。
【００２３】
本件請求項１に係る発明は、半導体ウェハのドットマーク形成位置を位置決めする方法であって、半導体ウェハのドットマーク形成位置を位置決めする方法であって、前記半導体ウェハの周縁の一部を、光照射源と撮像装置とを有する撮像手段により撮像すること、前記光照射源と撮像装置とを、半導体ウェハの周面の接線方向に平行で、且つ前記照射光の一部が半導体ウェハの一部にかかるように配置すること、撮像手段により撮像された画像データに基づきドットマーク形成位置を決定すること、及び決定された前記ドットマーク形成位置と処理系の結像位置とのずれ量を演算し、そのずれ量に応じて半導体ウェハと処理系のうち少なくとも一方を相対的に移動させて両位置を一致させることを含んでなることを特徴とする半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め方法にある。
【００２４】
ここで、本発明は、撮像された撮像画像を画像表示装置に表示して、その表示画像上で所望のドットマーク形成位置などを求める処理を行うこと、あるいは画像表示装置に表示することなく、撮像された画像データに基づく所望のドットマーク形成位置などを制御部の内部で自動処理を行うことをも含んでいる。また、本発明における処理系とは、ドットマークの形成系及び同マークの読取系を含んでいる。
【００２５】
本発明によれば、例えば同種の半導体ウェハに対して、その周縁の平坦領域にドットマークを形成しようとするとき、従来と同様に、先ず最初の半導体ウェハを所定のアライメントステージに位置決めして固定する。次いで、例えば前述のごとく位置決め固定された半導体ウェハの周縁に形成されているＶノッチの位置を、例えば光学系検出手段により特定したのち、半導体ウェハの周縁の所定領域にドットマークを形成する。そのため、相対移動手段を回転制御して、マーキング領域を前記処理系の光軸上へと移動させる。このときの制御データは、全て制御部に記憶される。
【００２６】
一方、本発明にあっては前記マーキング領域を挟んで、一方に光照射源が配され、相対する他方には撮像装置が配されており、前記撮像装置により半導体ウェハのドットマーク領域周辺の断面形状を撮像する。そして、撮像された断面画像に対して、ウェハ周面の特に厚さ方向のどの位置にドットマーク形成またはマーク読取を行うかを決定して、制御部に記憶させる。決定されたドットマーク形成位置と処理系の結像位置とのずれ量を制御部において演算し、その位置ずれ量に応じて前記相対移動手段を駆動して半導体ウェハと処理系のうち少なくとも一方を制御移動させる。こうして、予め決定された前記ドットマーク形成位置を前記処理系の結像位置に機械的に合わせる。ここで、処理系を駆動して処理系の焦点を微調整することにより焦点合わせを行い、前記ドットマーク形成位置に対する所望のマーキング処理またはマーク読取処理を行う。
【００２７】
かかる方法を採用することにより、位置決めに要する時間は、従来のドットマーク形成位置の位置決め方法と較べると、撮像、演算処理及びウェハ移動などの時間を含めても大幅に短縮化され、ドットマーク形成位置の位置決めを合理的に行うことができるばかりでなく、そのドットマーク形成位置をウェハ周面の厚さ方向の任意の位置に決めることが可能となる。また、ウェハ周面のサイズ、撮像エリア、ＣＣＤの画素数（ラインセンサでも可能) 、画像処理性能、移動機構の精度などの設定条件を適当に選択すれば、本発明の方法による位置決め精度を極めて向上させることができるようになる。
【００２８】
また、撮像した画像を記憶部に保存しておくことが容易であるため、多品種生産で品種が変わっても、記憶部からデータをロードするだけで即座に検出に入ることができるばかりでなく、処理時における不良が生じた場合の解析データ、判定データ等にも非常に役立つ。従って、本発明の方法により、次のような優れた効果が得られる。
【００２９】
▲１▼ 高速、高精度な位置決めが可能であること。
▲２▼ 異なるウェハ周面形状に対応可能であること。
▲３▼ 位置決め設定に要する時間が短いこと。
▲４▼ 不具合解析等が可能であること。
▲５▼ ウェハ周面の厚さ方向の幅寸法が数１００μｍ程度である微小領域におけるドットマーク形成位置を的確に把握できること。
【００３０】
請求項２に係る発明は、撮像された半導体ウェハの周面の断面画像を、撮像画面から予め設定された形状と面積とをもつ切出画面を切り出すこと、前記切出画面内の前記断面画像上で、前記ドットマーク形成位置を決定すること、前記撮像画面上における前記切出画面の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求めること、決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求めること、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求めること、前記画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記処理系の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とから、相対的な移動量を決定すること、相対移動手段(30)により、相対的な移動量に基づいて前記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に一致させるべく前記半導体ウェハと前記処理系のうち少なくとも一方を相対的に移動させることを含んでいることを特徴としている。
【００３１】
この発明は、半導体ウェハのドットマーク形成位置と処理系の結像位置との位置ずれ量を座標値比較で求めている。この発明によれば、撮像された半導体ウェハの周面における断面画像に対して、所望のドットマーク形成位置の周辺部に予め決められた大きさをもつ一定形状の切出画面（検査用のウインドウ）の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を設定し、同切出画面内の前記断面画像上で決定された所望のドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求める。
【００３２】
次に、前記切出画面内での切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記ドットマーク形成位置の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 とに基づき、撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める。次いで、前記断面画像と同一画面上に表示された処理系の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に対して、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 が前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 からどれだけずれているかを演算し、Ｘ座標とＺ座標との差分（位置ずれ量）として制御部に伝達している。その位置ずれ量（Ｘ3 −Ｘ2 ，Ｚ3 −Ｚ2 ）に応じて、相対移動手段を制御移動する。こうして、決定されたドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に合致させることができる。そして処理系を駆動して、通常行われる焦点合わせを自動的に行い、前記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 に対する所望の処理を行う。
【００３３】
かかる方法によれば、特殊なプログラミング技術を使用しなくても、ソフトウェア処理を軽減し、画像処理のスピードアップを図ることができる。また、ウェハ周面の外形形状が異なり、或いはウェハがアライメントステージの加工誤差や組付け誤差などにより、前回と完全に一致する位置にセットされることなく、前記切出画面内における断面形状の位置が先の位置からずれたとしても、或いは切出画面の切出位置がずれたとしても、迅速に前記切出画面内でドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 との位置補正がなされるようになり、機械的な位置決めを高速に且つ高精度に行うことができる。
【００３４】
請求項３に係る発明は、前記請求項２に係る発明にあって、さらに前記切出画面上の前記断面画像の特異点を基準点ｘ2 ，ｚ2 として求めること、及び同基準点ｘ2 ，ｚ2 を基準として前記切出画面内の前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求めることを含んでいることを特徴としている。前記基準点ｘ2 ，ｚ2 は、半導体ウェハにあって変動しない点（特異点）であることが好ましく、例えばウェハ周面の中央平面部分における厚さ方向の中点がある。前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求めるには、先ず前記基準点ｘ2 ，ｚ2 を求めたのち、例えばそこからｘ軸方向にａ、ｚ軸方向にｂの座標（ｘ2 ＋ａ，ｚ2 ＋ｂ）を求めればよい。このように、基準点ｘ2 ，ｚ2 に基づいてドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求める場合には、より客観性をもってドットマーク形成位置を特定することができる。
【００３５】
請求項４に係る発明は、予め記憶された半導体ウェハの断面形状と、撮像された半導体ウェハの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別すること、同判別した断面形状に応じてドットマーク形成位置を決定することを含んでいることを特徴としている。
【００３６】
この発明は、半導体ウェハの各種の断面形状を標準パターンとして予め記憶部に記憶しており、この標準パターンと、対象パターンである撮像されたウェハ断面形状とを順次比較して一致度を判別している。前記標準パターンは、対象とする断面形状の全パターンを予め記憶しておいてもよく、特徴的な部分パターンを予め記憶しておいてもよいが、容易に変更できるため汎用性がある。
【００３７】
また、異なる種類のウェハにあっては、従来のごとくウェハ周面の外形形状が異なるウェハに処理を行うたびにドットマーク形成位置の位置決めを最初から実施する必要がなくなり、各種の前記標準パターンに対して前記対象パターンを重ね合わせて類似度を演算して判定すれば足りるため、機械的な位置決めに要する実稼動時間率を大幅に短縮することができる。このため、半導体装置の製造において少量多品種の生産を効率よく行うことができるようになり、半導体の製造工程の自動化が効果的に達成し得る。
【００３８】
請求項５に係る発明は、撮像された半導体ウェハの断面形状、及び各種処理情報などに関する情報データを記憶すること、その情報データに基づいて処理時における不具合の原因解析を行うことを含んでいることを特徴としている。
【００３９】
この発明は、撮像された半導体ウェハの断面形状及び各種処理情報などに関するデータ情報を断続的又は継続的に監視することに特徴がある。正常な処理を阻害する異常があるとき、記憶された半導体ウェハの断面形状やドットマーク形成位置等に関する様々な異常を即座に判別できると共に、各異常現象の因果関係の究明材料とすることができる。このため、各種のメンテナンスが容易であり、常に安定した処理を効果的に行うことができる。
【００４０】
更に、請求項６に係る発明は、半導体ウェハの周縁の一部を撮像するための光照射源及び撮像装置を有する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像データに基づきドットマーク形成位置を決定する演算手段と、照射光軸が予め前記撮像手段の光軸に略直交して配された処理系と、前記演算手段によって決定された前記ドットマーク形成位置と前記処理系 (20) の結像位置とのずれ量を比較し、両者の位置を一致させるよう前記半導体ウェハと前記処理系のうち少なくとも一方を相対移動させる相対移動手段とを備え、光照射源及び前記撮像手段は、その光照射源と撮像装置とを結ぶ照射光の光軸が半導体ウェハの周面の接線方向に平行で、かつ照射光の一部が半導体ウェハの周面の一部にかかるように、光照射源及び撮像装置が半導体ウェハを挟んで相対して配されてなることを特徴とする半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め装置にある。
【００４１】
本発明は、上記請求項１に係る発明と同様に、撮像された撮像画像を画像表示装置に一旦表示してドットマーク形成位置などを求める処理を行うことなく、ドットマーク形成位置などを制御部の内部で自動処理を行う場合をも含んでいる。
【００４２】
本発明装置は、上述のごとき撮像手段の照明光の光軸が、半導体ウェハの周面の一部と交差する位置であって前記撮像手段の光軸に、処理系の照射光軸を略直交するように予め設置されている。一方、前記相対移動手段の制御駆動部は、例えばウェハ中心を起点とするｘ’，ｚ’の二軸方向（水平方向及び上下方向）に制御移動すると共に、ｚ’軸周りを制御回転でき、ウェハをｙ’’軸回りに傾動可能に構成している。
【００４３】
かかる構成によれば、前記撮像手段にて撮像されたウェハ周面の断面画像情報を前記演算手段へ送り、同演算手段で半導体ウェハのドットマーク形成位置の演算処理を行うことによって、同演算手段から伝送された制御信号に基づき前記相対移動手段を移動制御することができる。このように、本発明によれば、前記撮像手段により半導体ウェハの微細な周面を断面画像として撮像すると共に、その断面画像の一部である所望のドットマーク形成位置に関する演算処理を行って敏速なデータ伝送が可能である。
【００４４】
このため、前記処理系の照射光軸に対して前記相対移動手段を高速に且つ高精度に位置決めすることができるようになり、前記ドットマーク形成位置に対する所望の処理を安定化させて位置決め精度のレベルを定量化することができる。
【００４５】
請求項７に係る発明は、前記演算手段が、撮像画面上における切出画面の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求めると共に、決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求め、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める演算部と、前記切出画面内の前記断面画像上で、前記ドットマーク形成位置を決定する位置設定部と、前記撮像画面上に前記処理系の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 を設定する結像位置設定部と、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とから、相対的な移動量を決定する比較演算部とを備えていることを特徴としている。
【００４６】
この発明の基本的な位置決め装置は、上述のごとき演算手段を採用することにより上記半導体ウェハのドットマーク形成位置と上記結像位置との位置補正、回転ずれ等を撮像画面上での座標値比較で演算している。
【００４７】
かかる構成によれば、特殊なハードウェア技術を使用しなくても、撮像画面上における座標値比較により前記半導体ウェハの移動量の判定処理と同時に、数１００μｍ程度の微小領域におけるｘ’，ｚ’方向への位置ずれ等を精密に補正することができるようになり、ウェハを位置決めする一連の動作を高速度、高機能、高判定性能をもって実現することができる。
【００４８】
請求項８に係る発明は、前記演算手段が、予め記憶された半導体ウェハの断面形状と、撮像された半導体ウェハの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別するパターン認識部を備えてなり、同パターン認識部によって判別した断面形状に応じてドットマーク形成位置を決定することを特徴としている。
【００４９】
この発明は、プログラムした各種の断面画像の情報を予め記憶部に多品種分記憶させておけば、例えば段取り変更に対しては、撮像された半導体ウェハの断面画像の種類を上述のごときパターン認識部により判別し、判別したウェハの断面形状に応じて予め設定されたドットマーク形成位置から、撮像画面上の上記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を自動的に決定することができるようになる。
【００５０】
かかる構成によると、豊富な各種のウェハの断面画像を自由に設定しておくことができる。このため、段取り変更を容易に行うことができると共に、ウェハの種類の変更に応じて、融通性、柔軟性等に富む高度な処理を行うことができるようになる。
【００５１】
請求項９に係る発明は、前記演算手段が、撮像された半導体ウェハの断面形状及び各種処理情報などに関する情報データを記憶する記憶部を備えてなり、同記憶部から呼び出された前記断面形状、及び各種処理情報などの情報データに基づいて処理時における不具合の原因解析を行うことを特徴としている。
【００５２】
この発明は、上記請求項８に係る発明のごとく各種のウェハ断面画像を予め設定しておくだけではなく、撮像された半導体ウェハの断面形状及びドットマーク形成位置等に関する各種の情報データを記憶部に記憶している。同記憶部に残っている撮像ずみの半導体ウェハの断面形状、姿勢等を解析して位置決め装置の異常、或いはウェハの不良の分析に使用することができる。また、この記憶データを保守、点検作業に利用することができると共に、管理データとして利用することもでき、各種の処理の安定化を図ることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本実施形態に係る半導体ウェハの周面部分に対するマーク形成装置の実施形態であるドットマーク形成位置の位置決め装置の概略構成を示している。図２は同位置決め装置における撮像手段と加工系処理部との各光軸の関係を示している。図３は同位置決め装置における演算手段の概略構成を示している。図４は微小なドットマーク形成の一例を模式的に示している。なお、本実施形態にあっては加工系処理部としてレーザマーカのごとき加工系処理部としているが、エッチングやリソグラフィ等による加工系処理部であってもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、レーザマーカによる加工系処理部２０を用いてドットマークを形成するマーキング処理に関して説明しているが、加工系処理部２０に代えてＣＣＤカメラ装置やレンズ系などの撮像処理を行う読取系処理部を使用してもよく、このドットマークを読み取る等の処理に関しても、本実施形態で説明した位置決め装置及び位置決め方法を効果的に適用することが可能である。
【００５５】
本実施形態にあっては、図４に示すように、前記加工系処理部により検出される平面部分領域を、ドットマークＤが形成される半導体ウェハＷの周面１０の極めて微小な面取り領域である上側の平面部分１０ａとしているが、半導体ウェハＷの周面１０の下側稜線部に形成される面取り領域の平面部分、或いは半導体ウェハＷの周面１０の中央平面部分１０ｃなどにも、同様のドットマークＤが形成できる。
【００５６】
前記平面部分１０ａに形成されるドットマークＤは、図４（ｂ）に示すように、上下寸法Ｌが０．０１〜５μｍ、最大幅ｗが１〜１５μｍと極めて微小な寸法を有している。その代表的な形態は、マーク中央部が前記平面部分１０ａの表面から隆起した視認性に優れた形態である。このドットマーク形態としては、従来から広く知られた凹穴形状であってもよい。マーク中央部が隆起する形態の微小な前記ドットマークの形成方法は、本件出願人により特開平２０００−２２３３８２号として先に提案されており、その詳細は同出願明細書に記載されているため、ここではそれらの詳しい説明は省略する。
【００５７】
本実施形態によれば、加工系処理部２０が固定されている場合には、傾斜する前記平面部分１０ａのドットマーク形成位置を検出すると共に、その平面部分１０ａに形成されるドットマークＤの書き込みを行うには、加工系処理部２０の設置位置を可能な限り不動としておくことが望ましい。本実施形態では、前記加工系処理部２０を一旦設置したのちは大きく動かす必要がないように、マーキング対象である半導体ウェハＷを位置決めして固定するアライメント部を相対移動手段３０として使い、半導体ウェハＷを制御移動させるようにしている。なお、アライメントがなされた半導体ウェハＷの位置に固定する場合には、前記加工系処理部２０を動かすようにしてもよい。
【００５８】
本実施形態では、図１に示すように、半導体ウェハＷの周縁を３点で支持させる３個のウェハ把持部３１が配されたアライメントステージ３２に半導体ウェハＷを載置してセットする。前記アライメントステージ３２は、図示せぬ制御駆動源に連結された制御駆動部３３によりウェハ中心Ｏを起点とするｘ’，ｙ’，ｚ’の三軸方向（水平及び上下方向）に制御移動できると共に、ｚ’軸周りを制御回転でき、撮像手段４０の光軸に平行な半導体ウェハＷの周面の接線方向を示すｙ’’軸回りに傾動可能に構成されている。
【００５９】
一方、加工系処理部２０のドットマーク形成用レーザ光をマーキング領域に直交させるには、例えばウェハ周縁に形成される位置決めのための基準マークであるＶノッチの位置を先ず検出する必要がある。Ｖノッチの位置を特定するには、一般に光電管などの光学系検出手段が用いられる。
【００６０】
Ｖノッチの位置を検出したのち、前記アライメントステージ３２をｚ’軸回りを所定の角度回転させて、ウェハＷを位置決めして固定する。焦点合わせは、ウェハと処理系の位置合わせ後に実施する。このときのアライメントステージ３２上における半導体ウェハＷの位置決め固定のための原理は、本出願人が先に提案した上記特願２０００−２８４６１７号に記載され、本実施形態にあっても、この原理を採用することができる。その詳細はこれらの出願明細書に記載されているため、ここではその詳しい説明は省略する。
【００６１】
本実施形態にあって上記ドットマークＤは、図４に示すように、ウェハ周面１０の面取部分の上側の平面部分１０ａに形成される。この平面部分１０ａは、半導体ウェハＷの半径方向の寸法が約数１００μｍ程度の極めて微小な領域であり、ウェハ表面１０ｂに対して所要の角度をもって傾斜している。この傾斜面はウェハの種類やロットの違いなどによって必ずしも一定の傾斜角からなるとは限らない。
【００６２】
前述のドットマークＤを形成するにあたり、理想的なマーク形態を得るために特に重要な点は、前記平面部分１０ａがウェハ表面１０ｂに対していかなる傾斜角にあるのかを正確に知って前記加工系処理部２０に対するウェハＷの微小部分における位置決め精度を確保すると共に、前記加工系処理部２０のレーザ光の照射光軸がマーキング領域に対して正確に直交して配されることであり、更に前記加工系処理部２０に対する前記相対移動手段３０の位置合わせをするのに要する時間を短くすることである。
【００６３】
ウェハ周面方向の微小領域に対しては、例えばＶノッチを基準として半導体ウェハＷをｚ’軸回りに所定の角度を回転させたのち、ｙ’’軸回りに傾動させることにより、ウェハ周面方向のいかなる位置にマーキング領域があるのかを正確に知ることができる。しかしながら、単に前述の方法を実行するだけでは、ウェハ周面の半径方向の微小領域に対しては、ウェハ周面の半径方向のどの位置をマーキング領域とするかを決めることができない。
【００６４】
そこで、本実施形態では、ウェハＷの周面の断面形状を撮像する撮像手段４０と、撮像された画像を使って、そのウェハＷの周縁傾斜面の半径方向の特定位置をドットマークＤの形成位置と決定する演算手段５０と、撮像画面上に表示されるマーキング位置に前記ドットマークＤの形成位置を合致すべく、上記アライメント部を操作してウェハＷを相対的に移動させる相対移動手段３０とを備えている。
【００６５】
これを具体的に述べると、前記撮像手段４０は前記マーキング領域を挟んで一方に配される照明装置４１と、相対する他方に配されるＣＣＤカメラ装置４２とを有している。同撮像手段４０は、前記照明装置４１の光を半導体ウェハＷの周面の一部に向けて照射し、その照射方向に配されたＣＣＤカメラ装置４２によりウェハＷにおけるドットマーク形成位置の周辺部の断面形状を撮像する。前記ＣＣＤカメラ装置４２は、図３に示すように、前記演算手段５０に接続されている。図５にウェハ周面の断面画像を模式的に示している。前記照明装置４１の照明光の光軸は、図２に示すように、ウェハＷの周面の一部と交差する位置であって加工系処理部２０のレーザ光軸に直交するように設置されている。
【００６６】
前記ＣＣＤカメラ装置４２により撮像されたデジタルビデオ信号は、図３に示すように、制御部５２の前記演算手段５０に入力される。この制御部５２には画像表示装置１１が接続されており、同画像表示装置１１に前記ＣＣＤカメラ装置４２により撮影されたウェハ周面の断面画像が拡大して表示される。
【００６７】
前記制御部５２は、切出画面Ｓの切り出し部５３に指令を与えて、図５（ａ）に示すように、撮像画面にあって前記断面画像に対して所望のドットマーク形成位置の周辺部を含めるように、予め設定された形状（矩形）と大きさ（面積）をもつ切出画面Ｓの切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を決める。前記切出画面Ｓの切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 の位置座標は演算部５５により算出する。ドットマーク形成位置の設定は、作業者が操作部１２を操作することにより行ってもよいが、前記制御部５２に予めモデル画像を記憶させておき、同モデル画像上の所定部位をドットマーク形成位置として設定しておく。
【００６８】
前記制御部５２は、前記切出画面Ｓ内の前記断面画像上でドットマーク形成位置を決めるべく位置設定部５４に指令を与え、図５（ｂ）に示すように、所望のドットマーク形成位置を決め、その位置を前記切出画面Ｓの二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求める。この座標ｘ1 ，ｚ1 は、撮像されたウェハ周面における断面画像の中央平面部分１０ｃの上下中心点ｘ2 ，ｚ2 を基準点として特定される。次に、前記制御部５２は演算部５５に指令を与えて、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記画像表示装置１１の画面上におけるドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める。
【００６９】
前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求める際に、例えば全てのウェハＷの断面画像の中央平面部分１０ｃの上下中心点ｘ2 ，ｚ2 を前述のごとき基準点として決めておき、前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を、予め前記基準点ｘ2 ，ｚ2 からｘ軸方向にａ、ｚ軸方向にｂの位置座標（ｘ2 ＋ａ，ｚ2 ＋ｂ）上にくるように設定しておけば、同種類の全てのウェハＷに対して前記基準点ｘ2 ，ｚ2 を求めればドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 は自ずと決まり、より客観性をもってドットマーク形成位置を特定することができる。
【００７０】
一方、撮像画面上にはウェハＷに対する予め決められた実際に照射する加工系処理部２０のレーザ光の照射点が、撮像画面上の固定座標点Ｘ3 ，Ｚ3 として表示されるとともに、その位置データは制御部５２にも記憶されている。前記制御部５２の指令に基づき結像位置設定部５６によって撮像画面上に表示された加工系処理部２０の照射点Ｘ3 ，Ｚ3 に対して、図５（ｃ）に示すように前記撮像画面上でドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 がどれだけずれているかを演算する。
【００７１】
この演算にあたっては、まず前記制御部５２の演算部５５にて上記切出画面上におけるドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 から、撮像画面上におけるドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を換算する必要がある。この換算が終了したのちに、比較演算部５７にて、加工系処理部２０の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 と前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 とから、ウェハＷの相対的な移動量及び方向が決定される。次に、その位置ずれ量（Ｘ3 −Ｘ2 ，Ｚ3 −Ｚ2 ）に応じて前記相対移動手段３０のアライメントステージ３２を制御動作させて、図５（ｄ）に示すように、上述のごとく切出画面上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を撮像画面上の加工系処理部２０の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に合致させることができる。
【００７２】
更に、前記制御部５２は、図１０に示すごとき予め記憶されたウェハＷ１〜Ｗ４の各種の断面形状と撮像されたウェハＷの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別するパターン認識部５８を備えている。同パターン認識部５８によって判別した断面形状に応じて予め設定されたドットマーク形成位置から、撮像画面上の上記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を自動的に決定することができるようになる。豊富な各種のウェハＷ１〜Ｗ４の断面画像を記憶しておけば、段取り変更を容易に行うことができると共に、ウェハＷの種類の変更に応じて、融通性、柔軟性等に富む高度な処理を行うことができるようになる。
【００７３】
このように、特殊なハードウェア技術を使用することなく画像表示装置１１の画面上における座標値比較によりウェハＷの相対的な移動量や方向等の判定処理と同時に、略数１００μｍ程度の微小領域におけるｘ，ｚ方向への位置ずれ等を精密に補正することができると共に、ウェハＷを位置決めする一連の動作を高速度、高機能、高判定性能を有するドットマーク形成位置の位置決め装置が得られる。
【００７４】
上記実施形態では、画像表示装置１１の画像処理範囲内の各画素を撮像画面上のＸ，Ｚ座標に割り当てることにより、ウェハ周面の断面画像を予め設定された寸法形状の切出画面Ｓを撮像画面から切り出して、所定の外形輪郭を有するウェハ周面のドットマーク形成位置と加工系処理部２０の結像位置とを座標値の比較で求めているが、ウェハ周面の断面画像は、ウェハ周面のサイズ又は撮像エリアなどの違いにより必ずしも撮像画面上の一律の位置に撮像されるとは限らない。また、ウェハ周面のベベル面が一律であったとしても、ウェハＷが、前記アライメントステージ３２の加工精度や組付け精度などにより前回と完全に一致する位置に同一平面内で載置してセットされるとは限らない。また、前記切出画面Ｓ内における断面形状の位置が先の位置からずれたり、或いは前記切出画面Ｓの切出位置がずれることもある。
【００７５】
そこで、本発明にあっては、図６（ａ）に示すように、撮像画面上に表示されるウェハ周面の断面画像が、同撮像画面内の予め設定された切出画面Ｓ内に対して位置ずれを生じた場合には、検出された断面画像の位置ずれに応じて、前記切出画面Ｓを任意に平行移動して処理することができるようにもできる。この状態は図６（ａ）及び（ｂ）に模式的に示されている。断面画像の位置ずれ量は演算部５５にて演算され、前記切出画面Ｓの移動後の切出位置Ｘ1 1 ，Ｚ1 1 を決める。
【００７６】
この場合には、上述のごとくウェハ周面の外形形状が異なり、ウェハＷが前記アライメントステージ３２により同一平面内で載置してセットされることなく、或いは前記切出画面Ｓ内における断面形状の位置が基準点ｘ2 ，ｚ2 から外れたとしても、そのウェハ周面形状が異なることを上記パターン認識部５８により認識され、迅速に前記切出画面Ｓ内でドットマーク形成位置と加工系処理部２０の結像位置との位置補正がなされ、前記相対移動手段３０の機械的な位置決めを高速に且つ高精度に行うことができる。
【００７７】
図７に本発明のドットマーク形成位置の位置決め装置における演算手段５０の処理手順の一例を示している。同図において、処理は、ブロック１００において開始し、先ず、図示せぬウェハキャリアに収納された複数枚の半導体ウェハＷのうち任意の一枚のウェハＷを取り出す。
【００７８】
次いで、ブロック１０１及び１０２において、上述のようにウェハＷをアライメントステージ３２に載置して、ウェハＷの周縁を３個のウェハ把持部３１により３点支持することによりセットする。次に、ブロック１０３及び１０４において、上述のように図示せぬ光学系検出手段によりウェハ周縁に形成されたＶノッチ位置を検出し、所定の角度回転させて、マーキング領域を加工系処理部２０のレーザ光軸に交差させる。
【００７９】
ブロック１０５において、照明装置４１の光をウェハ周面の一部に向けて照射する。ＣＣＤカメラ装置４２によりウェハＷのドットマーク形成位置の周辺部の断面形状を撮像する。必要ならば、撮像されたウェハ周面の断面画像を画像表示装置１１に拡大して表示する。更に、処理はブロック１０６に移行する。
【００８０】
ブロック１０６において、前記ＣＣＤカメラ装置４２により撮像されたウェハ周面の断面画像を予め設定された切出画面Ｓをもって切り出すべく制御部５２の切り出し部５３に指令を与えて、撮像画面上における前記切出画面Ｓの切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求める。
【００８１】
一方、マーキングの位置設定部５４では、前記切出画面Ｓ上でドットマーク形成位置が決定される。この位置が決定されると、演算部５５に指令を与えて、決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面Ｓの二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求める。次に、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める。設定部５４による切出画面Ｓ上でドットマーク形成位置の決定は、外部の操作部１２の操作信号によりなされてもよいが、制御部５２の内部処理に基づく指令信号によりなされる。
【００８２】
続いて、前記制御部５２からの指令信号が出され、結像位置設定部５６によって前記撮像画面上に表示された加工系処理部２０の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 と前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 とがどれだけずれているかを比較演算部５７にて比較演算され、ウェハＷの相対的な移動量及び方向等を決定する。その移動量及び方向を決定したのち、更に処理はブロック１０７へと移る。
【００８３】
ブロック１０７において、ウェハＷの移動量及び方向に応じて制御手段３０のアライメントステージ３２を制御移動させる。決定されたドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 は、相対移動手段３０の制御駆動部３３により加工系処理部２０の結像位置と合致されて位置決めを完了する。ここで、ブロック１０８において、加工系処理部２０の焦点を微調整することにより焦点合わせを自動的に行い、ブロック１０９において、前記ドットマーク形成位置に対する所望のレーザマーキングを行う。
【００８４】
ブロック１１０において、所望の前記ドットマーク形成位置に書き込まれた微小ドットマークの読み取りを行い、その情報を画像処理してマークの視認性等の確認がなされる。次いで、ブロック１１１，１１２及び１１３において、上述のごときブロック１００、１０１及び１０２における操作とは逆の操作を行い、ウェハキャリアに収納された複数枚の半導体ウェハＷのうち任意の一枚のウェハＷの処理を終了する。
【００８５】
位置決めに要する時間は、撮像に約３０ｍ秒、演算処理に約１００〜２００ｍ秒、移動に約１秒程度かかり、総合的にみてもほぼ１秒程度で済む。この時間は、従来のドットマーク形成位置の位置決めに要する時間と較べると、数１０分の１の時間である。ウェハ周面のサイズ、撮像エリア、ＣＣＤの画素数、画像処理性能、移動機構の精度などの設定条件を適当に選択すれば、位置決め精度をさらに向上させることができる。
【００８６】
図８に本発明に適用される演算手段５０の処理手順の他の一例を示している。ブロック１０７において、いま仮に、前記制御部５２からの指令によりアライメントステージ３２を移動させ、撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と加工系処理部２０の重合せ画面上の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とのずれ量が、例えば予め設定された約１０μｍの許容値を越えた場合には、改めて撮像及びマーキング位置を検出し、改めてそのずれ量を演算する。前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 と前記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 とのずれ量が、予め設定された許容範囲内にあれば、処理はブロック１１５に移行する。ブロック１１５において、撮像された半導体ウェハＷの断面形状やマーキング位置等に関する情報を記憶し、処理はブロック１１６において終了する。
【００８７】
かかる手順を採用すると、撮像した画像情報はモデル情報としての価値を有しており、これを記憶部に保存しておくことが容易であるため、多品種生産で品種が変わっても、記憶部からデータをダウンロードするだけで即座に検出に入ることができると共に、マーキング不良が生じた場合の解析データや判定データ等としても有効な情報となる。正常なマーキングを阻害する異常があるときには、各異常現象の因果関係の究明材料とすることができる。このため、各種のメンテナンスが容易であり、常に安定したマーキング処理を効果的に行うことができる。
【００８８】
図９に本発明に適用される演算手段５０の処理手順の更に他の一例を示している。同図において、予め記憶された図１０に示すごとき断面形状の異なるウェハＷ１〜Ｗ４と、現に撮像された半導体ウェハＷの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別し、判別した断面形状に応じて予め設定されたドットマーク形成位置に基づいて、撮像画面上の上記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求めている。
【００８９】
処理はブロック１０５において開始し、先ずブロック１１７において、標準パターンとして予め記憶部に記憶されたウェハＷ１〜Ｗ４の各種の断面形状と、現に撮像されたウェハＷの断面形状とを順次比較して、その一致度を判別する。撮像されたウェハ断面形状の種類が特定したのち、更に、処理は図８と同様にブロック１０６を経てからブロック１０６Ａ、１０７、１１４及び１１５へと進む。そして、ブロック１１５において、撮像されたウェハＷの断面形状及びマーキング位置等に関する情報を記憶し、処理はブロック１１６において終了する。
【００９０】
図１０に示すごとき標準パターンとしての前記ウェハＷ１〜Ｗ４は、対象とする断面形状の全パターンを予め記憶しておいてもよく、特徴的な部分パターンを予め記憶しておいてもよい。更には、前記ウェハの断面形状について、一部の種類のみウエハの断面形状を記憶しておき、撮像されたウエハの断面形状と比較し、その撮像されたウエハの断面形状が記憶されたウエハの断面形状と一致しなかった場合に、新たな種類のウエハの断面形状として、追加して記憶するようにしてもよい。また、ドットマークの形成位置についても、操作部１２より指示するようにしてもよいし、自動的に設定されるようにしてもよい。自動的に設定する方法としては、例えば既に記憶されているウエハの断面形状のうち類似するものを判別し、その類似するウエハの断面形状に設定されているドットマークの形成位置に対する撮像されたウエハの断面形状上の同等位置を自動で算出したり、所定の条件（ウエハ中心からの距離あるいはウエハ周縁端面からの距離など）に適合する位置を自動で算出するものがある。
【００９１】
また、図１０に示すごとき断面形状の異なるウェハＷにあって、所定のマーキング領域にドットマーク形成位置の位置決めを実施しようとするとき、各種のウェハに対して豊富に予め記憶されたウェハＷ１〜Ｗ４の情報を重ね合わせて類似度を判定すれば、その位置合わせ操作は容易となり、機械的な位置決めに要する実稼動時間率を大幅に短縮することができ、半導体装置の製造において少量多品種の生産を効率よく行うことができるようになり、半導体の製造工程の自動化が効果的に達成し得る。また、上記図８及び図９において制御手段の一例として示すブロック１０５〜１１６は、上記図７において制御手段の一例として示すブロック１０５〜１０７に代えて利用することができる。
ところで、本実施形態では画像表示装置１１に撮像画像を表示して位置などを求める処理を行っているが、自動的に制御部５２の内部で処理が実施される場合には、上記処理に対する必要性はなくなり、この場合には画像表示装置１１はなくてもよく、上記説明に関して画像表示に関する内容を省略することもできる。なお、画像表示をしない場合には、目視による確認はできない。
【００９２】
以上の説明からも明らかなように、本実施形態に係る半導体ウェハＷのドットマーク形成位置の位置決め方法とその位置決め装置によれば、特殊なハードウェア及びソフトウェア技術を使用しなくても、前記撮像手段４０によりウェハＷの微細な周面を断面画像に撮像すると共に、その断面画像の一部にある所望のドットマーク形成位置に関する位置情報の敏速な伝送と加工とが可能となる。このため、前記加工系処理部２０の処理軸線（レーザ光軸）に対して前記相対移動手段３０を高速に且つ高精度に作動させることができるようになり、半導体ウェハＷの周面の周方向に限らず、その半径方向の微細領域であるドットマークの形成位置を検出して特定することができ、同位置に対する所望のマーキング処理を安定して行うことができる。
【００９３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、それらの実施形態から当業者が容易に変更可能な技術的な範囲をも当然に包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る半導体ウェハの周面部分に対するマーク形成装置の実施形態であるドットマーク形成位置の位置決め装置の概略構成図である。
【図２】同位置決め装置における撮像手段と加工系処理部との各光軸の関係を示す説明図である。
【図３】同位置決め装置に適用される演算手段の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図４】微小なドットマーク形成の一例を模式的に示す部分平面図である。
【図５】ウェハ周面の断面画像を模式的に示す図である。
【図６】ウェハ周面の他の断面画像を模式的に示す図である。
【図７】同位置決め装置の制御手順の一例を示すフローチャート図である。
【図８】同位置決め装置の制御手順の他の一例を示すフローチャート図である。
【図９】同位置決め装置の制御手順の更に他の一例を示すフローチャート図である。
【図１０】ウェハの各種の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
１０ ウェハ周面
１０ａ 平面部分
１０ｂ ウェハ表面
１０ｃ 中央平面部分
１１ 画像表示装置
１２ 操作部
２０ 加工系処理部
３０ 相対移動手段
３１ ウェハ把持部
３２ アライメントステージ
４０ 撮像手段
４１ 照明装置
４２ ＣＣＤカメラ装置
５０ 演算手段
５２ 制御部
５３ 切り出し部
５４ 位置設定部
５５ 演算部
５６ 結像位置設定部
５７ 比較演算部
５８ パターン認識部
Ｄ ドットマーク
Ｗ 半導体ウェハ
【発明が属する技術分野】
本発明は半導体ウェハ周面に存在する微小な略平面部分にマーキングされる製品管理用あるいは各種セキュリティ用ドットマークの形成位置を任意に特定でき、且つ迅速で正確な位置決め方法と、その位置決め装置に関する。なお、本発明におけるドットマークの形成位置とは、ドットマークを形成すべき位置及びドットマークが形成された位置を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体の製造工程にあっては、各工程ごとに多様で且つ厳密な製造条件を設定する必要があり、これらを管理するために、半導体ウェハの一部表面に数字、文字、ドットによる一次マーク或いはバーコード等からなるマークが表示される。しかして、半導体の製造工程数は高集積化がなされるにつれて数１００以上にも及ぶ。しかも、各工程において多数の素子形成処理や平坦化処理がなされる。これらの処理には、例えばレジスト塗布、レジスト上へのパターンの縮小投影やレジスト現像、或いは銅配線などにより発生するギャップの埋込みのための絶縁膜や金属膜などの各種の成膜による平坦化がある。
【０００３】
前記ドットによるマーキングは、通常、連続パルスレーザビームを光学系を介して半導体ウェハの一部表面に照射することによりなされる。しかも、このマーキングは一回に限らず、各製造工程の履歴特性を知るために、各製造工程にて必要最小限の履歴データをマーキングすることが多い。ドットマーキングがなされた半導体ウェハは、一般に、Ｈｅ−Ｎｅレーザのレーザ光の照射による反射率の変化、或いは通常のレーザ光の熱波の振動の変化として読み取られ、その読み取られた情報に基づき、以降の製造工程における各種の製造条件が設定される。
【０００４】
ところで、ウェハの製造工程或いは半導体製造工程における処理履歴やロット毎の履歴特性などの様々な履歴情報は、例えばウェハのオリフラ部分の表面、ウェハ裏面、特開平７−２０１６８８号公報に開示されたようにウェハ周面に形成されるドットマークにより表示することが行われている。
【０００５】
更に近年では、本出願人が特願平１１−３３３８２４号及び特開２０００−２２３３８２号公報により先に提案しているごとく、ドットマークの形態が、例えば上下寸法０．０１〜５μｍ、最大幅１〜１５μｍと微小化されると共に、視認性にも優れたドット形態を形成することが可能となったがため、そのマーキング領域が一挙に拡大し、例えば半導体チップの寸法に切断するための切断線領域であるスクライブラインやウェハ周縁の上下面取り部分の平坦面、果てはウェハ周縁に形成される位置決めのための基準マークであるＶノッチ部の上下面取り部分の平坦面などの微小領域にマーキングがなされるようになってきている。
【０００６】
一方、従来から半導体素子の製造装置におけるウェハの露光転写工程などにおいてウェハを所定の位置に位置決めするための位置決め装置が多数提案されてきており、位置決め精度を更に高めると共に高速位置決めを目的として、例えば特開平４−２１２４３６号公報や特開平６−４５２２６号公報による提案もなされている。
【０００７】
これらの公報に開示されたウェハの位置決め装置をも含めて、一般の加工時における従来のこの種のウェハの位置決め装置にあっては、ウェハ周縁に形成されたオリフラやＶノッチ部のような基準マークの位置を検出すると共に、その検出位置と予め設定された位置決め設定位置とを合致させるべくウェハをｘ，ｙ，ｚの三軸方向に補正移動させて位置決めするものである。
【０００８】
ところで、上記オリフラ表面やスクライブラインはウェハの平滑表面側に存在しているため、レーザビームの照射によるマーキング位置決めにあたり、オリフラ表面やスクライブラインのビーム照射面に対して光軸を直交させることは、ウェハ表面の全体が平滑面であることから、技術的にそれほど困難性はない。
【０００９】
しかしながら、前記ウェハ周縁やＶノッチ部の各面取り部は、半径上の幅寸法が数１００μｍ程度と極めて微小な領域であり、それらの傾斜角が常に一定であるとは限らないため、このような微小領域に対して位置決めを行うに際しては、面取り領域の平面部分を正確に検出すると共に、同平面部分に対してレーザマーカの照射光軸を正確に直交させなければならない。その理由として次の点が挙げられる。すなわち、
▲１▼ 加工系の結像位置がウェハ周面から大きく外れる場合には、加工系の焦点が合わず品質の良い加工ができないこと。マーキング自体ができない場合もあること。
▲２▼ 各製造工程から受けるマークへの影響はウェハ周面のベベル面位置で異なり、マークの上部は消滅し、その下部だけが残ってしまう場合があること（逆の場合もあり得る) 。この場合、以降の工程ではマークを認識することができず、ウェハの管理上問題となること。
▲３▼ 読取装置側からみた場合、決まった位置にマーキングがなされていないとマークが予め設定された光量範囲から外れたり、或いはピントがずれることによりマーク認識が困難になることがある。
【００１０】
これらの点から、微小領域に形成される極めて微細なドットマークの形成位置を位置決めするためには、通常の位置決め以上の高精度が要求される。かかる要求は、単に半導体ウェハ表裏面への刻印によるドットマーキングには要求されない厳しいものであり、視認性のみならず、マーキングにあたって、特に配慮しなければならない。
【００１１】
そこで本出願人は、こうした微小領域における微小ドットマークの読取り／書込みを合理的に行うことができる処理装置を、特開２００１−２３５３０９号公報（被処理面の光学的な被処理領域検出兼処理装置）及び特願２０００−２８４６１７号（半導体ウェハのノッチ面取部平面部分の光学的処理装置とその処理方法）により提案した。これらの公報に開示された読取り／書込み位置の基本的な検出機構は、微小領域のＶノッチの面取部平面部分の光量変化を利用するものである。
【００１２】
上記特開２００１−２３５３０９号公報に係る被処理面の光学的な被処理領域検出兼処理装置は、微小領域のＶノッチの面取部平面部分を光学的に検出すると同時に処理装置の位置決めを自動的に行い得るものである。
【００１３】
すなわち、投光器及び受光器の各光軸を結ぶ線分の二等分線上に配された撮像器の光軸を微小領域のＶノッチの面取部平面部分に対して直交させるようにセットしたのち、投射した光を前記面取部平面部分に沿って走査させることにより、同面取部平面部分における光量変化が予め設定された所定の光量変化として捉えられる。その光量変化を光電変換素子を介して検出すると同時に、この光を撮像器の照明光として利用し、その検出面の表面を撮像してモニター等に表示する。このとき、撮像器を微調整して前記面取部平面部分に焦点を合わせ、同面取部平面部分に対する所望の光学的処理がなされる。
【００１４】
また、一方の特願２０００−２８４６１７号に係る半導体ウェハのノッチ面取部平面部分の光学的処理装置とその処理方法は、上記特開２００１−２３５３０９号公報のごとき投受光器を用いることなく、自動焦点合わせ機構をもつ処理装置の自動焦点合わせ用レーザ光を投受光器の光として使用している。
【００１５】
すなわち、前記面取部平面部分に投射した自動焦点合わせ用レーザ光の光軸を前記面取部平面部分の法線上に合致させるべく、前記面取部平面部分又は前記レーザ光の光軸を移動させ、同面取部平面部分における反射光量の変化を検出している。同面取部平面部分における反射光量が増加して、その最大となる位置が検出される。その検出がなされたとき、前記面取部平面部分の法線と前記レーザ光の光軸とが一致し、前記面取部平面部分に処理装置が正対する。このあと、自動焦点合わせ機構を作動させて前記面取部平面部分上の光像の焦点を撮像器の受像面に自動的に合わせたのち、前記面取部平面部分に対する所望の光学的処理を行う。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般にウェハの周面は、ウェハの種類やロットの違いにより必ずしも一律の外形形状をもつとは限らない。しかも、たとえウェハ周面のベベル面が一律であったとしても、ウェハ周縁を支持するために複数のウェハ把持部を配したアライメントステージに対して、半導体ウェハが常に同一平面内で載置されセットされるとは限らない。さらにウェハ周面の断面形状はウェハメーカーによって図１０に示すように異なり、現在では約１０種類のウェハが存在する。
【００１７】
微小領域からなるウェハ周面の中央平面部分、或いはウェハの周縁表裏に形成されたベベル面の平面部分のいずれかに対して位置決めを行うに際して、前述の特開２００１−２３５３０９号公報又は特願２０００−２８４６１７号に開示された技術を使用する場合には、投射した光を前記中央平面部分、或いは前記ベベル面の平面部分の所定領域に沿って走査させることにより、同平面部分における光量の変化を検出して、同平面部分を正確に検出すると共に、同平面部分に対してレーザマーカの照射光軸を正確に直交させる操作と、続く焦点合わせのために光学系の微調整操作とを行わなければならない。
【００１８】
これらの技術によれば、ウェハ周面の半径上の幅寸法が数１００μｍ程度の極めて微小な領域であるウェハ周面方向の微小領域に対しては、走査の途中でいかなるドットマーク形成位置にあるのかを正確に知ることができる。一方、ウェハ周面の厚さ方向の微小領域に対しては、どの領域に照射されているのかということは不明である。従って、ウェハ周面の中央平面部分、或いはウェハの周縁表裏に形成された平面部分にあって、レーザマーカの照射光軸を予め設定されたマーキング領域、特にウェハの厚さ方向の特定のマーキング領域に正確に合わせることは不可能である。このことは、上述のごとき多様な周面形状を有するウェハにマーキングする場合には、そのマーキング位置が常に正確であるとは限らないことを意味する。
【００１９】
勿論、ウェハ周面の各平面部分における厚さ方向の寸法は数１００μｍ程度の微小領域であって、上述の検出方法によって検出される領域が、ウェハの厚さ方向の如何なる領域にあるかを視覚により確認することは到底不可能である。そのため、個々のウェハに対して始めから上述の操作を繰り返し、ウェハの周面を正確に位置決めしながら、マーキングを行わなければならず、そのマーキング作業が煩雑となる。しかも、上述のごとき操作を繰り返したとしても、必ずしも予め設定されたマーキング領域に正確にマーキングがなされるという保証はない。
【００２０】
また、ウェハ周面の外形形状が異なるウェハにマーキングをするたびに、必然的に始めから上述の操作を繰り返し、ドットマーク形成位置の位置決めを実施せざるを得ないため、装置設定に多大な時間がかかり、実稼動時間率が低下する。因みに、上記検出方法を使ってドットマーク形成位置の位置決めを行うには、現状で数１０秒を要している。その結果、半導体装置の製造において少量多品種の生産を行う場合には、効率が低下するだけではなく、半導体製造工程の自動化の推進が困難にさせている。
【００２１】
本発明は、こうした状況を踏まえて開発されたものであり、その目的はウェハ周面の微小で局部的なマーキング領域を、視覚により或いは自動的に迅速に且つ正確に確定し得ると共に、高速に且つ高精度に位置決めを行うことを可能にし、更には異なる外形形状を有するウェハ周面に対しても、所望のマーキング領域に光学的な微細な処理を正確に行うことのできる半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め方法と、その位置決め装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上述の課題、特にウェハの厚さ方向におけるドットマーク形成位置が正確に特定できないという課題に対しては、ドットマークの形成領域周辺の形状がいかなるものであるかを正確に知る必要もある。また、上記課題、特にドットマークの形成位置を検出して処理系に位置合わせするのに要する時間が長いという課題に対しては、人的な判断と機械的操作の回数を極力少なくすることが必要である。本発明は、かかる観点に立ってなされたものである。
【００２３】
本件請求項１に係る発明は、半導体ウェハのドットマーク形成位置を位置決めする方法であって、半導体ウェハのドットマーク形成位置を位置決めする方法であって、前記半導体ウェハの周縁の一部を、光照射源と撮像装置とを有する撮像手段により撮像すること、前記光照射源と撮像装置とを、半導体ウェハの周面の接線方向に平行で、且つ前記照射光の一部が半導体ウェハの一部にかかるように配置すること、撮像手段により撮像された画像データに基づきドットマーク形成位置を決定すること、及び決定された前記ドットマーク形成位置と処理系の結像位置とのずれ量を演算し、そのずれ量に応じて半導体ウェハと処理系のうち少なくとも一方を相対的に移動させて両位置を一致させることを含んでなることを特徴とする半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め方法にある。
【００２４】
ここで、本発明は、撮像された撮像画像を画像表示装置に表示して、その表示画像上で所望のドットマーク形成位置などを求める処理を行うこと、あるいは画像表示装置に表示することなく、撮像された画像データに基づく所望のドットマーク形成位置などを制御部の内部で自動処理を行うことをも含んでいる。また、本発明における処理系とは、ドットマークの形成系及び同マークの読取系を含んでいる。
【００２５】
本発明によれば、例えば同種の半導体ウェハに対して、その周縁の平坦領域にドットマークを形成しようとするとき、従来と同様に、先ず最初の半導体ウェハを所定のアライメントステージに位置決めして固定する。次いで、例えば前述のごとく位置決め固定された半導体ウェハの周縁に形成されているＶノッチの位置を、例えば光学系検出手段により特定したのち、半導体ウェハの周縁の所定領域にドットマークを形成する。そのため、相対移動手段を回転制御して、マーキング領域を前記処理系の光軸上へと移動させる。このときの制御データは、全て制御部に記憶される。
【００２６】
一方、本発明にあっては前記マーキング領域を挟んで、一方に光照射源が配され、相対する他方には撮像装置が配されており、前記撮像装置により半導体ウェハのドットマーク領域周辺の断面形状を撮像する。そして、撮像された断面画像に対して、ウェハ周面の特に厚さ方向のどの位置にドットマーク形成またはマーク読取を行うかを決定して、制御部に記憶させる。決定されたドットマーク形成位置と処理系の結像位置とのずれ量を制御部において演算し、その位置ずれ量に応じて前記相対移動手段を駆動して半導体ウェハと処理系のうち少なくとも一方を制御移動させる。こうして、予め決定された前記ドットマーク形成位置を前記処理系の結像位置に機械的に合わせる。ここで、処理系を駆動して処理系の焦点を微調整することにより焦点合わせを行い、前記ドットマーク形成位置に対する所望のマーキング処理またはマーク読取処理を行う。
【００２７】
かかる方法を採用することにより、位置決めに要する時間は、従来のドットマーク形成位置の位置決め方法と較べると、撮像、演算処理及びウェハ移動などの時間を含めても大幅に短縮化され、ドットマーク形成位置の位置決めを合理的に行うことができるばかりでなく、そのドットマーク形成位置をウェハ周面の厚さ方向の任意の位置に決めることが可能となる。また、ウェハ周面のサイズ、撮像エリア、ＣＣＤの画素数（ラインセンサでも可能) 、画像処理性能、移動機構の精度などの設定条件を適当に選択すれば、本発明の方法による位置決め精度を極めて向上させることができるようになる。
【００２８】
また、撮像した画像を記憶部に保存しておくことが容易であるため、多品種生産で品種が変わっても、記憶部からデータをロードするだけで即座に検出に入ることができるばかりでなく、処理時における不良が生じた場合の解析データ、判定データ等にも非常に役立つ。従って、本発明の方法により、次のような優れた効果が得られる。
【００２９】
▲１▼ 高速、高精度な位置決めが可能であること。
▲２▼ 異なるウェハ周面形状に対応可能であること。
▲３▼ 位置決め設定に要する時間が短いこと。
▲４▼ 不具合解析等が可能であること。
▲５▼ ウェハ周面の厚さ方向の幅寸法が数１００μｍ程度である微小領域におけるドットマーク形成位置を的確に把握できること。
【００３０】
請求項２に係る発明は、撮像された半導体ウェハの周面の断面画像を、撮像画面から予め設定された形状と面積とをもつ切出画面を切り出すこと、前記切出画面内の前記断面画像上で、前記ドットマーク形成位置を決定すること、前記撮像画面上における前記切出画面の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求めること、決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求めること、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求めること、前記画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記処理系の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とから、相対的な移動量を決定すること、相対移動手段(30)により、相対的な移動量に基づいて前記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に一致させるべく前記半導体ウェハと前記処理系のうち少なくとも一方を相対的に移動させることを含んでいることを特徴としている。
【００３１】
この発明は、半導体ウェハのドットマーク形成位置と処理系の結像位置との位置ずれ量を座標値比較で求めている。この発明によれば、撮像された半導体ウェハの周面における断面画像に対して、所望のドットマーク形成位置の周辺部に予め決められた大きさをもつ一定形状の切出画面（検査用のウインドウ）の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を設定し、同切出画面内の前記断面画像上で決定された所望のドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求める。
【００３２】
次に、前記切出画面内での切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記ドットマーク形成位置の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 とに基づき、撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める。次いで、前記断面画像と同一画面上に表示された処理系の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に対して、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 が前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 からどれだけずれているかを演算し、Ｘ座標とＺ座標との差分（位置ずれ量）として制御部に伝達している。その位置ずれ量（Ｘ3 −Ｘ2 ，Ｚ3 −Ｚ2 ）に応じて、相対移動手段を制御移動する。こうして、決定されたドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に合致させることができる。そして処理系を駆動して、通常行われる焦点合わせを自動的に行い、前記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 に対する所望の処理を行う。
【００３３】
かかる方法によれば、特殊なプログラミング技術を使用しなくても、ソフトウェア処理を軽減し、画像処理のスピードアップを図ることができる。また、ウェハ周面の外形形状が異なり、或いはウェハがアライメントステージの加工誤差や組付け誤差などにより、前回と完全に一致する位置にセットされることなく、前記切出画面内における断面形状の位置が先の位置からずれたとしても、或いは切出画面の切出位置がずれたとしても、迅速に前記切出画面内でドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 との位置補正がなされるようになり、機械的な位置決めを高速に且つ高精度に行うことができる。
【００３４】
請求項３に係る発明は、前記請求項２に係る発明にあって、さらに前記切出画面上の前記断面画像の特異点を基準点ｘ2 ，ｚ2 として求めること、及び同基準点ｘ2 ，ｚ2 を基準として前記切出画面内の前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求めることを含んでいることを特徴としている。前記基準点ｘ2 ，ｚ2 は、半導体ウェハにあって変動しない点（特異点）であることが好ましく、例えばウェハ周面の中央平面部分における厚さ方向の中点がある。前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求めるには、先ず前記基準点ｘ2 ，ｚ2 を求めたのち、例えばそこからｘ軸方向にａ、ｚ軸方向にｂの座標（ｘ2 ＋ａ，ｚ2 ＋ｂ）を求めればよい。このように、基準点ｘ2 ，ｚ2 に基づいてドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求める場合には、より客観性をもってドットマーク形成位置を特定することができる。
【００３５】
請求項４に係る発明は、予め記憶された半導体ウェハの断面形状と、撮像された半導体ウェハの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別すること、同判別した断面形状に応じてドットマーク形成位置を決定することを含んでいることを特徴としている。
【００３６】
この発明は、半導体ウェハの各種の断面形状を標準パターンとして予め記憶部に記憶しており、この標準パターンと、対象パターンである撮像されたウェハ断面形状とを順次比較して一致度を判別している。前記標準パターンは、対象とする断面形状の全パターンを予め記憶しておいてもよく、特徴的な部分パターンを予め記憶しておいてもよいが、容易に変更できるため汎用性がある。
【００３７】
また、異なる種類のウェハにあっては、従来のごとくウェハ周面の外形形状が異なるウェハに処理を行うたびにドットマーク形成位置の位置決めを最初から実施する必要がなくなり、各種の前記標準パターンに対して前記対象パターンを重ね合わせて類似度を演算して判定すれば足りるため、機械的な位置決めに要する実稼動時間率を大幅に短縮することができる。このため、半導体装置の製造において少量多品種の生産を効率よく行うことができるようになり、半導体の製造工程の自動化が効果的に達成し得る。
【００３８】
請求項５に係る発明は、撮像された半導体ウェハの断面形状、及び各種処理情報などに関する情報データを記憶すること、その情報データに基づいて処理時における不具合の原因解析を行うことを含んでいることを特徴としている。
【００３９】
この発明は、撮像された半導体ウェハの断面形状及び各種処理情報などに関するデータ情報を断続的又は継続的に監視することに特徴がある。正常な処理を阻害する異常があるとき、記憶された半導体ウェハの断面形状やドットマーク形成位置等に関する様々な異常を即座に判別できると共に、各異常現象の因果関係の究明材料とすることができる。このため、各種のメンテナンスが容易であり、常に安定した処理を効果的に行うことができる。
【００４０】
更に、請求項６に係る発明は、半導体ウェハの周縁の一部を撮像するための光照射源及び撮像装置を有する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像データに基づきドットマーク形成位置を決定する演算手段と、照射光軸が予め前記撮像手段の光軸に略直交して配された処理系と、前記演算手段によって決定された前記ドットマーク形成位置と前記処理系 (20) の結像位置とのずれ量を比較し、両者の位置を一致させるよう前記半導体ウェハと前記処理系のうち少なくとも一方を相対移動させる相対移動手段とを備え、光照射源及び前記撮像手段は、その光照射源と撮像装置とを結ぶ照射光の光軸が半導体ウェハの周面の接線方向に平行で、かつ照射光の一部が半導体ウェハの周面の一部にかかるように、光照射源及び撮像装置が半導体ウェハを挟んで相対して配されてなることを特徴とする半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め装置にある。
【００４１】
本発明は、上記請求項１に係る発明と同様に、撮像された撮像画像を画像表示装置に一旦表示してドットマーク形成位置などを求める処理を行うことなく、ドットマーク形成位置などを制御部の内部で自動処理を行う場合をも含んでいる。
【００４２】
本発明装置は、上述のごとき撮像手段の照明光の光軸が、半導体ウェハの周面の一部と交差する位置であって前記撮像手段の光軸に、処理系の照射光軸を略直交するように予め設置されている。一方、前記相対移動手段の制御駆動部は、例えばウェハ中心を起点とするｘ’，ｚ’の二軸方向（水平方向及び上下方向）に制御移動すると共に、ｚ’軸周りを制御回転でき、ウェハをｙ’’軸回りに傾動可能に構成している。
【００４３】
かかる構成によれば、前記撮像手段にて撮像されたウェハ周面の断面画像情報を前記演算手段へ送り、同演算手段で半導体ウェハのドットマーク形成位置の演算処理を行うことによって、同演算手段から伝送された制御信号に基づき前記相対移動手段を移動制御することができる。このように、本発明によれば、前記撮像手段により半導体ウェハの微細な周面を断面画像として撮像すると共に、その断面画像の一部である所望のドットマーク形成位置に関する演算処理を行って敏速なデータ伝送が可能である。
【００４４】
このため、前記処理系の照射光軸に対して前記相対移動手段を高速に且つ高精度に位置決めすることができるようになり、前記ドットマーク形成位置に対する所望の処理を安定化させて位置決め精度のレベルを定量化することができる。
【００４５】
請求項７に係る発明は、前記演算手段が、撮像画面上における切出画面の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求めると共に、決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求め、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める演算部と、前記切出画面内の前記断面画像上で、前記ドットマーク形成位置を決定する位置設定部と、前記撮像画面上に前記処理系の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 を設定する結像位置設定部と、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とから、相対的な移動量を決定する比較演算部とを備えていることを特徴としている。
【００４６】
この発明の基本的な位置決め装置は、上述のごとき演算手段を採用することにより上記半導体ウェハのドットマーク形成位置と上記結像位置との位置補正、回転ずれ等を撮像画面上での座標値比較で演算している。
【００４７】
かかる構成によれば、特殊なハードウェア技術を使用しなくても、撮像画面上における座標値比較により前記半導体ウェハの移動量の判定処理と同時に、数１００μｍ程度の微小領域におけるｘ’，ｚ’方向への位置ずれ等を精密に補正することができるようになり、ウェハを位置決めする一連の動作を高速度、高機能、高判定性能をもって実現することができる。
【００４８】
請求項８に係る発明は、前記演算手段が、予め記憶された半導体ウェハの断面形状と、撮像された半導体ウェハの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別するパターン認識部を備えてなり、同パターン認識部によって判別した断面形状に応じてドットマーク形成位置を決定することを特徴としている。
【００４９】
この発明は、プログラムした各種の断面画像の情報を予め記憶部に多品種分記憶させておけば、例えば段取り変更に対しては、撮像された半導体ウェハの断面画像の種類を上述のごときパターン認識部により判別し、判別したウェハの断面形状に応じて予め設定されたドットマーク形成位置から、撮像画面上の上記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を自動的に決定することができるようになる。
【００５０】
かかる構成によると、豊富な各種のウェハの断面画像を自由に設定しておくことができる。このため、段取り変更を容易に行うことができると共に、ウェハの種類の変更に応じて、融通性、柔軟性等に富む高度な処理を行うことができるようになる。
【００５１】
請求項９に係る発明は、前記演算手段が、撮像された半導体ウェハの断面形状及び各種処理情報などに関する情報データを記憶する記憶部を備えてなり、同記憶部から呼び出された前記断面形状、及び各種処理情報などの情報データに基づいて処理時における不具合の原因解析を行うことを特徴としている。
【００５２】
この発明は、上記請求項８に係る発明のごとく各種のウェハ断面画像を予め設定しておくだけではなく、撮像された半導体ウェハの断面形状及びドットマーク形成位置等に関する各種の情報データを記憶部に記憶している。同記憶部に残っている撮像ずみの半導体ウェハの断面形状、姿勢等を解析して位置決め装置の異常、或いはウェハの不良の分析に使用することができる。また、この記憶データを保守、点検作業に利用することができると共に、管理データとして利用することもでき、各種の処理の安定化を図ることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本実施形態に係る半導体ウェハの周面部分に対するマーク形成装置の実施形態であるドットマーク形成位置の位置決め装置の概略構成を示している。図２は同位置決め装置における撮像手段と加工系処理部との各光軸の関係を示している。図３は同位置決め装置における演算手段の概略構成を示している。図４は微小なドットマーク形成の一例を模式的に示している。なお、本実施形態にあっては加工系処理部としてレーザマーカのごとき加工系処理部としているが、エッチングやリソグラフィ等による加工系処理部であってもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、レーザマーカによる加工系処理部２０を用いてドットマークを形成するマーキング処理に関して説明しているが、加工系処理部２０に代えてＣＣＤカメラ装置やレンズ系などの撮像処理を行う読取系処理部を使用してもよく、このドットマークを読み取る等の処理に関しても、本実施形態で説明した位置決め装置及び位置決め方法を効果的に適用することが可能である。
【００５５】
本実施形態にあっては、図４に示すように、前記加工系処理部により検出される平面部分領域を、ドットマークＤが形成される半導体ウェハＷの周面１０の極めて微小な面取り領域である上側の平面部分１０ａとしているが、半導体ウェハＷの周面１０の下側稜線部に形成される面取り領域の平面部分、或いは半導体ウェハＷの周面１０の中央平面部分１０ｃなどにも、同様のドットマークＤが形成できる。
【００５６】
前記平面部分１０ａに形成されるドットマークＤは、図４（ｂ）に示すように、上下寸法Ｌが０．０１〜５μｍ、最大幅ｗが１〜１５μｍと極めて微小な寸法を有している。その代表的な形態は、マーク中央部が前記平面部分１０ａの表面から隆起した視認性に優れた形態である。このドットマーク形態としては、従来から広く知られた凹穴形状であってもよい。マーク中央部が隆起する形態の微小な前記ドットマークの形成方法は、本件出願人により特開平２０００−２２３３８２号として先に提案されており、その詳細は同出願明細書に記載されているため、ここではそれらの詳しい説明は省略する。
【００５７】
本実施形態によれば、加工系処理部２０が固定されている場合には、傾斜する前記平面部分１０ａのドットマーク形成位置を検出すると共に、その平面部分１０ａに形成されるドットマークＤの書き込みを行うには、加工系処理部２０の設置位置を可能な限り不動としておくことが望ましい。本実施形態では、前記加工系処理部２０を一旦設置したのちは大きく動かす必要がないように、マーキング対象である半導体ウェハＷを位置決めして固定するアライメント部を相対移動手段３０として使い、半導体ウェハＷを制御移動させるようにしている。なお、アライメントがなされた半導体ウェハＷの位置に固定する場合には、前記加工系処理部２０を動かすようにしてもよい。
【００５８】
本実施形態では、図１に示すように、半導体ウェハＷの周縁を３点で支持させる３個のウェハ把持部３１が配されたアライメントステージ３２に半導体ウェハＷを載置してセットする。前記アライメントステージ３２は、図示せぬ制御駆動源に連結された制御駆動部３３によりウェハ中心Ｏを起点とするｘ’，ｙ’，ｚ’の三軸方向（水平及び上下方向）に制御移動できると共に、ｚ’軸周りを制御回転でき、撮像手段４０の光軸に平行な半導体ウェハＷの周面の接線方向を示すｙ’’軸回りに傾動可能に構成されている。
【００５９】
一方、加工系処理部２０のドットマーク形成用レーザ光をマーキング領域に直交させるには、例えばウェハ周縁に形成される位置決めのための基準マークであるＶノッチの位置を先ず検出する必要がある。Ｖノッチの位置を特定するには、一般に光電管などの光学系検出手段が用いられる。
【００６０】
Ｖノッチの位置を検出したのち、前記アライメントステージ３２をｚ’軸回りを所定の角度回転させて、ウェハＷを位置決めして固定する。焦点合わせは、ウェハと処理系の位置合わせ後に実施する。このときのアライメントステージ３２上における半導体ウェハＷの位置決め固定のための原理は、本出願人が先に提案した上記特願２０００−２８４６１７号に記載され、本実施形態にあっても、この原理を採用することができる。その詳細はこれらの出願明細書に記載されているため、ここではその詳しい説明は省略する。
【００６１】
本実施形態にあって上記ドットマークＤは、図４に示すように、ウェハ周面１０の面取部分の上側の平面部分１０ａに形成される。この平面部分１０ａは、半導体ウェハＷの半径方向の寸法が約数１００μｍ程度の極めて微小な領域であり、ウェハ表面１０ｂに対して所要の角度をもって傾斜している。この傾斜面はウェハの種類やロットの違いなどによって必ずしも一定の傾斜角からなるとは限らない。
【００６２】
前述のドットマークＤを形成するにあたり、理想的なマーク形態を得るために特に重要な点は、前記平面部分１０ａがウェハ表面１０ｂに対していかなる傾斜角にあるのかを正確に知って前記加工系処理部２０に対するウェハＷの微小部分における位置決め精度を確保すると共に、前記加工系処理部２０のレーザ光の照射光軸がマーキング領域に対して正確に直交して配されることであり、更に前記加工系処理部２０に対する前記相対移動手段３０の位置合わせをするのに要する時間を短くすることである。
【００６３】
ウェハ周面方向の微小領域に対しては、例えばＶノッチを基準として半導体ウェハＷをｚ’軸回りに所定の角度を回転させたのち、ｙ’’軸回りに傾動させることにより、ウェハ周面方向のいかなる位置にマーキング領域があるのかを正確に知ることができる。しかしながら、単に前述の方法を実行するだけでは、ウェハ周面の半径方向の微小領域に対しては、ウェハ周面の半径方向のどの位置をマーキング領域とするかを決めることができない。
【００６４】
そこで、本実施形態では、ウェハＷの周面の断面形状を撮像する撮像手段４０と、撮像された画像を使って、そのウェハＷの周縁傾斜面の半径方向の特定位置をドットマークＤの形成位置と決定する演算手段５０と、撮像画面上に表示されるマーキング位置に前記ドットマークＤの形成位置を合致すべく、上記アライメント部を操作してウェハＷを相対的に移動させる相対移動手段３０とを備えている。
【００６５】
これを具体的に述べると、前記撮像手段４０は前記マーキング領域を挟んで一方に配される照明装置４１と、相対する他方に配されるＣＣＤカメラ装置４２とを有している。同撮像手段４０は、前記照明装置４１の光を半導体ウェハＷの周面の一部に向けて照射し、その照射方向に配されたＣＣＤカメラ装置４２によりウェハＷにおけるドットマーク形成位置の周辺部の断面形状を撮像する。前記ＣＣＤカメラ装置４２は、図３に示すように、前記演算手段５０に接続されている。図５にウェハ周面の断面画像を模式的に示している。前記照明装置４１の照明光の光軸は、図２に示すように、ウェハＷの周面の一部と交差する位置であって加工系処理部２０のレーザ光軸に直交するように設置されている。
【００６６】
前記ＣＣＤカメラ装置４２により撮像されたデジタルビデオ信号は、図３に示すように、制御部５２の前記演算手段５０に入力される。この制御部５２には画像表示装置１１が接続されており、同画像表示装置１１に前記ＣＣＤカメラ装置４２により撮影されたウェハ周面の断面画像が拡大して表示される。
【００６７】
前記制御部５２は、切出画面Ｓの切り出し部５３に指令を与えて、図５（ａ）に示すように、撮像画面にあって前記断面画像に対して所望のドットマーク形成位置の周辺部を含めるように、予め設定された形状（矩形）と大きさ（面積）をもつ切出画面Ｓの切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を決める。前記切出画面Ｓの切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 の位置座標は演算部５５により算出する。ドットマーク形成位置の設定は、作業者が操作部１２を操作することにより行ってもよいが、前記制御部５２に予めモデル画像を記憶させておき、同モデル画像上の所定部位をドットマーク形成位置として設定しておく。
【００６８】
前記制御部５２は、前記切出画面Ｓ内の前記断面画像上でドットマーク形成位置を決めるべく位置設定部５４に指令を与え、図５（ｂ）に示すように、所望のドットマーク形成位置を決め、その位置を前記切出画面Ｓの二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求める。この座標ｘ1 ，ｚ1 は、撮像されたウェハ周面における断面画像の中央平面部分１０ｃの上下中心点ｘ2 ，ｚ2 を基準点として特定される。次に、前記制御部５２は演算部５５に指令を与えて、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記画像表示装置１１の画面上におけるドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める。
【００６９】
前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求める際に、例えば全てのウェハＷの断面画像の中央平面部分１０ｃの上下中心点ｘ2 ，ｚ2 を前述のごとき基準点として決めておき、前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を、予め前記基準点ｘ2 ，ｚ2 からｘ軸方向にａ、ｚ軸方向にｂの位置座標（ｘ2 ＋ａ，ｚ2 ＋ｂ）上にくるように設定しておけば、同種類の全てのウェハＷに対して前記基準点ｘ2 ，ｚ2 を求めればドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 は自ずと決まり、より客観性をもってドットマーク形成位置を特定することができる。
【００７０】
一方、撮像画面上にはウェハＷに対する予め決められた実際に照射する加工系処理部２０のレーザ光の照射点が、撮像画面上の固定座標点Ｘ3 ，Ｚ3 として表示されるとともに、その位置データは制御部５２にも記憶されている。前記制御部５２の指令に基づき結像位置設定部５６によって撮像画面上に表示された加工系処理部２０の照射点Ｘ3 ，Ｚ3 に対して、図５（ｃ）に示すように前記撮像画面上でドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 がどれだけずれているかを演算する。
【００７１】
この演算にあたっては、まず前記制御部５２の演算部５５にて上記切出画面上におけるドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 から、撮像画面上におけるドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を換算する必要がある。この換算が終了したのちに、比較演算部５７にて、加工系処理部２０の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 と前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 とから、ウェハＷの相対的な移動量及び方向が決定される。次に、その位置ずれ量（Ｘ3 −Ｘ2 ，Ｚ3 −Ｚ2 ）に応じて前記相対移動手段３０のアライメントステージ３２を制御動作させて、図５（ｄ）に示すように、上述のごとく切出画面上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を撮像画面上の加工系処理部２０の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に合致させることができる。
【００７２】
更に、前記制御部５２は、図１０に示すごとき予め記憶されたウェハＷ１〜Ｗ４の各種の断面形状と撮像されたウェハＷの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別するパターン認識部５８を備えている。同パターン認識部５８によって判別した断面形状に応じて予め設定されたドットマーク形成位置から、撮像画面上の上記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を自動的に決定することができるようになる。豊富な各種のウェハＷ１〜Ｗ４の断面画像を記憶しておけば、段取り変更を容易に行うことができると共に、ウェハＷの種類の変更に応じて、融通性、柔軟性等に富む高度な処理を行うことができるようになる。
【００７３】
このように、特殊なハードウェア技術を使用することなく画像表示装置１１の画面上における座標値比較によりウェハＷの相対的な移動量や方向等の判定処理と同時に、略数１００μｍ程度の微小領域におけるｘ，ｚ方向への位置ずれ等を精密に補正することができると共に、ウェハＷを位置決めする一連の動作を高速度、高機能、高判定性能を有するドットマーク形成位置の位置決め装置が得られる。
【００７４】
上記実施形態では、画像表示装置１１の画像処理範囲内の各画素を撮像画面上のＸ，Ｚ座標に割り当てることにより、ウェハ周面の断面画像を予め設定された寸法形状の切出画面Ｓを撮像画面から切り出して、所定の外形輪郭を有するウェハ周面のドットマーク形成位置と加工系処理部２０の結像位置とを座標値の比較で求めているが、ウェハ周面の断面画像は、ウェハ周面のサイズ又は撮像エリアなどの違いにより必ずしも撮像画面上の一律の位置に撮像されるとは限らない。また、ウェハ周面のベベル面が一律であったとしても、ウェハＷが、前記アライメントステージ３２の加工精度や組付け精度などにより前回と完全に一致する位置に同一平面内で載置してセットされるとは限らない。また、前記切出画面Ｓ内における断面形状の位置が先の位置からずれたり、或いは前記切出画面Ｓの切出位置がずれることもある。
【００７５】
そこで、本発明にあっては、図６（ａ）に示すように、撮像画面上に表示されるウェハ周面の断面画像が、同撮像画面内の予め設定された切出画面Ｓ内に対して位置ずれを生じた場合には、検出された断面画像の位置ずれに応じて、前記切出画面Ｓを任意に平行移動して処理することができるようにもできる。この状態は図６（ａ）及び（ｂ）に模式的に示されている。断面画像の位置ずれ量は演算部５５にて演算され、前記切出画面Ｓの移動後の切出位置Ｘ1 1 ，Ｚ1 1 を決める。
【００７６】
この場合には、上述のごとくウェハ周面の外形形状が異なり、ウェハＷが前記アライメントステージ３２により同一平面内で載置してセットされることなく、或いは前記切出画面Ｓ内における断面形状の位置が基準点ｘ2 ，ｚ2 から外れたとしても、そのウェハ周面形状が異なることを上記パターン認識部５８により認識され、迅速に前記切出画面Ｓ内でドットマーク形成位置と加工系処理部２０の結像位置との位置補正がなされ、前記相対移動手段３０の機械的な位置決めを高速に且つ高精度に行うことができる。
【００７７】
図７に本発明のドットマーク形成位置の位置決め装置における演算手段５０の処理手順の一例を示している。同図において、処理は、ブロック１００において開始し、先ず、図示せぬウェハキャリアに収納された複数枚の半導体ウェハＷのうち任意の一枚のウェハＷを取り出す。
【００７８】
次いで、ブロック１０１及び１０２において、上述のようにウェハＷをアライメントステージ３２に載置して、ウェハＷの周縁を３個のウェハ把持部３１により３点支持することによりセットする。次に、ブロック１０３及び１０４において、上述のように図示せぬ光学系検出手段によりウェハ周縁に形成されたＶノッチ位置を検出し、所定の角度回転させて、マーキング領域を加工系処理部２０のレーザ光軸に交差させる。
【００７９】
ブロック１０５において、照明装置４１の光をウェハ周面の一部に向けて照射する。ＣＣＤカメラ装置４２によりウェハＷのドットマーク形成位置の周辺部の断面形状を撮像する。必要ならば、撮像されたウェハ周面の断面画像を画像表示装置１１に拡大して表示する。更に、処理はブロック１０６に移行する。
【００８０】
ブロック１０６において、前記ＣＣＤカメラ装置４２により撮像されたウェハ周面の断面画像を予め設定された切出画面Ｓをもって切り出すべく制御部５２の切り出し部５３に指令を与えて、撮像画面上における前記切出画面Ｓの切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求める。
【００８１】
一方、マーキングの位置設定部５４では、前記切出画面Ｓ上でドットマーク形成位置が決定される。この位置が決定されると、演算部５５に指令を与えて、決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面Ｓの二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求める。次に、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める。設定部５４による切出画面Ｓ上でドットマーク形成位置の決定は、外部の操作部１２の操作信号によりなされてもよいが、制御部５２の内部処理に基づく指令信号によりなされる。
【００８２】
続いて、前記制御部５２からの指令信号が出され、結像位置設定部５６によって前記撮像画面上に表示された加工系処理部２０の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 と前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 とがどれだけずれているかを比較演算部５７にて比較演算され、ウェハＷの相対的な移動量及び方向等を決定する。その移動量及び方向を決定したのち、更に処理はブロック１０７へと移る。
【００８３】
ブロック１０７において、ウェハＷの移動量及び方向に応じて制御手段３０のアライメントステージ３２を制御移動させる。決定されたドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 は、相対移動手段３０の制御駆動部３３により加工系処理部２０の結像位置と合致されて位置決めを完了する。ここで、ブロック１０８において、加工系処理部２０の焦点を微調整することにより焦点合わせを自動的に行い、ブロック１０９において、前記ドットマーク形成位置に対する所望のレーザマーキングを行う。
【００８４】
ブロック１１０において、所望の前記ドットマーク形成位置に書き込まれた微小ドットマークの読み取りを行い、その情報を画像処理してマークの視認性等の確認がなされる。次いで、ブロック１１１，１１２及び１１３において、上述のごときブロック１００、１０１及び１０２における操作とは逆の操作を行い、ウェハキャリアに収納された複数枚の半導体ウェハＷのうち任意の一枚のウェハＷの処理を終了する。
【００８５】
位置決めに要する時間は、撮像に約３０ｍ秒、演算処理に約１００〜２００ｍ秒、移動に約１秒程度かかり、総合的にみてもほぼ１秒程度で済む。この時間は、従来のドットマーク形成位置の位置決めに要する時間と較べると、数１０分の１の時間である。ウェハ周面のサイズ、撮像エリア、ＣＣＤの画素数、画像処理性能、移動機構の精度などの設定条件を適当に選択すれば、位置決め精度をさらに向上させることができる。
【００８６】
図８に本発明に適用される演算手段５０の処理手順の他の一例を示している。ブロック１０７において、いま仮に、前記制御部５２からの指令によりアライメントステージ３２を移動させ、撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と加工系処理部２０の重合せ画面上の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とのずれ量が、例えば予め設定された約１０μｍの許容値を越えた場合には、改めて撮像及びマーキング位置を検出し、改めてそのずれ量を演算する。前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 と前記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 とのずれ量が、予め設定された許容範囲内にあれば、処理はブロック１１５に移行する。ブロック１１５において、撮像された半導体ウェハＷの断面形状やマーキング位置等に関する情報を記憶し、処理はブロック１１６において終了する。
【００８７】
かかる手順を採用すると、撮像した画像情報はモデル情報としての価値を有しており、これを記憶部に保存しておくことが容易であるため、多品種生産で品種が変わっても、記憶部からデータをダウンロードするだけで即座に検出に入ることができると共に、マーキング不良が生じた場合の解析データや判定データ等としても有効な情報となる。正常なマーキングを阻害する異常があるときには、各異常現象の因果関係の究明材料とすることができる。このため、各種のメンテナンスが容易であり、常に安定したマーキング処理を効果的に行うことができる。
【００８８】
図９に本発明に適用される演算手段５０の処理手順の更に他の一例を示している。同図において、予め記憶された図１０に示すごとき断面形状の異なるウェハＷ１〜Ｗ４と、現に撮像された半導体ウェハＷの断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別し、判別した断面形状に応じて予め設定されたドットマーク形成位置に基づいて、撮像画面上の上記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求めている。
【００８９】
処理はブロック１０５において開始し、先ずブロック１１７において、標準パターンとして予め記憶部に記憶されたウェハＷ１〜Ｗ４の各種の断面形状と、現に撮像されたウェハＷの断面形状とを順次比較して、その一致度を判別する。撮像されたウェハ断面形状の種類が特定したのち、更に、処理は図８と同様にブロック１０６を経てからブロック１０６Ａ、１０７、１１４及び１１５へと進む。そして、ブロック１１５において、撮像されたウェハＷの断面形状及びマーキング位置等に関する情報を記憶し、処理はブロック１１６において終了する。
【００９０】
図１０に示すごとき標準パターンとしての前記ウェハＷ１〜Ｗ４は、対象とする断面形状の全パターンを予め記憶しておいてもよく、特徴的な部分パターンを予め記憶しておいてもよい。更には、前記ウェハの断面形状について、一部の種類のみウエハの断面形状を記憶しておき、撮像されたウエハの断面形状と比較し、その撮像されたウエハの断面形状が記憶されたウエハの断面形状と一致しなかった場合に、新たな種類のウエハの断面形状として、追加して記憶するようにしてもよい。また、ドットマークの形成位置についても、操作部１２より指示するようにしてもよいし、自動的に設定されるようにしてもよい。自動的に設定する方法としては、例えば既に記憶されているウエハの断面形状のうち類似するものを判別し、その類似するウエハの断面形状に設定されているドットマークの形成位置に対する撮像されたウエハの断面形状上の同等位置を自動で算出したり、所定の条件（ウエハ中心からの距離あるいはウエハ周縁端面からの距離など）に適合する位置を自動で算出するものがある。
【００９１】
また、図１０に示すごとき断面形状の異なるウェハＷにあって、所定のマーキング領域にドットマーク形成位置の位置決めを実施しようとするとき、各種のウェハに対して豊富に予め記憶されたウェハＷ１〜Ｗ４の情報を重ね合わせて類似度を判定すれば、その位置合わせ操作は容易となり、機械的な位置決めに要する実稼動時間率を大幅に短縮することができ、半導体装置の製造において少量多品種の生産を効率よく行うことができるようになり、半導体の製造工程の自動化が効果的に達成し得る。また、上記図８及び図９において制御手段の一例として示すブロック１０５〜１１６は、上記図７において制御手段の一例として示すブロック１０５〜１０７に代えて利用することができる。
ところで、本実施形態では画像表示装置１１に撮像画像を表示して位置などを求める処理を行っているが、自動的に制御部５２の内部で処理が実施される場合には、上記処理に対する必要性はなくなり、この場合には画像表示装置１１はなくてもよく、上記説明に関して画像表示に関する内容を省略することもできる。なお、画像表示をしない場合には、目視による確認はできない。
【００９２】
以上の説明からも明らかなように、本実施形態に係る半導体ウェハＷのドットマーク形成位置の位置決め方法とその位置決め装置によれば、特殊なハードウェア及びソフトウェア技術を使用しなくても、前記撮像手段４０によりウェハＷの微細な周面を断面画像に撮像すると共に、その断面画像の一部にある所望のドットマーク形成位置に関する位置情報の敏速な伝送と加工とが可能となる。このため、前記加工系処理部２０の処理軸線（レーザ光軸）に対して前記相対移動手段３０を高速に且つ高精度に作動させることができるようになり、半導体ウェハＷの周面の周方向に限らず、その半径方向の微細領域であるドットマークの形成位置を検出して特定することができ、同位置に対する所望のマーキング処理を安定して行うことができる。
【００９３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、それらの実施形態から当業者が容易に変更可能な技術的な範囲をも当然に包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る半導体ウェハの周面部分に対するマーク形成装置の実施形態であるドットマーク形成位置の位置決め装置の概略構成図である。
【図２】同位置決め装置における撮像手段と加工系処理部との各光軸の関係を示す説明図である。
【図３】同位置決め装置に適用される演算手段の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図４】微小なドットマーク形成の一例を模式的に示す部分平面図である。
【図５】ウェハ周面の断面画像を模式的に示す図である。
【図６】ウェハ周面の他の断面画像を模式的に示す図である。
【図７】同位置決め装置の制御手順の一例を示すフローチャート図である。
【図８】同位置決め装置の制御手順の他の一例を示すフローチャート図である。
【図９】同位置決め装置の制御手順の更に他の一例を示すフローチャート図である。
【図１０】ウェハの各種の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
１０ ウェハ周面
１０ａ 平面部分
１０ｂ ウェハ表面
１０ｃ 中央平面部分
１１ 画像表示装置
１２ 操作部
２０ 加工系処理部
３０ 相対移動手段
３１ ウェハ把持部
３２ アライメントステージ
４０ 撮像手段
４１ 照明装置
４２ ＣＣＤカメラ装置
５０ 演算手段
５２ 制御部
５３ 切り出し部
５４ 位置設定部
５５ 演算部
５６ 結像位置設定部
５７ 比較演算部
５８ パターン認識部
Ｄ ドットマーク
Ｗ 半導体ウェハ
Claims (9)
- 半導体ウェハ(W) のドットマーク形成位置を位置決めする方法であって、 前記半導体ウェハ(W) の周縁(10)の一部を、光照射源 (41) と撮像装置 (42) とを有する撮像手段 (40) により撮像すること、
前記光照射源 (41) と撮像装置 (42) とを、半導体ウェハ (W) の周面の接線方向に平行で、且つ前記照射光の一部が半導体ウェハ (W) の一部にかかるように配置すること、
撮像手段 (40) により撮像された画像データに基づきドットマーク形成位置を決定すること、及び
決定された前記ドットマーク形成位置と処理系の結像位置とのずれ量を演算し、そのずれ量に応じて半導体ウェハ(W) と処理系(20)のうち少なくとも一方を相対的に移動させて両位置を一致させること、
を含んでなることを特徴とする半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め方法。 - 撮像された半導体ウェハ(W) の周面の断面画像を、撮像画面から予め設定された形状と面積とをもつ切出画面を切り出すこと、
前記切出画面内の前記断面画像上で、前記ドットマーク形成位置を決定すること、
前記撮像画面上における前記切出画面の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求めること、
決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求めること、
前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求めること、
前記画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記処理系の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とから、相対的な移動量を決定すること、
相対移動手段(30)により、相対的な移動量に基づいて前記ドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 に一致させるべく前記半導体ウェハ(W) と処理系(20)のうち少なくとも一方を相対的に移動させること、
を含んでなることを特徴とする請求項１記載の位置決め方法。 - 前記切出画面上の前記断面画像の特異点を基準点ｘ2 ，ｚ2 として求めること、及び
同基準点ｘ2 ，ｚ2 を基準として前記切出画面内の前記ドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 を求めること、
を含んでなることを特徴とする請求項２記載の位置決め方法。 - 予め記憶された半導体ウェハ(W) の断面形状と、撮像された半導体ウェハ(W) の断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別すること、
同判別した断面形状に応じてドットマーク形成位置を決定すること、
を含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め方法。 - 撮像された半導体ウェハ(W) の断面形状、及び各種処理情報などに関する情報データを記憶すること、
その情報データに基づいて処理時における不具合の原因解析を行うこと、
を含んでなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め方法。 - 半導体ウェハ(W) の周縁の一部を撮像するための光照射源(41)及び撮像装置(42)を有する撮像手段(40)と、
撮像手段(40)により撮像された画像データに基づきドットマーク形成位置を決定する演算手段(50)と、
照射光軸が予め前記撮像手段(40)の光軸に略直交して配された処理系(20)と、
前記演算手段(50)によって決定された前記ドットマーク形成位置と前記処理系 (20) の結像位置とのずれ量を比較し、両者の位置を一致させるよう前記半導体ウェハ(W) と前記処理系(20)のうち少なくとも一方を相対移動させる相対移動手段(30)とを備え、
撮像手段 (40) は、その光照射源 (41) と撮像装置 (42) とを結ぶ照射光の光軸が半導体ウェハ (W) の周面の接線方向に平行で、かつ照射光の一部が半導体ウェハの周面の一部にかかるように、光照射源 (41) 及び撮像装置 (42) が半導体ウェハを挟んで相対して配されてなる、
ことを特徴とする半導体ウェハのドットマーク形成位置の位置決め装置。 - 前記演算手段(50)は、
撮像画面上における切出画面の切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 を求めると共に、決定された前記ドットマーク形成位置を前記切出画面の二軸平面座標ｘ1 ，ｚ1 として求め、前記切出位置Ｘ1 ，Ｚ1 と前記半導体ウェハ上のドットマーク形成位置ｘ1 ，ｚ1 とから、前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 を求める演算部(55)と、
前記切出画面内の前記断面画像上で、前記ドットマーク形成位置を決定する位置設定部(54)と、
前記撮像画面上に前記処理系(20)の結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 を設定する結像位置設定部(56)と、
前記撮像画面上のドットマーク形成位置Ｘ2 ，Ｚ2 と前記結像位置Ｘ3 ，Ｚ3 とから、相対的な移動量を決定する比較演算部(57)と、
を備えてなることを特徴とする請求項６記載の位置決め装置。 - 前記演算手段(50)は、予め記憶された半導体ウェハ(W) の断面形状と、撮像された半導体ウェハ(W) の断面形状とを比較して、撮像された断面形状の種類を判別するパターン認識部(58)を備えてなり、
同パターン認識部(58)によって判別した断面形状に応じてドットマーク形成位置を決定することを特徴とする請求項６又は７記載の位置決め装置。 - 前記演算手段(50)は、撮像された半導体ウェハ(W) の断面形状及び各種処理情報などに関する情報データを記憶する記憶部を備えてなり、同記憶部から呼び出された前記断面形状、及び各種処理情報などの情報データに基づいて処理時における不具合の原因解析を行うことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の位置決め装置。
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