(57)【要約】【課題】静的部品のみの簡単な構造で、取り扱いが容易であり、しかも精度良く半導体ウェハの輪郭を検出できるコンパクトなウェハ輪郭検出装置を提供する。【解決手段】非光学活性体である半導体ウェハ３００の一方の面側から、所定方向の偏光Ｒａを照射する光照射部１と、前記一方の面側からみてウェハ３００の外輪郭を含んでその外側まで拡がるように、当該ウェハ３００の他方の面側に配置されるとともに、前記光照射部１からの偏光Ｒａを回転又は軽減して反射する反射部材２と、前記ウェハ３００及び反射部材２からの反射光を受光可能な位置に配置され、その反射光のうちの、前記所定方向の偏光Ｒａのみ又はその偏光Ｒａを除いた光のみを検出する光検出部３と、を備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非光学活性体であるウェハに対し、その一方の面側から、所定方向の偏光を照射する光照射部と、
前記一方の面側からみてウェハの外輪郭を全て含んでその外側まで拡がるように、当該ウェハの他方の面側に配置されるとともに、前記光照射部からの偏光を回転又は軽減して反射する反射部材と、
前記ウェハ及び反射部材からの反射光を受光可能な位置に配置され、その反射光のうちの、前記偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを実質的に検出する光検出部と、を備えていることを特徴とするウェハ輪郭検出装置。
【請求項２】
真空チャンバ内に保持されたウェハの輪郭検出に用いられるものであって、光照射部及び光検出部を前記チャンバの外側に配置し、光照射部から当該チャンバの窓を介して前記ウェハに偏光を照射するとともに、その同じ窓を介して光検出部が反射光を受光するようにしている請求項１記載のウェハ輪郭検出装置。
【請求項３】
反射部材が、ウェハの外周部分を保持する保持部材を兼ねたものである請求項１又は２記載のウェハ輪郭検出装置。
【請求項４】
光照射部が、発光体と、その発光体からの光のうちの前記偏光のみを通過させる第１偏光フィルタとを備えたものである請求項１、２又は３記載のウェハ輪郭検出装置。
【請求項５】
光照射部が、観測孔の周囲にリング状に配設した複数の発光体と、それら発光体の内側に設けた光遮蔽部材とを備え、前記光遮蔽部材が、発光体から射出される光のうち、観測孔の中心軸に向かって所定角度以上拡がる光を実質的にカットするように構成されている請求項４記載のウェハ輪郭検出装置。
【請求項６】
前記光検出部が、光検出素子と、その光検出素子の手前に設けられ、前記偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを実質的に通過させる第２偏光フィルタとを備えたものである請求項１、２、３、４又は５記載のウェハ輪郭検出装置。
【請求項７】
ウェハのノッチを検出するために用いられる請求項１、２、３、４、５又は６記載のウェハ輪郭検出装置。
【請求項８】
反射部材の表面に段差が設けられ、又は反射部材が不連続な部分に分割され各部分が一方の面側からみて重合するように構成されている請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のウェハ輪郭検出装置。
【請求項９】
ウェハに対し、その一方の面側から、所定方向の偏光を照射する光照射部と、
前記一方の面側からみてウェハの外輪郭を含んでその外側まで拡がるように、当該ウェハの他方の面側に配置される反射部材と、
前記ウェハ及び反射部材からの反射光を受光可能な位置に配置される光検出部と、を備え、
前記反射部材に、前記ウェハの光学活性度とは所定以上光学活性度の異なる材質を用い、前記光検出部において、前記偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを実質的に検出するようにしていることを特徴とするウェハ輪郭検出装置。
【請求項１０】
外部とは仕切壁で隔離された内部環境下にある測定対象物の輪郭を検出するものであって、
外部に設置され、前記仕切壁に設けた窓を通じて、測定対象物にその一方側から所定方向の偏光を照射する光照射部と、
前記一方側からみて測定対象物の外輪郭を含んでその外側まで拡がるように、当該測定対象物の他方側に配置される反射部材と、
前記測定対象物及び反射部材で反射され、前記窓と同じ窓を通じて外部に透過する反射光を受光可能な位置に配置される光検出部と、を備え、
前記反射部材に、前記測定対象物の光学活性度とは所定以上光学活性度の異なる材質を用い、前記光検出部において、前記偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを実質的に検出するようにしていることを特徴とする輪郭検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコンウェハに設けられたノッチを検出するために用いられるウェハ輪郭検出装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体シリコンウェハは、円柱状のインゴットからスライスされ、租研磨、鏡面研磨など一連の工程を通して製造された厚さ１ｍｍ程度の薄い円板であり、単結晶構造を有する。そしてウェハの劈開方向である(110)方向を示すために、予めインゴットの一部を切り落として、いわゆるオリエンテーションフラットを形成するが、最近ではウェハに溝（ノッチ）を入れたものが使われることも多い。
【０００３】
このようなノッチやオリエンテーションフラットは、各製造工程におけるウェハの位置決めのために用いられる。そのためのノッチ位置検出装置としては、回転テーブル上にウェハを載置して回転させ、リニアセンサによりノッチを検出するもの（特許文献１、２）が知られている。
【０００４】
ところが、この種のものでは回転機構などの動的機械部品が必要なため、ウェハを真空チャンバ内に収容した状態下では、ノッチ検出を行うことができないし、ウェハを傷つける恐れもある。
【０００５】
これに対し、ウェハが鏡面であることから、ウェハの周囲に光散乱部材を配置するとともに、斜めから光を照射し、ウェハの上方に設置した撮像装置で、光散乱部材からの光のみを検出できるようにしたもの（特許文献３）も考えられている。このような構造であれば、ウェハの輪郭を得てノッチを検出することができ、静的部品のみなのでウェハを傷つける恐れも小さい。
【０００６】
ところが、チャンバ内に収容したウェハに適用しようとすると、チャンバの内壁面で反射した光などの迷光の影響で、十分なコントラストを得ることが難しい。また、光を斜めから照射させる一方、反射光はウェハに正対する方向のものを検出しなければならないことから、光照射装置と撮像装置とを離れて配置させなければならず、真空チャンバに光照射用の窓と撮像装置用の窓との２つを個別に設けなければならないなどの不具合もある。
【０００７】
その他に、ウェハの後方にバックライトを設置してノッチを検出する方法も考えられている。ところが、真空中で用いる場合には、このバックライトを光らせるために、ガラスファイバによって光を外部から導光せざるを得ないところ、ガラスファイバは真空中では極めてもろくなるため、取り扱いが非常に難しいという不具合がある。
【特許文献１】特開平７−２６０４３２号
【特許文献２】特開平８−８３２８号
【特許文献３】特開２０００−３１２４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、静的部品のみの簡単な構造で、取り扱いが容易であり、しかも精度良く半導体ウェハの輪郭を検出できるコンパクトなウェハ輪郭検出装置を提供し、前記不具合を一挙に解決することをその主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係るウェハ輪郭検出装置は、非光学活性体であるウェハの一方の面側から、所定方向の偏光を照射する光照射部と、前記一方の面側からみてウェハの外輪郭を含んでその外側まで拡がるように、当該ウェハの他方の面側に配置されるとともに、前記光照射部からの偏光を回転又は軽減して反射する反射部材と、前記ウェハ及び反射部材からの反射光を受光可能な位置に配置され、その反射光のうちの、前記所定方向の偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを検出する光検出部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、非光学活性体である半導体ウェハは、偏光をそのまま反射する一方、その周囲に配置された反射部材は偏光を変化させて反射するため、光検出部において、ウェハからの反射光と反射部材からの反射光とをコントラストを付けて検出することができる。また、光学部品のみを用いた静的構造であるため、構成が簡単でコスト的に有利にでき、取り扱いも容易である。しかも偏光を利用しているので、多少の迷光があってもその影響を受けにくく、ウェハの輪郭を精度良く（ＳＮ比良く）検出することができる。さらに、光照射部と光検出部とを近接配置することができるため、コンパクト化が可能になる。
【００１１】
本発明に係るウェハ輪郭検出装置は、真空チャンバ内に保持されたウェハの輪郭検出に用いてその効果が特に顕著になる。つまり、光学部品のみを用いた静的構造であるため、ウェハが真空チャンバに収容されていても、輪郭を無理なく検出してそのアラインメントが可能となるうえに、従来のものであれば、チャンバ内壁からの反射光がノイズとなってＳＮ比悪化の原因となるが、この発明によれば、光照射部から射出された偏光は、チャンバ内壁で反射されるときにその偏りが回転又は軽減されるため、光検出部での迷光（ノイズ）になりにくい。
【００１２】
また、本発明では、前述したように光照射部と光検出部とを近接配置できるため、光照射部及び光検出部を前記チャンバの外側に配置し、光照射部から当該チャンバの窓を介して前記ウェハに偏光を照射するとともに、その同じ窓を介して光検出部が反射光を受光するようにしておくことが可能になる。
【００１３】
反射部材が、ウェハの外周部分を保持する保持部材を兼ねたものであれば、より好ましい。
【００１４】
具体的な光照射部の実施態様としては、光照射部が、発光体と、その発光体からの光のうち前記所定方向の偏光のみを通過させる第１偏光フィルタとを備えたものを挙げることができる。
【００１５】
より精度良く輪郭検出を行うには、光照射部が、観測孔の周囲にリング状に配設した複数の発光体と、それら発光体の内側に設けた光遮蔽部材とを備え、前記光遮蔽部材が、発光体から射出される光のうち、観測孔の中心軸に向かって所定角度以上拡がる光をカットするように構成されているものが望ましい。
【００１６】
具体的な光検出部の実施態様としては、光検出部が、光検出素子と、その光検出素子の手前に設けられ、前記所定方向の偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを通過させる第２偏光フィルタを備えたものを挙げることができる。
【００１７】
本発明の効果が特に顕著となる具体例としては、ウェハのノッチを検出するために用いられるものが挙げられる。
【００１８】
ウェハは、シリコン単結晶の本体のみの場合は、前述したように非光学活性体であるが、その後の表面処理等を経て、本体表面にポリイミド等からなる光学活性層が形成される場合がある。この場合は、反射部材に逆に非光学活性体を用いれば、偏光の差をコントラストにして、ウェハの輪郭を検出できる。
【００１９】
要すれば、ウェハの一方の面側から、所定方向の偏光を照射する光照射部と、前記一方の面側からみてウェハの外輪郭を含んでその外側まで拡がるように、当該ウェハの他方の面側に配置される反射部材と、前記ウェハ及び反射部材からの反射光を受光可能な位置に配置される光検出部と、を設け、前記反射部材に、前記ウェハの光学活性度とは所定以上光学活性度の異なる材質を用いるとともに、前記光検出部において、前記偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを実質的に検出するようにしておけばよい。
【００２０】
かかる偏光を用いた輪郭検出装置は、ウェハを測定対象物に限定するものではない。コンパクト化でき、光照射部と光検出部とをほぼ同じ位置に配置できることから、１つの小さな窓を介して、外部から内部の測定対象物の輪郭検出を行うことができるため、仕切壁で外部から隔離された環境下（例えば前述した真空チャンバ内や、その他防爆室や塗装室等）で、その仕切壁には窓を多くは設けたくない状況において、外部から内部の測定対象物の輪郭検出を行う場合に、非常に好適なものとなる。
【００２１】
すなわち、外部とは仕切壁で隔離された内部環境下に設置された測定対象物の輪郭を検出するものであって、外部に設置され、前記仕切壁に設けた窓を通じて、測定対象物にその一方側から所定方向の偏光を照射する光照射部と、前記一方側からみて測定対象物の外輪郭を含んでその外側まで拡がるように、当該測定対象物の他方側に配置される反射部材と、前記測定対象物及び反射部材で反射され、前記窓と同じ窓を通じて外部に透過する反射光を受光可能な位置に配置される光検出部と、を備え、前記反射部材に、前記測定対象物の光学活性度とは所定以上光学活性度の異なる材質を用い、前記光検出部において、前記偏光のみ又はその偏光を除いた光のみを実質的に検出するようにしているものが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
このように構成した本発明によれば、ウェハ等の測定対象物の光学活性度に着目し、偏光を巧みに利用してウェハ等の輪郭を検出するようにしているため、光学部品のみを用いた静的構造のみで構成することができ、構成の簡単化による低コスト化を図れ、取り扱いも容易にできる。しかも偏光を利用していることから、多少の迷光があってもその影響を受けにくく、環境の異なる種々の製造工程下でも、ウェハの輪郭を精度良く（ＳＮ比良く）検出することができる。さらに、光照射部と光検出部とを近接配置することができるため、コンパクト化も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
本実施形態にかかるウェハ輪郭検出装置１００は、図１、図２に示すように、例えばイオン注入工程にあって真空チャンバ２００内に収容された、半導体シリコン単結晶ウェハ３００（以下、単にウェハ３００ということもある）のノッチ３００ｂを検出するものである。
【００２５】
具体的に、このウェハ輪郭検出装置１００は、所定方向の振動面を有する光Ｒａ（以下偏光Ｒａという）を、前記ウェハ３００の一方の面（ここでは上面）３００ａから照射する光照射部１と、当該ウェハ３００の他方の面側（ここでは下側）に配置される反射部材２と、前記ウェハ３００及び反射部材２からの反射光を受光する光検出部３と、を備えている。
【００２６】
各部を詳述する。
【００２７】
光照射部１は、図１、図３に示すように、中央に観測孔１ａを貫通させた枠体１１と、その観測孔１ａの周囲にリング状に一列に並べ設けて枠体１１に支持させた発光体である複数のＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２の前方に設けられ、ＬＥＤ１２から射出される光のうち前記偏光Ｒａのみを実質的に通過させる第１偏光フィルタ１３とを備えたものであり、観測孔１ａの中心軸Ｃがウェハ３００の中心軸と略合致するように、チャンバ２００に設けた透明窓２０１の外側に臨んで配置される。
【００２８】
ＬＥＤ１２は、例えば所定の立体角度（指向性）で光を照射する砲弾型のもので、各ＬＥＤ１２の光軸が観測孔１ａの中心軸Ｃ方向と合致する、つまり当該光軸がウェハ上面３００ａと垂直になるように配置されている。
【００２９】
枠体１１における観測孔１ａを形成する内壁、すなわちＬＥＤ１２の内側（前記中心軸Ｃ方向側）に配置される内壁は、光遮蔽部材４としての役割を果たし、ＬＥＤ１２から射出される光のうち、観測孔１ａの中心軸Ｃに向かって所定角度以上拡がる光、より具体的には、ウェハ３００の中心を超えて反対側の縁部に到達するような光をカットするように構成されている。
【００３０】
反射部材２は、図１、図３に示すように、上方からみて、ウェハ３００の外輪郭を含んでその外側まで拡がる一定幅を有する円環状のものであり、アルミナなど、光に対する分散特性の高いもの、すなわち、照射された偏光Ｒａを回転乃至軽減して反射する物質で形成されている。ここでは、この反射部材２が、ウェハ３００の外周部分を保持する保持部材を兼ねており、ウェハ３００の外周下端縁と接触しているが、図５に示すように、別の保持部材でウェハ３００を支持させ、この反射部材２がウェハ３００から離間するようにしてもよい。また、反射部材２の反射面２ａは水平でなくともよく、図６に示すように、円錐凹面となるように、斜めに傾斜させていてもよい。さらに、反射面２ａは光を散乱反射する粗い面であっても、正反射する鏡面であってもよい。
【００３１】
光検出部３は、図１に示すように、光照射部１と同軸上、すなわち観測孔１ａの上方または観測孔１ａ内に配置されたものであり、ウェハ３００及び反射部材２で反射して前記チャンバ窓２０１を通過した反射光のうち、前記偏光Ｒａのみを実質的に通過させる第２偏光フィルタ３１と、その第２偏光フィルタ３１を通過した光を結像させるためのレンズ系３２と、ＣＣＤ等のエリアイメージセンサ（光検出素子）３３とを備えている。
【００３２】
しかして、このようなウェハ輪郭検出装置１００によれば、ウェハ３００は非光学活性体であり偏光Ｒａをそのまま反射する一方、その周囲に配置された反射部材２は偏光Ｒａの偏光度を変化させて反射する。そして光検出部３においては、第２偏光フィルタ３１により実質的に前記偏光Ｒａのみ、すなわち、ウェハ３００からの反射光のみを検出するため、図４に光検出部３による撮像画像を示すように、ウェハ３００のみを明るく、その他の部分を暗くしてウェハ３００の輪郭が明確にわかるように、コントラストを付けて検出することができる。
【００３３】
また、光学部品のみを用いた静的構造であるため、真空チャンバ２００に収容されたウェハ３００にも適用してそのアラインメントが可能となるうえに、構成が簡単で低コスト化を図れ、取り扱いも容易である。
【００３４】
しかも光照射部１から射出されチャンバ２００内壁で反射された光は、既にその偏光特性を失っているので、迷光となり得ず、チャンバ２００内のように光が乱反射するような環境下でも、ウェハ３００の輪郭を精度良く（ＳＮ比良く）検出することができる。
【００３５】
さらに、光照射部１と光検出部３とを近接配置することができるため、コンパクト化が可能になるうえ、図１に示したように、光照射部１及び光検出部３を前記チャンバ２００の外側の同軸上に配置し、チャンバ２００の同じ窓２０１を介してウェハ３００に対する光の照射と受光とができるようになる。
【００３６】
さらにこの実施形態では、光照射部１として、ＬＥＤ１２をリング状に並べたリング照明器を利用しているが、各ＬＥＤ１２からの光は、前記光遮蔽部材４によって、その直下近傍のウェハ３００及び反射部材２にのみ到達し、ウェハ３００の反対側の外周部にほとんど到達しない。したがって、照射角度が大きく異なる光が同一箇所に２重に到達するといった現象を防止でき、そのことによって生じる輪郭の検出ぼけを防止して、ノッチ３００ｂを含むウェハ３００の輪郭を精度良くシャープに検出することが可能になる。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限られない。
【００３８】
例えば、第２偏光フィルタとして、前記偏光以外の光を実質的に通過させるものを用いてもよい。その場合、光検出部では、ウェハからの反射光以外の光を検出することになり、図７に検出画像を示すように、前記実施形態とは明暗が反転した画像を得ることができる。
【００３９】
また、反射部材２の表面２ａは全面に亘って平らである必要はなく、図８に示すように、途中に段差があってもよいし、図９に示すように、複数の部分２１に分割され、一方の面側からみて、各部分２１が重なり合うように構成してあってもよい。要は、図１０に示すように、ウェハ３００の一方の面側からみて、反射部材２が、その外輪郭を全て含むように連続であればよい。真空チャンバ内に限らす、種々の製造工程において、ウェハの周囲には他の検査や製造のための構造物が置かれている場合があり、それらを避けるときに、この構成は特にその効果が顕著となる。
【００４０】
さらに、前記構成を、ウェハのみならず、防爆室や塗装室など、外部から隔離された環境下にある測定対象物の外輪郭を検出するために適用して非常に好適である。
【００４１】
また、ＬＥＤとは異なる発光体を用いてもよいし、光照射部はリング照明に限られるものでもない。
【００４２】
その他、本発明は、前述した各部構成を適宜組み合わせて良いし、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態におけるウェハ輪郭検出装置の模式的全体図。
【図２】同実施形態におけるウェハ及び反射部材を示す平面図。
【図３】同実施形態における光照射部を示す底面図。
【図４】本発明の一実施形態におけるウェハの撮像画像を示す画像図。
【図５】本発明の他の実施形態におけるウェハ及び反射部材を示す模式的側面図。
【図６】本発明のさらに他の実施形態におけるウェハ及び反射部材を示す模式的側面図。
【図７】本発明のさらに他の実施形態におけるウェハの撮像画像を示す画像図。
【図８】本発明のさらに他の実施形態におけるウェハ及び反射部材を示す斜視図。
【図９】本発明のさらに他の実施形態におけるウェハ及び反射部材を示す斜視図。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態におけるウェハ及び反射部材を示す平面図。
【符号の説明】
【００４４】
１００・・・ウェハ輪郭検出装置
２００・・・チャンバ
２０１・・・窓
３００・・・ウェハ
３００ａ・・・一方の面（上面）
３００ｂ・・・ノッチ
１・・・光照射部
１２・・・発光体（ＬＥＤ）
１３・・・第１偏光フィルタ
１ａ・・・観測孔
２・・・反射部材
３・・・光検出部
３１・・・第２偏光フィルタ
３３・・・光検出素子
４・・・光遮蔽部材
Ｒａ・・・偏光
Ｃ・・・中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006339254.tif 000011
【図１０】
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