JP2005166991A - アライメント装置及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハに関する各種の加工において、アライメントに要する時間を短縮する。
【解決手段】ウェーハＷを撮像して加工すべき領域を検出するアライメント装置３において、ウェーハＷの光学像を取得する光学系３０と、光学像を撮像する第一の撮像手段３１０及び第二の撮像手段３１１と、第一の撮像手段３１０及び第二の撮像手段３１１が取得した画像に処理を施す画像処理手段３２と、処理後の画像を表示する表示手段３３とを備え、第一の撮像手段３１０の光軸３１０ａと第二の撮像手段３１１の光軸３１１ａとが光学系３０の光軸３０ａに合流し、第一の撮像手段３１０は、第二の撮像手段３１１より低倍率の撮像を行って低倍率画像を取得し、第二の撮像手段３１１は、第一の撮像手段３１０より高倍率の撮像を行って高倍率画像を取得し、画像処理手段３２は、低倍率画像と高倍率画像とを同時に表示手段３３に表示させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハの加工すべき領域を検出するアライメント装置及びこのアライメント装置を備えた加工装置に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等の回路が格子状のストリートによって区画されて形成された半導体ウェーハは、切削ブレードやレーザ光を用いてストリートを縦横に切ってダイシングすることによって個々の回路ごとの半導体チップに分割される。

ダイシングはストリートに沿って行われるため、ダイシングに先だって予めストリートを検出するアライメントと呼ばれる作業が行われる。このアライメントは、半導体ウェーハの表面を撮像し、当該表面に形成されたアライメント用のキーパターンと予めアライメント装置に記憶させておいたキーパターンとのパターンマッチングにより行われるため、生産性向上のためには、キーパターンの検出を迅速に行う必要がある。

そこで、最初に比較的低倍率で半導体ウェーハの表面を撮像してキーパターンを大まかに検出した後に、比較的高倍率でその部分を撮像して精密なパターンマッチングをすることによりアライメントに要する時間を短縮するような工夫も行われている。

特公平３−２７０４３号公報

しかしながら、低倍率による撮像を行った後に、高倍率による撮像に切り替えてアライメントが行われるため、なお比較的時間がかかるという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ウェーハに関する各種の加工において、アライメントに要する時間を更に短縮することである。

本発明は、複数の回路がストリートによって区画されて形成されたウェーハを撮像して加工すべき領域を検出するアライメント装置であって、ウェーハの光学像を取得する光学系と、光学像を撮像する第一の撮像手段及び第二の撮像手段と、第一の撮像手段及び第二の撮像手段が取得した画像に処理を施す画像処理手段と、処理後の画像を表示する表示手段とを備え、第一の撮像手段の光軸と第二の撮像手段の光軸とが光学系の光軸に合流し、第一の撮像手段は、第二の撮像手段より低倍率の撮像を行って低倍率画像を取得し、第二の撮像手段は、第一の撮像手段より高倍率の撮像を行って高倍率画像を取得し、画像処理手段は、低倍率画像と高倍率画像とを同時に表示手段に表示できることを要旨とするものである。

画像処理手段には、低倍率画像に対応する低倍率キーパターンの画像情報と高倍率画像に対応する高倍率キーパターンの画像情報と低倍率キーパターンと高倍率キーパターンとの所要の位置関係とを少なくとも記憶するアライメント情報記憶部と、低倍率キーパターンに基づく低倍率パターンマッチングを行う低倍率パターンマッチング部と、高倍率キーパターンに基づく高倍率パターンマッチングを行う高倍率パターンマッチング部とを少なくとも備え、低倍率マッチングと高倍率マッチングとを連続的に遂行することが望ましい。

低倍率キーパターン及び高倍率キーパターンが、ウェーハの第一の検出領域及び第一の検出領域から所定距離離れた第二の検出領域にそれぞれ形成されている場合は、第一の検出領域から所定間隔離れた該第二の検出領域に光学系を位置付ける駆動手段を備える。この場合、第一の検出領域の座標情報と第二の検出領域の座標情報とに基づいて、加工すべき領域の向きを調整する調整手段を備えていることが望ましい。

また、加工すべき領域を照明する照明機器を備え、光学系の光軸には、照明機器の光軸が合流することが望ましい。

更に本発明は、被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出するアライメント装置と、アライメント装置によって検出した加工すべき領域に加工を施す加工手段とを少なくとも備えた加工装置であって、アライメント装置が上記のように構成されることを要旨とする加工装置も提供する。この加工装置において、加工手段は、切削ブレードを備えた切削手段であってもよいし、レーザー光を照射するレーザー光照射手段であってもよい。

本発明においては、第一の撮像手段の光軸と第二の撮像手段の光軸とが光学系の光軸に合流しており、第一の撮像手段によって取得した低倍率画像と第二の撮像手段によって取得した高倍率画像とを同時に表示手段に表示できるようにしたため、両画像をオペレータが同時に確認することができ、オペレータの作業効率が向上し、アライメントに要する時間を短縮することができる。

また、画像処理手段に、低倍率キーパターンの画像情報と高倍率キーパターンの画像情報とそれらの所要の位置関係とを少なくとも記憶するアライメント情報記憶部と、低倍率キーパターンに基づく低倍率パターンマッチングを行う低倍率パターンマッチング部と、高倍率キーパターンに基づく高倍率パターンマッチングを行う高倍率パターンマッチング部とを少なくとも備えていることにより、低倍率によるパターンマッチングと高倍率によるパターンマッチングとを連続的に行うことができるため、この点からもアライメントに要する処理時間を短縮することができる。

また、このようなアライメント装置を備えた加工装置においては、アライメント時間に短縮に伴い加工に要する時間も短縮することができる。

図１に示す切削装置１は、半導体ウェーハ等の被加工物を切削する加工装置であり、被加工物を保持するチャックテーブル２と、チャックテーブル２に保持された被加工物の切削すべき領域を検出するアライメント装置３と、アライメント装置３によって検出した領域に切削加工を施す加工手段である切削手段４とを備えている。なお、加工手段としては、レーザー光を照射するレーザー光照射手段を用いることもできる。

チャックテーブル２は、切削送り部５によってＸ軸方向に移動可能となっている。切削送り部５には、Ｘ軸方向に配設されたボールネジ５０及びガイドレール５１と、ボールネジ５０の一端に連結されたパルスモータ５２と、図示しない内部のナットがボールネジ５０に螺合すると共に下部がガイドレール５１に摺動可能に係合した基台５３と、基台５３の上部に配設されチャックテーブル２の下部と連結された回転駆動部５４とを備えており、パルスモータ５２に駆動されてボールネジ５０が回動するのに伴い基台５３がガイドレール５１にガイドされてＸ軸方向に移動し、これによってチャックテーブル２もＸ軸方向に移動する構成となっている。またチャックテーブル２は、回転駆動部５４に駆動されて回転可能となっている。

切削手段４は、スピンドルハウジング４０によって回転可能に支持されたスピンドル４１の先端に切削ブレード４２が装着された構成となっており、全体として切り込み送り部６によってＺ軸方向に移動可能となっている。また、スピンドルハウジング４０には、被加工物の光学像を取得する光学系３０及びその光学像を撮像して画像情報を取得する撮像部３１が固定されており、これらも切削手段４と同様に切り込み送り部６によってＺ軸方向に移動可能となっている。また、撮像部３１には画像情報に対して処理を施す画像処理手段３２が接続され、画像処理手段３２には処理後の画像を画面表示する表示手段３３が接続されており、光学系３０と撮像部３１と画像処理手段３２と表示手段３３とでアライメント装置３を構成している。

切り込み送り部６は、Ｚ軸方向に起立した壁部の一方の面にＺ軸方向に配設されたボールネジ（図示せず）及びガイドレール６０と、ボールネジの一端に連結されたパルスモータ６１と、図示しない内部のナットがボールネジに螺合すると共に側部がガイドレール６０に摺動可能に係合した支持部６２とを備え、パルスモータ６１に駆動されてボールネジが回動するのに伴い支持部６２がガイドレール６０にガイドされてＺ軸方向に移動し、これによって支持部６２に支持された切削手段４もＺ軸方向に移動する構成となっている。

アライメント装置３、切削手段４及び切り込み送り部６は、全体として割り出し送り部７によってＹ軸方向に移動可能となっている。割り出し送り部７は、Ｙ軸方向に配設されたボールネジ７０及びガイドレール７１と、ボールネジ７０の一端に連結されたパルスモータ７２と、図示しない内部のナットがボールネジ７０に螺合すると共に下部がガイドレール７１に摺動可能に係合した基台７３とを備えており、パルスモータ７２に駆動されてボールネジ７０が回動するのに伴い基台７３がガイドレール７１にガイドされてＹ軸方向に移動し、これによってアライメント装置３、切削手段４及び切り込み送り部６がＹ軸方向に移動する構成となっている。

図２に示すように、撮像手段３１には、第一の撮像手段３１０及び第二の撮像手段３１１を備えており、第一の撮像手段３１０の光軸３１０ａ及び第二の撮像手段３１１の光軸３１１ａは、共にハーフミラー３４を介して光学系３０の光軸３０ａに合流している。また、照明機器３６の光軸も、ハーフミラー３５を介して光学系３０の光軸３０ａに合流している。第一の撮像手段３１０は、低倍率、例えば光学的に１倍の倍率でＣＣＤに撮像されるように構成され、第二の撮像手段３１１は、高倍率、例えば光学的に１０倍の倍率でＣＣＤに撮像されるように構成され、ＣＣＤの画素数が６４０×４８０で画素の大きさが１０μｍ×１０μｍの場合は、低倍率のＣＣＤの１画素当たりの精度は１０μｍ×１０μｍ、高倍率のＣＣＤの１画素当たりの精度は１μｍ×１μｍである。

第一の撮像手段３１０及び第二の撮像手段３１１は、共に画像処理手段３２に接続されている。画像処理手段３２には、アライメントを行うために必要な情報が予め記憶されるアライメント情報記憶部３２０と、第一の撮像手段３１０によって取得した実際の低倍率キーパターンの画像とアライメント情報記憶部３２０に記憶された低倍率キーパターンとのパターンマッチングを行う低倍率パターンマッチング部３２１と、第二の撮像手段３１１によって取得した実際の高倍率キーパターンの画像とアライメント情報記憶部３２０に記憶された高倍率キーパターンとのパターンマッチングを行う高倍率パターンマッチング部３２２と、第一の撮像手段３１０及び第二の撮像手段３１１によって取得した画像を表示手段３３に表示させる表示処理部３２３とを備えている。

図３に示すように、後にチップとなる複数の回路ＣがストリートＳによって区画されて形成された半導体ウェーハＷをダイシングする場合、半導体ウェーハＷは、図１にも示すように、ダイシングテープＴを介してダイシングフレームＦと一体となった状態でチャックテーブル２に保持される。そして、半導体ウェーハＷは、チャックテーブル２が＋Ｘ方向に移動することにより光学系３０の直下に位置付けられる。

半導体ウェーハＷが光学系３０の直下に位置付けられると、切削すべき領域を検出するために、チャックテーブル２がＸ軸方向に移動したり光学系３０がＹ軸方向に移動したりしながら第一の撮像手段３１０と第二の撮像手段３１１の双方によって同時に表面が撮像され、図２に示すように、２つの画像情報が表示処理部３２３によって１つの画面に収まるように表示手段３３に同時に表示され、低倍率のパターンマッチングが遂行され、その後直ちに高倍率のパターンマッチングが遂行される。従ってオペレータは、両方の画像を同時に確認することができるため、作業効率が向上し、アライメントに要する時間を短縮することができる。

図２の表示手段３３の表示画面例においては、右側に表示されている画像は、第一の撮像手段３１０によって取得された低倍率画像３３ａであり、左側に表示されている画像は、第二の撮像手段３１１によって取得された高倍率画像３３ｂである。低倍率画像３３ａでは略くの字型の低倍率キーパターン１００及び三角形状の高倍率キーパターン１０１が表示され、高倍率画像３３ｂでは低倍率キーパターン１００が表示されている。いずれの画像においても、光学系３０の対物レンズに形成されているアライメント基準線３０ｂが画像の中央にＸ軸方向に表示されている。

パターンマッチングのために必要となる低倍率キーパターン１００及び高倍率キーパターン１０１と同一の画像情報は、予めアライメント情報記憶部３２０に記憶されている。また、アライメント情報記憶部３２０には、半導体ウェーハＷを構成する総チップ数、隣り合うチップ同士のチップ間隔、高倍率キーパターン１０１からストリートの中心までの距離、低倍率キーパターン１００と高倍率キーパターン１０１との間の所要の位置関係等も記憶されている。

第一の撮像手段３１０による撮像によって取得された低倍率画像３３ａは、低倍率パターンマッチング部３２１に転送される。そして、低倍率パターンマッチング部３２１においては、アライメント情報記憶部３２０に予め記憶されている低倍率キーパターンの画素情報と、実際に第一の撮像手段３１０が取得した低倍率画像３３ａ中の低倍率キーパターン１００の画素情報とのパターンマッチングを行う。このパターンマッチングは、画面上のカーソル３３０ａが移動して予め記憶された低倍率キーパターンと同じ低倍率キーパターン１００を走査し、最初に発見した低倍率キーパターン１００が画面上の所定の位置に位置付けられるように、光学系３０がＹ軸方向に移動したりチャックテーブル２がＸ軸方向に移動したりしながら遂行される。なお、低倍率キーパターン１００が所定の位置に位置付けられると、低倍率キーパターン１００と高倍率キーパターン１０１との位置関係から、高倍率キーパターン１０１が表示手段３３の左側の画面に表示されるようにする。

一方、第一の撮像手段３１０による撮像と同時に第二の撮像手段３１１による撮像も行われているため、上記低倍率キーパターンに基づく大まかなアライメントの後には、直ちに連続的に高倍率キーパターンに基づく精密なアライメントに移ることができる。

第二の撮像手段３１１により取得された高倍率画像３３ｂは、高倍率パターンマッチング部３２２に転送される。そして、高倍率パターンマッチング部３２２において、アライメント情報記憶部３２０に予め記憶されている高倍率キーパターンの画素情報と、高倍率画像３３ｂ中の高倍率キーパターン１０１の画素情報とのパターンマッチングを行う。

高倍率キーパターン１０１は、低倍率キーパターン１００との関係で所要の位置にあり、この位置関係がアライメント情報記憶部３２０に記憶されているため、高倍率パターンマッチング部３２２においては、この位置関係に基づいてカーソル３３０ｂを移動させ、アライメント情報記憶部３２０に記憶されたキーパターンの画素情報と取得した高倍率画像３３ｂに含まれる高倍率キーパターン１０１の画素情報とのパターンマッチングを行う。両キーパターンが合致したときは、精密な位置合わせができたと判断する。

そして、アライメント情報記憶部３２０に記憶されている高倍率キーパターン１０１の中心からストリートＳの中心までの距離Ｌ（図４参照）の値を読み出し、この距離分だけ光学系３０を移動させると、図４に示すように、ストリートＳの中心線Ｓ１とアライメント基準線３０ｂとが合致する。

但し、半導体ウェーハＷをチャックテーブル２に載置する際には、半導体ウェーハＷに形成されたオリエンテーションフラットによって機械的な位置合わせが行われるものの、載置状態に誤差が生じている。そこで、図５に示すように、第一の検出領域１１０と、第一の検出領域１１１から所定間隔離れた第二の検出領域１１１との２箇所でアライメントを行う。この場合、第一の検出領域１１０と第二の検出領域１１１との距離は予めアライメント情報記憶部３２０に記憶されており、第一の検出領域１１０における高倍率パターンマッチング終了後に光学系３０またはチャックテーブル２をその距離だけ移動させ、第二の検出領域１１１においては高倍率パターンマッチングのみを行う。チャックテーブル２の移動は、図１に示した切削送り部５によって行われるため、切削送り部５がこの際の駆動手段としての役割を果たす。なお、必要であれば、第一の検出領域１１０と同様に低倍率パターンマッチングを行ってもよい。

チャックテーブル２の移動後、高倍率キーパターンがマッチングしなかった場合、即ち、第一の検出領域１１０の高倍率キーパターンと第二の検出領域１１１のキーパターンとが座標情報において一致しなかったときは、半導体ウェーハＷがずれて載置されていると判断し、この２箇所を結ぶ線とアライメント基準線３０ｂとがなす角の角度を算出し、その角度分だけチャックテーブル２を回転させる。チャックテーブル２の回転は、図１に示した回転駆動部５４の駆動により行われ、この回転駆動部５４が半導体ウェーハＷの向きを調整する調整手段としての役割を果たす。

図６に示すように、光学系３０のアライメント基準線３０ｂと切削ブレード４２とはＸ軸方向に一直線上に位置しているため、切削すべき領域であるストリートＳの中心線Ｓ１がアライメント基準線３０ｂと合致したときは、切削位置の位置合わせがなされたことになる。

このようにしてストリートＳの中心線Ｓ１と切削ブレード４２とのＹ軸方向の位置合わせがなされると、チャックテーブル２が更に＋Ｘ方向に移動すると共に、切削ブレード４２が高速回転しながら切削手段４が加工することにより、そのストリートＳが切削される。

また、チャックテーブル２が往復移動すると共に、ストリート間隔分ずつ切削手段４をＹ軸方向に割り出し送りしながら高速回転する切削ブレード４２を切り込ませると、同方向のすべてのストリートが切削される。また、チャックテーブル２を９０度回転させてから同様の切削を行うと、すべてのストリートが縦横に切削されて個々のチップとなる。直交するストリートについても前記したアライメントが遂行される。

本発明では、低倍率画像と高倍率画像とが同時に表示され、低倍率によるパターンマッチングと高倍率によるパターンマッチングとを連続的に行うことができるため、効率の良いアライメントが必要とされる各種加工に利用することができる。

本発明の加工装置の一例である切削装置を示す斜視図である。 本発明のアライメント装置の構成の一例を示す説明図である。 半導体ウェーハの一例を示す斜視図である。 アライメント装置の表示画面の一例を示す説明図である。 半導体ウェーハの第一の検出領域と第二の検出領域とを示す斜視図である。 光学系と切削ブレードとの関係を示す説明図である。

符号の説明

１：切削装置 ２：チャックテーブル
３：アライメント装置
３０：光学系
３０ａ：光軸 ３０ｂ：アライメント基準線
３１：撮像部
３１０：第一の撮像手段 ３１１：第二の撮像手段
３２：画像処理手段
３２０：アライメント情報記憶部 ３２１：低倍率パターンマッチング部
３２２：高倍率パターンマッチング部 ３２３：表示処理部
３３：表示手段
３３ａ：低倍率画像 ３３ｂ：高倍率画像
３３０ａ、３３０ｂ：カーソル
３４、３５：ハーフミラー ３６：照明機器
４：切削手段
４０：スピンドルハウジング ４１：スピンドル ４２：切削ブレード
５：切削送り部
５０：ボールネジ ５１：ガイドレール ５２：パルスモータ ５３：基台
５４：回転駆動部
６：切り込み送り部
６０：ガイドレール ６１：パルスモータ ６２：支持部
７：割り出し送り部
７０：ボールネジ ７１：ガイドレール ７２：パルスモータ ７３：基台
Ｗ：半導体ウェーハ
Ｓ：ストリート
Ｓ１：中心線
１００：低倍率キーパターン １０１：高倍率キーパターン
１１０：第一の検出領域 １１１：第二の検出領域
Ｆ：ダイシングフレーム Ｔ：ダイシングテープ

Claims (7)

1. 複数の回路がストリートによって区画されて形成されたウェーハを撮像して加工すべき領域を検出するアライメント装置であって、
   ウェーハの光学像を取得する光学系と、該光学像を撮像する第一の撮像手段及び第二の撮像手段と、該第一の撮像手段及び該第二の撮像手段が取得した画像に処理を施す画像処理手段と、該処理後の画像を表示する表示手段とを備え、
   該第一の撮像手段の光軸と該第二の撮像手段の光軸とが該光学系の光軸に合流し、
   該第一の撮像手段は、該第二の撮像手段より低倍率の撮像を行って低倍率画像を取得し、
   該第二の撮像手段は、該第一の撮像手段より高倍率の撮像を行って高倍率画像を取得し、
   該画像処理手段は、該低倍率画像と該高倍率画像とを同時に該表示手段に表示できる
   アライメント装置。
2. 前記画像処理手段には、
   前記低倍率画像に対応する低倍率キーパターンの画像情報と、前記高倍率画像に対応する高倍率キーパターンの画像情報と、該低倍率キーパターンと該高倍率キーパターンとの所要の位置関係とを少なくとも記憶するアライメント情報記憶部と、
   該低倍率キーパターンに基づく低倍率パターンマッチングを行う低倍率パターンマッチング部と、
   該高倍率キーパターンに基づく高倍率パターンマッチングを行う高倍率パターンマッチング部と
   を少なくとも備え、該低倍率パターンマッチングと該高倍率パターンマッチングとを連続的に遂行する
   請求項１に記載のアライメント装置。
3. 前記低倍率キーパターン及び前記高倍率キーパターンは、前記ウェーハの第一の検出領域及び該第一の検出領域から所定距離離れた第二の検出領域にそれぞれ形成されており、
   該第一の検出領域から該所定間隔離れた該第二の検出領域に前記光学系を位置付ける駆動手段を備えた請求項２に記載のアライメント装置。
4. 前記第一の検出領域の座標情報と前記第二の検出領域の座標情報とに基づいて、前記加工すべき領域の向きを調整する調整手段を備えた請求項３に記載のアライメント装置。
5. 前記加工すべき領域を照明する照明機器を備え、前記光学系の光軸には、該照明機器の光軸が合流する請求項１、２、３または４に記載のアライメント装置。
6. 被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出するアライメント装置と、該アライメント装置によって検出した該加工すべき領域に加工を施す加工手段とを少なくとも備えた加工装置であって、
   該アライメント装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載のアライメント装置である加工装置。
7. 前記加工手段は、切削ブレードを備えた切削手段またはレーザー光を照射するレーザー光照射手段である請求項６に記載の加工装置。

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