JP2014203837A - キーパターン検出方法、及び、アライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高精度なパターンマッチングを可能とするキーパターン検出方法と、それを利用したアライメント方法を提供する。【解決手段】ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースＷｔの撮像画像３０Ｃを取得して撮像画像３０Ｃに含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像３０Ｃを取得するテンプレート画像形成ステップと、テンプレート画像３０Ｃに複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像Ｔｘ１を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピースＷｓ上を撮像して処理用ワークピース撮像画像３０Ａを取得し、処理用ワークピース撮像画像３０Ａに対し、複数のテンプレート候補画像Ｔｘ１を用いてパターンマッチングを実施するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法とする。【選択図】図９

Description

本発明は、ワークピース上のキーパターンを検出するキーパターン検出方法に関する。

従来、例えば、特許文献１に開示されるように、切削装置やレーザー加工装置においては、加工に際し、装置が自動的にワークピースの加工予定ラインと加工手段とを整列させたりワークピース上で加工位置を特定するオートアライメントが実施される。

そして、このアライメントは、一般に、予め設定したターゲットパターンをもとにワークピース上のキーパターンを検出するパターンマッチングを利用して行われている。

このパターンマッチングの例として、まず、ある一つの登録用ワークピースの一部を撮像し、撮像画像内においてユニークなパターンを含む特定の領域がキーパターンとして定義され、このキーパターンがターゲットパターンとして登録される。

そして、登録用ワークピースとは別の処理用ワークピースについて、ターゲットパターンと一致するキーパターンが含まれていることを前提として、処理用ワークピースの一部を撮像するとともに、撮像画像の中からキーパターンが検出される。

このキーパターンを検出する処理において、ターゲットパターンが参照される、つまりは、ターゲットパターンとのパターンマッチングが実施される。

パターンマッチングの結果、ターゲットパターンと最も相関値が高い領域が、キーパターンとして定義されることになる。

以上のようなパターンマッチングを利用することによれば、例えば、まず、ある一つの登録用ワークピースによりターゲットパターンを登録しておくことで、その後に順次処理がなされる処理用ワークピースについて、自動的にキーパターンを検出することで、自動的にアライメント(オートアライメント)を実施することが可能となる。

特開平７−１０６４０５号公報

上述のように、従来のパターンマッチングでは、予め登録されたターゲットパターンを参照し、撮像画像とのパターンマッチングが実施されるものであるが、登録用、及び、処理用のワークピースにおいて、ワークピース上の傷や汚れの存在や、ワークピースのパターン（模様）自体の誤差の存在等から、ターゲットパターンと検出すべきキーパターンとが完全に一致する状況は殆どないといえる。

つまり、登録用ワークピースの撮像画像の中から登録されるターゲットパターンと、処理用ワークピースの中に含まれるパターン（検出されるべきキーパターン）は完全に一致するものではなく、処理用ワークピースの中に含まれるパターンのうち、最も相関性の高いパターンがキーパターンとして検出されることになる。

そこで、パターンマッチングにおいては、この相関性が高い結果が得られる状況でキーパターンを検出できることが求められることになる。相関性が低い結果しか得られない状況であると、処理用ワークピースの撮像画像からキーパターンを適切に検出することができず、本来はキーパターンが存在するのにもかかわらず、エラーとなってしまったり、異なるパターンをキーパターンとして検出してしまうことになる。

このため、検出されるべきキーパターンとターゲットパターンとの相関性を高めるために、従来は、登録用ワークピースを撮像する際に、例えば光量や照射する光の色、向き等を調整してワークピース表面の傷や汚れが撮像画像に入り込まない様にするための工夫がなされていた。

しかし、例えば、傷が撮像画像に入り込まない様に光量を上げてハレーションをさせた撮像画像をターゲットパターンとして登録してしまうと、パターンマッチング時に処理用ワークピースを撮像する際に、ターゲットパターン撮像時と同等の光量にて撮像をする必要が生じる。

ところが、全体的にハレーションさせるようにして処理用ワークピースを撮像すると、検出されるべきキーパターン自体もハレーションするために検出精度が落ちてしまう等、高精度なパターンマッチングが実施できないという問題がある。

さらに、例えば、赤外線カメラを利用して裏面研削された半導体ウェーハの裏面側から表面側のキーパターンを検出するような場合には、ウェーハの表面側を撮像した撮像画像に裏面側の研削痕が写り込むことになる。

そして、この研削痕は同一ウェーハ上においても部位によって方向が異なるものであることから、仮に、研削痕（ソーマーク）が入った撮像画像をターゲットパターンとすると、同一のものが実質的に存在しない研削痕をも含めてパターンマッチングが実施されることになるため、ターゲットパターンと完全に一致するキーパターンの撮像画像は実質的に得られないことになる。このため、高精度なパターンマッチングを実施することは、実質的に困難な状況となる。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも高精度なパターンマッチングを可能とするキーパターン検出方法と、それを利用したアライメント方法を提供することである。

請求項１に記載の発明によると、ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースの撮像画像を取得して撮像画像に含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像を取得するテンプレート画像形成ステップと、テンプレート画像に複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピース上を撮像して処理用ワークピース撮像画像を取得し、処理用ワークピース撮像画像に対し、複数のテンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域をキーパターンとして検出するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法が提供される。

請求項２に記載の発明によると、画像処理は、複数のエッジ検出処理と複数の閾値における二値化処理との組み合わせから少なくともなる、ことを特徴とする請求項１に記載のキーパターン検出方法が提供される。

請求項３に記載の発明によると、パターンマッチングステップでは、処理用ワークピース撮像画像に複数の画像処理をそれぞれ施し、画像処理が施された複数のワークピース撮像画像に対して複数のテンプレート候補画像をパターンマッチングさせる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキーパターン検出方法が提供される。

請求項４に記載の発明によると、請求項１〜３に記載のキーパターン検出方法を使用してワークピースを被整列物に対して整列させるアライメント方法であって、処理用ワークピースは、第一方向に整列した少なくとも２以上のキーパターンを有し、パターンマッチングステップでは、処理用ワークピースの第一方向の第一の位置において、処理用ワークピース撮像画像を形成し、処理用ワークピース撮像画像に対し、複数のテンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を第一キーパターンとして検出する第一キーパターン検出ステップと、処理用ワークピースの第一方向の第二の位置において、処理用ワークピース撮像画像を形成し、処理用ワークピース撮像画像に対し複数のテンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を二キーパターンとして検出する第二キーパターン検出ステップと、第一キーパターン検出ステップと第二キーパターン検出ステップとを実施した後、第一キーパターンと第二キーパターンとが一直線上に配置されるように被整列物に対して処理用ワークピースを相対的に回転させる整列ステップと、を備えたアライメント方法が提供される。

本発明によると、従来よりも高精度なパターンマッチングを可能とするターゲットパターン設定方法が提供される。

具体的には、ワークピース上のキーパターンを撮像したテンプレート画像に複数の画像処理を施し、画像処理を施した各テンプレート候補画像とワークピースの撮像画像との相関性をそれぞれ算出する。そしてワークピース上において最も相関性の高い領域（被マッチング領域）をキーパターンとして検出するとともに最も高い相関性を得られたテンプレート候補画像をターゲットパターンとする。

これにより、仮にテンプレート画像に傷や汚れ、研削痕等の異物（ノイズ要因）が写り込んだとしても、この異物を画像処理によって効果的に除去することができ、高精度にキーパターンを検出できる。

さらに、本発明のアライメント方法によれば、高精度なパターンマッチングに基づいたキーパターンの検出がなされるため、高精度なアライメントを実施することができる。

本発明の実施に適した加工装置（レーザー加工装置）の斜視図である。 （Ａ）はウェーハの表面と撮像画像の例について示す図である。（Ｂ）はウェーハの裏面と撮像画像の例について説明する図である。 （Ａ）は登録用ワークピースについて説明する図である。（Ｂ）は処理用ワークピースについて説明する図である。 （Ａ）はウェーハの表面側からの撮像画像の例について示す図である。（Ｂ）はウェーハの裏面側からの撮像画像の例について示す図である。 （Ａ）は登録用ワークピースの裏面側について説明する図である。（Ｂ）は処理用ワークピースの裏面側について説明する図である。 キーパターンのトレースについて説明する図である。 パターンマッチングの例について説明する図である。 キーパターンの検出について説明する図である。 登録用ワークピースでのテンプレート候補画像の取得について説明する図である。 処理用ワークピースでのアライメントの例について説明する図である。 本発明のターゲットパターン設定方法の他の実施形態の概要について説明する図である。 オートフォーカスの実施形態について説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。加工装置の一例として、半導体ウェーハのレーザー加工装置２の外観斜視図が図１に示されている。なお、本発明は、このようなレーザー加工装置の他にも、切削装置、ウォータージェット加工装置、洗浄装置、測定機器等の各種装置について適用可能である。

図１に示すレーザー加工装置２は、加工ヘッド１１を有するレーザー照射ユニット１０等の加工手段がハウジング８内に収容された加工装置本体４と、加工装置本体４のハウジング８に装着された表示モニタ６などを有して構成される。

レーザー照射ユニット１０の下方には、チャックテーブル１２がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能であって、さらに、回転可能に配設されている。チャックテーブル１２の上面は、被加工物を保持するための保持面として構成される。なお、加工時にウェーハＷを保持する保持手段としては、チャックテーブル１２のようにテーブルで構成する他、エッジクランプ（端を挟持する形態）による保持手段が使用されることも考えられる。

１４はウェーハＷを複数収容可能なカセット２４を載置するカセット載置台（エレベータ）であり、上下方向に移動可能に構成され、カセット２４に収容されたウェーハＷが適宜搬出、搬入されるようになっている。

図２（Ａ）に示すように、被加工物となるウェーハＷは、例えば裏面が研削された厚さが２００μｍのシリコンウェーハからなっており、表面Ｗａに互いに交差する複数の第一，第二の分割予定ライン（ストリート）１６が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン１６によって区画された複数の領域にそれぞれデバイス１５が形成されている。各デバイス１５には、共通のパターンが形成される。

図１に示すように、レーザー照射ユニット１０の加工ヘッド１１には、チャックテーブル１２に保持されることになる被加工物（ウェーハＷ）を上方から撮像するための撮像装置１３が付設されている。

そして、撮像装置１３では、図２（Ａ）に示されるような撮像画像３０Ａが撮像される。撮像画像３０Ａには、デバイス１５Ａに存在する特定の領域で定義されるパターンＰが含まれる。このパターンＰが他のパターンに比べて特殊な形状（画像）である場合などにおいて、パターンＰはデバイス１５Ａの位置を特定するためのキーパターンＰｋとして選定されることになる。なお、図２（Ａ）では、撮像画像３０Ａ（撮像領域）とキーパターンＰｋの領域が異なるが、同じであってもよい。

このキーパターンＰｋは、例えば、第一の分割予定ライン１６のＸ軸方向との平行出し（θ合わせ）、及びカット位置検出、を装置が自動で行うつまりは、オートアライメントを実施する際に利用される。

ここで、平行出し（θ合わせ）とカット位置検出を順に行うアライメントの一例を説明する。まず、平行出しについては、例えば、Ｘ軸方向において互いに離れた位置にあるデバイス１５Ａ，１５Ｂについて撮像画像３０Ａ，３０Ｂを取得するとともに、各撮像画像３０Ａ，３０ＢのキーパターンＰｋを検出する。そして、この撮像画像３０Ａ，３０ＢにおけるキーパターンＰｋのＹ軸方向の座標が一致するように、チャックテーブル１２を回転させることで、Ｘ軸方向に離れた位置にあるキーパターンＰｋを結ぶ直線がＸ軸方向と平行となる。このようにして、第一の分割予定ライン１６をＸ軸と平行にすることができる。

次に、カット位置検出については、予め装置に記憶されたキーパターンＰｋからカット位置までの距離を参照し、当該距離の分だけキーパターンＰｋから離れた位置をカット位置とするものである。

なお、このアライメントは、Ｘ軸方向に対する平行出しとカット位置検出に加え、Ｙ軸方向に対する平行出しとカット位置検出がなされることで、一連の操作が完了されることになる。

そして、このキーパターンＰｋを用いることでオートアライメントを実施することが可能となる。具体的には、図３に示すように、まず、事前作業として、オペレータの操作により、登録用ワークピースＷｔの或るデバイス１５Ｃの撮像画像３０Ｃが撮像され、撮像画像３０Ｃに含まれる特定の領域で定義されるパターンＰがキーパターンＰｋとして選定される。この選定の際、オペレータは、特徴的な形状を有するパターンＰを選定することになる。選定されたキーパターンＰｋは、制御装置５のメモリ５ｍにテンプレート画像Ｔｍとして登録される。

そして、実際に加工が行われる多量の処理用ワークピースＷｓについてオートアライメントがなされる際には、制御装置５の処理プログラム５ｐは、処理用ワークピースＷｓのデバイス１５Ａの撮像を実行して撮像画像３０Ａを取得するとともに、撮像画像３０Ａの中に含まれることが予定されるキーパターンＰｋをパターンマッチングにより検出する。

このパターンマッチングの際には、例えば、図４（Ａ）に示すように、撮像画像３０Ａ内において、テンプレート画像Ｔｍと同一の縦横画素数を有するマッチング用枠ＭＷを縦横方向に１ピクセル単位でずらした際に、その都度、マッチング用枠ＭＷ内に含まれる被マッチング領域Ｍｇと、メモリ５ｍに登録されたテンプレート画像Ｔｍを対比し、複数ある被マッチング領域Ｍｇの中で、テンプレート画像Ｔｍと最も相関性が高い被マッチング領域Ｍｇが、キーパターンＰｋとして検出されることになる。

以上のようにパターンマッチングによるキーパターンＰｋの検出処理がなされるが、被マッチング領域Ｍｇとテンプレート画像Ｔｍの相関性の数値が低い場合には、当該被マッチング領域Ｍｇが本来はキーパターンＰｋであるにもかかわらず、検出されないことが生じ得る。つまり、キーパターンＰｋが検出できないといったエラーが生じることになってしまう。

このようなエラーは、例えば、登録用ワークピースＷｔの表面が汚れており、この汚れがテンプレート画像Ｔｍに映り込んでいる場合には、発生確率が高くなってしまうものと考えられる。

さらに、図２（Ｂ）、及び、図４（Ｂ）に示すように、裏面研削されたウェーハＷの裏面Ｗｂから赤外線カメラ（ＩＲカメラ）を利用して撮像した撮像画像３０Ｄに含まれるウェーハＷの表面側のパターンＰをキーパターンＰｋとし、当該キーパターンＰｋをテンプレート画像Ｔｍとして登録していた場合には、当該テンプレート画像Ｔｍに研削による研削痕（ソーマーク）が映り込む。この場合、処理用ワークピースＷｓについては、同一のものが実質的に存在しない研削痕をも含めてパターンマッチングが実施されることになるため、キーパターンＰｋが検出されないエラーの発生確率が高いものとなってしまう。

加えて、図３に示す処理用ワークピースＷｓの表面が汚れており、この汚れが撮像画像３０Ａに映り込んでいることによって、相関性が低く算出され、キーパターンＰｋが検出されないエラーが発生するといったことも懸念される。

そこで、このようなエラーの発生確率を低下させ、高精度なパターンマッチングを実現可能とするために、本発明では、以下に説明する特徴的な方法が実施される。

以下では、図５に示すように、ウェーハＷの裏面Ｗｂからウェーハの表面側のパターンを撮像する場合の例を用いて説明する。

まず、図５に示すように、例えば、登録用ワークピースＷｔの裏面Ｗｂからウェーハ表面側のキーパターンＰｋを含む撮像画像３０Ｃを取得し、テンプレート画像Ｔｍとするテンプレート画像形成ステップを実施する。

撮像画像３０Ｃの取得は、登録用ワークピースＷｔをチャックテーブル１２（図１）にセットするとともに、例えば赤外線カメラからなる撮像装置１３によって登録用ワークピースＷｔのデバイス１５Ｃの任意の特定のエリアを撮像することで行われる。

この撮像画像３０Ｃの取得はオペレータのマニュアル操作によって行うほか、自動処理によって行ってもよい。なお、撮像画像３０Ｃには、パターンマッチングにおいて高い相関性が得られるようにするために、特徴的な形状を有するパターンＰ（キーパターンＰｋ）が含まれるものとする。この処理は、ティーチング処理（Ｔｅａｃｈｉｎｇ処理）とも称される。

次いで、図６に示すように、テンプレート画像Ｔｍに複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像Ｔ１，Ｔ２を形成するテンプレート候補形成ステップを実施する。

本実施形態では、図６に示すように、テンプレート画像Ｔｍにフィルタ処理Ｓ１を施し、更に、２値化処理Ｓ２を施すことによって、複数のテンプレート候補画像Ｔ１，Ｔ２が形成されるようになっている。

ここで、フィルタ処理４０は、周知の画像処理方法により実施することができ、例えば、パターンのエッジ（輪郭）を検出するためのエッジ検出フィルタが用いられる。例としては、以下の式で代表される各種エッジ検出フィルタを使用することができる。そして、複数のエッジ検出フィルタを用いることによって、各エッジ検出フィルタの特性に応じた画像が形成されることになる。

また、２値化処理Ｓ２は、フィルタ処理４０された画像について、例えば、白と黒の二色のみからなる画像に変換する処理である。この場合の閾値は、例えば、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０といったように複数設定することができる。そして、複数の閾値を用いることによって、各閾値に応じた画像が形成されることになる。

本実施形態では、図７に示すように、上述した合計６種類のエッジ検出フィルタと、合計５種類の閾値（Ａ〜Ｅ）を用いることで、合計３０種類の画像処理が実施され、合計３０個のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０が形成される。

そして異なる画像処理が施された合計３０個のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０は、図６のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３の例に示されるように、それぞれ異なった画像となる。そして、例えば、もともとテンプレート画像Ｔｍに傷や汚れ、研削痕などの異物（ノイズ要因）が含まれていた場合であっても、画像処理によって、この異物が効果的に除去されたテンプレート候補画像の形成を図ることができる。

例えば、図６の例では、テンプレート画像Ｔ１では異物として研削痕（ソーマーク）が現れているところ、テンプレート画像Ｔ３では、この研削痕が効果的に除去された画像として形成されるようになっている。

なお、上述したエッジ検出フィルタや２値化処理に加え、例えば、移動平均フィルタやメディアンフィルタ等を用いた平滑化処理を実施することとしてもよい。

次いで、テンプレート候補形成ステップで形成した複数のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０と処理用ワークピースＷｓの撮像画像３０Ａをパターンマッチングにて相関性を算出するとともに、処理用ワークピースＷｓの撮像画像３０Ａに含まれるキーパターンＰｋを検出する相関性算出ステップを実施する。

パターンマッチングは、図８の例にも示されるように、撮像画像３０Ａにおいて、テンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０と同一の縦横画素数を有するマッチング用枠ＭＷを縦横方向に１ピクセル単位でずらした際に、その都度、マッチング用枠ＭＷ内に含まれる被マッチング領域Ｍｇと、テンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を対比し、複数ある被マッチング領域Ｍｇの中で、テンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０と最も相関性が高い被マッチング領域Ｍｇが、キーパターンＰｋとして検出されることになる。

ここでの相関性（相関値）の算出は、周知の相関式を用いて実施することができ、例えば、下記式７にて示される相関式（ＮＣＣ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を使用することができる。

なお、この他にも、相関式として、例えば、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）やＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＺＮＣＣ（Ｚｅｒｏ−ｍｅａｎ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）等を利用してもよい。

以上のようにして、登録用ワークピースＷｔの撮像画像３０Ｃに基づいて形成される複数のテンプレート候補画像を参照し、処理用ワークピースＷｓの撮像画像３０Ａとのパターンマッチングを行うことで、一つの画像を参照してパターンマッチングを行う場合と比較して、高精度なパターンマッチングが実現できる。

つまり、例えば、仮にテンプレート画像に傷や汚れ、研削痕等の異物（ノイズ要因）が写り込んだとしても、この異物を画像処理によって効果的に除去することができ、高い相関性を呈することになるテンプレート候補画像（図６の例では、Ｔ３）を取得することができ、当該テンプレート候補画像を利用することで、高精度なパターンマッチングが実現できる。

そして、このようなパターンマッチングの応用の一例として、図１０に示す処理用ワークピースＷｓについて、二箇所のキーパターンを検出し、平行出し（θ合わせ）を実施する場合について説明する。

この例では、図１０に示すように、処理用ワークピースＷｓ上において、同一直線状に配置される二つの第一、第二の位置Ｘ１，Ｘ２における撮像画像３０Ａ，３０Ｂに対するパターンマッチングの際に、テンプレート画像Ｔｍに基づいて形成される複数のテンプレート候補画像を用いて、高精度なパターンマッチングを実施するものである。

以下、具体的に説明すると、まず、図９に示すように、登録用ワークピースＷｔの任意の位置Ｘｎにおいて、撮像画像３０Ｃが取得される。

そして、この撮像画像３０Ｃの中から、ユニークな形状、つまりは、キーパターンを含む領域が、それぞれテンプレート画像Ｔｍとして取得される。このテンプレート画像Ｔｍを取得する処理は、ティーチング処理（Ｔｅａｃｈｉｎｇ処理）とも称される。

次いで、各テンプレート画像Ｔｍに画像処理（上述のフィルタ処理Ｓ１、２値化処理Ｓ２）が施されることで、テンプレート画像Ｔｍについて、３０種類のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０が形成される。

次いで、図１０に示すように、処理用ワークピースＷｓの第一の位置Ｘ１において、撮像画像３０Ａを取得するとともに、３０種類のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を用いたパターンマッチングが実施される。このパターンマッチングにより、撮像画像３０Ａ内の特定の領域がキーパターンＫｐ１として検出されることになる（第一キーパターン検出ステップ）。

同様に、図１０に示すように、処理用ワークピースＷｓの第二の位置Ｘ２において、撮像画像３０Ｂを取得するとともに、３０種類のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を用いたパターンマッチングが実施される。このパターンマッチングにより、撮像画像３０Ｂ内の特定の領域がキーパターンＫｐ２として検出されることになる（第二キーパターン検出ステップ）。

なお、以上の第一、第二の位置Ｘ１，Ｘ２でのパターンマッチングにおいては、必ずしも同一のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０によって高い相関性が示されるものとは限らない。例えば、第一の位置Ｘ１においては、テンプレート候補画像Ｔ４において最も相関性が高く、第二の位置Ｘ２においては、テンプレート候補画像Ｔ１０において最も相関性が高い、といった状況も生じ得る。このように、各位置において複数のテンプレート候補画像を参照してパターンマッチングを行うことで、各位置において高い相関性を得ることができるようになる。

次いで、図１０に示すように、上記のように二箇所で検出されたキーパターンＫｐ１，Ｋｐ２が、特定方向の一直線上に配置される、つまりは、二箇所で検出されたキーパターンＫｐ１，Ｋｐ２を結ぶ線の方向Ｈ２を、被整列物であるレーザ加工ヘッドの加工方向である特定方向Ｈ１と一致させるように、処理用ワークピースＷｓを矢印Ｒ方向に回転させる平行出し（θ合わせ）が行われる。

図１０の例では、図１に示されるレーザー照射ユニット１０によるレーザー加工が実施されることとしており、特定方向Ｈ１がチャックテーブル１２の移動方向であるＸ軸方向となっている。このため、上記平行出し（θ合わせ）によって、キーパターンＫｐ１，Ｋｐ２を結ぶ線の方向Ｈ２が、Ｘ軸方向と一致することになる。

以上の平行出し（θ合わせ）の方法では、高精度なパターンマッチングに基づいたキーパターンＫｐ１，Ｋｐ２の検出がなされるため、高精度な平行出し（θ合わせ）を実施することができる。

なお、従来は、登録用ワークピースＷｔを用いて登録されたテンプレート画像Ｔｍをそのまま用いて、後のパターンマッチングを行うものに過ぎなかったため、テンプレート画像Ｔｍに異物が含まれる場合には、キーパターンが検出されないエラーが生じる可能性が高かった。これに対し、上記の実施形態では、テンプレート画像に画像処理を行うとともに、高い相関性が得られるであろうターゲットパターンを用いたパターンマッチングが行われることになるため、エラーが生じる確率を抑えることが可能となる。

また、ターゲットパターンＴＰを用いたパターンマッチングがなされるワークピースとしては、上述した半導体ウェーハなどの被加工物のほか、測定対象となる被測定物や、洗浄対象となる被洗浄物も含まれる。

以上のようにして、本発明を実施することができる。
即ち、図９及び図１０に示すように、ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースＷｔの撮像画像３０Ｃを取得して撮像画像３０Ｃに含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像３０Ｃを取得するテンプレート画像形成ステップと、テンプレート画像３０Ｃに複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像Ｔｘ１を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピースＷｓ上を撮像して処理用ワークピース撮像画像３０Ａを取得し、処理用ワークピース撮像画像３０Ａに対し、複数のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域をキーパターンＫｐ１として検出するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法とするものである。

これによれば、登録用ワークピースＷｔの撮像画像３０Ｃに基づいて形成される複数のテンプレート候補画像を参照し、処理用ワークピースＷｓの撮像画像３０Ａとのパターンマッチングを行うことで、一つの画像を参照してパターンマッチングを行う場合と比較して、高精度なパターンマッチングが実現できる。

また、画像処理としては、複数のエッジ検出処理と複数の閾値における二値化処理との組み合わせから少なくともなる。

これにより、傷や汚れ、研削痕等の異物（ノイズ要因）が写り込んだとしても、この異物を効果的に除去することができる。

また、図９及び図１０の例に示すように、上述のキーパターン検出方法を使用して処理用ワークピースＷｓを被整列物であるレーザー照射ユニット１０に対して整列させるアライメント方法（平行出し（θ合わせ））であって、処理用ワークピースＷｓは、第一方向に整列した少なくとも２以上のキーパターンを有し、パターンマッチングステップでは、処理用ワークピースの第一方向の第一の位置Ｘ１において、処理用ワークピース撮像画像３０Ａを形成し、処理用ワークピース撮像画像３０Ａに対し、複数のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を第一キーパターンとして検出する第一キーパターン検出ステップと、処理用ワークピースＷｓの第一方向の第二の位置Ｘ２において、処理用ワークピース撮像画像３０Ｄを形成し、処理用ワークピース撮像画像３０に対し複数のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を二キーパターンとして検出する第二キーパターン検出ステップと、第一キーパターン検出ステップと第二キーパターン検出ステップとを実施した後、第一キーパターンと第二キーパターンとが一直線上に配置されるように被整列物（レーザー照射ユニット１０、或いは、Ｘ軸、Ｙ軸など基準となる対象物）に対して処理用ワークピースを相対的に回転させる整列ステップと、を備えたアライメント方法とするものである。

以上のアライメント方法では、高精度なパターンマッチングに基づいたキーパターンＫｐ１，Ｋｐ２の検出がなされるため、高精度なアライメントを実施することができる。

さらに、上述した相関性算出ステップにおいては、図１１に示す追加的な処理を行うこととしてもよい。

即ち、処理用ワークピースＷｓを撮像して形成された撮像画像３０Ａに複数の画像処理をそれぞれ施して複数の処理用ワークピース撮像画像Ｗ１〜Ｗ３０を形成し、形成された処理用ワークピース撮像画像Ｗ１〜Ｗ３０に対して複数のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０とのパターンマッチングを実施して相関性を算出するとともに、処理用ワークピース撮像画像Ｗ１〜Ｗ３０に含まれるキーパターンを検出することとするものである。

これによれば、マッチングされる側の画像である撮像画像３０Ａについて、複数のワークピース処理画像Ｔ１〜Ｔ３０が形成されることになり、マッチングされる側の画像についても、傷や汚れ、研削痕等の異物（ノイズ要因）が写り込んだとしても、この異物を効果的に除去することができる。

そして、複数の処理用ワークピース撮像画像Ｗ１〜Ｗ３０と、複数のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０とを、全組み合わせで対照し、キーパターンＰｋの検出と、相関性の算出がなされる。

次に、テンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を用いた、オートフォーカスについて図１２を用いて説明する。撮像装置１３には顕微鏡１３ａが設けられており、Ｚ軸方向に図示せぬレンズを移動させることで、撮像対象の撮像領域に対する焦点が合わせられるようになっている。

オートフォーカスをする際には、まず、Ｚ軸方向の高さ位置Ｈ１〜Ｈ４において撮像画像Ｇ１〜Ｇ４を取得し、各撮像画像Ｇ１〜Ｇ４と、テンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０のパターンマッチングを実施する。

そして、最も高い相関性を呈した撮像画像Ｇ１〜Ｇ４が撮像された高さ位置が、撮像領域に対して最も焦点が合っているものとして、当該高さ位置がレンズのオートフォーカス位置（撮像対象とレンズの距離）として定義される。

このようにオートフォーカスに際し、テンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０を参照し、キーパターンとのパターンマッチングを実施することでレンズ高さを定義することができる。

パターンマッチングについては、複数のテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０が参照されるため、高精度なオートフォーカスが実現されることになる。

さらに、撮像画像Ｇ１〜Ｇ４についても画像処理を行って、各撮像画像Ｇ１〜Ｇ４について複数の処理画像を形成し、各処理画像とテンプレート候補画像Ｔ１〜Ｔ３０のパターンマッチングを実施することとしてもよい。

２ レーザー加工装置
５ 制御装置
５ｍ メモリ
１５Ａ デバイス
３０Ａ 撮像画像
３０Ｂ 撮像画像
３０Ｃ 撮像画像
Ｐ パターン
Ｐｋ キーパターン
Ｓ１ フィルタ処理
Ｓ２ ２値化処理
Ｔｍ テンプレート画像
Ｔ３ テンプレート候補画像
Ｔｐ ターゲットパターン
Ｗｓ 処理用ワークピース
Ｗｔ 登録用ワークピース

Claims (4)

1. ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、
   登録用ワークピースの撮像画像を取得して該撮像画像に含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像を取得するテンプレート画像形成ステップと、
   該テンプレート画像に複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像を形成するテンプレート候補形成ステップと、
   処理用ワークピース上を撮像して処理用ワークピース撮像画像を取得し、該処理用ワークピース撮像画像に対し、複数の該テンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域をキーパターンとして検出するパターンマッチングステップと、
   を備えたキーパターン検出方法。
2. 前記画像処理は、複数のエッジ検出処理と複数の閾値における二値化処理との組み合わせから少なくともなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のキーパターン検出方法。
3. 前記パターンマッチングステップでは、前記処理用ワークピース撮像画像に複数の該画像処理をそれぞれ施し、該画像処理が施された複数のワークピース撮像画像に対して複数の該テンプレート候補画像をパターンマッチングさせる、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキーパターン検出方法。
4. 請求項１〜３に記載のキーパターン検出方法を使用してワークピースを被整列物に対して整列させるアライメント方法であって、
   前記処理用ワークピースは、第一方向に整列した少なくとも２以上のキーパターンを有し、
   前記パターンマッチングステップでは、該処理用ワークピースの該第一方向の第一の位置において、該処理用ワークピース撮像画像を形成し、該処理用ワークピース撮像画像に対し、複数の該テンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を第一キーパターンとして検出する第一キーパターン検出ステップと、
   該処理用ワークピースの該第一方向の第二の位置において、該処理用ワークピース撮像画像を形成し、該処理用ワークピース撮像画像に対し複数の該テンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を二キーパターンとして検出する第二キーパターン検出ステップと、
   該第一キーパターン検出ステップと該第二キーパターン検出ステップとを実施した後、該第一キーパターンと該第二キーパターンとが一直線上に配置されるように被整列物に対して処理用ワークピースを相対的に回転させる整列ステップと、
   を備えたアライメント方法。
   

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