JP2015078852A - アライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より短時間で実施可能なアライメント方法を提供する。
【解決手段】第一倍率の第一撮像手段で被加工物（１１）を撮像し第一ターゲットパターン画像（３２ａ）を登録するとともに、第一倍率よりも高倍率である第二倍率の第二撮像手段で被加工物を撮像して第二ターゲットパターン画像（３２ｂ）を登録するターゲットパターン登録ステップと、第一ターゲットパターン画像に基づいて被加工物の位置あわせを実施する粗位置あわせステップと、第二ターゲットパターン画像に基づいて被加工物の精密位置あわせを実施する精密位置あわせステップと、を備え、粗位置あわせステップでは、精密位置あわせステップで用いる第二の相関式より演算処理時間が短くなる第一の相関式でパターンマッチングを実施する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を加工する加工ユニットを備えた加工装置において、加工ユニットと被加工物との位置関係を調整するアライメント方法に関する。

表面にデバイスが形成された半導体ウェーハ等の被加工物は、円環状の切削ブレードやレーザー照射用の加工ヘッド等を備える加工装置で加工される。被加工物の加工前には、切削ブレードや加工ヘッド等の加工ユニットと被加工物との位置関係を特定し、調整するためのアライメントが実施されている（例えば、特許文献１参照）。

このアライメントの準備ステップでは、登録用の被加工物を撮像ユニットで撮像し、被加工物の特徴的なパターンをターゲットパターンとして加工装置に登録する。また、ターゲットパターンとストリート（加工予定ライン）との距離を加工装置に記憶させておく。

実際のアライメントステップにおいては、まず、処理用の被加工物を撮像し、離れた２点でターゲットパターンに合致する２つのパターンをパターンマッチングで検出する。次に、検出された２つのターゲットパターンを結ぶ直線と、ヘアラインと呼ばれる加工装置側の基準線とが平行になるように被加工物を回転させ、加工装置に記憶されているターゲットパターンとストリートとの距離に基づいて実際のストリートの位置を特定する。

特開昭６０−５４４５４号公報

ところで、上述したアライメントでは、通常、低倍率の撮像ユニットでターゲットパターンを検出するマクロアライメント（粗位置あわせ）を実施した後に、高倍率の撮像ユニットでターゲットパターンを検出するミクロアライメント（精密位置あわせ）が実施される。

マクロアライメントでは、低倍率で撮像された撮像画像に基づき、２つのターゲットパターンを結ぶ直線とヘアラインとが概ね平行になるように被加工物の位置を合わせる。ミクロアライメントでは、マクロアライメントの後に高倍率で撮像された撮像画像に基づき、２つのターゲットパターンを結ぶ直線とヘアラインとがより平行に近づくように被加工物の位置を合せ、ストリートの位置を特定する。

しかしながら、上述した従来のアライメント方法には、ストリートの位置を特定するまでに比較的長い時間を要するという問題があり、生産性を高めるためにより短時間で実施可能なアライメント方法が求められていた。

本発明はかかる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、より短時間で実施可能なアライメント方法を提供することである。

本発明によれば、アライメント方法であって、第一倍率の第一撮像手段で被加工物を撮像し第一ターゲットパターン画像を登録するとともに、該第一倍率よりも高倍率である第二倍率の第二撮像手段で被加工物を撮像して第二ターゲットパターン画像を登録するターゲットパターン登録ステップと、被加工物を該第一撮像手段で撮像して形成した撮像画像上から該第一ターゲットパターン画像を用いたパターンマッチングで第一ターゲットパターンを検出し、検出した該第一ターゲットパターンをもとに被加工物の位置あわせを実施する粗位置あわせステップと、該粗位置あわせステップを実施した後、被加工物を該第二撮像手段で撮像して形成した撮像画像上から該第二ターゲットパターン画像を用いたパターンマッチングで第二ターゲットパターンを検出し、検出した該第二ターゲットパターンをもとに被加工物の精密位置あわせを実施する精密位置あわせステップと、を備え、該粗位置あわせステップでは、第一の相関式でパターンマッチングを実施し、該精密位置あわせステップでは、該第一の相関式とは異なる第二の相関式でパターンマッチングを実施し、該第一の相関式による演算処理時間は該第二の相関式による演算処理時間よりも短いことを特徴とするアライメント方法が提供される。

本発明のアライメント方法は、粗位置あわせステップにおいて、精密位置あわせステップで用いられる第二の相関式より演算処理時間が短くなる第一の相関式を用いてパターンマッチングを実施する。

そのため、粗位置あわせ及び精密位置あわせに同じ第二の相関式を用いる従来のアライメント方法と比較して処理時間を短縮できる。このように、本発明によれば、より短時間で実施可能なアライメント方法を提供できる。

本実施の形態に係るアライメント方法を用いるレーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 ターゲットパターン登録ステップを模式的に示す図である。 粗位置あわせステップにおいてウェーハが撮像される様子を模式的に示す図である。 粗位置あわせステップにおいて実施されるパターンマッチングを模式的に示す図である。 精密位置あわせステップにおいてウェーハが撮像される様子を模式的に示す図である。 精密位置あわせステップにおいて実施されるパターンマッチングを模式的に示す図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るアライメント方法は、ターゲットパターン登録ステップ（図２参照）、粗位置あわせステップ（図３及び図４参照）、精密位置あわせステップ（図５及び図６参照）を含む。

ターゲットパターン登録ステップでは、２種類の異なる倍率でウェーハ（被加工物）を撮像し、倍率の異なる２つのターゲットパターン画像を登録する。粗位置あわせステップでは、低倍率で撮像された第一ターゲットパターン画像と相関の強いパターンを、演算処理時間が短い第一の相関式を用いたパターンマッチングで検出し、ウェーハの位置合わせ（粗位置あわせ）を行う。

精密位置あわせステップでは、高倍率で撮像された第二ターゲットパターン画像と相関の高いパターンを、第二の相関式を用いたパターンマッチングで検出し、ウェーハの位置合わせ（精密位置あわせ）を行う。以下、本実施の形態に係るアライメント方法を詳述する。

図１は、本実施の形態に係るアライメント方法を用いるレーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。なお、本発明のアライメント方法は、レーザー加工装置において用いられることに限定されず、切削装置をはじめとする他の加工装置や、洗浄装置、測定装置等において用いられても良い。

図１に示すように、レーザー加工装置２は、各構成を支持する基台４を備えている。基台４の上方には、基台４を覆う筐体６が設けられている。筐体６の内側には、空間が形成されており、レーザービームを照射する加工ヘッド８とウェーハ（被加工物）１１を撮像する撮像ユニット１０とを含むレーザー照射ユニット１２が収容されている。

撮像ユニット１０は、低倍率（第一倍率）の第一対物レンズ（第一撮像手段）（不図示）と、第一対物レンズより高倍率（第二倍率）の第二対物レンズ（第一撮像手段）（不図示）とを切り替えてウェーハ１１を撮像する。この第一対物レンズは、主に粗位置あわせに使用され、第二対物レンズは、主に精密位置あわせに使用される。

レーザー照射ユニット１２の下方には、ウェーハ１１を吸引保持するチャックテーブル１４が設けられている。このチャックテーブル１４は、基台４の上面と平行なＸ軸方向（加工送り方向）及びＹ軸方向（割り出し送り方向）に移動すると共に、基台４の上面に垂直なＺ軸の周りに回転する。

基台４の角部には、カセットエレベータ１６が設けられている。このカセットエレベータ１６には、ウェーハ１１を収容するカセット１８が載置される。カセットエレベータ１６は、昇降可能に構成されており、ウェーハ１１を搬出、搬入できるように、カセット１８の位置をＺ軸方向（高さ方向）に調整する。

筐体６の前面６ａには、各種の条件を設定するためのタッチパネル式のモニタ２０が設けられている。このモニタ２０は、レーザー加工装置２の各構成を制御する制御装置２２（図２参照）と接続されている。制御装置２２は、モニタ２０を通じて設定される各種条件に基づいて、加工ヘッド８、撮像ユニット１０、チャックテーブル１４等の動作を制御する。

次に、上記レーザー加工装置２で実施される本実施の形態のアライメント方法について説明する。本実施の形態のアライメント方法では、まず、登録用のウェーハ１１を撮像して得られるターゲットパターン画像をレーザー加工装置２に登録するターゲットパターン登録ステップを実施する。図２は、ターゲットパターン登録ステップを模式的に示す図である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハであり、その表面は、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とに分けられている。デバイス領域１３は、格子状に配列された複数のストリート（加工予定ライン）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１９が形成されている。

ターゲットパターン登録ステップでは、まず、登録用のウェーハ１１をチャックテーブル１４に吸引保持させて、ウェーハ１１の表面側を撮像ユニット１０で撮像する。ウェーハ１１の撮像は、低倍率の第一対物レンズと、高倍率の第二対物レンズとを用いて少なくとも２回行う。

低倍率の第一対物レンズを用いてウェーハ１１を撮像すると、図２（Ａ）に示すような比較的広い視野の撮像画像３０ａが得られる。また、高倍率の第二対物レンズを用いてウェーハ１１を撮像すると、図２（Ｂ）に示すような比較的狭い視野の撮像画像３０ｂが得られる。撮像画像３０ａ，３０ｂには、それぞれ、デバイス１９に含まれる素子や配線によって形成される特徴的なパターンＰ１，Ｐ２が含まれている。

このウェーハ１１の撮像は、ウェーハ１１の表面側から行われても良いし、裏面側から行われても良い。ただし、パターンＰ１，Ｐ２はウェーハ１１の表面側に形成されているので、ウェーハ１１を裏面側から撮像する場合には、ウェーハ１１を透過する波長の光（例えば、赤外線）に感度のある撮像ユニット１０を用いる必要がある。

撮像画像３０ａ，３０ｂが得られた後には、ウェーハ１１において特徴的なパターンＰ１，Ｐ２を、それぞれ第一ターゲットパターン及び第二ターゲットパターンとしてレーザー加工装置２に登録する。

具体的には、パターンＰ１を含む撮像画像３０ａの一部（又は全部）を、第一ターゲットパターン画像３２ａとして制御装置２２内のメモリ２２ａに記憶させる。また、パターンＰ２を含む撮像画像３０ｂの一部（又は全部）を、第二ターゲットパターン画像３２ｂとして制御装置２２内のメモリ２２ａに記憶させる。

さらに、第二ターゲットパターンとなるパターンＰ２とストリート１７との距離を、制御装置２２内のメモリ２２ａに記憶させる。具体的には、第二ターゲットパターン画像３２ｂの基準座標からストリート１７までの距離を、メモリ２２ａに記憶させる。

なお、このターゲットパターン登録ステップは、オペレータのマニュアル操作によって行われても良いし、制御装置２２による自動処理で行われても良い。また、ターゲットパターン登録ステップで得られた第一ターゲットパターン画像３２ａ及び第二ターゲットパターン画像３２ｂには、フィルタ処理等の画像処理が適用されても良い。

ターゲットパターン登録ステップを実施した後には、実際に加工される処理用のウェーハ１１の大まかな位置を合せる粗位置あわせステップを実施する。図３は、粗位置あわせステップにおいてウェーハ１１が撮像される様子を模式的に示す図であり、図４は、粗位置あわせステップにおいて実施されるパターンマッチングを模式的に示す図である。

粗位置あわせステップでは、まず、処理用のウェーハ１１をレーザー加工装置２のチャックテーブル１４に吸引保持させる。そして、図３に示すように、任意のストリート１７と平行な方向において離れた２つの領域を低倍率の第一対物レンズで撮像し、比較的広い視野の撮像画像４０ａ，４０ｂを得る。

ここで、ウェーハ１１の撮像は、ウェーハ１１の表面側から行われても良いし、裏面側から行われても良いが、上述したターゲットパターン登録ステップに合わせて実施される必要がある。得られた撮像画像４０ａ，４０ｂは、制御装置２２のメモリ２２ａに記憶される。なお、撮像画像４０ａ，４０ｂには、２値化処理等の画像処理が適用されても良い。

撮像画像４０ａ，４０ｂを得た後には、パターンマッチングを実施して、撮像画像４０ａ，４０ｂの中から第一ターゲットパターンとの相関が最も強いパターンを検出する。具体的には、まず、制御装置２２が、撮像画像４０ａ（撮像画像４０ｂ）をメモリ２２ａから読み出し、処理プログラム２２ｂに基づいて、図４に示すような複数の被マッチング画像４２を形成する。

複数の被マッチング画像４２は、第一ターゲットパターン画像３２ａと同じサイズ（画素数）のマッチング用枠４４を、縦横方向に１画素単位で順にずらしながら撮像画像４０ａ（撮像画像４０ｂ）内の領域を切り出すことで形成される。形成された複数の被マッチング画像４２は、メモリ２２ａに記憶される。

その後、制御装置２２は、第一ターゲットパターン画像３２ａと複数の被マッチング画像４２とをメモリ２２ａから読み出し、処理プログラム２２ｂに基づいて第一ターゲットパターン画像３２ａと各被マッチング画像４２との相関を算出する。

第一ターゲットパターン画像３２ａと各被マッチング画像４２との相関は、演算量が比較的小さい第一の相関式を用いるＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）やＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）等の方法で算出される。

具体的には、ＳＳＤでは、下記式（１）に基づいて相関の強さを表す係数Ｒ_ＳＳＤが算出される。また、ＳＡＤでは、下記式（２）に基づいて相関の強さを表す係数Ｒ_ＳＡＤが算出される。

なお、上記式（１）、式（２）において、Ｔ（ｉ，ｊ）は、座標（ｉ，ｊ）における第一ターゲットパターン画像３２ａの輝度の値を表し、Ｉ（ｉ，ｊ）は、座標（ｉ，ｊ）における被マッチング画像４２の輝度の値を表す。ただし、ここでは、第一ターゲットパターン画像３２ａ及び被マッチング画像４２において、最も左上（又は左下）の点の座標を座標（０，０）とし、最も右下（又は右上）の点の座標を座標（Ｍ−１，Ｎ−１）としている。

第一ターゲットパターン画像３２ａと各被マッチング画像４２との相関が算出されると、制御装置２２は、相関が最も強い被マッチング画像４２を第一ターゲットパターンとして選定する。

撮像画像４０ａ，４０ｂにおいて、それぞれ、第一ターゲットパターンに相当する被マッチング画像４２が選定された後には、選定された２つの被マッチング画像４２の基準座標を結ぶ直線と、ヘアラインと呼ばれるレーザー加工装置２側の基準線とが平行になるようにチャックテーブル１４を回転させる。以上により、レーザー加工装置２に対するウェーハ１１の位置を大まかに合わせることができる。

本実施の形態の粗位置あわせステップでは、上述のように、演算量が比較的小さい第一の相関式に基づいてパターンマッチングを実施するので、後述する精密位置あわせステップと同じ第二の相関式を粗位置あわせステップに用いる従来のアライメント方法と比較して、演算処理に要する時間を短縮できる。

粗位置あわせステップを実施した後には、より精密な位置あわせを行う精密位置あわせステップを実施する。なお、精密位置あわせステップにおける処理の流れは、粗位置あわせステップと同様であるから、ここでは、主に相違する部分を説明する。

図５は、精密位置あわせステップにおいてウェーハ１１が撮像される様子を模式的に示す図であり、図６は、精密位置あわせステップにおいて実施されるパターンマッチングを模式的に示す図である。

精密位置あわせステップでは、図５に示すように、任意のストリート１７と平行な方向において離れた２つの領域を高倍率の第二対物レンズで撮像し、比較的狭い視野の撮像画像５０ａ，５０ｂを得る。得られた撮像画像５０ａ，５０ｂは、制御装置２２のメモリ２２ａに記憶される。

撮像画像５０ａ，５０ｂを得た後には、パターンマッチングを実施して、撮像画像５０ａ，５０ｂの中から第二ターゲットパターンとの相関が最も強いパターンを検出する。具体的には、まず、制御装置２２が、撮像画像５０ａ（撮像画像５０ｂ）をメモリ２２ａから読み出し、処理プログラム２２ｂに基づいて、図６に示すような複数の被マッチング画像５２を形成する。

複数の被マッチング画像５２は、第二ターゲットパターン画像３２ｂと同じサイズ（画素数）のマッチング用枠５４を、縦横方向に１画素単位で順にずらしながら撮像画像５０ａ（撮像画像５０ｂ）内の領域を切り出すことで形成される。形成された複数の被マッチング画像５２は、メモリ２２ａに記憶される。

その後、制御装置２２は、第二ターゲットパターン画像３２ｂと複数の被マッチング画像５２とをメモリ２２ａから読み出し、処理プログラム２２ｂに基づいて第二ターゲットパターン画像３２ｂと各被マッチング画像５２との相関を算出する。

第二ターゲットパターン画像３２ｂと各被マッチング画像５２との相関は、演算量は大きいが高い精度を実現可能な第二の相関式を用いるＮＣＣ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）やＺＮＣＣ（Ｚｅｒｏ−ｍｅａｎ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）等の方法で算出される。

具体的には、ＮＣＣでは、下記式（３）に基づいて相関の強さを表す係数Ｒ_ＮＣＣが算出される。また、ＺＮＣＣでは、下記式（４）に基づいて相関の強さを表す係数Ｒ_ＺＮＣＣが算出される。ＮＣＣやＺＮＣＣの演算量は、ＳＳＤやＳＡＤの演算量の概ね５倍〜１０倍程度である。

なお、上記式（３）、式（４）において、Ｔ（ｉ，ｊ）は、座標（ｉ，ｊ）における第二ターゲットパターン画像３２ｂの輝度の値を表し、Ｉ（ｉ，ｊ）は、座標（ｉ，ｊ）における被マッチング画像５２の輝度の値を表す。ただし、ここでは、第二ターゲットパターン画像３２ｂ及び被マッチング画像５２において、最も左上（又は左下）の点の座標を座標（０，０）とし、最も右下（又は右上）の点の座標を座標（Ｍ−１，Ｎ−１）としている。

第二ターゲットパターン画像３２ｂと各被マッチング画像５２との相関が算出されると、制御装置２２は、相関が最も強い被マッチング画像５２を第二ターゲットパターンとして選定する。

撮像画像５０ａ，５０ｂにおいて、それぞれ、第二ターゲットパターンに相当する被マッチング画像５２が選定された後には、選定された２つの被マッチング画像５２の基準座標を結ぶ直線と、ヘアラインと呼ばれるレーザー加工装置２側の基準線とが平行になるようにチャックテーブル１４を回転させる。以上により、レーザー加工装置２に対するウェーハ１１の位置を高精度に合わせることができる。

その後、ターゲットパターン登録ステップで登録した第二ターゲットパターン画像３２ｂの基準座標からストリート１７までの距離に基づいて、ストリート１７の位置を特定する。これにより、ウェーハ１１をストリート１７に沿って適切に加工できるようになる。

本実施の形態の精密位置あわせステップでは、上述のように、演算量は大きいが高い精度を実現可能な第二の相関式に基づいてパターンマッチングを実施するので、従来のアライメント方法と同等の精度を維持できる。

以上のように、本実施の形態に係るアライメント方法は、精密位置あわせステップで用いられる第二の相関式より演算処理時間が短くなる第一の相関式を用いて粗位置あわせステップを実施するので、第二の相関式を用いて粗位置あわせ及び精密位置あわせを行う従来のアライメント方法と比較して処理時間を短縮できる。

また、本実施の形態に係るアライメント方法は、高い精度を実現可能な第二の相関式を用いて精密位置あわせステップを実施するので、従来のアライメント方法と同等の精度を維持できる。このように、実施の形態に係るアライメント方法によれば、精度を維持しながらより短時間で実施可能なアライメント方法を提供できる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、粗位置あわせステップと精密位置あわせステップとで、ウェーハ１１の同じ領域を撮像してパターンマッチングを実施しているが、粗位置あわせステップと精密位置あわせステップとで異なる領域を撮像してパターンマッチングを実施しても良い。

また、上記実施の形態では、登録用のウェーハ１１と処理用のウェーハ１１とを区別しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、処理用のウェーハ１１の一部を登録用のウェーハ１１として用いても良い。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ レーザー加工装置
４ 基台
６ 筐体
６ａ 前面
８ 加工ヘッド
１０ 撮像ユニット
１２ レーザー照射ユニット
１４ チャックテーブル
１６ カセットエレベータ
１８ カセット
２０ モニタ
２２ 制御装置
２２ａ メモリ
２２ｂ 処理プログラム
３０ａ 撮像画像
３０ｂ 撮像画像
３２ａ 第一ターゲットパターン画像
３２ｂ 第二ターゲットパターン画像
４０ａ 撮像画像
４０ｂ 撮像画像
４２ 被マッチング画像
４４ マッチング用枠
５０ａ 撮像画像
５０ｂ 撮像画像
５２ 被マッチング画像
５４ マッチング用枠
１１ ウェーハ（被加工物）
１３ デバイス領域
１５ 外周余剰領域
１７ ストリート（加工予定ライン）
１９ デバイス
Ｐ１，Ｐ２ パターン

Claims (1)

1. アライメント方法であって、
   第一倍率の第一撮像手段で被加工物を撮像し第一ターゲットパターン画像を登録するとともに、該第一倍率よりも高倍率である第二倍率の第二撮像手段で被加工物を撮像して第二ターゲットパターン画像を登録するターゲットパターン登録ステップと、
   被加工物を該第一撮像手段で撮像して形成した撮像画像上から該第一ターゲットパターン画像を用いたパターンマッチングで第一ターゲットパターンを検出し、検出した該第一ターゲットパターンをもとに被加工物の位置あわせを実施する粗位置あわせステップと、
   該粗位置あわせステップを実施した後、被加工物を該第二撮像手段で撮像して形成した撮像画像上から該第二ターゲットパターン画像を用いたパターンマッチングで第二ターゲットパターンを検出し、検出した該第二ターゲットパターンをもとに被加工物の精密位置あわせを実施する精密位置あわせステップと、を備え、
   該粗位置あわせステップでは、第一の相関式でパターンマッチングを実施し、
   該精密位置あわせステップでは、該第一の相関式とは異なる第二の相関式でパターンマッチングを実施し、
   該第一の相関式による演算処理時間は該第二の相関式による演算処理時間よりも短いことを特徴とするアライメント方法。
   

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