JP2562936B2

JP2562936B2 - キーパターン自動設定手段を備えた自動精密位置合せシステム

Info

Publication number: JP2562936B2
Application number: JP11363888A
Authority: JP
Inventors: 正徳宇賀
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 1988-05-12
Filing date: 1988-05-12
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPH01285805A

Description

【発明の詳細な説明】＜技術分野＞本発明は、表面に所定パターンを有する被処理物体、
殊に表面には格子状に配列された複数個の直線状領域が
存在し且つかかる直線状領域によって区画された複数個
の矩形領域の各々には同一の回路パターンが施されてい
る半導体ウエーハを、所要位置に位置付ける自動精密位
置合せシステムに関する。

＜従来技術及びその問題点＞周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、略
円板状の半導体ウエーハの表面が格子状に配列された所
定幅の直線状領域（かかる直線状領域は一般にストリー
トと称されている）によって複数個の矩形領域に区画さ
れ、かかる矩形領域の各々には通常は同一の回路パター
ンが施される。しかる後に、上記直線状領域において半
導体ウエーハが切断され、かくして回路パターンが施さ
れている複数個の矩形領域が個々に分離される（個々に
分離された矩形領域は一般にチップと称されている）。
半導体ウエーハの切断は充分精密に上記直線状領域にお
いて遂行することが重要であり、上記直線状領域自体の
幅は、極めて狭く、一般に、数十μｍ程度である。それ
故に、ダイヤモンドブレードの如き切断手段によって半
導体ウエーハを切断する際には、切断手段に関して著し
く精密に半導体ウエーハを位置合せすることが必要であ
る。

而して、上記切断等のために半導体ウエーハを所要位
置に充分精密に位置付けるための、種々の形態の自動精
密位置合せシステムが、既に提案され実用に供されてい
る。かような自動精密位置合せシステムは、一般に、保
持手段に保持された半導体ウエーハの表面に存在する上
記直線状領域の相対的位置を充分精密に検出し、かかる
検出に基いて保持手段を移動せしめて半導体ウエーハを
所要位置に位置合せしている。かような自動精密位置合
せシステムにおける上記直線状領域の相対的位置の検出
は、一般に、パターンマッチング方式を利用している。
即ち、半導体ウエーハ（サンプル半導体ウエーハ）を所
定位置に手動で位置付け、かかる半導体ウエーハの表面
上の特徴的な特定領域をキーパターン領域として選定
し、かかるキーパターン領域のパターン及び位置をキー
パターン及びその位置としてキーパターンメモリに予め
記憶しておく。そして、自動精密位置合せにおいては、
位置合せすべき半導体ウエーハの表面上で上記キーパタ
ーンと同一のパターンを検出し、かかる検出に基いて半
導体ウエーハの位置付けを遂行する。

然るに、従来の自動精密位置合せシステムにおいて
は、キーパターン及びその位置をキーパターンメモリに
記憶するためのキーパターン領域の選定を操作者自身の
判断によって遂行することが必要であり、それ故に、
（イ）他の領域と比べて充分に顕著な特徴を有する（従
って、自動精密位置合せにおけるパターンマッチングに
おいて所謂マッチングミスを発生せしめる恐れがない）
適切なキーパターン領域の選定を容易且つ迅速に遂行す
ることが困難である、（ロ）選定したキーパターン領域
が適切なものであるか否かを実際に自動精密位置合せを
試験的に遂行してチェックすることが必要であり、従っ
て相当な時間を要する、という解決すべき問題乃至欠点
が存在する。

そこで、本発明者は、先に特開昭61−204716号公報に
おいて、キーパターン自動設定手段を備えた自動精密位
置合せシステムを提案した。かかる自動精密位置合せシ
ステムにおけるキーパターン自動設定手段は、保持手段
に保持されたサンプル被処理物体（半導体ウエーハ）が
所定位置に位置付けられた時に、撮像手段に撮像される
画像における所定面積の複数個の領域の各々の画素濃度
分散値を算出し、かかる画素濃度分散値に基いて上記複
数個の領域のうちの１個をキーパターン領域として選定
する。

本発明者が先に提案した上記自動精密位置合せシステ
ムにおけるキーパターン自動設定手段は、通常の場合
は、適切に且つ迅速に所要キーパターンを自動的に選定
することができる。しかしながら、本発明者の経験によ
れば、特に撮像手段に撮像される画像が比較的高倍率の
画像である場合、被処理物体である半導体ウエーハの種
類如何によっては、所要キーパターンを自動的に選定す
ることができない、或いは所要キーパターンの選定に相
当な時間を要することがあった。

＜発明の課題＞本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その
主たる技術的課題は、本発明者が先に提案した上記自動
精密位置合せシステムに改良を加えて、撮像手段に撮像
される画像が比較的高倍率の画像である場合でも、広範
囲の半導体ウエーハに対して所要キーパターンを適切に
且つ迅速に自動的に選定することができるようにせしめ
ることである。

＜発明の解決手段＞上記技術的課題を達成するための本発明の解決手段
は、新規且つ改良されたキーパターン自動設定手段、即
ち予め設定された少なくとも１個の標準パターンを記憶
し、保持手段に保持されたサンプル被処理物体が所定位
置に位置付けられた時に、撮像手段に撮像される画像に
おける所定面積の複数個の領域の各々と上記標準パター
ンとの近似度を算出し、上記近似度に基いて上記複数個
の領域のうちの１個をキーパターン領域として選定する
キーパターン自動設定手段を配設することである。

即ち、本発明によれば、被処理物体を保持するための
保持手段と、該保持手段を移動せしめるための移動手段
と、該保持手段に保持された被処理物体の表面の少なく
とも一部の画像を撮像してｘ−ｙマトリックス配列画素
の濃度を示すアナログ信号を出力するための撮像手段
と、該撮像手段が出力する該アナログ信号を多値デジタ
ル信号に変換するためのA/D変換手段と、該A/D変換手段
が生成する該多値デジタル信号を記憶するための画像フ
レームメモリと、該保持手段に保持されたサンプル被処
理物体が所定位置に位置付けられた時に該撮像手段に撮
像される画像における所定面積の複数個の領域のうちの
１個をキーパターン領域として選定するためのキーパタ
ーン自動設定手段と、該キーパターン領域のパターンを
該画像フレームメモリに記憶されている信号に基いて該
キーパターン信号として記憶し且つ該キーパターン領域
の位置を示す信号を該キーパターン位置信号として記憶
するためのパターンメモリと、該画像フレームメモリに
記憶されている信号と該キーパターンメモリに記憶され
ている該キーパターン信号とに基いてパターンマッチン
グ作用を遂行するパターンマッチング手段と、該パター
ンマッチング作用に基いて該移動手段を作動せしめて該
移動手段に保持された被処理物体の位置付けを遂行する
ための移動制御手段とを具備する。表面に所定パターン
を有する被処理物体を所要位置に位置付ける自動精密位
置合せシステムにおいて；該キーパターン自動設定手段は、予め設定された少な
くとも１個の標準パターンを記憶し、該保持手段に保持
されたサンプル被処理物体が所定位置に位置付けられた
時に該撮像手段に撮像される画像における所定面積の複
数個の領域の各々と該標準パターンとの近似度を算出
し、該近似度に基いて該キーパターン領域を選定する、
ことを特徴とする自動精密位置合せシステムが提供され
る。

＜発明の好適具体例＞以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成され
た自動精密位置合せシステムの一具体例について詳細に
説明する。

第１図は、本発明に従って構成された自動精密位置合
せシステムの一具体例が装備された半導体ウエーハ切断
装置の一部を図式的に示している。切断すべき半導体ウ
エーハ２は、それ自体は公知の形態でよい適宜の供給手
段（図示していない）によって供給されて保持手段４上
に載置される。この際には、例えばウエーハ２に存在す
るオリエンテーションフラット６を利用することによっ
て（或いは、ウエーハが貼着テープを介して適宜のフレ
ームに装着されている場合には、フレームに形成されて
いる位置付け用切欠き等を利用することによって）、充
分精密ではないが所要誤差範囲内で保持手段４上に載置
される。この点について更に詳述すると、第２図に図示
する如く、ウエーハ２の表面には格子状に配列された複
数個の直線状領域8a及び8bが存在する。かかる直線状領
域8a及び8bは、一般に、ストリートと称されている。第
２図において左右方向に延びる直線状領域8aは、所定幅
wyを有し且つ所定間隔dyを置いて配置されており、第２
図において上下方向に延びる直線状領域8bは、所定幅wx
を有し且つ所定間隔dxを置いて配置されている（上記所
定幅wyと上記所定幅wxとは、必ずしも実質上同一ではな
く相互に異なっていることも少なくなく、同様に上記所
定間隔dyと上記所定間隔dxとも、必ずしも実質上同一で
はなく相互に異なっていることも少なくない）。かくし
て、ウエーハ２の表面上には、直線状領域8a及び8bによ
って、第２図において左右方向にピッチpx＝wx＋dxで第
２図において上下方向にピッチpy＝wy＋dyで配列された
複数個の矩形領域10が区画されている。そして、かかる
矩形領域10の各々には、夫々同一の回路パターンが施さ
れている。かようなウエーハ２は、上記オリエンテーシ
ョンフラット６を利用することによって、上記直線状領
域8a又は8bのいずれか一方、図示の場合は直線状領域8a
が所定基準方向即ちｘ方向（第１図）に対して例えば±
1.5度乃至3.0度程度以下である傾斜角度範囲内になるよ
うに、上記保持手段４上に載置される。

第１図を参照して説明を続けると、それ自体は公知の
形態でよい保持手段４は、その表面上に載置されたウエ
ーハ２を真空吸着等によって充分確実に保持する。この
保持手段４は、適宜の支持機構（図示していない）によ
って、ｘ方向,y方向及びθ方向に移動自在に装着されて
いる。保持手段４には、これを充分精密に所要通りに移
動せしめる移動手段12が駆動連結されている。図示の具
体例においては、移動手段12は、ｘ方向移動源14、ｙ方
向移動源16及びθ方向移動源18から構成されている。パ
ルスモータから構成されているのが好都合であるｘ方向
移動源14は、作動せしめられると保持手段４をｘ方向
に、例えば１μｍ程度の精度で所要距離移動せしめる。
パルスモータから構成されているのが好都合であるｙ方
向移動源16は、作動せしめられると保持手段４をｙ方
向、即ち上記ｘ方向に垂直な方向に、例えば１μｍ程度
の精度で所要距離移動せしめる。同様にパルスモータか
ら構成されているのが好都合であるθ方向移動源18は、
作動せしめられると保持手段４を例えば0.0015度程度の
精度でθ方向に所要角度移動、即ち保持手段４の中心軸
線20を中心として回転せしめる。所望ならば、保持手段
４をｘ方向に移動自在に装着し且つ保持手段４にｘ方向
移動源14を付設することに代えて、後述する光学手段の
顕微鏡をｘ方向に移動自在に装着し且つかかる顕微鏡に
ｘ方向移動源を付設することもできる。

図示の半導体ウエーハ切断装置には、固定ダイヤモン
ド砥粒から形成されているのが好ましい回転ブレード22
が設けられている。ウエーハ切断手段を構成するこの回
転ブレード22は、上記ｙ方向に実質上平行な中心軸線24
を中心として回転自在に且つ上記ｘ方向に移動自在に装
着されており、ACモータの如き適宜の駆動源（図示して
いない）によって所要速度で回転駆動されると共に、DC
モータの如き適宜の駆動源（図示していない）によって
所要速度でｘ方向に往復動せしめられる。

図示の半導体ウエーハ切断装置においては、保持手段
４が第１図に実線で示す位置乃至その近傍である供給及
び排出域に存在している間に、上記供給手段（図示して
いない）によって保持手段４上にウエーハ２が載置され
る。次いで、後に詳述する如くして、保持手段４の位置
を微細に調整することによって、保持手段４上に保持さ
れたウエーハ２が回転ブレード22に関して所定位置に充
分精密に位置合せされる。しかる後に、保持手段４がｙ
方向に所定距離前進せしめられて、第１図に２点鎖線で
図示する如く、保持手段４及びその上面に保持されたウ
エーハ２が回転ブレード22に隣接する切断開始域に位置
付けられる。次いで、回転ブレード22を回転せしめると
共にｘ方向に移動せしめてウエーハ２が回転駆動されて
いる回転ブレード22の作用を受けるようにする切断移動
と、ウエーハ２の表面に存在する矩形領域10のピッチpx
（又はpy）だけ保持手段４をｙ方向に移動する所謂イン
デックス移動とを交互に遂行し、かくしてウエーハ２を
その表面に存在する直線状領域8b（又は8a）に沿って切
断する。次に、保持手段４をその中心軸線20を中心とし
てθ方向に90度移動せしめ、次いで上記切断移動と上記
インデックス移動を交互に遂行し、かくしてウエーハ２
をその表面に存在する直線状領域8a（又は8b）に沿って
切断する。しかる後に、保持手段４がｙ方向に所定距離
後進せしめられて、保持手段４が上記供給及び排出域に
戻される。次いで、保持手段４から切断されたウエーハ
２が、それ自体は公知の形態でよい適宜の排出手段（図
示していない）によって保持手段４から排出され、そし
て上記供給手段（図示していない）によって保持手段４
上に次のウエーハ２が載置される。回転ブレード22によ
るウエーハ２の切断は、当業者には周知の如く、ウエー
ハ２の厚さ全体に渡ってではなくて僅かだけ非切断厚さ
を残留せしめて遂行し、かくして上記矩形領域10（第２
図）が完全には分離されないようになすことができる
（この場合には、後に若干の力を加えて切断残留部を破
断せしめることによって上記矩形領域10が完全に分離さ
れ、かくしてチップが生成される）。或いは、ウエーハ
２の裏面に予め粘着テープを貼着しておいて、ウエーハ
２を厚さ全体に渡って切断しても上記矩形領域10が個々
に分離されないようにせしめてもよい（この場合には、
後に粘着テープを剥がすことによって上記矩形領域10が
完全に分離され、かくしてチップが生成される）。

第１図と共に第３図を参照して説明すると、上記供給
及び排出域に存在する時の保持手段４及びその表面に保
持されたウエーハ２に関連せしめて、全体を番号26で示
す光学手段が配設されている。図示の光学手段26は、顕
微鏡28、光路分岐手段30、第１の光学径路32及び第２の
光学径路34を含んでいる。例えば３乃至５倍程度でよい
比較的低倍率の顕微鏡28は、ｘ方向に例えば40乃至55mm
程度でよい適宜の間隔を置いて位置する２個の入光開口
36a及び36bを有する双眼顕微鏡から構成されている。従
って、保持手段４上に保持されたウエーハ２の表面の、
ｘ方向に所定間隔を置いた２個の部分の画像が、上記入
光開口36a及び36bを通して顕微鏡28に入光され、そして
スプリット画像として顕微鏡28から出光される。顕微鏡
28から出光される光は、ハーフミラー等の適宜の手段か
ら構成することができる光路分岐手段30によって、２つ
の光に分岐され、そしてその一方の光は第１の光学径路
32を通して、その他方の光は第２の光学径路34を通し
て、撮像手段38（この撮像手段38については後に更に言
及する）に投射される。第１の光学径路32は、顕微鏡28
から出光される画像を、更に拡大することなくそのまま
撮像手段38に投射し、従って第１の光学径路32を通して
撮像手段38に投射されるところのウエーハ２の表面の画
像は、３乃至５倍程度でよい比較的低倍率の拡大画像で
ある。所望ならば、第１の光学径路32を通して撮像手段
38に投射されるところのウエーハ２の表面の画像を等倍
乃至若干の縮少画像にすることもできる。従って、本明
細書において使用する語句「比較的低倍率」は、低倍率
の拡大のみならず等倍乃至若干の縮少も含む。一方、第
２の光学径路34は、例えば５乃至10倍程度でよい拡大率
を有する拡大レンズ系を含んでおり、顕微鏡28から出光
される画像を更に拡大して撮像手段38に投射し、従って
第２の光学径路34を通して撮像手段38に投射されるとこ
ろのウエーハ２の表面の画像は、20乃至30倍程度でよい
比較的高倍率の拡大画像である。

図示の具体例における上記撮像手段38は、上記第１の
光学径路32に光学的に接続された第１の撮像手段40と、
上記第２の光学経路34に光学的に接続された第２の撮像
手段42とを含んでいる。第１及び第２の撮像手段40及び
42の各々は、投射される画像に応じて、ｘ−ｙマトリッ
クス配列画素の濃度を示すアナログ信号を出力すること
ができるものであれば任意の形態のものでよいが、固体
カメラ、特にｘ−ｙマトリックス配列された複数個の撮
像素子、例えばCCD,CPD又はMOS、を有する固体カメラ、
から構成されているのが好ましい。図示の具体例におい
ては、第１及び第２の撮像手段40及び42の各々は、256
×256個のマトリックス配列されたCCDを有する固体カメ
ラから構成されている。図示の具体例においては、第１
の撮像手段40を構成する256×256個のCCDには、顕微鏡2
8の左側入光開口36a（又は右側入光開口36b）に入光さ
れた画像のみが入光される。顕微鏡28の右側入光開口36
b（又は左側入光開口36a）に入光された画像は、第１の
撮像手段40には入光されない。換言すれば、第１の光学
径路32は、顕微鏡28の２個の入光開口のうちの一方、即
ち左側入光開口36a（又は右側入光開口36b）に入光する
画像のみを、比較的低倍率で第１の撮像手段40を構成す
る256×256個のCCDに投射する。一方、第２の撮像手段4
2を構成する256×256個のCCDにおいては、その左半部に
位置する128×256個のCCDには、顕微鏡28の左側入光開
口36aに入光された画像が入力され、右半部に位置する
残りの128×256個のCCDには、顕微鏡28の右側入光開口3
6bに入光された画像が入力される。換言すれば、第２の
光学径路34は、顕微鏡28の左側入光開口36aに入光する
画像を、比較的高倍率で第２の撮像手段42を構成する25
6×256個のCCDのうちの左半部に位置する128×256個のC
CDに投射し、顕微鏡28の右側入光開口36bに入光する画
像を、比較的高倍率で第２の撮像手段42を構成する256
×256個のCCDのうちの右半部に位置する残りの128×256
個のCCDに投射する。256×256個のCCDの各々は、それに
入力された画像の濃度（gray level）に応じた電圧を有
するアナログ信号を出力する。256×256個のCCDを有す
る固体カメラには、撮像した画像の実際の濃度に応じて
出力アナログ信号の利得を自動的に調整するそれ自体は
公知の自動ゲイン調整手段（図示していない）が付設乃
至内蔵されているのが好都合である。

第３図を参照して説明を続けると、上記第１及び第２
の撮像手段40及び42は、倍率変換手段44を介してA/D
（アナログ・デジタル）変換手段46に接続され、そして
A/D変換手段46は、画像フレームメモリ48に接続されて
いる。倍率変換手段44は、複数個のRAMを内蔵したマイ
クロプロセッサでよい中央処理ユニット（CPU）50によ
って制御され、上記第１及び第２の撮像手段40及び42の
いずれか一方を選択的に、上記A/D変換手段46に電気的
に接続する。A/D変換手段46は、入力されたアナログ信
号を、例えば８ビット（従って2⁸＝256段階）でよい多
値デジタル信号に変換する。そして、かかる多値デジタ
ル信号は、画像フレームメモリ48に送給されてそこに一
時的に記憶される。図示の具体例における画像フレーム
メモリ48は、少なくとも256×256×８ビットの記憶容量
を有し、従って、上記第１及び第２の撮像手段40及び42
の各々を構成する固体カメラにおける256×256個のCCD
に入力された256×256個の画素の濃度に夫々対応する25
6×256個の８ビット多値デジタル信号を記憶することが
できるRAMから構成されている。かくして、保持手段４
上に保持されたウエーハ２の表面の、第１の撮像手段40
に投射される比較的低倍率の画像と第２の撮像手段42に
投射される比較的高倍率の画像とに夫々対応した多値デ
ジタル信号が選択的に画像フレームメモリ48に記憶され
る。

図示の具体例においては、陰極線管（CRT）から構成
されているのが好都合である表示手段52も設けられてい
る。この表示手段52は、切換手段（図示していない）手
動操作に応じて、上記A/D変換手段46が出力する多値デ
ジタル信号、上記中央処理ユニット50内に内蔵されてい
るRAMに記憶されている信号、或いは後述するキーパタ
ーンメモリに記憶されている信号等に対応する画像を選
択的に可視表示する。図示の表示手段52は、第２の撮像
手段42に投射される画像を表示する場合、その左半部に
は顕微鏡28の左側入光開口36aから入光する画像を、そ
の右半部には顕微鏡28の右側入光開口36bから入光する
画像を、例えば総倍率で260倍程度に拡大して表示す
る。

上記中央処理ユニット50には、更に、キーパターンメ
モリ54及びパターンマッチング手段56が接続されてい
る。

RAM等から構成することができるキーパターンメモリ5
4には、保持手段４上に保持されたサンプルウエーハ２
が所定位置に位置付けられた時の、サンプルウエーハ２
の特定領域即ちキーパターン領域のパターン及び位置が
キーパターン及びその位置として記憶される。キーパタ
ーン及びその位置の記憶は、次の通りにして遂行するこ
とができる。

最初に、保持手段４上にサンプルウエーハ２を載置
し、次いでｘ方向駆動源14、ｙ方向駆動源16及びθ方向
駆動源18を手動によって適宜に作動せしめて保持手段４
を移動せしめ、保持手段４上のサンプルウエーハ２を上
記光学手段26に関して所要位置に手動位置付けする。か
かる手動位置付けの際には、例えば、上記倍率変換手段
44を制御して第２の撮像手段42をA/D変換手段46に接続
し、そしてA/D変換手段46が出力する多値デジタル信号
が上記表示手段52に可視表示される状態、従ってサンプ
ルウエーハ２の表面の比較的高倍率の拡大画像が上記表
示手段52に可視表示される状態にせしめ、上記表示手段
52に表示されている画像を観測し、かくして、例えば、
第４図に図式的に示す如く、サンプルウエーハ２の表面
における直線状領域8aの中心線が、上記表示手段52の表
示画面における横方向中心線、即ちdx−dx線に実質上合
致するようにサンプルウエーハ２を位置付ける。

かような手動位置付けに次いで、サンプルウエーハ２
の表面における特定領域、即ちキーパターン領域を設定
し、かかるパターン領域のパターン及び位置をキーパタ
ーンメモリ54に記憶する。キーパターン領域の設定は、
キーパターン領域自動設定手段によって次の通りにして
自動的に遂行される。キーパターン領域自動設定手段
は、上記中央処理ユニット50によって構成することがで
きる。第５図に図示するフローチャートを参照して説明
すると、ステップｎ−１においては、自動位置合せ手順
が比較的低倍率の画像に関して１次位置付けを遂行し次
いで比較的高倍率の画像に関して２次位置付けを遂行す
る２段階位置付け（かかる２段階位置付けについては、
特開昭60−244803号公報及び特開昭61−143820号公報に
記載されている故に、かかる記載を参照されたい）か、
或いは比較的高倍率の画像に関する位置付けのみを遂行
する単段階位置付けかが判断される。換言すれば、比較
的低倍率の画像に関してキーパターン領域を設定するこ
とが必要であると共に比較的高倍率の画像に関してキー
パターン領域を設定することが必要であるか、或いは比
較的高倍率の画像に関してのみキーパターン領域を設定
することが必要であるかが判断される。前者の場合はス
テップｎ−２に進行し、後者の場合はステップｎ−８に
進行する。ステップｎ−２においては、第１の撮像手段
40がA/D変換手段46に接続され、従って、サンプルウエ
ーハ２の表面における、上記顕微鏡28の左側入光開口36
aから入光され第１の撮像手段40に投射される比較的低
倍率の画像が表示手段52に表示され、そしてまたかかる
画像における複数個（256×256個）の画素の各々の濃度
を示す多値デジタル信号が画像フレームメモリ48に記憶
される状態にせしめられる。次いで、ステップｎ−３に
進行し、キーパターン領域候補が自動的に選出され、し
かる後にステップｎ−４において、選出されたキーパタ
ーン領域候補が適切なものであるか否かが判定される。
上記ステップｎ−３におけるキーパターン領域候補の選
出、及び上記ステップｎ−４におけるキーパターン領域
候補の判定は、上記特開昭61−204716号公報に開示され
ている通りの方式（即ち画像濃度分散値の算出及び相互
相関値の算出に基く方式）でよく、これらの詳細につい
ての説明は、上記特開昭61−204716号公報に委ね，本明
細書においては省略する。所望ならば、比較的高倍率の
画像に関するキーパターン領域候補の選出及び判定に関
して後に詳細に説明する通りの、本発明に従って提案さ
れる新規な方式を、比較的低倍率の画像に関するキーパ
ターン領域候補の選出及び判定にも適用することができ
る。上記ステップｎ−４において、選出されたキーパタ
ーン領域候補が適切なものであると判定された場合に
は、ステップｎ−５に進行する。そして、このステップ
ｎ−５においては、上記キーパターン領域候補がキーパ
ターン領域として最終的に選定され、そしてかかるキー
パターン領域のパターン及び位置がキーパターン及びそ
の位置としてキーパターンメモリ54に記憶される。キー
パターン領域のパターンの記憶は、画像フレームメモリ
48に記憶されている多値デジタル信号のうちの上記キー
パターン領域に関する信号を記憶することによって達成
される。

上記の通りにして比較的低倍率の画像に関する１個の
キーパターン及びその位置がキーパターンメモリ54に記
憶されると、ステップｎ−６に進行する。このステップ
ｎ−６においては、上記キーパターン領域が表示手段52
の表示画面の実質上中央に位置するように、ｘ方向移動
源14及びｙ方向移動源16が適宜に駆動されて保持手段４
及びその上に保持されたサンプルウエーハ２が移動せし
められる。次いで、ステップｎ−７に進行し、第２の撮
像手段42がA/D変換手段46に接続され、従って、サンプ
ルウエーハ２の表面における、上記顕微鏡28の左側入光
開口36aと右側入光開口36bから入光され第２の撮像手段
42に投射される比較的高倍率の画像が夫々表示手段52の
左半部と右半部に表示され、そしてまたかかる画像にお
ける複数個（128×256＋128×256個）の画素の各々の濃
度を示す多値デジタル信号が画像フレームメモリ48に記
憶される状態にせしめられる。しかる後に、ステップｎ
−８に進行する。そしてこのステップｎ−８において
は、予め設定された少なくとも１個の標準パターンと、
上記表示手段52の左半分（又は右半部）に表示される比
較的高倍率の画像における所定面積の複数個の領域の各
々との近似度が算出される。更に詳述すると、図示の具
体例においては、第６−１図乃至第６−18図に図示する
18個の標準パターンが、中央処理ユニット50に内蔵され
ているRAMに予め記憶されている。かかる標準パターン
自体は、キーパターンとして適切であろうと思われるパ
ターンを経験的に選定することによって規定することが
できる。標準パターンの各々の寸法は、表示手段52の左
半部（又は右半部）に表示される比較的高倍率の画像に
おいて、例えば32×32個の画素に対応、従って第２の撮
像手段42における32×32個のCCDに対応している。上記
近似度の算出は、18個の標準パターンの各々について、
表示手段52の左半部（又は右半部）に表示される比較的
高倍率の画像における32×32個の画素面積を有する全て
の領域に関して遂行され得る。第４図を参照して説明す
ると、例えば、第６−１図に図示する標準パターンにつ
いて上記近似度を算出する場合には、32×32個の画素に
対応した寸法を有するカーソル58が、表示手段52の左半
部（又は右半部）に表示される比較的高倍率の画像の特
定走査開始位置、例えば左端且つ上端に位置付けられ、
カーソル58によって規定される領域と第６−１図に図示
する標準パターンとの近似度が算出される。カーソル58
は横方向又は上下方向に１画素毎移動されて、表示手段
52の左半部（又は右半部）に表示されている比較的高倍
率の画像の全体が走査され、そしてカーソル58が１画素
分移動される毎に、カーソル58によって規定される領域
の近似度が算出される。かくして、１個の標準パターン
に対して（128−31）×（256−31）＝21825個の領域の
近似度が算出され、図示の具体例においては18個の標準
パターンが予め定められており、従って総計で21825×1
8＝392850個の近似度が算出される。近似度の算出にお
いては、画像フレームメモリ48に記憶されている128×2
56個の多値デジタル信号に基いて相互相関値Q_r1（この
相互相関値Q_r1が小さい程近似度が大きい）を下記式、 Q_r1＝Q_s1−Q_o1 ここで、Q_s1は標準パターン自体の自己相関値であり、Q
_o1は標準パターンとカーソル58によって規定される領域
の各々との相関値である、に基いて算出し、かかる相互相関値Q_r1に基いて近似度
を算出することができる。上記相互相関値Q_r1の算出に
ついて更に詳述すると、上記Q_s1を例えば１とし、上記Q
_o1として標準パターンとカーソル58によって規定される
領域とのパターンマッチング度Ｐを採用することができ
る（Q_r1＝１−Ｐ）。そして、パターンマッチング度Ｐ
自体は、例えば、下記式Ａ、ここで、ｇは標準パターン中の32×32個の画素の各々の
濃度に対応した値であり、はｇの平均値であり、ｈは
カーソル58によって規定される領域中の32×32個の画素
の各々の濃度に対応した値であり、はｈの平均値であ
り、（i,j）は各画素の行及び列を示し、従って（ｉ＝
１乃至32、ｊ＝１乃至32）である、に基いて、パターンマッチング手段56によって算出する
ことができる。演算処理の簡略化のために、上記式Ａに
おける〔ｇ（i,j）−〕，及び〔ｈ（i,j）−〕の各々に２値化処理を加えた下記式ここで、Ｕは２値化演算を意味し、ｘ＞０の場合Ｕ
（ｘ）＝1,x≦０の場合Ｕ（ｘ）＝０である、に基いてマッチング度Ｐを求めることもできる。求めら
れるマッチング度Ｐの信頼性を一層高めるためには、所
謂正規化相関に基いて、即ち、下記式ここで、g,,h,及び（i,j）は、上記式Ａの場合と同
一である。

に基いてマッチング度Ｐを求めることもできる。而し
て、上記式A,B又はＣに基いてマッチング度Ｐを算出す
る際、領域における全ての画素（32×32＝1024）につい
て相関処理を遂行することに代えて、演算速度を高速化
するために、領域における画素中の複数個の特定画素、
例えば各行各列１個づつ選定された32個の特定画素のみ
について相関処理を遂行することもできる。

上述した通りにして算出された392850個の近似度は、
中央処理ユニット50に内蔵されているRAMに記憶され
る。しかる後にステップｎ−９に進行し、このステップ
ｎ−９においては、上記392850個の近似度のうち大きい
ものから順次に例えば４個の近似度が抽出される。次い
で、ステップｎ−10に進行し、一番大きい近似度を有す
る領域が第１のキーパターン領域候補として抽出され
る。しかる後にステップｎ−11に進行し、このステップ
ｎ−11においては、選定された上記第１のキーパターン
領域候補と、上記表示手段52の左半分（又は右半部）に
表示される比較的高倍率の画像における他の全ての領域
との類似度が算出される。かかる類似度の算出において
は、上記近似度の場合と同様に、上記第１のキーパター
ン領域候補と他の領域の各々との間の相互相関値Q
_r2（この相互相関値Q_r2が小さい程類似度が高い）を下
記式、 Q_r2＝Q_s2−Q_o2 ここで、Q_s2は抽出された第１のキーパターン領域候補
自体の自己相関値であり、Q_o2は抽出された第１のキー
パターン領域候補と他の領域の各々との相関値である。

に基いて算出し、かかる相互相関値Q_r2に基いて類似度
を算出することができる。上記相互相関値Q_r2自体の算
出は、上述した類似度の算出における上記相互相関値Q
_r1の算出と同様でよい。次いで、ステップｎ−12に進行
し、上記ステップｎ−11において算出された相互相関値
Q_r2のうちの最小値Q_r2（min）が所定閾値以上であるか
否かが判定される。上記所定閾値は予め設定して、中央
処理ユニット50に内蔵されているRAMに記憶しておくこ
とができる。このステップｎ−12において上記第１のキ
ーパターン領域候補の上記最小値Q_r2（min）が所定閾値
以上であることが確認されると、更に、上記キーパター
ン領域候補がキーパターン領域として適切であるか否か
を確認するために、ステップｎ−13,n−14,n−15及びｎ
−16が遂行される。ステップｎ−13においては、ｘ方向
移動源14又はｙ方向移動源16が駆動されて、保持手段４
及びその上に保持されているサンプルウエーハ２が、原
則的には、表示手段52の左半部に表示されている比較的
高倍率の画像面積に対応した距離に渡ってｘ方向又はｙ
方向に移動せしめられる。次いで、ステップｎ−14に進
行して、上記第１のキーパターン領域候補と新たに表示
手段52の左半部に表示された比較的高倍率の画像におけ
る各領域の全てとの類似度、従って相互相関値Q_r3が算
出される。そして、ステップｎ−15に進行し、上記ステ
ップｎ−14において算出された全ての相互相関値Q_r3の
うちの最小値Q_r3（min）が所定閾値以上か否かが判断さ
れる。最小値Q_r3（min）が所定閾値以上であることが確
認された場合には、ステップｎ−16に進行し、上記ステ
ップｎ−13における保持手段４及びその上に保持された
サンプルウエーハ２の移動が所定回数（例えば15回）遂
行されたか否かが判断され、未だ所定回数に達していな
い場合には上記ステップｎ−13に戻る。上記ステップｎ
−13における保持手段４及びその上に保持されたサンプ
ルウエーハ２の所定回数（例えば15回）の移動に関して
は、次の事実が注目されるべきである。即ち、上述した
如く、保持手段４上に位置合せすべきウエーハ２が載置
される場合、ウエーハ２は所要誤差範囲内で保持手段４
上に載置される。上記ステップｎ−13における保持手段
４及びその上に保持されたサンプルウエーハ２の所定回
数の移動は、位置合せすべきウエーハ２の載置における
上記所要誤差範囲に対応した範囲に渡る。換言すれば、
上記ステップｎ−13乃至ｎ−16における確認は、保持手
段４上に位置合せすべきウエーハ２が上記許容誤差範囲
内で載置される限り、上記キーパターン領域候補のパタ
ーンと同一又は所定類似度以上の領域は１個しか検出さ
れない（従って、上記キーパターン領域候補はキーパタ
ーン領域として適切である）ことの確認である。他方、
上記ステップｎ−13における保持手段４及びその上に保
持されたサンプルウエーハ２の所定回数の移動によるｘ
方向及びｙ方向の総移動量は、第２図に図示する直線状
領域8a及び8bのピッチpy及びpx以下であることが重要で
ある。さもなくば、容易に理解される如く、上記キーパ
ターン領域候補と同一の領域が必然的に表示手段52の左
半部（又は右半部）に出現することになり、上記ステッ
プｎ−15において必然的に最小値Q_r3（min）が所定閾値
以下になってしまう。上記ステップｎ−13における保持
手段４及びその上に保持されたサンプルウエーハ２の移
動方式自体は、例えば、上記所定回数が15回である場
合、ｘ方向正側に４回移動し、次いでｙ方向正側に１回
移動し、しかる後にｘ方向負側に４回移動し、次いでｙ
方向負側に１回（この際には２画像分移動せしめる）移
動し、そして更にｘ方向正側に４回移動する等の方式で
よい。

上記ステップｎ−16において所定回数に達した場合に
は、ステップｎ−17に進行する。そして、このステップ
ｎ−17においては、上記第１のキーパターン領域候補が
キーパターン領域として最終的に選定され、そしてかか
るキーパターン領域のパターン及び位置が、比較的高倍
率の左側（又は右側）画像に関するキーパターン及びそ
の位置としてキーパターンメモリ54に記憶される。

他方、上記ステップｎ−12或いは上記ステップｎ−15
において、相互相関値Q_r2の最小値Q_r2（min）が所定閾
値以下であり、従って上記第１のキーパターン領域候補
がキーパターン領域として適切でないと判断された場合
には、ステップｎ−18に進行する。そして、このステッ
プｎ−18においては、第２のキーパターン領域候補が既
に抽出されたか否かが判別される。そして、第２のキー
パターン領域候補が未だ抽出されていない場合には、ス
テップｎ−19に進行し、上記ステップｎ−９において選
定された第１から第４番目までの近似度のうちの第２番
目に大きい近似度を有する領域が第２のキーパターン領
域候補として抽出される。次いで、上記ステップｎ−11
に戻り、上記第１のキーパターン領域候補について遂行
された適切判別シーケンスが第２のキーパターン領域候
補について遂行される。上記ステップｎ−18において第
２のキーパターン領域が既に抽出されていた場合には、
ステップｎ−20に進行し、第３のキーパターン領域候補
が既に抽出されたか否かが判別される。そして、第３の
キーパターン領域候補が未だ抽出されていない場合に
は、ステップｎ−21に進行し、上記ステップｎ−９にお
いて選定された第１から第４番目までの近似度のうちの
第３番目に大きい近似度を有する領域が第３のキーパタ
ーン領域候補として抽出され、しかる後に上記ステップ
ｎ−11に戻る。上記ステップｎ−20において第３のキー
パターン領域が既に抽出されていた場合には、ステップ
ｎ−22に進行し、第４のキーパターン領域候補が既に抽
出されたか否かが判別される。そして、第４のキーパタ
ーン領域候補が未だ抽出されていない場合には、ステッ
プｎ−23に進行し、上記ステップｎ−９において選定さ
れた第１から第４番目までの近似度のうちの第４番目に
大きい近似度を有する領域が第４のキーパターン領域候
補として抽出され、しかる後に上記ステップｎ−11に戻
る。

図示の具体例においては、更に、上記表示手段52の右
半分（又は左半部）に表示される比較的高倍率の左側
（又は右側）画像に関するキーパターン及びその位置も
キーパターンメモリ54に記憶される。かかるキーパター
ン及びその位置は、上述した通りにして遂行された比較
的高倍率の左側（又は右側）画像に関するキーパターン
及びその位置を基準にして遂行することができる。更に
詳述すると、比較的高倍率の右側（又は左側）画像に関
するキーパターン領域は、上述した通りにして実際に選
定することなく、比較的高倍率の左側（又は右側）画像
に関する既に選定されたキーパターン領域と同一の領域
を直接的に選定する。そして、かかるキーパターン領域
のパターン信号即ちキーパターン信号として、比較的高
倍率の左側（又は右側）画像に関するキーパターン信号
をそのまま転用して記憶する。また、キーパターン位置
については、比較的高倍率の左側（又は右側）画像に関
するキーパターン位置、第２図に図示するピッチpx、及
び顕微鏡28における左側入光開口36aと右側入光開口36b
との間隔に基いて算出し、かかる結果をキーパターン位
置信号として記憶する。勿論、必要ならば、比較的高倍
率の右側（又は左側）画像についても、比較的高倍率の
左側（又は右側）画像と同様に上記ステップｎ−７乃至
ｎ−23を遂行してキーパターン領域を選定することもで
きる。

更にまた、図示の具体例においては、保持手段４及び
その上に保持されたサンプルウエーハ２を時計方向（又
は反時計方向）に90度回転せしめた状態における比較的
高倍率の左側及び右側画像の各々に関するキーパターン
及びその位置もキーパターンメモリ54に記憶される。か
ようなキーパターン及びその位置の記憶は、上記ステッ
プｎ−７乃至ｎ−23を実際に遂行することによって達成
することもできるが、保持手段４及びその上に保持され
たサンプルウエーハ２を時計方向（又は反時計方向）に
90度回転せしめる前の状態における比較的高倍率の左側
及び右側画像の各々に関する既に選定されたキーパター
ン領域自体を、90度回転後のキーパターン領域として選
定し、かかるキーパターン領域のパターン及び位置を、
90度回転前のキーパターン領域の既に記憶されたパター
ン及び位置から所謂90度座標交換演算によって算出し、
その結果を記憶することによって達成するのが好都合で
ある。上記90度座標変換演算については、上記特開昭61
−143820号公報に詳細に説明されているので、かかる説
明を引用し、本明細書においては説明を省略する。

上述した通りにして所要数のキーパターン及びその位
置がキーパターンメモリ54に記憶されると、保持手段４
上に載置された位置合せすべきウエーハ２の自動精密位
置合せを遂行することができる。本発明に従って構成さ
れた自動精密位置合せシステムにおいては、第３図に図
示する如く、上記移動手段12、更に詳しくはｘ方向移動
源14、ｙ方向移動源16及びθ方向移動源18の作動を制御
して、保持手段４上に保持されたウエーハ２を所要位置
に位置付けるための移動制御手段72も設けられている。
かかる移動制御手段72は、例えば、位置合せすべきウエ
ーハ２の表面の比較的低倍率の画像に対するパターンマ
ッチング作用（即ちキーパターンメモリ54に記憶されて
いるキーパターンと同一のパターンの検出）に基いて移
動手段12を作動せしめ、かくしてウエーハ２の前位置付
けを遂行し、しかる後に、位置合せすべきウエーハ２の
比較的高倍率の画像に対するパターンマッチング作用に
基いて移動手段12を作動せしめ、かくしてウエーハ２を
充分精密に所要位置に位置付ける。所望ならば、上記前
位置付けを省略することもできる。而して、パターンマ
ッチング作用に基く位置合せ手順は、上記特開昭60−10
0658号公報或いは特開昭61−143820号公報に記述されて
いる通りの位置合せ手順と実質上同一でよく、それ故
に、パターンマッチング作用に基く位置合せ手順につい
ての詳細な説明は、上記公報に委ね、本明細書において
は省略する。

以上、本発明に従って構成された自動精密位置合せシ
ステムの好適具体例について添付図面を参照して詳細に
説明したが、本発明はかかる具体例に限定されるもので
なく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至
修正が可能であることは多言を要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って構成された自動精密位置合せ
システムの一具体例が装備された半導体ウエーハ切断装
置の一部を図式的に示す簡略斜面図。第２図は、典型的なウエーハの表面の一部を示す部分平
面図。第３図は、本発明に従って構成された自動精密位置合せ
システムの一具体例を示すブロック線図。第４図は、表示手段に表示される、サンプルウエーハの
比較的高倍率の画像の一例を示す簡略図。第５図は、キーパターン領域自動設定手順の一例を示す
フローチャート。第６−１図乃至第６−18図は、キーパターン領域自動設
定手順に使用される標準パターンを示す簡略図。２……半導体ウエーハ４……保持手段 8a及び8b……直線状領域 12……移動手段 26……光学手段 28……顕微鏡 30……光路分岐手段 32……第１の光学径路 34……第２の光学径路 38……撮像手段 40……第１の撮像手段 42……第２の撮像手段 44……倍率変換手段 46……A/D変換手段 48……画像フレームメモリ 50……中央処理ユニット〔キーパターン自動設定手段
（分散値算出手段及びキーパターン領域選定手段）〕 52……表示手段 54……キーパターンメモリ 56……パターンマッチング手段 72……移動制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４１０

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物体を保持するための保持手段と、
該保持手段を移動せしめるための移動手段と、該保持手
段に保持された被処理物体の表面の少なくとも一部の画
像を撮像してｘ−ｙマトリックス配列画素の濃度を示す
アナログ信号を出力するための撮像手段と、該撮像手段
が出力する該アナログ信号を多値デジタル信号に変換す
るためのA/D変換手段と、該A/D変換手段が生成する該多
値デジタル信号を記憶するための画像フレームメモリ
と、該保持手段に保持されたサンプル被処理物体が所定
位置に位置付けられた時に該撮像手段に撮像される画像
における所定面積の複数個の領域のうちの１個をキーパ
ターン領域として選定するためのキーパターン自動設定
手段と、該キーパターン領域のパターンを該画像フレー
ムメモリに記憶されている信号に基いて該キーパターン
信号として記憶し且つ該キーパターン領域の位置を示す
信号を該キーパターン位置信号として記憶するためのパ
ターンメモリと、該画像フレームメモリに記憶されてい
る信号と該キーパターンメモリに記憶されている該キー
パターン信号とに基いてパターンマッチング作用を遂行
するパターンマッチング手段と、該パターンマッチング
作用に基いて該移動手段を作動せしめて該移動手段に保
持された被処理物体の位置付けを遂行するための移動制
御手段とを具備する、表面に所定パターンを有する被処
理物体を所要位置に位置付ける自動精密位置合せシステ
ムにおいて；該キーパターン自動設定手段は、予め設定された少なく
とも１個の標準パターンを記憶し、該保持手段に保持さ
れたサンプル被処理物体が所定位置に位置付けられた時
に該撮像手段に撮像される画像における所定面積の複数
個の領域の各々と該標準パターンとの近似度を算出し、
該近似度に基いて該キーパターン領域を選定する、こと
を特徴とする自動精密位置合せシステム。
【請求項２】該キーパターン自動設定手段は、該近似度
として相互相関値Q_r1を採用し、該相互相関値Q_r1は下記
式、 Q_r1＝Q_s1−Q_o1 ここで、Q_S1は該標準パターン自体の自己相関値であ
り、Q_o1は該複数個の領域の各々との間の相関値であ
る、に基いて算出する、特許請求の範囲第１項記載の自動精
密位置合せシステム。
【請求項３】該キーパターン自動設定手段は、該複数個
の領域から該近似度が比較的大きい領域を抽出し、次い
で抽出した領域のパターンと該複数個の領域のうちの他
の領域の各々のパターンとの類似度を算出し、しかる後
に該類似度のうちの最大のものが所定類似度以下か否か
を判別し、該類似度のうちの最大のものが該所定類似度
以下の場合に抽出した領域を該キーパターン領域として
選定する、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の自動
精密位置合せシステム。
【請求項４】該キーパターン自動設定手段は、該類似度
を相互相関値Q_r2に基いて判別し、該相互相関値Q_rは下
記式、 Q_r2＝Q_s2−Q_o2 ここで、Q_s2は抽出された領域自体の自己相関値であ
り、Q_o2は抽出された領域と該他の領域の各々との間の
相関値である、に基いて算出し、該相互相関値Q_r2のうちの最小値が所
定閾値以上である場合に該類似度のうちの最大のものが
該所定類似度以下であると判別する、特許請求の範囲第
３項記載の自動精密位置合せシステム。
【請求項５】被処理物体は、その表面には格子状に配列
された複数個の直線状領域が存在し、該直線状領域によ
って区画された複数個の矩形領域の各々には同一の回路
パターンが施されている半導体ウエーハである、特許請
求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の自動精密
位置合せシステム。