JP5715011B2 - 直線検出方法および基板の位置決め方法 - Google Patents

Description

この発明は、直線検出方法および基板の位置決め方法に関する。

基板としての半導体ウエハにパターン焼付を実行するときには、スクライブラインが一定方向を向くように、半導体ウエハの角度位置を調整する必要がある。ここで、スクライブラインとは、半導体ウエハをチップに切り分けるダイシングを実行するときのために、チップの境界に引かれるラインのことである。

特許文献１には、カメラによりステージ上の半導体ウエハの画像を撮影し、この画像から基準線に対するスクライブラインの角度ずれを求め、求めた角度ずれ分ステージを回動させてウエハの角度ずれを補正するウエハのアライメント方法が開示されている。

特開平１０-６４９８１号公報

このように基板の位置決めにスクライブラインを利用する場合には、一般的には、スクライブラインのエッジを検出し、連続するエッジの位置を特定することにより、スクライブラインを検出するようにしている。しかしながら、スクライブラインをカメラにより撮影した場合には、一般的に、エッジが不明瞭で、その識別が困難であるという問題がある。このため、スクライブラインを正確に検出することができないという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、スクライブライン等の直線を高精度に検出することが可能な直線検出方法および基板の位置決め方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、直線を含む二次元画像から直線を抽出してその位置と傾きを検出する直線検出方法において、前記直線の両側のエッジを抽出するエッジ抽出工程と、前記直線を検出すべき検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割する領域分割工程との両方の工程を実行した後、前記各選択領域における前記エッジのＸ方向の重心位置を検出する重心検出工程と、前記重心検出工程において検出した各選択領域における前記各エッジのＸ方向の重心位置を、前記直線の片方の側ごとにＸ方向の位置の差が一定以下のものをグルーピングすることによりラベリングするラベリング工程と、前記ラベリング工程においてラベリングされた前記各エッジのＸ方向の重心位置と、前記各選択領域のＹ方向の重心位置とにより決定される前記各エッジの重心座標位置に対して、最小二乗法を適用することにより、これらの重心座標位置を通る直線の方程式を求める方程式特定工程とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、直線を含む二次元画像から直線を抽出してその位置と傾きを検出する直線検出方法において、前記直線のエッジを抽出するエッジ抽出工程と、前記直線を検出すべき検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割する領域分割工程との両方の工程を実行した後、前記各選択領域における前記エッジのＸ方向の重心位置を検出する重心検出工程と、前記重心検出工程において検出した各選択領域における前記各エッジのＸ方向の重心位置を、Ｘ方向の位置に基づいてラベリングするラベリング工程と、前記ラベリング工程においてラベリングされた前記各エッジのＸ方向の重心位置と、前記各選択領域のＹ方向の重心位置とにより決定される前記各エッジの重心座標位置に対して、最小二乗法を適用することにより、これらの重心座標位置を通る直線の方程式を求める方程式特定工程と、を備え、前記領域分割工程においては、複数個の選択領域のＹ方向の端縁が互いに重なる状態となるように、前記検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記検出エリアとして複数の直線を含む検出エリアを設定するとともに、前記ラベリング工程においては、前記重心検出工程で検出した前記各重心位置を、Ｘ方向の位置に基づいて、前記各直線に対応する重心位置毎にラベリングする。

請求項４に記載の発明は、直線部が形成された基板を位置決めする基板の位置決め方法において、前記直線部の両側のエッジを抽出するエッジ抽出工程と、前記直線部を検出すべき検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割する領域分割工程との両方の工程を実行した後、前記領域分割工程で分割された各選択領域について、前記エッジ抽出工程で検出した前記直線部のＸ方向のエッジの位置をＹ方向に射影加算することにより、これらの選択領域における前記直線部のエッジのＸ方向の重心位置を検出する重心位置検出工程と、前記重心検出工程において検出した各選択領域における前記各エッジのＸ方向の重心位置を、前記直線の片方の側ごとにＸ方向の位置の差が一定以下のものをグルーピングすることにより各直線部に対応する重心位置毎にラベリングするラベリング工程と、前記ラベリング工程においてラベリングされた前記直線部のエッジのＸ方向の重心位置と、前記各選択領域のＹ方向の重心位置とにより決定される前記各エッジの重心座標位置に対して最小二乗法を適用することにより、これらの重心座標位置を通る前記直線部の方程式を求める方程式特定工程と、前記方程式特定工程で特定された方程式に基づいて直線部の傾きを検出する傾き検出工程と、前記傾き検出工程で検出された傾きに基づいて基板をその主面に平行な平面内で回転させることにより基板を位置決めする位置決め工程とを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、直線のエッジが不明瞭な場合や、複数本含まれる場合、傷やゴミがある場合においても、直線を高精度に検出することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、複数個の選択領域の数を増やすことができることからエッジの検出精度を向上させることができ、また、複数個の選択領域のＹ方向のサイズを大きくすることができることから不明瞭なエッジを検出することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、複数の直線を一度に検出することが可能となり、傷やゴミなどの影響を排除できる。

請求項４に記載の発明によれば、直線部のエッジが不明瞭な場合においても、この直線部を高精度に検出することが可能となる。また、複数個の選択領域の数を増やすことができることから直線部の検出精度を向上させることができ、また、複数個の選択領域のＹ方向のサイズを大きくすることができることから不明瞭なエッジでも検出することができ、また、ラベリングすることによって傷やゴミなどの影響を小さくすると共に複数の直線の検出が可能となる。このため、基板を精度よく位置決めすることが可能となる。

この発明を適用する露光装置１００を模式的に示す斜視図である。 基板２の移動機構を、カメラ１５とともに模式的に示す概要図である。 直線検出および基板の位置決め動作を示すフローチャートである。 検出エリアＡとスクライブラインを表す３本の直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係を模式的に示す説明図である。 検出エリアＡを分割する状態を模式的に示す説明図である。 エッジの重心位置を模式的に示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。最初に、この発明を適用する露光装置の構成について説明する。図１は、この発明を適用する露光装置１００を模式的に示す斜視図である。

この露光装置１００は、半導体ウエハ等の基板２に対して、マスク３のパターンを露光するためのものであり、超高圧水銀灯等の光源４と、集光ミラー５と、ダイクロイックミラー６と、フライアイレンズ（複合レンズ）７と、コリメートミラー１とを備える。

この露光装置１００においては、光源４から出射された光は、集光ミラー５により集光されてダイクロイックミラー６に入射する。ダイクロイックミラー６においては、そこに入射した光のうち、露光に必要な波長の光のみがフライアイレンズ７に向けて反射される。そして、フライアイレンズ７を通過した光は、コリメートミラー１によりコリメートされて平行光となり、マスク３を介して基板２に照射される。このとき、マスク３および基板２は、フライアイレンズ７を通過した光が互いに重畳する領域に配置されており、均一な照度分布によりパターン露光を実行することが可能となる。

図２は、基板２の移動機構を、カメラ１５とともに模式的に示す概要図である。

基板２は、支持部材１３により支持されている。この支持部材１３は、移動機構１４により、Ｘ、Ｙ、θ方向に移動可能となっている。そして、支持部材１３により支持された基板２の画像は、カメラ１５により撮像され、後述するように画像処理される。

次に、この発明に係る直線検出方法および基板の位置決め方法について説明する。図３は、この発明に係る直線検出方法により、基板に形成された直線部としてのスクライブラインを検出して基板を位置決めする直線検出および基板の位置決め動作を示すフローチャートである。また、図４は、検出エリアＡとスクライブラインを表す３本の直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係を模式的に示す説明図である。さらに、図５は、検出エリアＡを分割する状態を模式的に示す説明図である。

スクライブラインから成る直線を検出するときには、最初に、基板２を撮影する（ステップＳ１）。このときには、支持部材１３により支持された基板２をカメラ１５により撮影することにより、基板２の表面の画像データを取得する。

次に、基板２の表面の画像データのうち、スクライブラインを表す直線を検出すべき基板２の表面のＸ、Ｙ方向の検出エリアＡを設定する（ステップＳ２)。この場合には、図４に示すように、座標（Ｓｘ，Ｓｙ）から座標（Ｅｘ，Ｅｙ）に至るＸ、Ｙ方向の矩形状の検出エリアＡが設定される。ここでＸ方向およびＹ方向とは、基板２の主面に対して設定された互いに直交する二方向を指す。この方向は、露光装置等に対して適宜設定される方向である。

次に、検出エリアＡ内の画像に対してエッジ抽出を行うことにより、各領域におけるスクライブラインを表す直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のＸ方向のエッジの位置を抽出する（ステップＳ３）。この場合においては、検出エリアＡ内をＸ方向に微分することにより、Ｙ方向に対して直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のエッジの位置を検出する。ここで、微分とは、画像処理におけるエッジ部分の抽出の手法であり、特定の画像に関し、互いに隣接する画素間、あるいは、一定間隔だけ離れた画素間の輝度の差分をとることである。例えば、図４に示す直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３についてＸ方向に微分をとるとは、Ｙ方向の各位置において、Ｘ方向に隣り合う画素間、あるいは、一定間隔だけ離れた画素間で輝度の差分をとることである。

次に、検出エリアＡを、Ｙ方向の端縁が互いに重なる状態でＹ方向に列設された複数の領域に分割する領域分割工程を実行する（ステップＳ４）。このときには、最初に、図４に示すように、検出エリアＡをＹ方向にｎ分割する。ここで、ｎは２以上の整数である。そして、図４および図５に示すように、ｎ分割された領域から互いに隣接するｍ個の領域を、ｎ分割された領域を一つずつずらして選択する。ここで、ｍはｎより小さい整数である。これにより、図５に示すように、互いに隣接するｍ個の領域からなる、Ｋ＝１からＫ＝ｎ−ｍ＋１までの、Ｙ方向の端部が互いに重なるＹ方向に列設された［ｎ−ｍ＋１］個の選択領域が設定される。なお、図５においては、ｎ＝８、ｍ＝３、ｎ−ｍ＋１＝６の場合を図示している。

そして、［ｎ−ｍ＋１］個の各選択領域について、エッジ抽出工程（ステップＳ３）で検出したエッジのＸ方向の位置をＹ方向に射影加算することにより、これらｍ個の領域におけるエッジのＸ方向の重心位置を検出する（ステップＳ５）。ここで、エッジのＸ方向の位置をＹ方向に射影加算するとは、図４および図５に示すＸ方向の微分値をＹ方向に沿って加算することを意味する。

図６は、エッジの重心位置を模式的に示す説明図である。

図６においては、［ｎ−ｍ＋１］個の選択領域の各々におけるスクライブラインを表す直線Ｌ１における左側のエッジの重心位置をＰ１、［ｎ−ｍ＋１］個の選択領域の各々におけるスクライブラインを表す直線Ｌ１における右側のエッジの重心位置をＭ１、［ｎ−ｍ＋１］個の選択領域の各々におけるスクライブラインを表す直線Ｌ２における左側のエッジの重心位置をＰ２、［ｎ−ｍ＋１］個の選択領域の各々におけるスクライブラインを表す直線Ｌ２における右側のエッジの重心位置をＭ２、［ｎ−ｍ＋１］個の選択領域の各々におけるスクライブラインを表す直線Ｌ３における左側のエッジの重心位置をＰ３、［ｎ−ｍ＋１］個の選択領域の各々におけるスクライブラインを表す直線Ｌ３における右側のエッジの重心位置をＭ３で示している。なお、この図において、Ｔｈは、エッジの重心位置を検出するときの閾値を示している。ここで、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とＭ１、Ｍ２、Ｍ３の方向が互いに異なるのは、上述した微分時における差分結果の符合に基づくものである。

次に、図６において破線で示すように、重心位置検出工程(ステップＳ５）で検出した各重心位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を、Ｘ方向の位置に基づいて各直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応する重心位置毎にラベリングする(ステップＳ６）。すなわち、Ｘ方向の位置の差が一定以下のものを、Ｘ方向の各重心位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３毎にグルーピングする。

なお、ラベリングを実行したときに、各グループのデータの個数が予め設定した設定値より小さいものについては、直線ではないものとして、データから除外する。また、スクライブラインを表す直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の幅が一定であり、既知である場合には、Ｐ１とＭ１、Ｐ２とＭ２、Ｐ３とＭ３の座標差から直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の幅を計算し、既知のスクライブラインの幅と比較することにより、スクライブラインでない直線をデータから除外でき、検出精度を向上させることが可能となる。

そして、各重心位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３により定まる重心座標位置を通るエッジ直線の方程式を求める（ステップＳ７）。このときには、各重心位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のＸ座標は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のＸ座標の位置を使用する。また、各重心位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のＹ座標は、下記の式で求めたものを使用する。

ｙ＝Ｓｙ＋（ｍ＋２ｋ−２）（Ｅｙ−Ｓｙ）／２ｎ
但し、ｋ＝１、２、３・・・［ｎ−ｍ＋１］である。

そして、これにより求められた重心座標位置の座標値に対して最小二乗法を適用することにより、これらの重心座標位置を通る各エッジ直線の方程式を求める。求められた方程式は、各エッジ直線毎に、下記の式であらわされる。

ｙ＝ａｘ＋ｂ
ここで、各選択領域のＹ方向の数が少ない場合には各エッジ直線の方程式を求めるときの精度が低下する。これに対して、各選択領域の数を増加させた場合には、各エッジ直線を求めるときの精度は向上するが、これに伴って各選択領域のＹ方向のサイズが小さくなるために、エッジが不明瞭な場合は傷やゴミなどの影響を受けやすい。このため、この発明においては、検出エリアＡをｎ分割した後ｍ個の領域を選択して、各選択領域をＹ方向の端縁が互いに重なる状態となるように設定することから、エッジが不明瞭な場合でも検出が可能となり、各エッジ直線を求めるときの精度を向上させながら傷やゴミなどの影響を小さくすることが可能となる。

次に、求められた方程式に基づいてスクライブラインを表すエッジ直線の傾きを検出する（ステップＳ８）。このときには、スクライブラインのエッジを表すエッジ直線は、複数個検出されており、それらは互いに平行であることから、傾きとしては、各方程式により検出されたものの平均値を利用する。

そして、求められたスクライブラインのエッジを表すエッジ直線の傾きに基づいて、図２に示す移動機構１４を使用して、基板２をその主面に平行な平面内で回転させることにより、基板２を位置決めする（ステップＳ９）。

なお、上述した実施形態においては、直線のエッジを抽出するエッジ抽出工程を実行した後に、直線を検出すべきＸ、Ｙ方向の検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割する領域分割工程を実行しているが、領域分割工程を実行した後にエッジ抽出工程を実行してもよい。

また、上述した実施形態においては、基板に形成された直線部としてのスクライブラインを検出しているが、その他の直線部を検出してもよい。この場合に、この直線部は、上述したＹ方向に連続するもののみならず、部分的に切断されたものであってもよい。

１ コリメートミラー
２ 基板
３ マスク
４ 光源
５ 集光ミラー
６ ダイクロイックミラー
７ フライアイレンズ
１３ 支持部材
１４ 移動機構
１５ カメラ
１００ 露光装置
Ａ 検出エリア
Ｌ１ 直線
Ｌ２ 直線
Ｌ３ 直線

Claims (4)

1. 直線を含む二次元画像から直線を抽出してその位置と傾きを検出する直線検出方法において、
   前記直線の両側のエッジを抽出するエッジ抽出工程と、前記直線を検出すべき検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割する領域分割工程との両方の工程を実行した後、前記各選択領域における前記エッジのＸ方向の重心位置を検出する重心検出工程と、
   前記重心検出工程において検出した各選択領域における前記各エッジのＸ方向の重心位置を、前記直線の片方の側ごとにＸ方向の位置の差が一定以下のものをグルーピングすることによりラベリングするラベリング工程と、
   前記ラベリング工程においてラベリングされた前記各エッジのＸ方向の重心位置と、前記各選択領域のＹ方向の重心位置とにより決定される前記各エッジの重心座標位置に対して、最小二乗法を適用することにより、これらの重心座標位置を通る直線の方程式を求める方程式特定工程と、
   を備えたことを特徴とする直線検出方法。
2. 直線を含む二次元画像から直線を抽出してその位置と傾きを検出する直線検出方法において、
   前記直線のエッジを抽出するエッジ抽出工程と、前記直線を検出すべき検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割する領域分割工程との両方の工程を実行した後、前記各選択領域における前記エッジのＸ方向の重心位置を検出する重心検出工程と、
   前記重心検出工程において検出した各選択領域における前記各エッジのＸ方向の重心位置を、Ｘ方向の位置に基づいてラベリングするラベリング工程と、
   前記ラベリング工程においてラベリングされた前記各エッジのＸ方向の重心位置と、前記各選択領域のＹ方向の重心位置とにより決定される前記各エッジの重心座標位置に対して、最小二乗法を適用することにより、これらの重心座標位置を通る直線の方程式を求める方程式特定工程と、
   を備え、
   前記領域分割工程においては、複数個の選択領域のＹ方向の端縁が互いに重なる状態となるように、前記検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割することを特徴とする直線検出方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の直線検出方法において、
   前記検出エリアとして複数の直線を含む検出エリアを設定するとともに、
   前記ラベリング工程においては、前記重心検出工程で検出した前記各重心位置を、Ｘ方向の位置に基づいて、前記各直線に対応する重心位置毎にラベリングする直線検出方法。
4. 直線部が形成された基板を位置決めする基板の位置決め方法において、
   前記直線部の両側のエッジを抽出するエッジ抽出工程と、前記直線部を検出すべき検出エリアをＹ方向に複数個の選択領域に分割する領域分割工程との両方の工程を実行した後、前記領域分割工程で分割された各選択領域について、前記エッジ抽出工程で検出した前記直線部のＸ方向のエッジの位置をＹ方向に射影加算することにより、これらの選択領域における前記直線部のエッジのＸ方向の重心位置を検出する重心位置検出工程と、
   前記重心検出工程において検出した各選択領域における前記各エッジのＸ方向の重心位置を、前記直線の片方の側ごとにＸ方向の位置の差が一定以下のものをグルーピングすることにより各直線部に対応する重心位置毎にラベリングするラベリング工程と、
   前記ラベリング工程においてラベリングされた前記直線部のエッジのＸ方向の重心位置と、前記各選択領域のＹ方向の重心位置とにより決定される前記各エッジの重心座標位置に対して最小二乗法を適用することにより、これらの重心座標位置を通る前記直線部の方程式を求める方程式特定工程と、
   前記方程式特定工程で特定された方程式に基づいて直線部の傾きを検出する傾き検出工程と、
   前記傾き検出工程で検出された傾きに基づいて基板をその主面に平行な平面内で回転させることにより基板を位置決めする位置決め工程と、
   を備えたことを特徴とする基板の位置決め方法。

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