JPH0668700B2 - キーパターン自動設定手段を備えた自動精密位置合せ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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態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
置合せ装置に関する。

〔従来の技術〕

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
位置合せ装置が、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装置は、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装置にお
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

然るに、従来の自動精密位置合せ装置においては、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。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その技
術的課題は、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充分
適切且つ迅速に自動的に遂行することができるキーパタ
ーン自動設定手段を備えた、新規且つ改良された自動精
密位置合せ装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、上記技術的課題を解決する自動精密位
置合せ装置として、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、キーパターン信号及びキーパターン位置
信号を記憶するためのキーパターンメモリと、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装置において； 分散値算出手段とキーパターン領域選定手段とを含むキ
ーパターン自動設定手段を備え、 該キーパターン自動設定手段における該分散値算出手段
は、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の画素濃度分
散値Ｄを、該画像フレームメモリに記憶されている信号
に基いて算出し、 該キーパターン自動設定手段における該キーパターン領
域選定手段は、該複数個の領域から該分散値Ｄが最大の
ものから順次に複数個の領域を抽出し、次いで抽出した
複数個の領域の各々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、次い
で抽出した複数個の領域の各々について該類似度が最大
のものを選定し、次いで抽出した複数個の領域の各々に
ついて選定されたところの最大類似度のうちの最小のも
のを選定し、次いで選定された最小類似度が所定類似度
以下か否かを判別し、選定された最小類似度が該所定類
似度以下の場合に、抽出した複数個の領域のうちの、選
定された最小類似度を有する領域をキーパターン領域と
して選定し、 該キーパターンメモリは、該キーパターン領域選定手段
にる該キーパターン領域の選定に応じて、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、 ことを特徴とする自動精密位置合せ装置が提供される。

〔作用〕

本発明の自動精密位置合せ装置においては、分散値算出
手段とキーパターン領域選定手段とを含むキーパターン
自動設定手段によって適切なるキーパターン領域が充分
迅速に自動的に設定される。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成された
自動精密位置合せ装置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
装置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２が貼着テープを介して適宜のフレーム
に挿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１
４、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の中心軸支線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）によって所定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方向に所要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８
ａ）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８
ａ（又は８ｂ）に沿って切断する。しかる後に、保持手
段４がｙ方向に所要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、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に投射して、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の光学径路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２８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
３６ｂ（又は左側入光開口３６）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４２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１
２８×２５６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３６ｂ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２５６×２５６個のＣＣＤのう
ちの左半部に位置する１２８×２５６個のＣＣＤ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２５
６×２５６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（gr
ay 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２^８＝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２５６×２５６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）の手動操作に応じて、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５
２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２
６０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
５４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。而して、従来、操作者自身
の判断によって上記キーパターン領域を選定していた
が、本発明に従って改良された自動精密位置合せ装置に
おいては、分散値算出手段とキーパターン領域選定手段
とを含むキーパターン自動設定手段によって上記キーパ
ターン領域が自動的に選定される。キーパターン領域自
動設定手段（従って、分散値算出手段及びキーパターン
領域選定手段）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、キーパタ
ーン領域自動設定手順の一例について説明すると、次の
通りである。

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二段階位
置付け（かかる２段階位置付けについては、本出願人の
出願にかかる昭和５９年特許願第１００６５８号の明細
書及び図面並びに昭和５９年特許願第２６４４８８号の
明細書及び図面に詳細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３６ａ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（２５
６×２５６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に進行してキーパターン領域候補
選定サブルーチンが遂行される。かかるキーパターン領
域候補選定サブルーチンの手順を図示している第６図を
参照して説明すると、ステップm-1においては、サンプ
ルウエーハ２の表面の上記比較的低倍率の画像における
所定面積の複数個の領域の各々の画像濃度分散値Ｄが算
出される。第７図を参照して更に詳述すると、表示手段
５２に表示されている比較的低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１の撮像手段
４０（又は第２の撮像手段４２）における３２×３２個
のＣＣＤに対応した寸法を有するカーソル５８が、比較
的低倍率の画像の特定走査開始位置、例えば左端且つ上
端部に位置付けられ、カーソル５８によって規定される
領域の分散値Ｄ_１が算出される。カーソル５８は横方向
又は上下方向に１画素毎に移動されて比較的低倍率の画
像の全体が走査され、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分散値Ｄ
が算出され、かくして（２５６−３１）×（２５６−３
１）個の領域の分散値Ｄ_１乃至Ｄ50625が算出される。
分散値Ｄの算出は、画像フレームメモリ４８に記憶され
ている２５６×２５６個の多値デジタル信号に基いて、
分散値算出手段（中央処理ユニット５０）が、例えば下
記式、 ここで、ｆはカーソル５８によって規定される領域にお
ける複数個の画素の各々の濃度に対応した値であり、
はｆの平均値であり、ｉは１から画素数までの正の整
数、従って（ｉ＝１乃至３２×３２）である、 に基いて算出する。そして、算出された分散値Ｄ_１乃至
Ｄ50625は、中央処理ユニット５０に内蔵されているＲ
ＡＭに記憶される。

次いで、ステップm-2に進行し、かかるステップm-2にお
いては、キーパターン領域選定手段（中央処理ユニット
５０）が、上記分散値Ｄ_１乃至Ｄ50625が最大の領域か
ら順次に例えば４個の領域を抽出する。本発明者の経験
によれば、特に半導体ウエーハ２に関しては、一般に、
上記分散値Ｄが大きい領域程他の領域と明確に区別され
る顕著な特徴を有し、従ってキーパターン領域に適する
ことが判明している。次いで、ステップm-3に進行し、
このステップm-3においては、上記ステップm-2において
抽出された例えば４個の領域の各々について、他の領域
との類似度をキーパターン領域選定手段（中央処理ユニ
ット５０）が判別する。かかる類似度の判別は、例え
ば、相互相関値Ｑｒ（この相互相関値が小さい程類似度
が高い）を下記式、 Ｑｒ＝Ｑｓ−Ｑｏ ここで、Ｑｓは抽出された領域自体の自己相関値であ
り、Ｑｏは抽出された領域と他の領域の各々との相関値
である、 に基いて算出し、次いで算出されたＱｒの最小値Ｑｒ(m
in)を抽出し、かかる最小値Ｑｒ(min)に基いて遂行する
ことができる。相互相関値Ｑｒの算出について更に詳述
すると、上記Ｑｓを例えば１とし上記Ｑｏとして他の領
域の各々とのパターンマッチング度Ｐを採用することが
できる（Ｑｒ＝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は抽出領域中の３２×３２個の画素の各々の
濃度に対応した値であり、はｇの平均値であり、ｈは
他の領域中の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＝１０２
４）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。

次いで、ステップm-4に進行し、このステップm-4におい
ては、抽出された４個の領域のうちで、上記類似度が最
小、従って上記最小相互相関値Ｑｒ(min)が最大の領域
がキーパターン領域候補として選出される。かくして、
キーパターン領域候補選定サブルーチンが終了すると、
第５図に図示する手順におけるステップn-4に進行す
る。

ステップn-4においては、上記キーパターン領域候補選
定サブルーチンにおけるステップm-4において選定され
たキーパターン領域候補の類似度が所定類似度以下であ
るか否か、従って上記最小相互相関値Ｑｒ(min)が所定
閾値以上であるか否かが確認される。上記所定閾値は操
作者が予め設定し、例えば、中央処理ユニット５０に内
蔵されているＲＡＭに記憶せしめておくことができる。
ステップn-4において、上記キーパターン領域候補の上
記最小相互相関値Ｑｒ(min)が所定閾値以上であると確
認された場合には、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１
４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。このステ
ップn-8においては、上記ステップn-3におけるキーパタ
ーン領域候補選定サブルーチン（第６図）と実質上同一
でよいキーパターン領域候補選定サブルーチンが遂行さ
れる。但し、かかるキーパターン領域候補選定サブルー
チンは、上記顕微鏡２８の左側入光開口３６ａ（又は右
側入光開口３６ｂ）から入光されて第２の撮像手段４２
の左半部（又は右半部）に投射される比較的高倍率の画
像、従って表示手段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のみについて遂行される。そ
して、上記ステップn-8におけるキーパターン領域候補
選定サブルーチンの遂行によって、比較的高倍率の左側
（又は右側）画像における、類似度が最小、従って最小
相互相関値Ｑｒ(min)が最大の領域がキーパターン領域
候補として選定される。次いで、ステップn-9に進行
し、上記ステップn-8におけるキーパターン領域候補選
定サブルーチンによって選定された上記キーパターン領
域候補の類似度が所定類似度以下であるか否か、従って
最小相互相関値Ｑｒ(min)が所定閾値以上であるか否か
が確認される。このステップn-9において上記キーパタ
ーン領域候補の最小相互相関値Ｑｒ(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-10,n-11,n-12及びn-13が遂
行される。ステップn-10においては、ｘ方向移動源１４
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方向はｙ方向に
移動せしめられている。次いで、ステップn-11に進行し
て、上記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、従って最小相互相関値Ｑｒ(min)が
算出される。そして、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全ての最小相互相関値Ｑｒ
(min)のうちの最小のものが所定閾値以上か否かが判断
される。全ての最小相互相関値Ｑｒ(min)の最小のもの
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-13に進行し、上記ステップn-10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-10に戻る。上記ステップn-10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-10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-10乃至n-13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-10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-12において必然的に最小
相互相関値Ｑｒ(min)が所定閾値以下になってしまう。
上記ステップn-10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方向正側に一回移動し、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-13において所定回数に達した場合には、
ステップn-14に進行する。そして、このステップn-14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、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。

上記ステップn-9においてキーパターン領域候補の最小
相互相関値Ｑｒ(min)が所定閾値より小さい場合には、
キーパターン領域候補の再選定が遂行される。即ち、最
初に、ステップn-15に進行し、上記ステップn-1と同様
に自動位置合せ手順が２段階位置付けか或いは単段階位
置付けかが判断される。そして、２段階位置付けの場合
には、ステップn-16に進行し、このステップn-16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たサンプルウエ
ーハ２が、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-17に進
行し、上記ステップn-8におけるキーパターン領域候補
選定サブルーチンと同一でよいキーパターン領域候補選
定サブルーチンが遂行され、新たな画像から新たなキー
パターン領域候補が選定される。そして、ステップn-18
に進行し、新たに選定されたキーパターン領域候補につ
いて、上記ステップn-9と同様にその類似度が所定類似
度以下であるか否か、従って最小相互相関値Ｑｒ(min)
が所定閾値以上であるか否かが確認される。最小相互相
関値Ｑｒ(min)が所定閾値以上である場合には、上記ス
テップn-10に戻る。他方、最小相互相関値Ｑｒ(min)が
所定閾値より小さい場合には、ステップn-19に進行し、
上記ステップn-19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４
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-16に戻る。

上記ステップn-15において単段階位置付けと判断される
場合には、ステップn-20乃至n-23に進行する。かかるス
テップn-20乃至n-23は、ステップn-23における所定回数
が上記ステップn-19における例えば４回である所定回数
よりも大きくて例えば９でよいことを除き、上記ステッ
プn-16乃至n-19と同一でよい。また、上記ステップn-12
において全ての最小相互相関値Ｑｒ(min)の最小のもの
が所定閾値より小さい場合にも、上記ステップn-15に進
行し、上述した通りにしてキーパターン領域候補の再選
定が遂行される。

図示の具体例においては、更に、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-22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-22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９
０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度座標変換演算によって
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、本
出願人の出題にかかる上記昭和５９年特許願第２６４４
８８号（発明の名称：自動精密位置合せシステム）の明
細書及び図面において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装置においては、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、本
出願人の出願にかかる上記昭和５９年特許願第１００６
５８号（発明の名称：自動精密位置合せシステム）の明
細書及び図面、或いは同様に本出願人の出願にかかる上
記昭和５９年特許願第２６４４８８号（発明の名称：自
動精密位置合せシステム）の明細書及び図面に詳述され
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、上記明細書及び図面に委ね、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装置
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はな
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
装置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
装置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図は、キーパターン領域候補選定サブルーチンの一
例を示すフローチャート。 第７図は、表示手段に表示される、サンプルウエーハの
比較的低倍率の画像の一例を示す簡略図。 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、キーパターン信号及びキーパターン位置信号を
   記憶するためのキーパターンメモリと、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
   動精密位置合せ装置において； 分散値算出手段とキーパターン領域選定手段とを含むキ
   ーパターン自動設定手段を備え、 該キーパターン自動設定手段における該分散値算出手段
   は、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の画素濃度分
   散値Ｄを、該画像フレームメモリに記憶されている信号
   に基いて算出し、 該キーパターン自動設定手段における該キーパターン領
   域選定手段は、該複数個の領域から該分散値Ｄが最大の
   ものから順次に複数個の領域を抽出し、次いで抽出した
   複数個の領域の各々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、次い
   で抽出した複数個の領域の各々について該類似度が最大
   のものを選定し、次いで抽出した複数個の領域の各々に
   ついて選定されたところの最大類似度のうちの最小のも
   のを選定し、次いで選定された最小類似度が所定類似度
   以下か否かを判別し、選定された最小類似度が該所定類
   似度以下の場合に、抽出した複数個の領域のうちの、選
   定された最小類似度を有する領域をキーパターン領域と
   して選定し、 該キーパターンメモリは、該キーパターン領域選定手段
   にる該キーパターン領域の選定に応じて、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、 ことを特徴とする自動精密位置合せ装置。
2. 【請求項２】該分散値算出手段は、該分散値Ｄを下記
   式、 ここで、ｆは該複数個の領域の各々における複数個の画
   素の各々の濃度に対応した値であり、はｆの平均値で
   あり、ｉは１から画素数までの正の整数である、 に基いて算出する、特許請求の範囲第１項記載の自動精
   密位置合せ装置。
3. 【請求項３】該キーパターン自動設定手段における該キ
   ーパターン領域選定手段は、該類似度を相互相関値Ｑｒ
   に基いて判別し、該相互相関値Ｑｒは下記式、 Ｑｒ＝Ｑｓ−Ｑｏ ここで、Ｑｓは抽出された領域自体の自己相関値であ
   り、Ｑｏ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、選定された最小類似度の相互相関値Ｑ
   ｒが所定閾値以上である場合に選定された最小類似度が
   該所定類似度以下であると判別する、特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の自動精密位置合せ装置。
4. 【請求項４】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項から第３項までのいずれかに記載の自動
   精密位置合せ装置。