JPS6119140A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、位置検出装置に関し、特に、所定領域内にお
ける物体そのものまたは物体上の画像パターンの小領域
と標準パターン（以下テンプレートと呼ぶ）とが一致す
るように前記小領域を変更して該物体の位置検出を行な
うパターンマツチング式の位置検出装置に関する。

［発明の背景］ パターン形成されたウェハをウエハプローバ等の装置に
セットする場合、ウェハのオリフラ（オリエンテーショ
ンフラット）部を機械的に検出してプリアライメントを
行ない、さらに、テレビカメラやレーザスキャン等によ
ってより高精度につエバ上のＩＣパターン等の位置検出
を行なっている。このような位置検出法の１つとしてい
わゆるパターンマツチング法が知られている。

従来のパターンマツチング法による位置検出装置におい
ては、テレビカメラにより被検物体例えばウェハ上のパ
ターンを電気（映像）信号に変換し、この映像信号の所
定部分を所定周期でサンプルし２値化して作成した画素
信号列内の特定小領域に当る部分を予めメモリに格納し
であるテンプレートの画素信号列と比較し、一致した割
合、すなわち相関関数が最大となるように前記小領域を
変更して該物体の位置検出を行なっている。この場合、
相関関数の最大値検出法としては、ある小領域の関数値
と別の小領域の関数値との差を求め、この差の正負およ
び絶対値に応じて次の小領域の設定位置を定めるいわゆ
る山登り法が一般に用いられている。

ところで、このような位置検出装置としては明視野パタ
ーンによるものと暗視野パターンによるものとが考えら
れるが、より一般的な明視野における相関関数は、第５
図に示すように変化が緩かで裾野が広く、その最大値を
示す位置を山登り法等により見つけるのは比較的容易で
あるが、位置精度が悪いという不都合がある。一方、暗
視野における相関関数は、第６図に示すように変化が急
峻で裾野が狭いため、位置精度は良いが、その最大値を
示す位置を見つけるのは比較的困難であるという不都合
がある。

［発明の目的］ 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、パター
ンマツチングによる位置検出装置において、テンプレー
トとして明視野用のものと暗視野用のものとの双方を用
意するとともに、粗位置検出には明視野検出画像による
パターンマツチングを、かつ微位置検出には暗視野検出
画像によるパターンマツチングを切換えて用いるという
構想に基づき、比較的容易かつ確実で、高精度の位置検
出が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。

［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るウエハプローバの概
略の上面図を示す。同図において、１はセンダキャリア
で、複数枚の被検ウェハが収納された状態でセットされ
る。２はプリアライメントユニットで、センダキャリア
１から１枚ずつ供給されるウェハのオリフラ（オリエン
テーションフラット）部を機械的に検出してプリアライ
メントを行なう。３はウェハチャックで、プリアライメ
ントステージ２から供給されたウェハ４をウェハステー
ジに固定するとともに、このウェハ４をＸ。

Ｙ、θおよびＺ方向に移動させる。５はオートアライメ
ントセンサで、レーザスキャン方式またはＴ　’Ｖカメ
ラを用いた公知の構成からなり、ウェハチャック３に固
定されたウェハ４の位置をより高精度に検出する。また
、６は静、電容量型センサからなるエツジセンサ兼用の
ハイドセンサで、ウェハチャック３に固定されたウェハ
４の外形を検出するとともにこのウェハ４の高さを高精
度に検出する。８はキーボードや各種操作スイッチおよ
び表示装置が配列されているフロントパネルやサブパネ
ル等のパネル部、９は検査済みウェハが収納されるレシ
ーバキャリア、１０はプローブカード目視用アライメン
トスコープ、１１はプローブカード７がセットされるヘ
ッドプレートルプローブカードホルダである。

第２図は、第１図のウエハプローバの電気回路構成を示
す。同図において、２１はマイクロプロセッサ等からな
る中央処理装置（ＣＰＵ）で、このウエハプローバ全体
の動作を制御する。２２はり一ドオンリメモリ（ＲＯＭ
）で、ＣＰ　Ｕ　２１の制御プログラムが格納されてい
る。２３はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）で、ＣＰ
　Ｕ　２１が上記制御プログラムを実行する際に発生す
る各種データを一時記憶する。２４および２５はそれぞ
れＸＹステージおよびθ２ステージで、ウェハチャック
３（第１図）により固定されたウェハ４をそれぞれＸ、
Ｙ方向およびθ、２方向に移動させる。２６は電磁弁等
のエアー系コントロール装置、２７はプローブ検査にお
いて不良と判定された半導体チップに印を付けるための
イン力、２８は検査結果や不良率等を印字するプリンタ
、２９は第１図のセンダキャリア１、プリアライメント
ユニット２およびレシーブキャリア９等を含む搬送部、
３０はＩＣテスタや各種測定器等の外部機器を接続する
ためのインターフェイス、３１はオートアライメントイ
ンターフェイスである。このオートアライメントインタ
ーフェイス３１は、ＴＶカメラ５からの映像信号を基に
ウェハ４上の所定領域における画像パターン内の小領域
をテンプレートのパターンと比較してこれらのパターン
の一致度（パターンマツチング度）を表す相関関数を発
生する相関関数発生器を備えている。また、３２はｃ　
ｐ　Ｕ　２１からの指令に応じて明視野照明用のランプ
３３および暗視野照明用のランプ３４それぞれのオン・
オフを制御する位置検出照明インターフェイスである。

なお、ＴＶカメラ５、静電容量型センサ６およびパネル
部８は第１図で同一の符号を付して示したものと共通の
ものである。

第３図は、第２図におけるオートアライメントインター
フェイス３１の相関関数発生器部分を示す。

同図において、４１は２値化回路、４２はウィンドＲＡ
Ｍ、４３はテンプレートメモリ、４４はタイミング制御
回路、４５は排他的論理和回路＜ＥＸＯＲ＞、４６はカ
ウンタである。

２値化回路４１は、タイミング制御回路４４から与えら
れるクロック信号φに基づいてＴＶカメラ５からの映像
信号の内、ウェハ４上の所定領域に相当する区間の信号
のみを所定周期でサンプルし２値化して“明″信号と″
暗″信号とからなる画素信号列を作成する。ウィンドＲ
ＡＭ４２は、タイミング制御回路４４が上記クロック信
号φと同期して発生するアドレス信号ＡＤＲにより順次
アクセスされて２値化回路４１から出力される画素信号
列を記憶するとともに、上記所定領域全域の２値化およ
び画素信号書込が行なわれた後、さらにタイミング制御
回路４４により読出し制御される。テンプレートメモリ
４３は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭからなり、テ
ンプレートパターンを上記画像パターンと同一のレート
で標本化し２値化して作成した画素信号を記憶している
。タイミング制御回路４４は、ＴＶカメラ５からの水平
同期信号および垂直同期信号に同期して動作するととも
に、ＣＰＵ２１からの指令に従って、２値化回路４１へ
はサンプリング用のクロック信号φを、かつウィンドＲ
ＡＭ４２へは読出／書込信＠Ｗ／Ｒおよびアドレス信号
ＡＤＲ１を、テンプレートメモリ４３へは読□　出アド
レス信号ＡＤＲ２を、ざらにカウンタ４３へはクリア信
号ＣＬＲを送出する。Ｅ　Ｘ　ＯＲ４５は、ウィンドＲ
ＡＭ４２およびテンプレートメモリ４３からそれぞれ出
力される画像パターンの画素信号（以下、画像信号とい
う）およびテンプ１ノートパターンの画素信号（以下、
テンプレート信号という）の排他的論理和を演算するも
ので、これらの画像信号とテンプレート信号とが一致す
れば゛Ｏ″レベル信号を出力し、不一致であれば“１″
レベル信を出力する。カウンタ４６は、Ｅ　Ｘ　ＯＲ４
５から出力されるＬＬ　Ｏ１１レベル信号すなわち一致
信号を計数し、この計数値を相関関数として出力する。

第４図は、本実施例における位置検出用の照明系の構成
を示す。同図において、ウェハチャック３、ウェハ４お
よびＴＶカメラ５は第１図に示したものと、また、明視
野照明用ランプ３３および暗視野照明用ランプ３４は第
２図に示したものと同一のものである。５１は対物レン
ズ、５２はハーフミラ−１５３は光ファイバである。

次に、第１〜４図に示すウエハプローバの動作を説明す
る。

このウエハプローバにおいてプローブ検査を行なう場合
、オペレータは、プローブカード７のセツティングおよ
びθ調整ならびにテンプレートの設定等のプリセット動
作を終了した後、センダキャリア１にウェハを収納して
第１図示の位置にセットし、かつ空のレシーバキャリア
９を第１図示の位置にセットし、さらにパネル部８に設
けられている図示しないスタートスイッチによりプロー
ブ検査の開始を指令する。すると、ＣＰＵ２１は、先ず
、搬送部２９を駆動しセンダキャリア１に収納されてい
るウェハのうち１枚を取出してプリアライメントエリア
２に搬送する。ここでウェハのオリフラ検出により機械
的位置合せ（プリアライメント）が行なわれる。ｃ　ｐ
　Ｕ　２１は、さらに搬送部２９を駆動してこのプリア
ライメント済みのウェハをウェハチャック３に搬送し搭
載すると、ともに、照明インターフェイス３２を介して
明視野照明用ランプ３３を点灯し、オートアライメント
インターフェイス３１に明視野位置検出動作を指令する
。

これにより、第３図のオートアライメントインターフェ
イス３１においては、タイミング制御回路４４が、ＴＶ
カメラ５の視野の所定領域に相当するタイミングで２値
化回路４１ヘクロツク信号φを送出し、ウィンドＲＡＭ
４２へ書込信号Ｗ／Ｒ−”Ｏ”およびクロック信号φと
同期して順次インクリメントされるアドレス信号ＡＤＲ
を送出し、カウンタ４６へはクリア信号ＣＬＲを送出す
る。したがって、ウィンドＲＡＭ４２に上記所定領域弁
の画像信号が書込まれる。そして、ＴＶカメラ５から出
力される映像信号１フレ一ム分について上記画像信号の
格納が終了すると、タイミング制御回路４４は、カウン
タ４３のクリアを解除し、ウィンドＲＡＭｌＩ２を読出
モード（Ｗ／Ｒ−”　１　”　’）に設定するとともに
ウィンドＲＡＭ４２およびテンプレートメモリ４３の各
アドレスを順次アクセスする。これにより、ウィンドＲ
ＡＭ４２の中の特定小領域に相当する部分およびテンプ
レートメモリ４３にそれぞれ格納されている画像信号お
よびテンプレート信号が順次読出されてＥ　Ｘ　ＯＲ４
５の各入力端子に供給され、Ｅ　Ｘ　ＯＲ４５からはこ
れらの画素信号の一致、不一致に応じた０″または１１
１１ルベルの信号が出力される。カウンタ４６は、Ｅ　
Ｘ　ＯＲ４５から出力される一致（ｉｉ　Ｏ＋＋レベル
）信号の数を計数する。

ウィンドＲＡＭ４２およびテンプレートメモリ４３の読
出が終了すると、タイミング制御回路４４はメモリ読出
終了信号ＭＲＥをｃ　ｐ　Ｕ　２１に送出する。

これらのメモリ４２．４３からのデータ読出後、ＣＰＵ
２１は、カウンタ４６の計数値を取込み、上記特定小領
域内の総画素数に対する一致信号数の比すなわち相関関
数を算出する。そして、この相関関数が所定以下であれ
ば、次に、画像中の検査小領域変更指令を送出するか、
または、Ｘ−Ｙステージ３４を所定量例えば、１〜数画
素列または画素行弁だけ移動した後、オートアライメン
トインターフェイス３１に再検査指令を送出し、ウェハ
４上の新たな領域についての上述の位置検出動作を繰返
してその相関関数を求める。続いて、この相関関数と前
位置の相関関数との差を算出し、結果が正であれば検査
小領域をさらに同一方向に移動させ、負であれば逆方向
に移動して相関関数が所定値を超えるまで上記動作を繰
返す。この場合、上記差の絶対値に応じて移動量を設定
するようにしてもよい。

一方、相関関数が所定値を超えた場合、ＣＰＵ２１は、
照明インターフェイス３２に指令して位置検出用照明を
暗視野照明用ランプ３４に切替えた後、オートアライメ
ントインターフェイス３１に暗視野位置検出動作を指令
する。

これにより、オートアライメントインターフ工、イス３
１は暗視野位置検出動作を行なう。この暗視野位置検出
動作は、メモリ続出時にテンプレートメモリ４３から暗
視野用テンプレートを読出すこと、および必要に応じて
領域移動量を小さくすることを除き上述の明視野位置検
出動作と同様に行なわれる。そして、今度は上記前回と
今回の相関関数の差が零または所定の微小値以下となっ
たとき、位置検出動作を終了する。

次に、ｃ　ｐ　Ｕ　２１は、検出位置およびオートアラ
イメントエリア（例えばＴＶカメラ５の光軸座標）とプ
ローブカード７との相対位置よりウェハ４のプローブカ
ード７からのずれ量を算出し搬送部２９（ＸＹステージ
２４）をこのずれ量だけ駆動してウェハ４をプローブカ
ード７の図示しないプローブ針の直下に位置合せする。

さらに、上記オートアライメントエリアにおいて静電容
量型センサ６により測定されたウェハ４の高さをインタ
ーフェイス３５より読出し、搬送部２９のθＺステージ
２５をこの高さに応じた量だけ補正駆動（Ｚアップ）し
てプローブ針先端ヘウエハ４の所定箇所を押し付ける。

これににす、ウェハ４上にパターン形成されている半導
体チップとインターフェイス３ｏの接続されているＩＣ
テスタ等とが電気的に接続され、上記半導体チップの動
作および電気的特性の検査を行なうことができる。

ウェハ４上の半導体チップ全数の検査が終了すると、ｃ
　ｐ　Ｕ　２１は、搬送部２９を駆動してウェハ４をレ
シーバキャリア９に搬送して収納する。

以下、上述と同様の動作により、センダキャリア１に収
納されているウェハが１枚ずつプローブ検査される。

［実施例の変形例］ なお、上述においては、本発明をウエハプローバに適用
した場合について説明したが、本発明は、ダイサ、ダイ
ボンダ等の位置検出や、さらには、一般に物体を所定の
位置に設定する装置等いわゆるパターンマツチングによ
る位置検出装置全般さらには位置合せ装置全般に適用す
ることができる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によると、パターンマツチングに
よる位置検出を行なう際、粗位置検出には裾野が広くパ
ターンの一致度のピーク位置の検出が容易な明視野検出
画像によるパターンマツチングを、かつ微位置検出には
“変化が大きく高精度の位置検出が可能な暗視野検出画
像によるパターンマツチングを切換えて用いているため
、高精度の位置検出を比較的容易かつ確実に実行するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るウエハブローバの概
略の上面図、 第２図は、第１図のウエハプローバの電気回路図、 第３図は、第２図におけるオートアライメントインター
フェイスの要部を示す回路図、第４図は、位置検出用照
明系の概略の構成図、第５および６図は、それぞれ明視
野および暗視野照明による相関関数を示すグラフである
。 ４・・・ウェハ、５・・・テレビカメラ、２１・・・ｃ
ｐｕ。 ２３・・・ＲＡＭ１３１・・・オートアライメントイン
ターフェイス、３２・・・位置検出照明インターフェイ
ス、３３・・・明視野照明用ランプ、３４・・・暗視野
照明用ランプ、４１・・・２値化回路、４２・・・ウィ
ンドＲＡＭ、４３・・・テンプレートメモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定領域内における物体の形状または該物体上の画
   像パターンを撮像して映像信号を出力する撮像手段を備
   え、上記領域内の複数小領域の映像信号と所定のテンプ
   レートの映像信号との一致度を検出することにより該物
   体の位置検出を行なうパターンマッチング式の位置検出
   装置において、上記位置の粗位置検出は明視野検出画像
   によるパターンマッチングで、かつ微位置検出は暗視野
   検出画像によるパターンマッチングで行なうことを特徴
   とする位置検出装置。 ２、前記画像パターン信号とテンプレート信号との一致
   度を表わす相関関数を発生する手段を備え、前記小領域
   を相関関数が増加する方向に変更させる特許請求の範囲
   第１項記載の位置検出装置。 ３、前記撮像手段が、前記映像信号を所定周期でサンプ
   ルし２値化して、“明”信号と“暗”信号とからなる画
   素信号列を作成する手段を含む特許請求の範囲第１〜２
   項のいずれか１つに記載の位置検出装置。 ４、前記相関関数値が所定の値以上のとき前記明視野か
   ら暗視野に切換える特許請求の範囲第１〜３項のいずれ
   か１つに記載の位置検出装置。