JPS61271832A - 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】 ［発明の属する分野］ 本発明は、位置検出！Ｉｉ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ブローバ等の装置に
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１１ン等に
よってより高精度にウェハ上の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２Ｉａ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ｌＩｌ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０１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
を示す位置を出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ｇ１１１１１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。

また、従来のパターンマツチング法は、通常、前述のよ
うに、検出画像の２値化画素信号を用いるものであり、
この方法はパターンマツチングの処理時間が短いという
利点がある反面、入力検出画像の優かな明るさの変化に
対して、得られる２値化画素信号の変化が大きいため、
位ｌ！！ｙＩｉｌｆがあまり良くないという欠点を持つ
ている。

（発明の目的１ 本発明は、上記囚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２１ＫＩ化画素信号用のものと暗視野多
値化画素信号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２値化画素信号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多値化画素信号に
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、比較的高速かつ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エリアで、センダキせリア１
から１枚ずつ供給されるウェハは、ここでオリフラ（オ
リエンテーションフラット）部を機械的に検出されてプ
リアライメントされる。３はウェハチャックで、プリア
ライメントエリア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ＴＶ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
容山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ブキレリア
、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Ｗ（ＣＰＵ）で、このウエハプローバ全体
の動作を制御する。２２はリードオンリメモリ（ＲＯＭ
）で、ＣＰ　Ｕ　２１の１ｔｌＪ　ｍ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　（Ｊ　２１が上記制御プログラムを実行づる
際に発生する各種データを一時記憶づる。２４および２
５はそれぞれＸＹステージおよびθＺステージで、ウエ
ハヂャツク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、Ｚ方向に移動させる。２Ｇ
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およびレシーブキルリア９等を含
む搬送部、３０はＩＣテスタや各検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ＣＰ（Ｊ２ｆ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ｉｌＪ　ａｌｌ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２Ｉｔｉ化回路、４２は２値化用
ウィンドＲＡＭ、４３はテンプレートメモリ、４４は排
他的論理和回路（ＥＸＯＲ）、４５はカウンタ、４６は
多値化回路、４１は多値化用ウィンドＲＡＭ、４８はタ
イミング制御回路である。

また、ａはＴＶカメラ５からの映像信号、ｂ。

Ｃは各々ＴＶカメラ５への水平同期信号および垂直同期
信号、ｄは２ｉＨ化回路４１と多値化回路４６に対する
変換タイミング信号、ｅは２値化用ウィンドＲＡＭ４２
、テンプレートメモリ４３および多値化用ウィンドＲＡ
Ｍ４７のアドレスを示すメモリアドレス信号、ｆは２値
化用ウィンドＲＡＭ４２、テンプレートメモリ４３およ
び多値化用ウィンドＲＡＭ４１の読み出しと書き込みモ
ードの切換信号であるリード／ライト信号、Ｑはカウン
タ４５のクリア信号、ｈはカウンタの動作許可を示すカ
ウントイネーブル信号である。

２ＩＩ化回路４１は、タイミング制御回路４８から与え
られる変換タイミング信号ｄに基づいてＴＶカメラ５か
らの映像信号の内、ウェハ４上の所定小領域に相当する
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。

２値化用ウィンドＲＡＭ４２は、タイミング制御回路４
８が上記変換タイミング信号ｄと同期して発生するメモ
リアドレス信号ｅ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
記所定小領域全域の２１１１化および画素信号書込が行
なわれた債、さらにタイミング１ＩＪＩ１１回Ｍ４４に
より読出し制御される。テンプレートメモリ４３は、Ｒ
ＡＭ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４８は、ＣＰ　
Ｕ　２１からの指令に従って、ＴＶカメラ５への水平同
期信号すおよび垂直同期信号Ｃに同期して２ｆｇｌｌ化
回路４１および多値化回路４６へは変換タイミング信号
ｄを出力し、また、２値化用ウィンドＲＡＭ４２、テン
プレートメモリ４３および多値化用ウィンドＲＡＭ４７
へはメモリアドレス信号ｅおよびリード／ライト信号を
出力し、また、カウンタ４５へはカウンタクリア信号ｑ
およびカウントイネーブル信号りを出力する。Ｅ　Ｘ　
ＯＲ４４は、ウィンドＲＡＭ４２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）およびテンプレートパター
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ＨＯＩＩレベル信号を出力し
、不一致であれば″１″レベル信号を出力する。カウン
タ４５は、Ｅ　Ｘ　ＯＲ４４から出力される“０”レベ
ル信号すなわち一致信号をカウントイネーブル信号りの
コントロールにより計数し、この計数値を相ｌｌ１ＩＩ
ｌ数として出力する。

また、多値化回路４Ｇは２Ｗｉ化回路４１と同様につ工
ハ４上の所定小領域の画素信号列を作成する。

但し、ここで出力は２値データではなく、多値データで
ある。多値化用ウィンドＲＡＭ４７は多値化回路４６か
ら出力される画素信号列を記憶するものであり、侵でＣ
Ｐ　Ｕ　２１から画素信号データの読み出しが行なわれ
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３３１１５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、かつ空のレシーブキャリア
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、ＣＰ　Ｌｌ　２１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
り機械的位置合せくプリアライメント）が行なわれる。

ＣＰ　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うエバチャック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２値化位置検出動作を
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４８が、２ｉ
ｎ化用ウィつドＲＡＭ４２へのリード／ライト信号ｆを
ライト側にし、カウンタ４５ヘクリア信＠ｑを送出し、
続いて、２ｉｉｎ化回路４１へＴＶカメラ５の視野の所
定小領域に相当するタイミングで変換タイミング信号ｄ
を送出し、かつウィンドＲＡ　Ｍ　４２へはこの変換タ
イミング信号ｄと同期して順次インクリメントされるメ
モリアドレス信号ｅを送出する。したがって、２値化用
ウインドＲＡ　Ｍ　４２に上記所定小領域分の画像信号
が調造まれる。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４８は、カウンタ４５のク
リアを解除し、２値化用ウインドＲＡＭ４２へのリード
／ライト信号ｆをリード側に設定するとともにウィンド
ＲＡ　Ｍ　４２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、２値化用ウイン
ドＲＡＭ４２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
号とテンプレート信号が順次読出されてＥＸＯＲ４４の
各入力端子に供給され、ＥＸＯＲ４４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″１”レベ
ルの信号が出力される。カウンタ４５は、Ｅ　Ｘ　ＯＲ
４４から出力される一致＜　”　ｏ　”レベル）信号の
数をカウントイネーブル信号りのコントロールのもとに
計数する。

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４５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２４を所定ｍ例えば１〜数画素
列または画素行分だけ移動した後、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に暗視野多値化位置検出動作
を指令する。

これにより、オートアライメントインターフェイス３１
は暗視野多値化位置検出動作を行なう。この暗視野位置
検出動作では、まず明視野２値化位胃検出で求めた検査
小領域について、多値化用ウィンドＲＡＭ４７に上記所
定小領域弁の多値化画像信号が書き込まれる。この後、
ＣＰＵ２１（第２図）は、上記多値化ウィンドＲＡ　Ｍ
　４７内の画像信号とＲＡＭ２３（第２図）内のテンプ
レート信号との相関関数を算出する。

なおＲＡＭ２３内のテンプレート信号とはテンプレート
メモリ４３が記憶している画素信号が示す小領域と同じ
小領域のｍ視野多値化画素信号であり、テンプレートメ
モリ４３と同じく予め設定されているものである。

この債、ＣＰＵは明視野２値化位置検出の場合と同様に
して検査小領域を変更しながら各々の小領域について相
ｌＩｌ関数の算出を行ない、これが最大値を示す小領域
を検出することにより入力画像中からテンプレートのあ
る場所を見つけ、このことによりウェハのテレビカメラ
５の光軸座標に対する位置を知ることができる。

ここで、多値化相関関数は、例えば下式で示さｆ（ｘ−
α、ｙ−β）　ｄｘ　ｄｙ ｌｘ　・・・テンプレート領域のＸ軸方向の１／２の長
さ Ｌｙ・・・テンプレート領域のｙ軸方向の１／２の長さ ｆｏ（ｘ、ｙ）・・・テンプレートに用いる暗視野多値
化画素信号出力 （（ｘ−ａ、ｙ−β）・・・ウィンドＲＡＭ４７に記憶
される暗視野多値化画素信号出力α。

βは測定毎に変更される検査小 領域中心座標（Ｘ、ｙ＞を示す。

次に、ＣＰＵ２１は、検出位置およびオートアライメン
トエリアとプローブカード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ｍを算出し搬送部２９　
（Ｘ　Ｙ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＾さをインターフェイス３５より読出し、搬送部２
９のθＺステージ２５をこの高さに応じたｌ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。これにより、ウェハ４上にパターン形
成されている半導体ブーツブとインターフェイス３０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、本発明をウエハブローバに適用
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］ 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で処理速度が
早い明視野２１ａ化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太きくａｍ度の位置検出
が可能な暗視野多値化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
的高速で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プローバの概
略の上面図、 第２図は、第１図のウエハブ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ｒある
。 １・・・センダキャリア、２・・・プリアライメントエ
リア、３・・・ウェハチャック、４・・・ウェハ、５・
・・オートアライメントセンサ、６・・・エツジセンサ
／ハイドセンサ、７・・・プローブカード、８・・・パ
ネル部、９・・・レシーブキャリア、１０・・・アライ
メントスコープ、１１・・・ヘッドプレートルプローブ
カードホルダ、２１・・・ＣＰＬＩ、２２・・・ＲＯＭ
、２３・・・ＲＡＭ、２４・・・ＸＹステージ、２５・
・・θＺステージ、２６・・・エアー系コントロール、
２７・・・イン力、２８・・・プリンタ、２９・・・搬
送部、３０・・・外部インターフェイス、３１・・・オ
ートアライメントインターフェイス、３２・・・照明イ
ンターフェイス、３３・・・明視野照明用のランプ、３
４・・・暗視野照明用のランプ、４１・・・２値化回路
、４２・・・２値化用ウィンドＲＡＭ、４３・・・テン
プレートメモリ、４４・・・排他的論理和回路、４５・
・・カウンタ、４６・・・多値化回路、４７・・・多値
化用ウィンドＲＡＭ、４８・・・タイミング制御回路。

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
   の２値化信号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の多値化信号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
   を該相関関数の値が増加する方向に変更する特許請求の
   範囲第１項記載の位置検出装置。 ３、前記相関関数値が所定の値以上のとき前記明視野２
   値化パターンマッチングから暗視野多値化パターンマッ
   チングに切換える特許請求の範囲第２項の位置検出装置
   。