JP2020123622A - キーパターンの検出方法、及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出物のキーパターンの位置を短時間で検出する。【解決手段】被検出物が有するキーパターンの位置を検出するキーパターンの検出方法であって、該被検出物を保持した保持ユニットと、撮像ユニットと、を相対的に移動させながら該撮像ユニットで該被検出物を撮像して複数の撮像粗画像を形成し、形成されたそれぞれの該撮像粗画像と、該キーパターンが写る参照用画像と、をパターンマッチングして該キーパターンが写る該撮像粗画像を検出するキーパターン粗検出ステップと、検出された該撮像粗画像が形成された際の該撮像ユニットと、該保持ユニットと、の相対的な位置で、該被検出物を撮像して精密撮像画像を形成し、該精密撮像画像と、該参照用画像と、をパターンマッチングして該精密撮像画像に含まれる該キーパターンを検出するキーパターン精密検出ステップと、検出された該キーパターンの位置を検出するキーパターン位置検出ステップと、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、キーパターンを含む被検出物から該キーパターンを検出する方法及び、該被検出物からキーパターンを検出できる装置に関する。

電子機器に使用されるデバイスチップの製造工程では、まず、互いに交差する複数のストリートと呼ばれる分割予定ラインを半導体ウェーハの表面に設定し、該ストリートによって区画される各領域にデバイスを形成する。その後、該ストリートに沿って該ウェーハを分割すると、個々のデバイスチップを形成できる。

ウェーハの分割は、例えば、切削ユニットを有する切削装置で実施される。切削ユニットは、回転の軸となるスピンドルと、該スピンドルの一端に装着された切削ブレードと、を備える。該スピンドルを回転させることで切削ブレードを回転させ、回転する切削ブレードを該ウェーハの該ストリートに沿って切り込ませて該ウェーハを切削すると、該ウェーハが分割される。

また、ウェーハの分割は、レーザ加工ユニットを有するレーザ加工装置で実施してもよい。例えば、該ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームをストリートに沿ってウェーハに照射して該ウェーハの内部に集光し、改質層を形成する。そして、該改質層からウェーハの表裏にクラックを伸長させると、ウェーハが分割される。または、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームをストリートに沿ってウェーハの表面に照射して、ストリートに沿った溝を形成しウェーハを分割してもよい。

切削装置及びレーザ加工装置等の加工装置では、ウェーハのストリートの位置及び方向を検出して、切削ユニット及びレーザ加工ユニット等の加工ユニットをストリートに合わせるアライメントを実施する必要がある（特許文献１及び特許文献２参照）。ここで、加工装置には、予めウェーハに含まれる特徴的なパターン（キーパターン）を撮像した撮像画像を参照用画像として登録しておくとともに、キーパターンからストリートまでの距離を記憶させておく。

そして、ウェーハを加工する際には、加工するウェーハの表面を撮像して撮像画像を取得し、該撮像画像と、加工装置に登録された参照用画像と、のパターンマッチングを実施して、加工する該ウェーハのキーパターンを検出する。その後、検出したキーパターンの位置を基に該ウェーハのストリートの位置を検出して、加工ユニットをストリートの位置に合わせる。

なお、ウェーハの表面を撮像して取得した画像からキーパターンが検出されない場合、ウェーハを撮像カメラに対して相対的に移動させ、該ウェーハの他の領域を撮像して該参照用画像とのパターンマッチングを実施する。

ところで、パターンマッチングの手法を利用して、複数のデバイスが形成されたウェーハのインデックスサイズを計測するオートメジャーと呼ばれる方法が知られている（特許文献３参照）。該方法では、ウェーハと、撮像カメラと、を相対的に移動させつつ撮像を繰り返し、得られた各撮像画像を使用してパターンマッチングを実施する。

ここで、インデックスサイズとは、例えば、あるストリートに沿ってウェーハを加工した後、隣接するストリートに沿ってウェーハを加工する際に、加工ユニットを該ウェーハに対して相対的に割り出し送りする量に相当する長さである。または、インデックスサイズとは、隣接する一対のストリートのそれぞれの中央線間の距離ともいえる。

オートメジャーを実施する際には、ウェーハに形成されたデバイスに含まれる特徴的な構造をキーパターンとして設定し、該キーパターンに隣接する他のキーパターンをパターンマッチングにより自動的に検出する。そして、両キーパターン間の距離をインデックスサイズとして算出する。また、算出されたインデックスサイズを検証するために、さらに隣接するキーパターンがパターンマッチングにより検出される場合もある。

特開昭６０−２４４８０３号公報 特開２００５−１６６９９１号公報 特開平７−３２１０７３号公報

パターンマッチングの手法を用いてキーパターンの位置を精密に検出するには、撮像画像にブレが生じていないことが重要となる。しかし、ブレのない撮像画像を取得するために、ウェーハ及び撮像カメラを移動させた後ウェーハ及び撮像カメラが相対的に完全に停止するまで撮像を待機する必要がある。そのため、複数の撮像画像を形成してキーパターンを探しながら該キーパターンの位置を検出する際、撮像画像を形成する都度待機が必要となるため、キーパターンの位置の検出に特に時間を要していた。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、キーパターンの位置を短時間で検出できるキーパターンの検出方法及びキーパターンの位置を短時間で検出できる装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、キーパターンを有した被検出物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被検出物を撮像する撮像ユニットと、該保持ユニット及び該撮像ユニットを相対的に移動させる移動ユニットと、該撮像ユニット及び該移動ユニットを制御する制御ユニットと、を備えた装置において該保持ユニットで保持された該被検出物が有する該キーパターンの位置を検出するキーパターンの検出方法であって、該保持ユニットで該被検出物を保持する保持ステップと、該被検出物を保持した該保持ユニットと、該撮像ユニットと、を該移動ユニットで相対的に移動させながら該撮像ユニットで該被検出物を撮像して複数の撮像粗画像を形成し、形成されたそれぞれの該撮像粗画像と、予め該制御ユニットに登録された該キーパターンが写る参照用画像と、をパターンマッチングして複数の該撮像粗画像のうち該キーパターンが写る該撮像粗画像を検出するキーパターン粗検出ステップと、該キーパターン粗検出ステップにおいて検出された該撮像粗画像が形成された際の該撮像ユニットと、該保持ユニットと、の相対的な位置に該撮像ユニットと、該保持ユニットと、を位置付けて、該保持ユニットと、該撮像ユニットと、の相対的な移動が停止した状態で該撮像ユニットで該被検出物を撮像して精密撮像画像を形成し、該精密撮像画像と、該参照用画像と、をパターンマッチングして該精密撮像画像に含まれる該キーパターンを検出するキーパターン精密検出ステップと、該キーパターン精密検出ステップで検出された該キーパターンの位置を検出するキーパターン位置検出ステップと、を備えることを特徴とするキーパターンの検出方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、キーパターンを有した被検出物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被検出物を撮像する撮像ユニットと、該保持ユニット及び該撮像ユニットを相対的に移動させる移動ユニットと、該撮像ユニット及び該移動ユニットを制御する制御ユニットと、を備えた装置であって、該制御ユニットは、該キーパターンが写る参照用画像を記憶する参照用画像記憶部と、該撮像ユニットの撮像タイミングを制御する撮像ユニット制御部と、該移動ユニットによる該保持ユニットと、該撮像ユニットと、の相対的な移動を制御する移動ユニット制御部と、該被検出物を保持した該保持ユニットと、該撮像ユニットと、を該移動ユニットで移動させながら該撮像ユニットで該被検出物を撮像して形成された複数の撮像粗画像と、該参照用画像と、をそれぞれパターンマッチングして該キーパターンが写る該撮像粗画像を検出する粗パターンマッチング部と、該粗パターンマッチング部で検出された該撮像粗画像が形成された際の該撮像ユニットと、該保持ユニットと、の相対的な位置に該撮像ユニットと、該保持ユニットと、を位置付け、該保持ユニットと、該撮像ユニットと、の相対的な移動が停止した状態で該撮像ユニットで該被検出物を撮像して形成された精密撮像画像と、該参照用画像と、をパターンマッチングして該精密撮像画像に含まれるキーパターンを検出する精密パターンマッチング部と、該精密パターンマッチング部で検出された該キーパターンの位置を検出するキーパターン位置検出部と、を有することを特徴とする装置が提供される。

本発明の一態様に係るキーパターンの検出方法及び装置では、ウェーハ等の被検出物を保持する保持ユニットと、撮像ユニットと、を相対的に移動させながら該撮像ユニットで該被加工物を撮像して複数の撮像粗画像を形成する。保持ユニットと、撮像ユニットと、を停止させることなく撮像された複数の該撮像粗画像は短時間に取得されるが、相対的な移動に伴う振動によりブレが生じた画像となる。そして、ブレが生じた撮像粗画像を使用したパターンマッチングでは、キーパターンの位置を正確には検出できない。

しかしながら、キーパターンが写る参照用画像を使用すると、複数の撮像粗画像からキーパターンが写る撮像粗画像をパターンマッチングにより特定することはできる。そこで、キーパターンが写る該撮像粗画像を特定した後、該撮像粗画像が形成された際の位置に再び保持ユニットと、撮像ユニットと、を相対的に位置付けて、互いに停止させた状態で被検出物を撮像して精密撮像画像を形成する。

該精密撮像画像には被検出物が有するキーパターンが鮮明に写るため、該精密撮像画像と、該参照用画像と、をパターンマッチングすることにより、キーパターンの位置を検出できる。本発明の一態様に係るキーパターンの検出方法及び装置では、被検出物が有するキーパターンのおおよその位置を短時間で検出した後、キーパターンの位置を精密に検出できる。

したがって、本発明によりキーパターンの位置を短時間で検出できるキーパターンの検出方法及びキーパターンの位置を短時間で検出できる装置が提供される。

被検出物の一例であるウェーハを模式的に示す斜視図である。 装置の一例である切削装置を模式的に示す斜視図である。 図３（Ａ）は、保持ステップを模式的に示す断面図であり、図３（Ｂ）は、撮像ユニットにより被検出物の表面を撮像する様子を模式的に示す断面図である。 キーパターン粗検出ステップにおいて形成される複数の撮像粗画像の撮像視野を説明する平面図である。 図５（Ａ）は、キーパターンが写る撮像粗画像の例を模式的に示す平面図であり、図５（Ｂ）は、撮像粗画像の他の例を模式的に示す平面図であり、図５（Ｃ）は、撮像粗画像のさらに他の例を模式的に示す平面図である。 精密撮像画像の例及び該精密撮像画像の撮像視野を模式的に示す平面図である。 図７（Ａ）は、参照用画像の例を模式的に示す平面図であり、図７（Ｂ）は、参照用画像の他の例を模式的に示す平面図である。 キーパターンの検出方法のフローを示すフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係るキーパターンの検出方法及び装置によると、被検出物を撮像して該被検出物が有するキーパターンの位置を短時間で検出できる。まず、キーパターンを有する被検出物について説明する。

被検出物は、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、若しくは、その他の半導体等の材料からなる略円板状のウェーハである。または、被検出物は、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる基板等である。また、被検出物は、モールド樹脂等で封止された複数のデバイスチップが含まれるパッケージ基板等でもよい。

図１は、被検出物の一例としてウェーハ１を模式的に示す斜視図である。以下、複数のデバイス５が形成されたウェーハ１が被検出物である場合を例に本実施形態について説明するが、被検出物はこれに限定されない。

ウェーハ１の表面１ａは、例えば、互いに交差する複数のストリート３と呼ばれる分割予定ラインで区画されている。ウェーハ１の表面１ａのストリート３で区画された各領域にはＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）等のデバイス５が形成されている。ウェーハ１をストリート３に沿って分割すると、個々のデバイスチップを形成できる。

ウェーハ１の分割には、例えば、ストリート３に沿ってウェーハ１にレーザビームを照射してウェーハ１をレーザ加工するレーザ加工装置が使用される。または、円環状の切削ブレードによりストリート３に沿ってウェーハ１を切削できる切削装置が使用される。

これらの加工装置においては、ウェーハ１をストリート３に沿って加工するために、予めストリート３の位置及び方向を検出し、ウェーハ１及び加工ユニットを所定の相対位置に位置付けるアライメントを実施する必要がある。また、これらの加工装置においては、あるストリート３に沿ってウェーハ１を加工した後、他のストリート３に沿って精密に該ウェーハを加工するために、ウェーハ１及び加工ユニットをインデックスサイズに従って相対的に移動させる必要がある。

本実施形態に係るキーパターンの検出方法は、例えば、該加工装置でインデックスサイズの検出、又はアライメントが実施される際に実施される。そして、本実施形態に係る装置は、例えば、該加工装置である。そして、被検出物が有するキーパターンの位置を検出することにより、ストリート３の位置が検出される。

ここで、ウェーハ１等の被検出物が有するキーパターンとは、例えば、該被検出物に形成された特徴的な形状の構造物のことをいう。キーパターンは、被検出物に形成された構造物の一部に適宜設定される。被検出物において何らかの機能を発揮するために形成された構造物の全部または一部がキーパターンとして設定されてもよく、例えば、デバイス５を形成する機能層から選択されて設定されてもよい。または、キーパターンとしてのみ機能する専用の構造物が被検出物に設けられてもよい。

複数のデバイス５が形成されたウェーハ１では、例えば、デバイス５を構成する配線層、電極、又は端子等に使用される金属層の一部がキーパターンとして設定される。また、被検出物が透明である場合、キーパターンは被検出物の内部に形成された構造物により構成されてもよい。

なお、キーパターンとして選択される構造物は、誤検出を抑制するために、被検出物に他に同一の又は近似した形状の構造物が形成されていない構造物であることが好ましい。または、キーパターンを検出し、該キーパターン及びストリート３の位置関係から被検出物に設定された複数のストリート３の位置をそれぞれ検出しようとする場合、複数のデバイス５がそれぞれ一つずつ有する構造物がキーパターンとして設定されるのが好ましい。

図１に示す通り、ウェーハ１を切削装置やレーザ加工装置等の加工装置に搬入する前に、ウェーハ１は、環状のフレーム９と、該環状のフレーム９の開口を塞ぐように貼られた粘着テープ７と、と一体化されて、フレームユニット１１が形成される。ウェーハ１は、フレームユニット１１の状態で該加工装置に搬入され加工される。そして、ウェーハ１が分割されて形成された個々のデバイスチップは、粘着テープ７により支持される。

以下、本実施形態に係る装置がウェーハ１を切削する切削装置である場合を例に説明を続ける。ただし、本実施形態に係る装置は該切削装置以外の加工装置でもよく、さらに、ウェーハ１を加工しない検査装置でもよい。図２は、切削装置２を模式的に示す斜視図である。

切削装置２は、各構成要素を支持する基台４を備える。基台４の前方の角部には、矩形状の開口６が形成されており、この開口６には昇降可能なカセット支持台が設けられている。カセット支持台の上面には、複数のフレームユニット１１を収容するカセット８が載せられる。なお、図１では、説明の便宜上、カセット８の輪郭のみを示している。

基台４の上面の開口６に隣接した位置には、Ｘ軸方向（加工送り方向）に長い矩形の開口１２が形成されている。開口１２には、保持ユニット１４と、該保持ユニット１４をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動機構（不図示）と、該Ｘ軸方向移動機構を覆う防塵防滴カバー１２ａと、が設けられている。

切削装置２には、該カセット支持台に載せられたカセット８に収容されたフレームユニット１１を搬出入する搬送機構（不図示）が設けられている。該搬送機構は、開口１２を跨ぐように設けられた一対の搬送レール１０上にカセット８に収容されたフレームユニット１１を引き出す。

該一対の搬送レール１０は互いに離れる方向に移動可能である。該搬送機構にフレームユニット１１を搬送レール１０上に引き出させた後、該搬送機構にフレームユニット１１を保持させ、該一対の搬送レール１０の間隔を広げ、該搬送機構を下降させると保持ユニット１４上にフレームユニット１１を搬送できる。

保持ユニット１４は、例えば、ウェーハ１（被検出物）を保持するチャックテーブルである。保持ユニット１４（チャックテーブル）の上面には多孔質部材が配設されており、該多孔質部材の上面がフレームユニット１１を保持する保持面１４ａとなる。該保持ユニット１４は、該保持面１４ａ上に載せられたフレームユニット１１を挟持するクランプ１４ｂ（図３（Ａ）等参照）を外周部に備える。

該多孔質部材は、保持ユニット１４の内部に形成された吸引路（不図示）を介して吸引源（不図示）に接続されている。保持面１４ａの上にフレームユニット１１を載せ、吸引源を作動させて該吸引路及び該多孔質部材を通じて該フレームユニット１１に負圧を作用させると、フレームユニット１１が保持ユニット１４に吸引保持される。

保持ユニット１４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、保持面１４ａに垂直な回転軸の周りに回転可能である。また、保持ユニット１４は、上述のＸ軸方向移動機構でＸ軸方向に加工送りされる。

基台４の上面には、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０を支持するための門型の支持構造１６が、開口１２を跨ぐように配置されている。支持構造１６の前面上部には、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０をＹ軸方向（割り出し送り方向）に移動させるＹ軸方向移動機構１８と、Ｚ軸方向（高さ方向）に移動させるＺ軸方向移動機構２８と、が設けられている。

支持構造１６の前面には、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール２０が設けられている。該Ｙ軸ガイドレール２０には、Ｙ軸移動プレート２２がスライド可能に取り付けられている。Ｙ軸移動プレート２２の裏面側（後面側）にはナット部（不図示）が設けられており、このナット部にはＹ軸ガイドレール２０に平行なＹ軸ボールネジ２４が螺合されている。

Ｙ軸ボールネジ２４の一端部には、Ｙ軸パルスモータ２６が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２６でＹ軸ボールネジ２４を回転させると、Ｙ軸移動プレート２２はＹ軸ガイドレール２０に沿ってＹ軸方向に移動する。すなわち、Ｙ軸ガイドレール２０、Ｙ軸移動プレート２２、Ｙ軸ボールネジ２４、及びＹ軸パルスモータ２６は、Ｙ軸方向移動機構１８を構成する。

Ｙ軸移動プレート２２の表面（前面）には、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール３０が設けられている。Ｚ軸ガイドレール３０には、Ｚ軸移動プレート３２がスライド可能に取り付けられている。Ｚ軸移動プレート３２の裏面側（後面側）にはナット部（不図示）が設けられており、このナット部にはＺ軸ガイドレール３０に平行なＺ軸ボールネジ３４が螺合されている。

Ｚ軸ボールネジ３４の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３６が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３６でＺ軸ボールネジ３４を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３２はＺ軸ガイドレール３０に沿ってＺ軸方向に移動する。すなわち、Ｚ軸ガイドレール３０、Ｚ軸移動プレート３２、Ｚ軸ボールネジ３４、及びＺ軸パルスモータ３６は、Ｚ軸方向移動機構２８を構成する。

Ｚ軸移動プレート３２の下部には、切削ユニット３８が固定されている。切削ユニット３８は、回転軸となるスピンドルと、該スピンドルの一端側に装着された円環状の切削ブレードを備えている。該切削ブレードは少なくとも外周部に砥石を備え、該スピンドルを回転させて該切削ブレードを回転させ該砥石を保持ユニット１４で保持されたウェーハ１に接触させると、ウェーハ１が切削される。

また、切削ユニット３８に隣接する位置には、保持ユニット１４で保持されたウェーハ１（被検出物）を撮像する撮像ユニット（カメラユニット）４０が設けられている。撮像ユニット４０は、例えば、ＣＣＤカメラである。撮像ユニット４０を使用して保持ユニット１４で保持されたウェーハ１を撮像すると、ウェーハ１の表面１ａに形成された構造物が写る撮像画像を形成できる。なお、撮像ユニット４０は、可視光以外の光を受光する赤外線カメラ等でもよい。

Ｙ軸方向移動機構１８でＹ軸移動プレート２２をＹ軸方向に移動させると、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０がＹ軸方向に割り出し送りされる。また、Ｚ軸方向移動機構２８でＺ軸移動プレート３２をＺ軸方向に移動させれば、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０は昇降する。さらに、保持ユニット１４にウェーハ１を保持させた状態でＸ軸方向移動機構（不図示）を作動させると、ウェーハ１がＸ軸方向に沿って加工送りされる。

すなわち、該Ｘ軸方向移動機構と、Ｙ軸方向移動機構１８と、Ｚ軸方向移動機構２８と、は、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０と、保持ユニット１４及びウェーハ１と、を相対的に移動させる移動ユニットとして機能する。

切削ユニット３８の切削ブレードを回転させつつ、切削ユニット３８と、保持ユニット１４と、を該移動ユニットにより相対的に移動させ、該切削ブレードをウェーハ１に切り込ませると、ウェーハ１が切削される。また、撮像ユニット４０と、保持ユニット１４と、を移動ユニットにより相対的に移動させ、所定の位置で撮像ユニット４０を作動させると、保持ユニット１４で保持されたウェーハ１が撮像され撮像画像が形成される。

なお、形成された撮像画像は撮像ユニット４０から後述の制御ユニット４６に送られる。そして、該制御ユニット４６では、それぞれの撮像画像とともに、各撮像画像が撮像された際の撮像ユニット４０と、保持ユニット１４と、の相対的な位置が記録される。

基台４の上面の開口１２に対して開口６と反対側の位置には、円形の開口４２が形成されている。開口４２内には、ウェーハ１を切削した後にフレームユニット１１を洗浄するための洗浄ユニット４４が設けられている。開口４２の内部に設けられた洗浄ユニット４４は、フレームユニット１１を保持する洗浄テーブル４４ａと、該洗浄テーブル４４ａに保持されたフレームユニット１１の上方から該フレームユニット１１に洗浄液を吐出する洗浄ノズル（不図示）と、を備える。なお、該洗浄液は、例えば、純水である。

切削装置２は、該切削装置２の各構成を制御する制御ユニット４６を備える。制御ユニット４６は、上述のカセット載置台、搬送機構、搬送レール１０、移動ユニット、切削ユニット３８、撮像ユニット４０、洗浄ユニット４４、及びその他の機構を制御する。制御ユニット４６は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）や記憶媒体等を備えるコンピュータである。該制御ユニット４６の機能は、例えば、ソフトウェアにより実現される。

保持ユニット１４で保持されたウェーハ１をストリート３に沿って切削（加工）するには、ウェーハ１のストリート３の位置及び方向を検出してアライメント等を実施する必要がある。まず、ウェーハ１のストリート３がＸ軸方向（加工送り方向）に沿うように保持ユニット１４を回転させる。次に、ストリート３の延長線上に切削ユニット３８の切削ブレードの砥石が位置付けられるように保持ユニット１４と、切削ユニット３８と、を相対的に移動させる。その後、切削ブレードでウェーハ１を切削する。

アライメント等を実施する際にウェーハ１のストリート３の位置を精密に検出できなければ、その後、ウェーハ１をストリート３に沿って精密に切削することはできず、加工精度が低下してしまう。そこで、ストリート３の位置を精密に検出するために、ウェーハ１に上述の通りキーパターンを設定し、パターンマッチングの手法を用いてキーパターンの位置を精密に検出する。

パターンマッチングを実施する際には、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を繰り返し移動させ、ウェーハ１の表面１ａを撮像ユニット４０で次々に撮像する。そして、得られた複数の撮像画像と、予め制御ユニット４６に登録されたキーパターンが写る参照用画像と、をそれぞれ比較してキーパターンが写る撮像画像を検出する。

そして、該撮像画像が形成された際の保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な位置関係からウェーハ１のキーパターンの位置を検出する。制御ユニット４６には、該キーパターンと、ストリート３と、の位置関係が予め記憶されており、導出されたキーパターンの位置から該位置関係に基づきストリート３の位置を検出する。

パターンマッチングの手法を用いて２つの画像を比較してキーパターンの位置を検出する場合、比較対象となる撮像画像にブレが生じていないことが重要となる。そのため、ブレのない撮像画像を取得するために、保持ユニット１４及び撮像ユニット４０を相対的に移動させた後、完全に停止するまでの間、撮像を長時間待機する必要がある。そして、キーパターンを探しながら次々に撮像を繰り返す際に撮像画像を形成する都度待機が必要となるため、従来、キーパターンの位置の検出に特に時間を要していた。

そこで、本実施形態に係るキーパターンの検出方法及び装置においては、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を相対的に移動させた後、完全に停止するのを待つことなく撮像ユニット４０を作動させて撮像画像を形成する。

図２に示す通り、制御ユニット４６は、移動ユニット制御部４８と、撮像ユニット制御部５０と、参照用画像記憶部５２と、粗パターンマッチング部５４と、精密パターンマッチング部５６と、キーパターン位置検出部５８と、を備える。移動ユニット制御部４８は、移動ユニットによる保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な移動を制御する。撮像ユニット制御部５０は、撮像ユニット４０の撮像タイミングを制御する。

参照用画像記憶部５２は、キーパターンが写る参照用画像を記憶する。該参照用画像は、パターンマッチングの手法によりウェーハ１が有するキーパターンの位置を検出する際に使用される。該参照用画像は、切削装置２のオペレータにより予め参照用画像記憶部５２に登録される。

例えば、フレームユニット１１を保持ユニット１４上に搬入し、粘着テープ７を介してウェーハ１を保持ユニット１４に保持させた後、撮像ユニット４０でウェーハ１の表面１ａを撮像する。そして、ウェーハ１に形成された特徴的なパターンからキーパターンとして設定する部分を該オペレータが選択し、参照用画像を形成し参照用画像記憶部５２に登録する。ここで、参照用画像を形成する際には、ウェーハ１におけるキーパターンと、ストリート３と、の位置関係と併せて登録される。

なお、同種の複数のウェーハ１を切削装置２で次々に切削（加工）する際には、最初のウェーハ１を切削する前に形成した参照用画像を使用して、次以降のウェーハ１が写る撮像画像と比較するパターンマッチングを実施してもよい。

粗パターンマッチング部５４は、移動ユニット制御部４８に指令を発して、ウェーハ１を保持した保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を移動ユニットで相対的に移動させる。そして、撮像ユニット制御部５０に指令を発して、ウェーハ１の表面１ａを次々に撮像させる。このとき、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な移動を停止させない。そのため、形成される複数の撮像画像はブレが生じた粗い画像となる。この粗い画像を撮像粗画像と呼ぶことにする。

ここで、複数の撮像粗画像を形成する間、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を停止させないため、複数の該撮像粗画像の形成に要する時間は保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を都度停止させるのに比べて極めて短くなる。ただし、撮像粗画像は粗い画像であるため、該撮像粗画像と該参照用画像とを比較してパターンマッチングを実施しても、キーパターンの位置を精密に検出することはできない。しかしながら、複数の該撮像粗画像からキーパターンの写る撮像粗画像を検出することは可能である。

そこで、粗パターンマッチング部５４は、撮像ユニット４０でウェーハ１を撮像して形成された複数の撮像粗画像と、参照用画像記憶部５２に登録された該参照用画像と、をそれぞれパターンマッチングして該キーパターンが写る該撮像粗画像を検出する。そして、粗パターンマッチング部５４は、該撮像粗画像が検出された際、該撮像粗画像が形成された際の保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な位置についての情報を精密パターンマッチング部５６に送る。

精密パターンマッチング部５６は、粗パターンマッチング部５４から該情報を受けた後、移動ユニット制御部４８に指令を発し、該情報に基づいて保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を該情報に係る相対的な位置に位置付ける。そして、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な移動が停止した状態で、撮像ユニット制御部５０に指令を発して撮像ユニット４０で保持ユニット１４に保持されたウェーハ１を撮像する。

すると、ブレが生じていいない鮮明な撮像画像を形成できる。ここで、ブレが生じていない鮮明な撮像画像を精密撮像画像と呼ぶことにする。その後、精密パターンマッチング部５６は、該精密撮像画像と、参照用画像記憶部５２に登録された該参照用画像と、をパターンマッチングして該精密撮像画像に含まれるキーパターンを検出する。

キーパターン位置検出部５８は、ウェーハ１におけるキーパターンの位置を検出する。キーパターン位置検出部５８は、該精密撮像画像が形成された際の保持ユニット１４及び撮像ユニット４０の相対的な位置と、該精密撮像画像におけるキーパターンの位置と、からキーパターンの位置を精密に検出する。

該精密撮像画像は、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を停止させた状態で形成されるため、ブレが生じていない鮮明な画像となる。そのため、該精密撮像画像と、参照用画像記憶部５２に登録された該参照用画像と、を比較するパターンマッチングを実施すると、キーパターンの位置を精密に検出できる。

参照用画像記憶部５２に該参照用画像を登録する際、該キーパターンと、ストリート３と、の位置関係が併せて登録される。そのため、キーパターンの位置を精密に検出できると、ストリート３の位置を精密に検出できる。切削装置２ではストリート３の位置が精密に検出され、ウェーハ１はストリート３に沿って精密に切削（加工）される。

次に、本実施形態に係るキーパターンの検出方法について詳述する。図８は、本実施形態に係るキーパターンの検出方法の各ステップのフローを示すフローチャートである。以下、該検出方法について、上述のウェーハ１を被検出物とし、図２に示す切削装置２を使用してウェーハ１に形成されたキーパターンの位置を検出する場合を例に説明する。ただし、本実施形態に係る検出方法はこれに限定されず、ウェーハ１以外の被検出物のキーパターンの位置を、切削装置２以外の装置等を使用して検出してもよい。

該検出方法では、まず、被検出物であるウェーハ１を保持ユニット１４で保持する保持ステップＳ１を実施する。図３（Ａ）は、保持ステップＳ１を模式的に示す断面図である。保持ステップＳ１では、フレームユニット１１を保持ユニット１４上に搬入し、保持ユニット１４が備えるクランプ１４ｂでフレーム９を把持し、保持ユニット１４の吸引源を作動させて粘着テープ７を介してウェーハ１を保持ユニット１４に保持させる。

次に、キーパターン粗検出ステップＳ２を実施する前に、参照用画像登録ステップを実施する。例えば、同一のパターンを有した複数のウェーハ１（被検出物）を連続的に加工する場合、最初のウェーハ１（被検出物）に対して保持ステップを実施した後の段階において、制御ユニット４６の参照用画像記憶部５２にキーパターンが写る参照用画像が登録されていない場合がある。この場合、保持ステップＳ１を実施した後、キーパターン粗検出ステップＳ２を実施する前に参照用画像登録ステップを実施する。

そして、最初のウェーハ１に対して参照用画像登録ステップを実施して、参照用画像記憶部５２にキーパターンが写る参照用画像を登録した後、キーパターン粗検出ステップＳ２を実施する。この場合、２枚目以降のウェーハ１に対してパターンマッチングを実施する際には、参照用画像記憶部５２に登録された該参照用画像を利用する。

参照用画像登録ステップでは、保持ユニット１４に保持されたウェーハ１の表面１ａを撮像ユニット４０で撮像し、ウェーハ１が有する構造物が写る撮像画像を形成する。そして、各種の構造物が写る該撮像画像からキーパターンに適した領域が選択され、該撮像画像の該領域が参照用画像として参照用画像記憶部５２に登録される。

なお、参照用画像記憶部５２に参照用画像を登録する際には、該参照用画像が形成された際の保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な位置に関する情報を該参照用画像と併せて登録する。また、該参照用画像形成ステップは、制御ユニット４６の参照用画像記憶部５２に参照用画像が予め登録されている場合においても、該参照用画像を更新するために実施されてもよい。

キーパターン粗検出ステップＳ２では、ウェーハ１（被検出物）を保持した保持ユニット１４と、該撮像ユニット４０と、を移動ユニットで相対的に移動させながら該撮像ユニット４０でウェーハ１を撮像して複数の撮像粗画像を形成する。その後、形成されたそれぞれの該撮像粗画像と、予め制御ユニット４６の参照用画像記憶部５２に登録されたキーパターンが写る参照用画像と、をパターンマッチングして複数の該撮像粗画像のうち該キーパターンが写る該撮像粗画像を検出する。

図３（Ｂ）は、撮像ユニット４０により被検出物であるウェーハ１の表面１ａ側を撮像する様子を模式的に示す断面図である。また、図４は、キーパターン粗検出ステップＳ２において形成される複数の撮像粗画像の撮像視野を説明する平面図である。図４には、ウェーハ１の表面１ａが拡大されて模式的に示されている。例えば、ウェーハ１に形成されたデバイス５は、トランジスタ等の素子（不図示）とともに、各素子に電気信号を供給する経路となる端子（電極）１３や配線１５等の構造物を有する。

保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を所定の速度で相対的に移動させながら一定の時間毎に撮像ユニット４０を作動させると、例えば、図４に示す通り撮像視野１７ａ、撮像視野１７ｂ、撮像視野１７ｃの範囲が写る撮像画像が次々に形成される。

ここで、形成される撮像画像はブレが生じた撮像粗画像となる。図５（Ｃ）に、撮像視野１７ａで撮像された撮像粗画像１９ａを模式的に示す。図５（Ｂ）に、撮像視野１７ｂで撮像された撮像粗画像１９ｂを模式的に示す。図５（Ａ）に、撮像視野１７ｃで撮像された撮像粗画像１９ｃを模式的に示す。

キーパターン粗検出ステップＳ２では、これらの撮像粗画像１９ａ，１９ｂ，１９ｃがそれぞれ参照用画像と比較されてパターンマッチングされ、キーパターンが写る撮像粗画像が検出される。図７（Ａ）に、一例として、制御ユニット４６の参照用画像記憶部５２に登録された参照用画像２５を模式的に示す。図７（Ａ）に示す例では、配線１５の一部及び端子（電極）１３を含む領域がキーパターン２１として設定されている。

まず、撮像粗画像１９ａにはキーパターン２１が含まれないため、撮像粗画像１９ａと、参照用画像２５と、のパターンマッチングを実施すると撮像粗画像１９ａにキーパターン２１が写っていないとの判定が為される。次に、撮像粗画像１９ｂにはキーパターン２１のすべてが写っていないため、撮像粗画像１９ｂと、参照用画像２５と、のパターンマッチングを実施すると、撮像粗画像１９ｂにキーパターン２１が写っていないとの判定が為される。

そして、撮像粗画像１９ｃと、参照用画像２５と、のパターンマッチングを実施すると、撮像粗画像１９ｃにはキーパターン２１のすべてが写っているため、撮像粗画像１９ｃにキーパターン１９ｂが写っているとの判定が為される。この場合、キーパターンが写る撮像粗画像として撮像粗画像１９ｃが検出される。そして、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な移動を停止させ、キーパターン粗検出ステップを終了させる。

なお、キーパターン粗検出ステップＳ２では、各撮像視野で撮像が実施されて形成される複数の撮像粗画像のいずれかにキーパターン２１のすべてが写るように、一連の撮像視野は互いに参照用画像２５の大きさ以上に重複させる。

本実施形態に係るキーパターンの検出方法では、次にキーパターン精密検出ステップＳ３を実施する。キーパターン精密検出ステップＳ３では、該キーパターン粗検出ステップＳ２において検出された撮像粗画像１９ｃが形成された際の保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な位置に該保持ユニット１４と、該撮像ユニット４０と、を位置付ける。

そして、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、の相対的な移動が停止した状態において該撮像ユニット４０で被検出物であるウェーハ１を撮像して精密撮像画像を形成する。図６には、精密撮像画像２３が形成される際の撮像視野１７ｃを示すウェーハ１の表面１ａの平面図と、該精密撮像画像２３の例が示されている。図６に示す通り、精密撮像画像２３を形成する際には、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、が停止しているため、精密撮像画像２３はブレが生じていない鮮明な撮像画像となる。

キーパターン精密検出ステップＳ３では、さらに、精密撮像画像２３と、参照用画像記憶部５２に登録された参照用画像２５と、をパターンマッチングして該精密撮像画像２３に含まれるキーパターン２１を検出する。

次に、キーパターン位置検出ステップＳ４を実施する。キーパターン位置検出ステップＳ４では、該キーパターン精密検出ステップＳ３で検出されたキーパターン２１の位置を検出する。キーパターン位置検出ステップＳ４では、精密撮像画像２３が形成された際の保持ユニット１４及び撮像ユニット４０の相対的な位置と、該精密撮像画像２３に写るキーパターン２１の位置と、からキーパターン２１の位置を精密に検出する。

さらに、本実施形態に係るキーパターンの検出方法に係る被検出物が表面１ａにストリート３が設定されたウェーハ１である場合、該キーパターン位置検出ステップＳ４の後に、さらにストリート位置検出ステップが実施されてもよい。該ストリート位置検出ステップでは、該キーパターン位置検出ステップで検出されたキーパターン２１の位置を基準としてストリート３の位置を検出する。この場合、切削装置２の制御ユニット４６に予め登録されたキーパターン２１と、ストリート３と、の相対的な位置関係が参照される。

さらに、本実施形態に係るキーパターンの検出方法に係る被検出物がストリート３に沿った加工が予定された被加工物（ワーク）である場合、該ストリート位置検出ステップの後、ストリート３に沿って被検出物を加工する加工ステップを実施してもよい。

本実施形態に係るキーパターンの検出方法及び装置によると、キーパターンが有する被検出物からキーパターンの位置を短時間で検出できる。これは、短時間で形成できる複数の撮像粗画像を使用してキーパターンのおおよその位置を検出し、その後精密撮像画像を形成してキーパターンの位置を精密に検出するためである。

なお、本発明は、上記の実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記の実施形態において、保持ユニットがウェーハ１（被検出物）を吸引保持するチャックテーブルである場合を例に説明したが本発明の一態様はこれに限定されない。

すなわち、保持ユニットは、ウェーハ１（被検出物）をカセット８から搬出入する搬送ユニット（不図示）や、ウェーハ１が一時的に置かれる搬送レール１０でもよい。この場合、撮像ユニット４０は、該保持ユニットに保持されたウェーハ１を撮像可能な位置に配される。

また、上記実施形態では、アライメントを実施する際に、キーパターン２１の位置を検出し、該キーパターン２１とストリート３の位置関係からストリート３の位置を検出する場合について主に説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。本発明の一態様は、複数のストリート３が等間隔に設定された被検出物において、インデックスサイズを計測するオートメジャーを実施する目的で実施されてもよい。

オートメジャーを実施する際には、まず、第１の方向（例えば、Ｙ軸方向）に沿って撮像ユニット４０及び保持ユニット１４を相対的に移動させつつウェーハ１の表面１ａ側を撮像し、撮像粗画像を形成する。そして、前述と同様にキーパターン粗検出ステップとキーパターン精密検出ステップとを実施して、第１のキーパターン２１の位置を精密に検出する。同様に、隣接する第２のキーパターンの２１の位置を精密に検出する。そして、両キーパターン２１の距離を第１方向のインデックスサイズとして検出する。

次いで、第２の方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って撮像ユニット４０及び保持ユニット１４を相対的に移動させ、同様にキーパターン粗検出ステップとキーパターン精密検出ステップとを実施して、を実施して第２方向のインデックスサイズを検出する。

また、第２の方向（Ｘ軸方向）のインデックスサイズの検出は、他の方法により実施してもよい。この場合、第１の方向（Ｙ軸方向）のインデックスサイズを検出した後に、保持ユニット１４を保持面１４ａに垂直な軸の周りに９０度回転させる。そして、第１の方向のインデックスサイズを検出したときと同様に撮像ユニット４０と保持ユニット１４を相対的に移動させ、同様のステップを実施して第２方向のインデックスサイズを検出する。

また、参照用画像記憶部５２には、図７（Ａ）に模式的に示す参照用画像２５とは別に、図７（Ｂ）に模式的に示すさらに広い視野が写る参照用画像２７が登録されていてもよい。この場合、例えば、参照用画像２７は、被検出物を加工等に適した方向に向ける際、すなわち、ストリート３の方向を加工送り方向等に合わせる際に使用される。

例えば、参照用画像２７にはデバイス５の角部が写る。保持ユニット１４に保持されたウェーハ１（被測定物）を撮像ユニット４０で撮像して、参照用画像２７と同様の視野が写るように保持ユニット１４を移動させる。次に、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、をＸ軸方向等の所定の方向に相対的に移動させ、他のデバイス５の角部を撮像ユニット４０で捉える。

ストリート３の方向が該所定の方向に合っていれば、このときに参照用画像２７と同様の撮像視野が写る撮像画像を形成できる。その一方で、ストリート３の方向が該所定の方向に合っていない場合、該参照用画像２７と比較して該所定の方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）にずれた撮像画像が形成される。この場合、このようなずれが生じないように、保持ユニット１４を保持面１４ａに垂直な軸の周りに回転させ、ストリート３の方向を該所定の方向に合わせる。

なお、参照用画像２７と比較される撮像画像を得る際に、保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を停止させず撮像粗画像を形成し、ブレが生じた該撮像粗画像と、該参照用画像２７と、を比較してパターンマッチングを実施してもよい。この場合、撮像精密画像を形成して該参照用画像２７と比較してさらにパターンマッチングを実施する。

また、本発明の一態様に係る装置は、ウェーハ１と、粘着テープ７と、フレーム９と、を一体化させる際に使用されるマウンターや、ウェーハ１を加工した後ウェーハユニット１１の粘着テープ７を拡張するエキスパンダーでもよい。本発明の一態様に係る装置がこれらの装置である場合、ウェーハ１のストリート３の方向が所定の方向に合わせられる際に、撮像粗画像が形成されてパターンマッチングに使用される。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ ウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ ストリート
５ デバイス
７ 粘着テープ
９ フレーム
１１ フレームユニット
１３ 端子（電極）
１５ 配線
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 撮像視野
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 撮像粗画像
２１ キーパターン
２３ 精密撮像画像
２５，２７ 参照用画像
２ 切削装置
４ 基台
６，１２，４２ 開口
８ カセット
１０ 搬送レール
１２ａ ジャバラ
１４ チャックテーブル
１４ａ 保持面
１４ｂ クランプ
１６ 支持部
１８，２８ 移動機構
２０，３０ ガイドレール
２２，３２ 移動プレート
２４，３４ ボールネジ
２６，３６ パルスモータ
３８ 切削ユニット
４０ 撮像ユニット
４４ 洗浄ユニット
４６ 制御ユニット
４８ 移動ユニット制御部
５０ 撮像ユニット制御部
５２ 参照用画像記憶部
５４ 粗パターンマッチング部
５６ 精密パターンマッチング部
５８ キーパターン位置検出部

Claims (2)

1. キーパターンを有した被検出物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被検出物を撮像する撮像ユニットと、該保持ユニット及び該撮像ユニットを相対的に移動させる移動ユニットと、該撮像ユニット及び該移動ユニットを制御する制御ユニットと、を備えた装置において該保持ユニットで保持された該被検出物が有する該キーパターンの位置を検出するキーパターンの検出方法であって、
   該保持ユニットで該被検出物を保持する保持ステップと、
   該被検出物を保持した該保持ユニットと、該撮像ユニットと、を該移動ユニットで相対的に移動させながら該撮像ユニットで該被検出物を撮像して複数の撮像粗画像を形成し、形成されたそれぞれの該撮像粗画像と、予め該制御ユニットに登録された該キーパターンが写る参照用画像と、をパターンマッチングして複数の該撮像粗画像のうち該キーパターンが写る該撮像粗画像を検出するキーパターン粗検出ステップと、
   該キーパターン粗検出ステップにおいて検出された該撮像粗画像が形成された際の該撮像ユニットと、該保持ユニットと、の相対的な位置に該撮像ユニットと、該保持ユニットと、を位置付けて、該保持ユニットと、該撮像ユニットと、の相対的な移動が停止した状態で該撮像ユニットで該被検出物を撮像して精密撮像画像を形成し、該精密撮像画像と、該参照用画像と、をパターンマッチングして該精密撮像画像に含まれる該キーパターンを検出するキーパターン精密検出ステップと、
   該キーパターン精密検出ステップで検出された該キーパターンの位置を検出するキーパターン位置検出ステップと、を備えることを特徴とするキーパターンの検出方法。
2. キーパターンを有した被検出物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被検出物を撮像する撮像ユニットと、該保持ユニット及び該撮像ユニットを相対的に移動させる移動ユニットと、該撮像ユニット及び該移動ユニットを制御する制御ユニットと、を備えた装置であって、
   該制御ユニットは、
   該キーパターンが写る参照用画像を記憶する参照用画像記憶部と、
   該撮像ユニットの撮像タイミングを制御する撮像ユニット制御部と、
   該移動ユニットによる該保持ユニットと、該撮像ユニットと、の相対的な移動を制御する移動ユニット制御部と、
   該被検出物を保持した該保持ユニットと、該撮像ユニットと、を該移動ユニットで移動させながら該撮像ユニットで該被検出物を撮像して形成された複数の撮像粗画像と、該参照用画像と、をそれぞれパターンマッチングして該キーパターンが写る該撮像粗画像を検出する粗パターンマッチング部と、
   該粗パターンマッチング部で検出された該撮像粗画像が形成された際の該撮像ユニットと、該保持ユニットと、の相対的な位置に該撮像ユニットと、該保持ユニットと、を位置付け、該保持ユニットと、該撮像ユニットと、の相対的な移動が停止した状態で該撮像ユニットで該被検出物を撮像して形成された精密撮像画像と、該参照用画像と、をパターンマッチングして該精密撮像画像に含まれるキーパターンを検出する精密パターンマッチング部と、
   該精密パターンマッチング部で検出された該キーパターンの位置を検出するキーパターン位置検出部と、を有することを特徴とする装置。

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