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JPH0619670B2 - 自動精密位置合せシステム - Google Patents

自動精密位置合せシステム

Info

Publication number
JPH0619670B2
JPH0619670B2 JP59264488A JP26448884A JPH0619670B2 JP H0619670 B2 JPH0619670 B2 JP H0619670B2 JP 59264488 A JP59264488 A JP 59264488A JP 26448884 A JP26448884 A JP 26448884A JP H0619670 B2 JPH0619670 B2 JP H0619670B2
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JP
Japan
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pattern
key pattern
key
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image
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Expired - Lifetime
Application number
JP59264488A
Other languages
English (en)
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JPS61143820A (ja
Inventor
正徳 宇賀
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Disco Corp
Original Assignee
Disco Abrasive Systems Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Disco Abrasive Systems Ltd filed Critical Disco Abrasive Systems Ltd
Priority to JP59264488A priority Critical patent/JPH0619670B2/ja
Priority to US06/808,124 priority patent/US4720635A/en
Publication of JPS61143820A publication Critical patent/JPS61143820A/ja
Publication of JPH0619670B2 publication Critical patent/JPH0619670B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
    • H01L21/682—Mask-wafer alignment

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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Dicing (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 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領域によつ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
合せシステムに関する。
＜従来技術＞ 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）によつ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）。
半導体フ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つて半
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
位置合せシステムが、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システムは、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
せシステム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。
その典型例においては、半導体ウエーハが所定位置に位
置付けられた時のその表面上の特徴的な特定領域のパタ
ーン即ち第１のキーパターン、及びかかる第１のキーパ
ターンの位置と共に、半導体ウエーハが上記所定位置か
ら90度回転せしめられて所定位置に位置付けられた時の
その表面上の特徴的な特定領域のパターン即ち第２のキ
ーパターン、及びかかる第２のキーパターンの位置を予
め記憶して置く。そして、位置合せにおいては、最初
に、位置合せすべき半導体ウエーハの表面上で上記第１
の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。更に、
半導体ウエーハを時計方向又は反時計方向に９０度回転
せしめ、しかる後に、半導体ウエーハの表面上で上記第
２の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。
然るに、上述した通りの自動精密位置合せシステムに
は、キーパターンの記憶及びパターンマツチング（即ち
キーパターンと同一パターンの検出）に比較的長時間を
要し、それ故に、上記切断等の半導体ウエーハ処理工程
における高速化を阻害する、という解決すべき問題乃至
欠点が存在する。
＜発明の目的＞ 本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主
目的は、位置合せ精度を低下せしめることなく充分な高
速で半導体ウエーハの如き被処理物体を所要位置に位置
付けることができる、改良された自動精密位置合せシス
テムを提供することである。
＜発明の要約＞ 本発明者は、鋭意検討の結果、次の事実を見出した。即
ち、従来は、キーパターンの記憶において、被処理物体
を９０度回転せしめる前の第１のキーパターンの選定及
び記憶と被処理物体を９０度回転せしめた後の第２のキ
ーパターンの選定及び記憶とを別個独立に遂行し、そし
てまた被処理物体を９０度回転せしめる前のパターンマ
ツチング（即ち第１のキーパターンと同一のパターンの
検出）と被処理物体を９０度回転せしめた後のパターン
マツチング（即ち第２のキーパターンと同一のパターン
の検出）とを特に関連付けることなく別個独立に遂行し
ており、それ故にキーパターンの記憶及びパターンマツ
チングに比較的長時間を要していた。然るに、被処理物
体を９０度回転せしめる前の第１のキーパターンと被処
理物体を９０度回転せしめた後の第２のキーパターンと
を共通化せしめて特定の領域を選定すれば、キーパター
ンの記憶に関しては、第１のキーパターンの記憶におい
ては、上記特定の領域のパターン及びその位置を実際に
検知することが必要であるが、上記第２のキーパターン
の記憶においては、被処理物体が９０度回転せしめられ
た後の上記特定の領域のパターン及びその位置を、上記
第１のキーパターンに関する既に記憶されたデータに基
いて算出（所謂座標変換算出）することができ、かくし
てキーパターンの記憶に要する時間を大幅に短縮でき
る。また、パターンマツチングに関しては、被処理物体
を９０度回転する前において第１のキーパターンと同一
のパターンの位置を検出すれば、かかるパターンの位置
に基いて被処理物体を９０度回転した後における第２の
キーパターンと同一のパターンの位置を算出（所謂座標
変換算出）することができ、かくしてパターンマツチン
グに要する時間を大幅に短縮できる。
本発明は、本発明者が見出した上記事実を基にしたもの
であり、本発明によれば、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シ
ステムにして； 被処理物体を保持するための保持手段と、 該保持手段をｘ方向，ｙ方向及びθ方向に移動せしめる
ための移動手段と、 該保持手段に保持された該被処理物体の該表面の少なく
とも一部の画像を撮像して、ｘ−ｙマトリツクス配列画
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に対応した信号を
記憶するための画像フレームメモリと、 該保持手段に保持された該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少
なくとも１個の特定領域に存在するキーパターンを示す
第１のキーパターン信号を該画像フレームメモリに記憶
された信号に基いて記憶すると共に、該キーパターンの
位置を示す第１のキーパターン位置信号を記憶し、更
に、該第１のキーパターン信号及び該第１のキーパター
ン位置信号からの算出に基いて、該被処理物体が該所定
位置からθ方向に９０度回転せしめられた場合における
該キーパターンを示す第２のキーパターン信号及び該キ
ーパターンの位置を示す第２の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第１のキーパターン信
号とに基く第１のパターンマツチング作用、及び該画像
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第２のキーパターン信号とに
基く第２のパターンマツチング作用を遂行するためのパ
ターンマツチング手段と、 該第１のパターンマツチング作用に基いて該移動手段を
作動せしめ、かくして該保持手段に保持された該被処理
物体の第１の位置付けを遂行し、次いで、該保持手段を
θ方向に９０度回転せしめると共に、ｘ方向及びｙ方向
に所要座標変換移動せしめ、しかる後に、該第２のパタ
ーンマツチング作用に基いて該移動手段を作動せしめ、
かくして該保持手段に保持された該被処理物体の第２の
位置付けを遂行するための移動制御手段と、 を具備することを特徴とする自動精密位置合せシステム
が提供される。
＜発明の好適具体例＞ 以下、添付図面を参照して、本発明に従つて構成された
自動精密位置合せシステムの一具体例について詳細に説
明する。
第１図は、本発明に従つて構成された自動精密位置合せ
システム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）によつ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
オリエンテーシヨンフラツト６を利用することによつ
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によつて、第２図
において左右方向にピツチｐｘ＝ｗｘ＋ｄｘで第２図に
おいて上下方向にピツチ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
ーシヨンフラツト６を利用することによつて、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を真空吸着等によつ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）によつ
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の中心軸線２０を中心として回転せしめる。
図示の半導体ウエハー切断装置には、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）によつて所要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）
によつて所要速度で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）によつて保持手段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つて、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方向に所定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
のピツチｐｘ（又はｐｙ）だけ保持手段４をｙ方向に移
動する所謂インデツ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８ａ）に沿つて切断する。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ツ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８ａ（又は８ｂ）に沿つて切断する。しかる後に、保
持手段４がｙ方向に所定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、保持手
段４から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）によつて保
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）によつて保持手段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の厚さ全体に渡つて
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つて
上記矩形領域１０が完全に分離され、かくしてチツプが
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を厚さ全体に渡つて
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
がすことによつて上記矩形領域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。従つて、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、そしてスプリツト画像として
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によつて、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、従つて第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。
従つて、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から出光される画像を更に拡大して撮像
手段３８に投射し、従つて第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マトリツ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マトリツクス配列され
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個のマトリツクス配列
されたCCD を有する固体カメラから構成されている。２
５６×２５６個の CCDのうちの左半部に位置する１２８
×２５６個の CCDには、顕微鏡２８の左側入光開口３０
ａ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３０ｂに入光された画像が入力される。２５６×２
５６個の CCDの各々は、それに入力された画像の濃度
（gray 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ツサでよい中央処理ユニツト（CP
U）５０によつて制御され、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ビツト（従つて28
＝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２
５６×２５６×８ビツトの記憶容量に有し、従つて、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２５
６×２５６個の８ビツ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の表面の比較的低倍率の
画像と比較的高倍率の画像とに夫々対応して多値デジタ
ル信号が選択的に画像フレームメモリ４８に記憶され
る。所望ならば、比較的低倍率と比較的高倍率とに変換
可能な顕微鏡から光学手段２６を構成し（この場合は、
撮像手段３８は１個のみでよく、倍率変換手段４４は省
略することができる）、光学手段２６を構成する顕微鏡
の倍率を選択的に変換することにより、保持手段４上に
保持されたウエーハ２の表面の比較的低倍率の画像と比
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に記憶されるようにな
すこともできる。
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、上記中央処理ユニツト５０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５２におい
ては、その左半部には上記顕微鏡２８左側入光開口３６
ａから入光し第１又は第２の撮像手段４０又は４２に投
射される画像に関連した画像が、その右半部には上記顕
微鏡２８の右側入光開口３６ｂから入光し第１又は第２
の撮像手段４０又は４２に投射される画像に関連した画
像が、夫々、例えば総倍率として２６０倍程度に拡大し
て表示される。
上記中央処理ユニツト５０には、更に、キーパターンメ
モリ５４及びパターンマツチング手段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５
４には、保持手段４上に保持されたウエーハ２が所定位
置に位置付けられた時に比較的高倍率で上記第２の撮像
手段４２に投射されるところのウエーハ２の表示の画像
における少なくとも１個の特定領域のパターン即ちキー
パターンを示す第１のキーパターン信号及びかかるキー
パターンの位置を示す第１のキーパターン位置信号が記
憶される。また、キーパターンメモリ５４には、保持手
段４上に保持されたウエーハ２が上記所定位置から９０
度回転せしめられる場合における上記キーパターンを示
す第２のキーパターン信号及び上記キーパターンの位置
を示す第２のキーパターン位置信号が記憶される。かか
る第２のキーパターン信号及び第２のキーパターン位置
信号は、後に更に詳述する如く、上記第１のキーパター
ン信号及び第１のキーパターン位置信号から算出されて
記憶されることが重要である。更にまた、キーパターン
メモリ５４には、保持手段４上に保持されたウエーハ２
が上記所定位置に位置付けられた時に比較的低倍率で上
記第１の撮像手段４０に投射されるところのウエーハ２
の表面の画像における少なくとも１個の特定領域のパタ
ーン即ち低倍率キーパターンを示す低倍率キーパターン
信号及びかかる低倍率キーパターンの位置を示す低倍率
キーパターン位置信号も記憶される。
上記第１のキーパターン信号及び第１のキーパターン位
置信号は、次の通りにして記憶される。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
動によつ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、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、従つてサンプルウエー
ハ２の表面の比較的高倍率の拡大画像が上記表示手段５
２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。次
いで、上記表示手段５２の表示画面における左半部と右
半部との各々において、夫々、カーソル５８を特定領域
６０Ｌ及び６０Ｒに手動位置付けする。カーソル５８、
従つてカーソル５８によつて指定される特定領域６０Ｌ
及び６０Ｒは、例えば、３２×３２個の画素に対応（従
つて第２の撮像手段４２における３２×３２個の CCDに
対応）した寸法を有する正方形でよい。カーソル５８に
よつて指定される特定領域６０Ｌ及び６０Ｒは、顕著な
特徴を有する領域、例えば直線状領域８ａと直線状領域
８ｂとの交差部における領域であるのが好ましい。特定
領域６０Ｌと特定領域６０Ｒは、相互に異なつたパター
ンを有するものでもよいし、同一のパターンを有するも
のでもよい。しかる後に、上記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、上記特定
領域６０Ｌ及び６０Ｒ内に存在する３２×３２＝１０２
４個の画素に対応する信号を、キーパターンメモリ５４
へ送給して記憶する。同時に、上記特定領域６０Ｌ及び
６０Ｒの位置、更に詳しくは、保持手段４の回転中心を
原点（０，０）としたＸ-ｙ座標系における位置(Lx1,Ly
1)及び(Rx1,Ry1)を示す信号も、キーパターンメモリ５
４へ送給して記憶する。特定領域６０Ｌ及び６０Ｒの位
置(Lx1,Ly1)及び(Rx1,Ry1)としては、例えば特定領域６
０Ｌ及び６０Ｒのｘ方向及びｙ方向における中心点の位
置を選定することができる。かくして、キーパターンメ
モリ５４には、上記特定領域６０Ｌに関する第１の左側
キーパターン信号及び第１の左側キーパターン位置信
号、並びに上記特定領域６０Ｒに関する第１の右側キー
パターン信号及び第１の右側キーパターン位置信号が記
憶される。
次に、上記第２のキーパターン信号及び第２のキーパタ
ーン位置信号の記憶について説明する。従来において
は、第２のキーパターン信号及び第２のキーパターン位
置信号の記憶は、保持手段４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度実際に回
転せしめて所要位置に手動位置付けし、しかる後に、上
記特定領域６０Ｌ及び６０Ｒとは別個に特定領域を選定
し、かかる特定領域について、上記第１の左側キーパタ
ーン信号及び第１の左側キーパターン位置信号並びに第
１の右側キーパターン信号及び第１の右側キーパターン
位置信号の記憶方式と同様の記憶方式を遂行していた。
然るに、本発明においては、保持手段４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
度回転せしめた後における特定領域としても、上記特定
領域６０Ｌ及び６０Ｒが選定される。そして、保持手段
４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度回転せしめて後における、上記特定
領域６０Ｌのパターンを示す第２の左側キーパターン信
号及び上記特定領域６０Ｌの位置を示す第２の左側キー
パターン位置信号並びに上記特定領域６０Ｒのパターン
を示す第２の右側キーパターン信号及び上記特定領域６
０Ｒの位置を示す第２の右側キーパターン信号は、保持
手段４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度実際に回転せしめることなく、
既に記憶された上記第１の左側キーパターン信号及び第
１の左側キーパターン位置信号並びに上記第１の右側キ
ーパターン信号及び第１の右側キーパターン位置信号に
基いて所謂座標変換算出を遂行して直ちに記憶される。
かかる座標変換算出について第５図を参照して説明する
と、例えば、上記特定領域６０Ｌ中の任意の画素の、保
持手段４の回転中心を原点（０，０）としたｘ-ｙ座標
系における位置を(x1,y1)とすると、保持手段４及びそ
の上に固着されたサンプルウエーハ２が時計方向に９０
度回転された場合、上記任意の画素の上記ｘ-ｙ座標系
における位置は、座標変換されて（y1，−x1）となる。
そして、上記任意の画素の濃度自体は、当然のこととし
て変化しない。かような次第であるので座標変換算出を
遂行しさえすれば、保持手段４上に保持されたサンプル
ウエーハ２を実際に時計方向（又は反時計方向）に９０
度回転せしめ上記特定領域６０Ｒ及び６０Ｌのパターン
を実際に検知する必要なくして、上記第２の左側キーパ
ターン信号及び第２の左側キーパターン位置信号並びに
上記第２の右側キーパターン信号及び第２の右側キーパ
ターン位置信号を記憶することができ、かくしてキーパ
ターンに関する信号の記憶に要する時間を大幅に短縮す
ることができることが容易に理解されよう。
上記低倍率キーパターン信号及び低倍率キーパターン位
置信号は、次の通りにして記憶される。上記倍率変換手
段４４を制御して第１の撮像手段４０をA/D変換手段４
６に接続し、かくして、第６図に図式的に示す如く、サ
ンプルウエーハ２の表面の比較的低倍率の画像が上記表
示手段５２に可視表示される状態にせしめる。そして、
上記表示手段５２の表示画面における左半部と右半部と
の各々において、夫々、カーソル５８を特定領域６２Ｌ
及び６２Ｒに手動位置付けする。かかる特定領域６２Ｌ
及び６２Ｒは、上記特定領域６０Ｌ及び６０Ｒ（第４
図）と中心を同一にする（従つて、上記特定領域６０Ｌ
及び６０Ｒの縮小画像）ものでもよいし、中心を異にす
るものでもよい。しかる後に、上記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
特定領域６２Ｌ及び６２Ｒ内に存在する３２×３２＝１
０２４個の画素（かかる画素は第１の撮像手段４０にお
ける３２×３１＝１０２４個の CCDに対応する）に対応
する信号を、キーパターンメモリ５４に送給して記憶す
る。同時に、上記特定領域６２Ｌ及び６２Ｒの位置、更
に詳しくは、保持手段４の回転中心を原点（０，０）と
したｘ-ｙ座標系における位置（Ｌ′x1，Ｌ′y1）及び
（Ｒ′x1，Ｒ′y1）を示す信号も記憶する。かくして、
キーパターンメモリ５４には、上記特定領域６２Ｌに関
する低倍率左側キーパターン信号及び低倍率左側キーパ
ターン位置信号、並びに上記特定領域６２Ｒに関する低
倍率右側キーパターン信号及び低倍率右側キーパターン
位置信号が記憶される。
上記パターンマツチング手段５６は、保持手段４上に保
持されている自動的に所要位置に位置付けるべきウエー
ハ２の表面における、第１の撮像手段４０に投射される
比較的低倍率の画像中で、上記低倍率左側及び右側キー
パターンと同一のパターンを検出し（低倍率パターンマ
ツチング作用）、そしてまた、第２の撮像手段４２に投
射される比較的高倍率の画像中で、上記第１の左側及び
右側キーパターンと同一のパターンを検出する（第１の
パターンマツチング作用）と共に、上記第２の左側及び
右側キーパターンと同一のパターンを検出し（第２のパ
ターンマツチング作用）、かくして上記直線状領域８ａ
及び８ｂの相対的位置を検出する。パターンマツチング
手段５６の作用の一例について説明すると、次の通りで
ある。光学手段２６における顕微鏡２８の左側入光開口
３６ａから入光され第１の光学径路３２を通して第１の
撮像手段４０に投射される比較的低倍率の画像、従つて
上記表示手段５２の表示画面における左半部に表示され
る比較的低倍率の画像中で、上記特定領域６２Ｌのパタ
ーン即ち低倍率キーパターンと同一のパターンを検出す
る場合を例として、第７図に示すフローチヤートを参照
して説明すると、最初にステツプｎ-１において、カー
ソル５８が所定位置、例えば表示手段５２の表示画面中
の左上角部、に位置付けられ、かくしてキーパターンと
照合すべき照合領域が規定される。次いで、ステツプｎ
-２に進行し、上記照合領域と低倍率キーパターンとの
マツチング度Ｐが算出される。かかるマツチング度の算
出Ｐは、キーパターンメモリ５４に記憶されているとこ
ろの、低倍率キーパターンを示す多値デジタル信号、即
ち上記特定領域６２Ｌ中の３２×３２個の画素の濃度を
示す３２×３２個の多値デジタル信号と、上記照合領域
における３２×３２個の画素の濃度を示すところの、第
１の撮像手段４０からA/D変換手段４６を介して画像フ
レームメモリ４８に入力された多値デジタル信号中の３
２×３２個の多値デジタル信号とに基いて算出すること
ができる。マツチング度Ｐ自体は、例えば、下記式Ａ ここで、ｆは照合領域中の３２×３２個の画素の各々の
濃度に対応した値であり、はｆの平均値であり、ｇは
低倍率キーパターン中の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、（ｉ，
ｊ）は各画素の行及び列を示し、従つて（ｉ＝１乃至３
２、ｊ＝１乃至３２）である、 に基いて算出することができる。上記式Ａに基くマツチ
ング度Ｐの算出においては、照合領域中の画素の各々の
濃度の偏差値（即ち、実際の濃度値から平均濃度値を引
いた値）と低倍率キーパターン中の画素の各々の濃度の
偏差値との差異が加算され、それ故に、照合領域に対す
る照度の変動等に起因する所謂濃度ゲインの変動が排除
され、充分に信頼し得るマツチング度Ｐが求められる。
演算処理の簡略化のために、上記式Ａにおける 〔ｆ(i,j)−〕，及び〔ｇ(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、 に基いてマツチング度Ｐを求めることもできる。
求められるマツチング度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、ｆ，，ｇ，及び（ｊ，ｊ）は、上記式Ａの
場合と同一である、 に基いてマツチング度Ｐを求めることもできる。
而して、上記式Ａ，Ｂ又はＣに基いてマツチング度Ｐを
算出する際、照合領域における全ての画素（３２×３２
＝１０２４）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、照合領域における画
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。特に、上記式Ｃに基いてマツチング度
Ｐを算出する場合には、照合領域における画素中の複数
個の特定画素のみについて相関処理を遂行しても、ほと
んどの半導体ウエーハに対して充分に良好な結果を得る
ことができることが確認されている。
上記マツチング度Ｐの算出に続いて、ステツプｎ-３に
おいて、算出されたマツチング度Ｐが所定閾値以下（又
は以上）か否か（上記式Ａ及びＢの場合はＰの値が小さ
い程、換言すれば零に近い程）マッチング度合が高く、
一方上記式Ｃの場合はＰの値が大きい程、換言すれば１
に近い程マッチング度合が高い）が判断される。所定閾
値は、操作者が適宜に（例えば試行錯誤法によつて）設
定して、キーパターンメモリ５４又は中央処理ユニツト
５０中の RAMに記憶せしめることができる。算出された
マツチング度Ｐが所定閾値以下（又は以上）でない場
合、即ちマツチング度合が比較的低い場合には、ステツ
プｎ-４に進み、顕微鏡２８の左側入光開口３６ａから
第１の光学径路３２を通して第１の撮像手段４０に投射
される比較的低倍率の画像、従つて表示手段５２の表示
画面における左半部に表示される比較的低倍率の画像の
全領域に渡つてカーソル５８が移動されたか否かが判断
される。そして、全領域に渡るカーソル５８の移動が完
了していない場合には、ステツプｎ-５に進み、カーソ
ル５８がｘ方向及び／又はｙ方向に１画素分移動されて
次の照合領域に移され、しかる後に上述したステツプｎ
-２におけるマツチング度Ｐの算出、及びステツプｎ-３
における算出されたマツチング度Ｐが所定閾値以下（又
は以上）か否かの判断が遂行される。算出されたマツチ
ング度Ｐが所定閾値以下（又は以上）の場合、即ちマツ
チング度合が比較的高い場合には、ステツプｎ-３から
ステツプｎ-６に進み、照合領域の位置とマツチング度
Ｐがパターンマツチング手段５６に内蔵されている RAM
又は中央処理ユニツト５０に内蔵されている RAMに記憶
せしめられてリストアツプされる。次いで、上記ステツ
プｎ-４に進む。かようにして、顕微鏡２８の左側入光
開口３６ａから第１の光学径路３２を通して第１の撮像
手段４０に投射される比較的低倍率の画像、従つて表示
手段５２の表示画面における左半部の表示される比較的
低倍率の画像の全領域に渡つて、マツチング度Ｐの算出
及び算出されたマツチング度Ｐが所定閾値以下（又は以
上）か否かの判断が完了すると、上記ステツプｎ-４か
らステツプｎ-７に進み、上記ステツプｎ-６においてリ
ストアツプされたマツチング度Ｐのうちの最小（又は最
大）のものが選択され、かかる最小（又は最大）マツチ
ング度Pmin（又はPmax）を有する照合領域が低倍率キー
パターン即ち上記特定領域６２Ｌと同一であると判定さ
れる。他の場合のパターン検出も、第７図に示すフロー
チヤートを参照して説明した上記手順と同様の手順でよ
い。
本発明に従つて構成された自動精密位置合せシステムに
おいては、更に、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上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が設
けられている。かかる移動制御手段７２は、比較的低倍
率の画像に対する上記パターンマツチング手段５６の低
倍率パターンマツ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の前位置付けを遂行し、
しかる後に、比較的高倍率の画像に対する上記パターン
マツチング手段５６の第１のパターンマツチング作用に
基いて移動手段１２を作動せしめ、かくしてウエーハ２
の第１の位置付けを遂行し、そして更に、比較的高倍率
の画像に対する上記パターンマツチング手段５６の第２
のパターンマツ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の第２の位置付けを遂行す
る。
第８図は、移動制御手段７２による位置合せフローチヤ
ートの一例を示している。第８図を参照して説明する
と、ステツプｍ-１においては、上記倍率変換手段４４
が第１の撮像手段４０をA/D変換手段４６に接続し、従
つてウエーハ２の表面の比較的低倍率の画像が表示手段
５２に可視表示される状態に設定される。次いで、ステ
ツプｍ-２において、第１の撮像手段４０に投射される
２個の比較的低倍率の画像、即ち顕微鏡２８の左側入光
開口３６ａから第１の光学径路３２を通して第１の撮像
手段４０に投射される比較的低倍率の画像と顕微鏡２８
の右側入光開口３６ｂから第１の光学径路３２を通して
第１の撮像手段４０に投射される比較的低倍率の画像と
のいずれか一方、例えば前者において、パターンマツチ
ング手段５６が低倍率左側キーパターン、即ち上記特定
領域６２Ｌ（第６図）と同一のパターンを検出するか否
かが判断される。図示の具体例においては、ウエーハ２
におけるオリエンテーシヨンフラツト６を利用したウエ
ーハ２の保持手段４上への所要誤差範囲内の載置操作
（及び必要に応じてこれに引続いて遂行される移動手段
１２の作動による保持手段４の補正移動）によつて、正
常状態においては上記比較的低倍率の２個の画像の上記
一方には必ず上記特定領域６２Ｌ（第６図）が存在し、
従つてパターンマツチング手段５６は、低倍率左側キー
パターンと同一のパターンを検出する。次いで、ステツ
プｍ-３に進行し、上記ステツプｍ-２で検出した低倍率
左側キーパターンと同一のパターンの中心が表示手段５
２の表示画面における左半部内の特定位置例えば横方向
中心線（dx-dx線）方向及び縦方向中心線（dy-dy線）方
向の双方における中心、になるように移動手段１２のｘ
方向移動源１４及びｙ方向移動源１６が作動されて保持
手段４及びこれに保持されたウエーハ２が移動される。
かくして、第２の撮像手段４２に投射される２個の比較
的高倍率の画像のうちの一方、即ち顕微鏡２８の左側入
光開口３６ａから第２の光学径路３４を通して第２の撮
像手段４２に投射される比較的高倍率の画像中に上記特
定領域60L（第４図）、換言すれば第１の左側キーパタ
ーンと同一のパターンが確実に存在するようにせしめら
れる。かくして前位置付けが終了し、第１の位置付けに
移行する。即ち、ステツプｍ-４に進行し、上記倍率変
換手段４４が第２の撮像手段４２をA/D変換手段４６に
接続し、従つてウエーハ２の表面の比較的高倍率の画像
が表示手段５２に可視表示される状態に設定される。次
いで、ステツプｍ-５において、第２の撮像手段４２に
投射される２個の比較的高倍率の画像のうちの上記一
方、即ち顕微鏡２８の左側入光開口３６ａから第２の光
学径路３４を通して第２の撮像手段４２に投射される比
較的高倍率の画像においてパターンマツチング手段５６
が第１の左側キーパターン、即ち上記特定領域６０Ｌ
（第４図）のパターンと同一のパターンを検出するか否
かが判断される。この第１のパターンマツチング作用に
おいては、上記ステツプｍ-３が既に遂行されている故
に、パターンマツチング手段５６は充分迅速に第１の左
側キーパターンと同一とパターンを検出することができ
る。次いで、ステツプｍ-６に進行し、上記ステツプｍ-
５で検出した第１の左側キーパターンと同一のパターン
の中心が表示手段５２の表示画面の左半部内の特定位
置、例えば横方向中心線（dx-dx線）方向及び縦方向中
心線（dy-dy線）方向の双方における中心、になるよう
に、移動手段１２のｘ方向移動源１４及びｙ方向移動源
１６が作動されて保持手段４及びこれに保持されたウエ
ーハ２が移動される。しかる後に、ステツプｍ-７に進
行し、第２の撮像手段４２に投射される２個の比較的高
倍率の画像のうちの他方、即ち顕微鏡２８の右側入光開
口３６ｂから第２の光学径路３４を通して第２の撮像手
段４２に投射される比較的高倍率の画像において、パタ
ーンマツチング手段５６が第１の右側キーパターン、即
ち上記特定領域６０Ｒ（第４図）のパターンと同一パタ
ーンを検出するか否かが判断される。そして、パターン
マツチング手段５６が第１の右側キーパターンと同一の
パターンを検出すると、ステツプｍ-８に進行し、この
ステツプｍ-８においては、上記ステツプｍ-７で検出し
た第１の右側キーパターンと同一のパターンの中心が表
示手段５２の表示画面の右半部内の特定位置、例えば横
方向中心線（dx-dx線）方向及び縦方向中心線（dy-dy
線）方向の双方における中心、になるように、移動手段
１２のｘ方向駆動源１４及びｙ方向駆動源１６が作動さ
れて保持手段４及びこれに保持されたウエーハ２が移動
される。次いで、ステツプｍ-９に進行し、このステツ
プｍ-９においては、第２の撮像手段４２に投射される
２個の比較的高倍率の画像の双方においてパターンマツ
チング手段５６が夫々第１の左側及び右側キーパター
ン、即ち上記特定領域６０Ｌ及び６０Ｒ（第４図）と同
一のパターンを検出し、そして両画像における第１の左
側及び右側キーパターンと同一のパターンのｙ方向（従
つてdy-dy線方向）の位置に基いて表示手段５２の表示
画面における横方向中心線（dx-dx線）に対する直線状
領域８ａの傾斜角度を算出し、これに応じて移動手段１
２のθ方向駆動源１８を作動せしめて上記傾斜を補正す
る（θ方向粗整合）。しかる後に、ステツプｍ-10に進
行し、第２の撮像手段４２に投射される２個の比較的高
倍率の双方においてパターンマツチング手段５６が夫々
第１の左側及び右側キーパターン、即ち上記特定領域６
０Ｌ及び６０Ｒ（第４図）と同一のパターンを検出する
か否かが確認される。次いで、ステツプｍ-11に進行
し、両画像における第１の左側及び右側キーパターンと
同一のパターンのｙ方向（従つてdy-dy線方向）の位置
に基いて表示手段５２の表示画面における横方向中心線
（dx-dx線）に対する直線状領域８ａの傾斜角度を算出
し、これに応じて移動手段１２のθ方向駆動源１８を、
作動せしめて上記傾斜を補正する（θ方向精密整合）。
しかる後に、ステツプｍ-12に進行し、上記ステツプｍ-
10と同様の確認、即ち第２の撮像手段４２に投射される
２個の比較的高倍率の画像の双方においてパターンマツ
チング手段５６が夫々第１の左側及び右側キーパターン
と同一のパターンを検出するか否かが確認される。次い
で、ステツプｍ-13に進行し、第１の左側及び右側キー
パターンと同一のパターンのｙ方向（従つてdy-dy線方
向）位置に基いて表示手段５２の表示画面における横方
向中心線（dx-dx線）に対する直線状領域８ａのｙ方向
のずれを算出し、これに応じて移動手段１２のｙ方向駆
動源１６を作動せしめて上記ずれを補正、即ち直線状領
域８ａの中心を表示手段５２の表示画面における横方向
中心線（dx-dx線）に合致せしめる（ｙ方向整合）。し
かる後に、ステツプｍ-14に進行し、第２の撮像手段４
２に投射される２個の比較的高倍率の画像の双方におい
てパターンマツチング手段５６が夫々第１の左側及び右
側キーパターンと同一のパターンを検出するか否かが確
認される。次いで、ステツプｍ-15に進行し、移動手段
１２のｙ方向駆動源１６を作動せしめて保持手段４及び
これに保持されたウエーハ２を直線状領域８ａのピツチ
py（第２図）だけ移動せしめる（ピツチpyは中央処理ユ
ニツト５０に内蔵されているRAMに予め記憶せしめてお
くことができる）。次いでステツプｍ-16に進行し、第
２の撮像手段４２に投射される２個の比較的高倍率の画
像の双方（又は一方）においてパターンマツチング手段
５６が検出するところの第１の左側又は右側キーパター
ンと同一のパターンのｙ方向（従つてdy-dy線方向）位
置に基いて、表示手段５２の表示画面における横方向中
心線（dx-dx線）に対する直線状領域８ａのｙ方向の位
置ずれが許容値以内であるか否かが確認される。しかる
後に、ステツプｍ-17に進行し、上記ステツプｍ-16にお
いて検出されたずれが補正、即ち移動手段１２のｙ方向
駆動源１６が作動され、直線状領域８ａの中心が表示手
段５２の表示画面における横方向中心線（dx-dx線）に
合致せしめられる（ｙ方向整合）。かくして第１の位置
付けが終了し、第２の位置付けに移行する。即ち、ステ
ツプｍ-18に進行し、保持手段４及びこれに保持された
ウエーハ２の９０度回転が既に遂行されたか否か（換言
すれば、第２の位置付けに既に移行したか否か）が判断
される。上記９０度回転が未だ遂行されていない場合に
は、ステツプｍ-19に進行し、移動手段１２のθ方向駆
動源１８を作動せしめて、保持手段４及びこれに保持さ
れたウエーハ２を時計方向（又は反時計方向）に９０度
回転せしめる。次いで、ステツプｍ-20に進行し、かか
るステツプｍ-20においては、移動手段１２のｘ方向駆
動源１４及びｙ方向駆動源１６を作動せしめて、ｘ方向
所定量及びｙ方向所定量だけ保持手段４及びこれに保持
されたウエーハ２を移動せしめ（座標変換移動）、かく
して、上記ステツプｍ-19において９０度回転せしめら
れた後において、第２の左側及び右側キーパターン即ち
上記特定領域６０Ｌ及び６０Ｒと同一のパターンが第２
の撮像手段４２に投射される２個の比較的高倍率の画像
の夫々の所要位置に存在することが確保される。上記ｘ
方向所定量及びｙ方向所定量は、上記ステツプｍ-17に
おいてｙ方向整合を遂行した後の状態での、保持手段４
の回転中心を原点とするｘ-ｙ座標系における光学手段
２６の入光開口３６ａ及び３６ｂの中心の位置及びに上
記特定領域６０Ｌ及び６０Ｒの（中心）位置に基いて算
出される。この点について、第９図を参照して更に詳述
すると、上記ステツプｍ-17においてｙ方向整合を遂行
した後の状態での、保持手段４の回転中心を原点とする
ｘ-ｙ座標系における、光学手段２６の入光開口３６ａ
の中心３６a-Ｃの位置を（ｘ，ｙ）とし、上記特定領域
６０Ｌの位置を（x1，y1）とする。そうすると、上記ス
テツプｍ-17においては上述した通りのｙ方向整合が遂
行されている故にｙ＝y1である。一方、x1−ｘ＝とす
る。上記ステツプｍ-19において保持手段４及びこれに
保持されたウエーハ２を時計方向に回転せしめると、上
記特定領域６０Ｌの位置は、（y1，−x1）即ち、（ｙ，
−ｘ−）となる。従つて、保持手段４及びこれに保持
されたウエーハ２を、ｘ方向に所定量ｈ＝ｘ−ｙ移動せ
しめ、ｙ方向に所定量ｖ＝ｘ＋＋ｙ移動せしめれば、
上記特定領域６０Ｌは、入光開口３６ａの中心３６a-
Ｃ、即ち表示手段５２の表示画面の左半部内の、横方向
中心線（dx-dx線）方向及び縦方向中心線（dy-dy線）方
向の双方における中心に位置付けられる。而して、上記
ｘ方向所定量として上記ｈ＝ｘ−ｙを採用してもよい
が、第２図に図示する如く直線状領域８ａはピツチｐｙ
で存在し、従つて上記特定領域６０Ｌは９０度回転後に
おいてｘ方向にピツチｐｙで存在する故に、ｈ＝ｘ−ｙ
をｐｙで除した余りαｘだけウエーハ２をｘ方向に移動
しても、ｘ方向において入光開口３６ａの中心３６a-Ｃ
と整合して、上記特定領域６０Ｌと同一の領域が位置付
けられ、それ故に上記ｘ方向所定量として上記余りαｘ
を採用し、かくしてｘ方向必要移動量を低減し、ｘ方向
移動に要する時間を低減するのが好ましい。同様に、上
記ｙ方向所定量として上記ｖ＝ｘ＋＋ｙを採用しても
よいが、第２図に図示する如く直線状領域８ｂはピツチ
ｐｘで存在し、従つて上記特定領域６０Ｌは90度回転後
においてｙ方向にピツチｐｘで存在する故に、ｖ＝ｘ＋
＋ｙをｐｘで除した余りαｙだけウエーハ２をｙ方向
に移動しても、ｙ方向において入光開口３６ａの中心３
６a-Ｃと整合して上記特定領域６０Ｌと同一の領域が位
置付けられ、それ故に上記ｙ方向所定量として上記余り
αｙを採用し、かくしてｙ方向必要移動量を低減し、ｙ
方向移動に要する時間を低減するのが好ましい。しかる
後に、上記ステツプｍ-10に戻る。上記ステツプｍ-19及
びｍ-20を介して上記ステツプｍ-10に戻つた後において
は、上記ステツプｍ-10，ｍ-11，ｍ-12，ｍ-13，ｍ-1
4，ｍ-16及びｍ-20において、第２の際像手段４２に投
射される２個の比較的高倍率の画像の双方（或いはいず
れか一方）においてパターンマツチング手段５６が第１
のキーパターン（即ち９０度回転前における上記特定領
域６０Ｌ及び６０Ｒ）ではなくて第２のキーパターン
（即ち９０度回転後における上記特定領域６０Ｌ及び６
０Ｒ）と同一のパターンを検出するか否かが判断され
る。また、上記ステツプｍ-11，ｍ-13及びｍ-17におい
ては、直線状領域８ａではなく直線状領域８ｂの、表示
手段５２の表示画面における横方向中心線（dx -dx線）
に対する傾斜或いはｙ方向ずれが補正され、上記ステツ
プｍ-15においては、直線状領域８ａのピツチｐｙでは
なくて直線状領域８ｂのピツチｐｘだけ保持手段４及び
これに保持されたウエーハ２が移動せしめられる。かく
して、第２の位置付けが遂行され、ウエーハ２が所要位
置に充分迅速且つ充分精密に位置付けられる。更に、上
記ステップｍ−１１における傾斜補正回転角度（かかる
傾斜補正回転角度は、例えば、上記ステップｍ−１９に
おける保持手段４の９０度回転における誤差或いはウエ
ーハ２の表面に存在する直線状領域８ａと直線状領域８
ｂとの直交における誤差に起因する）は、中央処理ユニ
ット５０（第３図）に記憶される。そして上述した如く
して実際にウエーハ２の切断を遂行する時の、保持手段
４の９０度回転に上記傾斜補正回転角度の回転が誤差補
償のために加えられる。
而して、上述した具体例においては、光学手段２６にお
ける顕微鏡２８として、ｘ方向に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
微鏡を使用し、従つて第１及び第２撮像手段４０及び４
２には夫々２個の画像が投射される。しかしながら、所
望ならば、光学手段２６における顕微鏡として、単一の
入光開口を有する単眼顕微鏡を使用し、従つて第１及び
第２の撮像手段４０及び４２には、夫々、１個の画像が
投射されるようになすこともできる。この場合には、例
えば、上記ステツプｍ-７においては、移動手段１２の
ｘ方向駆動源１４を作動せしめて保持手段４及びこれに
保持されたウエーハ２をｘ方向に所定量移動せしめた後
に、第２の撮像手段４２に投射される画像においてパタ
ーンマツチング手段５６が第１のキーパターンと同一の
パターンを検出するか否かを判断すればよい。また、例
えば、上記ステツプｍ-９及びｍ-11においては、移動手
段１２のｘ方向駆動源１４を作動せしめて保持手段４及
びこれに保持されたウエーハ２をｘ方向に所定量移動せ
しめる前と後における、第２の撮像手段４２に投射され
る画像での第１又は第２のキーパターンと同一のパター
ンのｙ方向位置に基いて、θ方向粗整合及びθ方向精密
整合を遂行することができる。
以上、本発明に従つて構成された自動精密位置合せシス
テム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、本発明に従つて構成された自動精密位置合せ
システム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、本発明に従つて構成された自動精密位置合せ
システムの一具体例を示すブロツク線図。 第４図は、サンプルウエーハの比較的高倍率の画像にお
ける特定領域の指示位置を表示手段の表示画面上で例示
する簡略図。 第５図は、サンプルウエーハを９０度回転せしめる前と
後における特定領域の関係を説明するための簡略線図。 第６図は、サンプルウエーハの比較的低倍率の画像にお
ける特定領域の指示位置を表示手段の表示画面上で例示
する簡略図。 第７図は、パターンマツチング手段によるパターンマツ
チング手順の一例を示すフローチヤート。 第８図は、位置合せ手順の一例を示すフローチヤート。 第９図は、ウエーハを９０度回転せしめる前と後におけ
る顕微鏡の入光開口と特定領域との関係を説明するため
の簡略線図。 ２……半導体ウエーハ ４……保持手段 ８（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……中央処理ユニツト ５２……表示手段 ５４……キーパターンメモリ ５６……パターンマツチング手段 ７２……移動制御手段

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】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システムにし
    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
    ｘ方向，ｙ方向及びθ方向に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該被処理物体の該表面の少なく
    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に対応した信号を
    記憶するための画像フレームメモリと、 該保持手段に保持された該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少
    なくとも１個の特定領域に存在するキーパターンを示す
    第１のキーパターン信号を該画像フレームメモリに記憶
    された信号に基いて記憶すると共に、該キーパターンの
    位置を示す第１のキーパターン位置信号を記憶し、更
    に、該第１のキーパターン信号及び該第１のキーパター
    ン位置信号からの算出に基いて、該被処理物体が該所定
    位置からθ方向に90度回転せしめられた場合における該
    キーパターンを示す第２のキーパターン信号及び該キー
    パターンの位置を示す第２の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第１のキーパターン信
    号とに基く第１のパターンマッチング作用、及び該画像
    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第２のキーパターン信号とに
    基く第２のパターンマッチング作用を遂行するためのパ
    ターンマッチング手段と、 該第１の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、かくして該保持手段に保持された該被処理
    物体の第１の位置付けを遂行し、次いで、該保持手段を
    θ方向に９０度回転せしめると共に、ｘ方向及びｙ方向
    に所要座標変換移動せしめ、しかる後に、該第２のパタ
    ーンマッチング作用に基いて該移動手段を作動せしめ、
    かくして該保持手段に保持された該被処理物体の第２の
    位置付けを遂行するための移動制御手段と、 を具備することを特徴とする自動精密位置合せシステ
    ム。
  2. 【請求項２】該被処理物体は、該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項記載の自動精密位置合せシステム。
  3. 【請求項３】該所要座標変換移動におけるｘ方向移動量
    は、該第１のパターンマッチング作用において検出した
    該第１のキーパターンと同一のパターン自体を該保持手
    段の９０度回転後に該撮像手段が撮像する画像内の特定
    位置に位置付けるために必要なｘ方向移動距離を、該保
    持手段の９０度回転前における該回路パターンのｙ方向
    ピッチｐｙで除した余りαｘに対応した値であり、該所
    要座標変換移動におけるｙ方向移動量は、該第１のパタ
    ーンマッチング作用において検出した該第１のキーパタ
    ーンと同一のパターン自体を該保持手段の９０度回転後
    に該撮像手段が撮像する画像内の特定位置に位置付ける
    ために必要なｙ方向移動距離を、該保持手段の９０度回
    転前における該回路パターンのｘ方向ピッチｐｘで除し
    た余りαｙに対応した値である、特許請求の範囲第２項
    記載の自動精密位置合せシステム。
  4. 【請求項４】該保持手段に保持された該被処理物体の該
    表面の少なくとも一部の画像を、比較的低倍率と比較的
    高倍率との２つの倍率で該撮像手段に投射することがで
    きる光学手段を具備し、 該第１のキーパターンの記憶，該第１のパターンマッチ
    ング作用及び該第２のパターンマッチング作用は、該比
    較的高倍率で該撮像手段に投射される画像に基いて遂行
    され、 該キーパターンメモリは更に、該保持手段に保持された
    該被処理物体が該所定位置に位置付けられた時に該比較
    的低倍率で該撮像手段に撮像される画像における少なく
    とも１個の特定領域に存在する低倍率キーパターンを示
    す低倍率キーパターン信号及び該低倍率キーパターンの
    位置を示す低倍率キーパターン位置信号を記憶し、 該パターンマッチング手段は、更に、該比較的低倍率で
    該撮像手段に投射されている画像に対応するところの該
    画像フレームメモリに記憶されている信号と該低倍率キ
    ーパターン信号とに基く低倍率パターンマッチング作用
    を遂行し、 該移動制御手段は、更に、該第１の位置付けに先立っ
    て、該低倍率パターンマッチングに基いて該移動手段を
    作動せしめ、かくして該保持手段に保持された該被処理
    物体の前位置付けを遂行する、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シス
    テム。
  5. 【請求項５】該光学手段は、該比較的低倍率の第１の光
    学径路と、該比較的高倍率の第２の光学径路とを有し、 該撮像手段は、該第１の光学径路に光学的に接続された
    第１の撮像手段と、該第２の光学径路に光学的に接続さ
    れた第２の撮像手段とを有し、 該第１の撮像手段及び該第２の撮像手段を選択的に該画
    像フレームメモリに電気的に接続する倍率変換手段を具
    備する、特許請求の範囲第４項記載の自動精密位置合せ
    システム。
  6. 【請求項６】該撮像手段が生成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変換手段を具備
    し、 該画像フレームメモリは、該Ａ／Ｄ変換手段が生成する
    多値デジタル信号を記憶する、特許請求の範囲第１項か
    ら第５項までのいずれかに記載の自動精密位置合せシス
    テム。
  7. 【請求項７】該キーパターンメモリに記憶される該第１
    のキーパターン信号及び該第２のキーパターン信号は、
    該キーパターン中の複数個の画素の濃度に対応した多値
    デジタル信号である、特許請求の範囲第６項記載の自動
    精密位置合せシステム。
  8. 【請求項８】該パターンマッチング手段は、該第１のパ
    ターンマッチング作用及び該第２のパターンマッチング
    作用において、マッチング度Ｐを下記式 ここで、ｆは該保持手段に保持された該被処理物体の該
    表面の照合領域中の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、ｇはキーパターン
    中の複数個の画素の濃度に対応した値であり、はｇの
    平均値である、 に基いて算出する、特許請求の範囲第７項記載の自動精
    密位置合せシステム。
  9. 【請求項９】該パターンマッチング手段は、該第１のパ
    ターンマッチング作用及び該第２のパターンマッチング
    作用において、マッチング度Ｐを、下記式 ここで、ｆは該保持手段に保持された該被処理物体の該
    表面の照合領域中の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、ｇはキーパターン
    中の複数個の画素の濃度に対応した値であり、はｇの
    平均値であり、Ｕは２値化演算を意味する、 に基いて算出する、特許請求の範囲第７項記載の自動精
    密位置合せシステム。
  10. 【請求項１０】該パターンマッチング手段は、該第１の
    パターンマッチング作用及び該第２のパターンマッチン
    グ作用において、マッチング度Ｐを、下記式 ここで、ｆは該保持手段に保持された該被処理物体の該
    表面の照合領域中の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、ｇはキーパターン
    中の複数個の画素の濃度に対応した値であり、はｇの
    平均値である、 に基いて算出する、特許請求の範囲第７項記載の自動精
    密位置合せシステム。
  11. 【請求項１１】該撮像手段はｘ−ｙマトリックス配列さ
    れた複数個の撮像素子を有する固体カメラから構成され
    ている、特許請求の範囲第１項から第１０項までのいず
    れかに記載の自動精密位置合せシステム。
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