JPH0713997B2

JPH0713997B2 - ウエハの要位置合せ角検出装置

Info

Publication number: JPH0713997B2
Application number: JP19960585A
Authority: JP
Inventors: 正夫仁藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPS6261340A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、LSI製造技術に関するものであり、更に詳し
くは、ウエハをカッタを用いて個々のチップに切断する
に際し、ウエハを粗く位置決めした後、カッタの切断方
向に対する当該ウエハ面上の切断溝方向の傾き角を要位
置合せ角として検出し、該傾き角が零になるようにウエ
ハを相対的に回動させてカッタの切断方向とウエハ面上
の切断溝方向とを一致させるようにして位置合せをする
が、その際の前記要位置合せ角（傾き角）の検出装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

第４図はウエハの平面図である。同図において、10はウ
エハ、15はチップ、16Hは横方向切断溝、16Vは縦方向切
断溝、である。すなわち、ウエハ10の面上で縦方向、横
方向に切断溝16V,16Hが形成されており、これらの切断
溝に沿って図示せざるカッタを移動させてチップ15を切
り出すのである。従って、17をカッタの切断方向とする
と、横方向にウエハを切断しようとすると、カッタ切断
方向17と横方向切断溝16Hとが、少なくとも平行になる
ように、ウエハ10の位置合せを行なう必要がある。

第５図は第４図における切断溝16V,16Hの拡大図であ
る。同図において、カッタ切断方向17が横方向切断溝16
Hと角度θをなしていることが認められるであろう。こ
の場合、この角度θを検出し、該角度θが零になるよう
に、ウエハ10を相対的に回動させて位置合せを行なう必
要があり、本発明は、かかる位置合せのために必要な、
角度θの検出装置に関するものである。

さて、第６図は、かかる位置合せ装置の従来例を示すブ
ロック図である。同図において、10はウエハ、20はウエ
ハ10を載置するステージ、30Aはθ軸ドライバ、30Bはア
クチュエータ、40AはＹ軸ドライバ、40Bはアクチュエー
タ、50は２次元撮像装置、60は積分回路、70はA/D変換
回路、80はメモリ、90は制御演算回路、である。

第７図（ａ）は、第６図におけるウエハ10に対する撮像
領域11の説明図であり、第７図（ｂ）は、対応する撮像
出力（切断溝パターンの撮像出力）の積分出力（積分回
路60の出力）の波形図である。第７図（ａ）において、
撮像の際の水平走査方向はＸ軸方向にとられているもの
とする。

第６図、第７図を参照して従来の位置合せ装置の動作概
要を説明する。先ず第６図において、本位置合せ装置
は、先にも述べたように、切断前のウエハ10が吸着など
により固定的に載置されるステージ20、該ステージ20を
θ方向に回動させるように、θ軸に関しアクチュエータ
30B、歯車機構Ｗを介して駆動するθ軸ドライバ30A、Ｙ
軸方向へステージ20をアクチュエータ40Bを介して駆動
するＹ軸ドライバ40A、ウエハ10を２次元画像（Ｘ軸方
向に水平走査、Ｙ軸方向に垂直走査）として撮像する２
次元撮像装置50、この撮像出力としての毎水平走査期間
における画像信号を積分して出力する積分回路60、毎水
平走査の終了時、積分回路60からの積分値出力をA/D変
換するA/D変換回路70、一画面分にわたる各水平走査期
間毎の積分値出力のデイジタル値すなわちA/D変換回路7
0の出力を記憶するメモリ80、メモリ80に記憶された一
画面分の各水平走査ごとの積分値出力を解釈すると共
に、各部の動作を制御する制御演算回路90、より構成さ
れている。

次に、第７図（ａ）に示すように、ウエハ10上に撮像領
域11をとる。

このとき、ウエハ10を切断するカッタ（図示せず）の方
向と撮像装置50の水平走査方向とが一致するようにカッ
タの切断方向が調整されているものとする。さらにウエ
ハ10上の切断溝の太さが、撮像装置50の水平走査におい
て、ラスタ数本分以上の太さで撮像できるような太さで
あるものとする。またウエハ10が、ステージ20上に、そ
の横方向切断溝がほぼ撮像装置50の水平走査方向（Ｘ軸
方向）に平行になるように、粗く位置合せされているも
のとする。

さて、θ軸ドライバ30Aを初期化しておき、その状態か
ら徐々にθ軸ドライバ30Aによりウエハ10をθ方向に回
転させてゆき、この回転変位を加えるごとに、撮像装置
50によりウエハ10の表面を撮像し、毎水平走査ごとの撮
像出力（画像信号）の積分をとり、これをA/D変換し、
メモリ80にその水平走査の行なわれた順に記憶させる。

このとき、メモリ80上には、第７図（ｂ）に示すような
一次元に圧縮された画像データが記憶される。すなわ
ち、水平走査方向（Ｘ軸方向）のウエハ上の位置情報を
無視し、垂直方向（Ｙ軸方向）位置とその垂直方向位置
での横方向切断溝パターンを示す画像濃淡パターンが得
られる。得られる画像パターンとしては、ウエハ10上の
切断溝部分が暗く、その他の平坦な部分が明るくなるよ
うになっており、横方向切断溝の部分が第７図（ｂ）で
は谷のパターン（13の如く、鋭く落ち込んだ谷）とな
る。

なお、13は横方向切断部の積分値であり、12は溝部と溝
部の間の明るい行部分の積分値である。

ウエハ10をθ方向に微調整してゆき、切断溝の方向が水
平走査方向（Ｘ軸方向）と一致すると、この13で示され
る谷パターンは最大に深くなる。θ軸ドライバ30Aによ
る角度変位とそのときの切断溝の部分が作る谷パターン
13の深さを対応付けて制御演算回路90内に記憶させるこ
ととして、徐々にステージ20をθ方向に沿って回転させ
てゆき、所定の回転角の範囲内でこれらの操作を繰り返
す。

そして最後に、得られた谷パターンの内で最も深い値を
示す谷パターンをさがすことにより、横方向切断溝の方
向を水平走査方向に一致させるのに必要なウエハ10の回
転変位量が求まるから、それに応じてθ方向にウエハ10
の角度調整を行なって位置合せをすればよい。

またＹ軸方向の切断溝の位置は、Ｘ軸方向の位置合せが
上述のようにしてすんだ後、Ｘ軸方向の当該位置からチ
ップ単位の寸法をとることにより、正確な位置決めがな
される。

以上、説明した如き、従来の位置合せ方式では、所要の
位置合せ角度を得るのに、微小な回転変位を何回もステ
ージ20に与えその度ごとにウエハ面の画像をとりこみ、
谷パターンの深さを調べなければならず、要処理時間が
長くなるという欠点がある。

また大きなサイズのウエハでは、撮像装置50の撮像領域
が、分解能上の制限により、ウエハ面上の一部分の領域
にしか及ばず、その結果として所要の精度が得られない
という欠点もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明においては、粗く位置合せされたウエハに
対して、短い時間でかつ、大きなサイズのウエハに対し
ても高い精度で所要の位置合せ角度を求めうるようにす
ること、を解決すべき問題点としている。従って、本発
明は上述のことを可能にするウエハの要位置合せ角検出
装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

先ず本発明の動作原理を説明する。

第８図は、要位置合せ角検出の対象となったウエハの平
面図である。つまりウエハ10は、粗く位置合せされた状
態にある。このとき、適宜の横方向切断溝16Hを選び、
この同一切断溝16H上にあってお互いに、なるべく離れ
た位置にある二つの交点（縦方向切断溝と横方向切断溝
との交点）S₁,S₂をとりあげ、撮像装置を用いて撮像す
る。

第９図は第８図における交点S₁の撮像画面の拡大図であ
る。該撮像画面において、横方向切断溝の輪郭を構成す
る直線部分h₁〜h₄と縦方向切断溝の輪郭を構成する直線
部分v₁〜v₄が認められるであろう。

これらの直線部分を画像輪郭の追跡によって求め、後述
のように処理することにより、横方向切断溝の中心線CH
と縦方向切断溝の中心線CVとの交点R₁の位置座標を求め
ることができる。

次に、撮像装置をその水平走査方向に移動させた後、も
う一方の交点S₂について撮像を行ない、全く同様にし
て、横方向切断溝の中心線と縦方向切断溝の中心線との
交点R₂（図示せず）の位置座標を求める。

交点R₁とR₂の間の距離Ｄが既知であるとすると、交点
R₁,R₂の各位置座標が求まっているのであるから、撮像
装置の水平走査方向（カッタの切断方向と同一方向にあ
るものとする）に対する横方向切断溝（詳しくはその中
心線CH）のなす傾き角が求まる。この傾き角が、ウエハ
10の要位置合せ角であることは述べるまでもないであろ
う。

本発明の動作原理は以上述べた通りであるが、以下に若
干、説明を付加する。

すなわち、本発明においては、粗く位置合せされてステ
ージ上に置かれたウエハに対して、同一の縦または横の
横断溝における相互に所定距離をとった２ヶ所で縦・横
溝の交点画像を撮像し、各個所毎の交点画像において、
切断溝パターンの輪郭を追跡して直線部分をみつけ、こ
の直線部分を縦・横溝分に分類し、直線回帰計算を行
い、縦・横溝の各中心線を算出し、さらにこの２直線の
交点を算出することにより、縦・横溝の正確な交点座標
値を得、こうして各個所毎に得られた２つの交点座標と
両交点間の距離により、高い精度でウエハの要位置合せ
角を求めるものである。

〔発明の実施例〕

次に図を参照して本発明の実施例を説明する。第１図は
本発明の一実施例を示すブッロク図である。同図におい
て、10,20,30A,30B,40A,40Bおよび50は第６図における
同一符号のものと同じものを示している。

そのほか、110は前処理回路であり２次元撮像装置50か
らウエハを撮像して得られる画像信号を入力され、これ
に対して前処理を施して切断溝がより強調されはっきり
とした２値化画像信号を得て出力するためのものであ
る。120は画像メモリであって、前処理回路110からの２
値化画像信号を一画面分記憶しておくためのメモリであ
る。130は輪郭追跡回路であって、画像メモリ120に記憶
された画像信号によって表わされる画像について、その
輪郭を追跡する回路であり、輪郭点のX,Y座標値及び次
輪郭点に対する方向コードを出力し、着目形状の外周を
１周して各輪郭点のX,Y座標値を得るものである。

なお、かかる輪郭追跡回路そのものは、既に公知の技術
に属しており、その詳細が知りたければ例えば特開昭59
-135579号公報を参照されたい。

140は輪郭点列メモリであり、輪郭追跡回路130の出力す
なわち、着目形状の輪郭点のX,Y座標値及び方向コード
を記憶するメモリである。150は直線部分検出回路であ
り、輪郭点列メモリ140に記憶されている輪郭点につい
ての情報を解釈し、直線部分を検出する回路である。す
なわち、次輪郭点への方向コードの変化の小さいところ
をみつけ、これを直線部分とするのである。

なお、かかる直線部分検出回路そのものは、既に公知の
技術に属しており、その詳細が知りたければ、例えば特
開昭59-201180号公報を参照されたい。

160は直線グループ化回路であって、同じ直線上に乗る
直線部分をみつけ、それらをまとめてグループ化を行な
う回路である。ここでは、切断溝の縦溝２グループ、横
溝２グループが求まる。170は回帰直線算出回路であっ
て、直線グループ化回路160においてグループ化された
直線部分を用いて縦溝と横溝とに合成し、その各々の直
線回帰計算を行なう回路である。180は交点算出回路で
あって、回帰直線算出回路170で求まった縦横の各溝を
代表する２本の直線の交点座標を算出する回路である。
190は回転算出回路であり、ウエハ上の或る第１の撮像
領域において求めた縦横の各溝を代表する２本の直線の
交点座標と、同じくウエハ上の第２の撮像領域において
同様にして求めた交点座標と、前記両撮像領域間の距離
（既知）とからウエハの微小な所要回転角を算出する回
路である。

第２図は要位置合せ角検出の対象とするウエハの平面図
である。

同図に見られるように、ステージ上に配置されたウエハ
10上に、同じ縦方向切断溝16Vに属した或る第１の撮像
領域12と第２の撮像領域13を選ぶ。両撮像領域間の距離
Ｄは既知とする。

カッタによる切断方向が座標軸Ｙの方向であるとする
と、切断溝16Vは、座標軸Ｙとほぼ平行となるように予
め、粗く位置決めされている。第１撮像領域12において
撮像して得られる画像信号を処理して第１撮像領域にお
ける交点位置座標を求め、同じく第２撮像領域を撮像し
て得られる画像信号を処理して第２撮像領域における交
点位置座標を求め、両位置座標と距離Ｄとから切断溝16
Vの座標軸Ｙに対する傾き角を求めることにより、目的
を達成するものであることは先にも説明した。

第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は撮像領域の拡大図であ
り、撮像して得られる画像信号の処理手順の説明図でも
ある。同図において、210は切断溝、220は直線領域、23
0は切断溝の中心線、である。

第１図、第２図および第３図を参照して本発明の一実施
例の動作を説明する。

先にも述べたが、先ず第２図に示すようにステージ20上
にウエハ10を粗く位置合せを行なって配置する。このウ
エハ10に対して、第１及び第２の撮像領域12,13を設定
する。

なお、この２つの領域は、最悪でも同一の縦方向切断溝
16V（または横方向切断溝）を含むよう設定する。

次に第１領域12が２次元撮像装置50で撮像できるように
Ｙ軸ドライバ40A,アクチュエータ40Bを用いてウエハ10
の位置合せを行なう。この領域12において、縦方向切断
溝と横方向切断溝の交点を含んだ領域を撮像する。そし
て得られた画像信号について、前処理回路110により、
切断溝の部分を強調して２値化を行ない、画像メモリ12
0へ記憶させる。

一般に２次元撮像装置は、水平方向の主走査と、垂直方
向の副走査により２次元領域を撮像するので、輪郭追跡
のようなランダムな走査がそのままではできないので、
一度画像信号をメモリに記憶するのである。

メモリ120はランダムアクセス可能なことが必要であ
る。メモリ120へ記憶された切断溝の交点を含む画像領
域を対象として、その輪郭追跡を追跡回路130により１
周にわたり行ない、各輪郭点のX,Y座標及び次輪郭点へ
の追跡方向コードを求めて輪郭点列メモリ140へ記憶す
る。直線部分検出回路150は、輪郭点列メモリ140に格納
されている輪郭点情報により、追跡方向変化のすくない
ところをみつけ、その輪郭点列を直線部分とみなすので
ある。

ただし、画面枠により直線部分となるところは、排除す
る。第３図（ｂ）における破線部分BLがこれに相当す
る。

ところで、デイジタル画像における方向コードは、360
°に対して８隣接の考えかたで８方向、４隣接では、４
方向しかとれない。そこで、直線部分であっても方向コ
ードの変化があり、直線部分の区別が不可能である。そ
こで本実施例では、着目輪郭点の方向を前後の輪郭点の
方向コードとの平均値により、求めることによりスムー
ズイングを行ない安定な直線部分の抽出ができるように
している。

次に直線グループ化回路160により、直線部分検出回路1
50で抽出された直線部分が切断溝のどの部分の成分なの
かということを基準にしてグループ化を行なう。

つまり第３図（ｂ）におけるl₁,l₂,l₃,l₄の４本の直線
を想定し、これらの直線の何れに属するかの分類を行な
うのである。すなわち各直線部分ごとに直線回帰計算を
行ないその傾き（Ｂ）と切片（Ａ）を求め、これらによ
り、各直線部分が同じ直線上にあるか否かを判断し、こ
れにより４グループ（l₁〜l₄）に分けるのである。

直線回帰計算は以下の式による。但しｙ＝Ａ＋Bxとする
とき x,y:直線部分の輪郭点座標値 n :直線部分の輪郭点数次に回帰直線算出回路170により、直線グループ化回路1
60で４つにグループ分けされたものを更に縦と横の２グ
ループへまとめる。これはl₁,l₂,l₃,l₄の４本の直線の
各々の直交関係を確認することにより分類できる。

すなわちl₁とl₂をまとめて、第３図（ｃ）に見られる如
きl₁₀、l₃とl₄をまとめて同じくl₂₀とするのである。こ
のようにして求めたl₁₀,l₂₀は横方向切断溝と縦方向切
断溝の各中心線になる。l₁₀,l₂₀の算出は、前記直線回
帰計算により行なえる。

l₁₀,l₂₀の各々の回帰直線を l₁₀……ｙ＝A₁₀+B₁₀x l₂₀……ｙ＝A₂₀+B₂₀x として求まる。交点算出回路180では、この２直線より
その交点座標(X_a,Y_a)を次式により算出する。

なお、この交点座標(X_a,Y_a)を回転算出回路190に保持す
る。

次に撮像領域を第１の領域12から第２の領域13に変え同
様に第２の交点座標(X_b,Y_b)を求める。なお、以上のよ
うにして求めた各座標(X_a,Y_a),(X_b,Y_b)は、それぞれ２
次元撮像装置50内の座標値であり、回転算出回路190に
おいて、これをステージ20の置かれている座標系へ変換
する。このようにして得た変換後の座標値を(X_A,Y_A),(X
_B,Y_B)とするとウエハ10の切断方向に対する傾き角θは
次式で算出できる。

なお、ウエハ10の縦方向切断溝、横方向切断溝の座標位
置は(X_A,Y_A),(X_B,Y_B)がすでに表わしていることにな
る。

なお本発明による要位置合せ角計測においては、第１の
撮像領域と第２の撮像領域との間の距離Ｄが大きければ
大きいほど、精度の高い要位置合せ角の計測が可能であ
り、ウエハの大型化，高集積化による切断溝幅の縮小化
傾向に対しても対応可能なウエハの要位置合せ角検出装
置を提供できるものと考えられる。

〔発明の効果〕

（１）従来のように、ステージを微小回転させる毎に、
撮像装置による画像取込み及び処理を繰り返すことが不
要となったため、計測に要する時間が大幅に短縮され
た。

（２）分解能的にも、撮像領域が局部領域であるのでウ
エハのサイズには関係しないことになり、大型のウエハ
でも対応できる。

（３）高い精度の要位置合せ角、位置読みとりが可能に
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の実施対象であるウエハの平面図、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明における画像信号処理
手順の説明図、第４図はウエハの平面図、第５図は第４
図における切断溝の拡大図、第６図はウエハの位置合せ
装置の従来例を示すブロック図、第７図（ａ）はウエハ
に対する撮像領域の説明図、第７図（ｂ）は対応する撮
像出力の積分出力の波形図、第８図は要位置合せ角検出
の対象となったウエハの平面図、第９図は第８図におけ
るS₁交点の撮像画面の拡大図、である。符号の説明 10……ウエハ、12,13……撮像領域、15……チップ、16H
……横方向切断溝、16V……縦方向切断溝、17……カッ
タ切断方向、20……ステージ、30A……θ軸ドライバ、3
0B……アクチュエータ、40A……Ｙ軸ドライバ、40B……
アクチュエータ、50……２次元撮像装置、60……積分回
路、70……A/D変換回路、80……メモリ、90……制御演
算回路、110……前処理回路、120……画像メモリ、130
……輪郭追跡回路、140……輪郭点列メモリ、150……直
線部分検出回路、160……直線グループ化回路、170……
回帰直線算出回路、180……交点算出回路、190……回転
算出回路、200……制御回路、210……切断溝、220……
直線領域、230……切断溝中心線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハをカッタを用いて個々のチップに切
断するに際し、ウエハを粗く位置決めした後、カッタの
切断方向に対する当該ウエハ面上の切断溝方向の傾き角
を要位置合せ角として検出し、該傾き角が零になるよう
にウエハを相対的に回動させてカッタの切断方向とウエ
ハ面上の切断溝方向とを一致させるウエハの位置合せ制
御における前記要位置合せ角の検出装置であって、ウエハ面上でマス目状に複数個、形成されている垂直方
向の溝と水平方向の溝との交点領域の中から始点領域と
して選択された第１の交点領域を２次元撮像手段によっ
て撮像し、該撮像手段による撮像出力としての画像信号
である第１の交点領域における切断溝パターン信号を２
値化して２値化パターンとして記憶手段に記憶し、前記
２値化パターンとしての切断溝パターンの輪郭を輪郭追
跡手段によって追跡し、該溝パターンを構成する直線部
分を抽出した後、演算手段によって縦方向切断溝の中心
線と横方向切断溝の中心線との交点を第１の交点として
求め、次いで前記２次元撮像手段によって、前記第１の
交点領域と垂直、水平、何れかの方向の溝を共有する終
点領域としての第２の交点領域を撮像し、上述と同様の
経過を繰り返して終点領域における縦方向切断溝の中心
線と横方向切断溝の中心線との交点を第２の交点として
求め、かくして求めた前記第１の交点と第２の交点の各
位置座標と両交点間の距離とから、前記２次元撮像手段
の第１の交点領域撮像位置から第２の交点領域撮像位置
に至る移動方向をカッタによる切断方向としたときの、
前記要位置合せ角を検出するようにしたことを特徴とす
るウエハの要位置合せ角検出装置。