JPH0777813A - 自動アライメント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイシングするウェハーを効率よく、かつ高
い精度でアライメントできる半導体ウェハーの自動アラ
イメント装置を提供する。 【構成】 ウェハー１６はこの装置に搬入され右から左
へと移動する途中で、マクロカメラ２０、セミマクロカ
メラ２６、ミクロカメラ２８という三つの異なる倍率の
カメラによって順次その画像が取り込まれ、各段階でそ
れぞれの精度に従ったアライメントがなされる。マクロ
アライメントではウェハーの全体形状についてのアライ
メントがなされ、セミマクロアライメントではカメラの
中心から最も近いグリッドをカメラの中心に一致させ、
各グリッドのアドレスを特定、ミクロアライメントでは
グリッドに対してのアライメントが行われる。このよう
に順次倍率を高めてアライメントを行うことにより、効
率的かつ正確な位置合わせが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば多数の集積回路
（ＩＣ）が形成された半導体ウェハーからそれぞれのＩ
Ｃチップをダイシングする際に、半導体ウェハーを所定
の方向に自動的にアライメントするための自動アライメ
ント装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路技術の初期の段階では、
半導体ウェハー上のダイシング溝（加工溝）を人間が直
視してアライメントできるだけのチップ同士の間隔があ
ったが、半導体ウェハーの微細化が進むに従ってチップ
間隔及びダイシング加工可能な幅も狭まってきた。この
ためアライメントにも高い精度が要求されるようにな
り、顕微鏡などで拡大した画像を二値化し、パターン認
識ソフトなどで画像処理することが一般的となってい
る。

【０００３】このように自動的にアライメントを行う装
置には次のようなものがある。一つは、まず人間が目視
でウェハーをアライメント用テーブル上で大まかに位置
合わせを行い、次に顕微鏡などでウェハーの一部を拡大
し得られた画像を処理して自動的に精密な位置合わせを
行う装置である。このような装置は、前半のおおまかか
な位置合わせが人間の手作業で行われる点で完全な自動
装置とは言えない。また別の装置では、まずウェハー全
体の画像を取り込み、ウェハーに設けられたオリエーテ
ーションフラット（オリフラ）などを利用してこの画像
を処理して大まかな位置合わせを行い、次に倍率を上げ
て細かいパターンを認識して高い精度で位置合わせを行
うものがある。このような方法及び装置の例が特開平３
−２８７３４７（特願平２−８７８６７）、特開平４−
３５８４５（特願平２−１４００４９）、特開平４−３
５８４６（特願平２−１４００５０）などに示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば高い
精度のアライメントの前の大まかな位置合わせを人間が
行う装置では、完全に自動化されたものではないため、
目標となる認識位置が顕微鏡の視野内にない場合には認
識位置を探すのに時間がかかり、作業効率が悪いという
問題がある。また、顕微鏡による拡大のため視野が狭く
なり、更に種々のゴミや異物の混入、幾何模様の不良等
による影響を受け易い。このため各々のウェハーに対し
て専用的な認識ソフトプログラムを用意しなければなら
ず、汎用性に欠けるという欠点がある。

【０００５】また、大まかな位置合わせを自動的に行う
装置であっても、従来のものは同一の場所で大まかな位
置合わせとその後の細かい位置合わせを行っており、そ
の際のレンズの倍率の切換えなどは手作業によってい
た。また、倍率の切換えの際の焦点合わせのためにレン
ズを昇降させると、像が膨らんだりして正確な画像を得
ることができないという問題がある。更に、従来の装置
では、レンズの収差の問題なども生じる。加えて、大ま
かな位置合わせとその後の細かい位置合わせとが特に関
連付けられてはおらず、これらの各位置合わせの関連付
けは人間が手作業で行わなければならなかったため、や
はり作業効率の向上が難しいという問題があった。

【０００６】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、大まかな位置合わせから細かい位置合わせに至
るまでの作業を完全に自動化することができ、しかもそ
の位置合わせを高い精度で行うことが可能となる自動ア
ライメント装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの本発明に係る自動アライメント装置は、被処理物の
画像を取り込む低倍率、中倍率、高倍率の少なくとも三
つの光学手段と、該三つの光学手段のうち低い倍率の光
学手段から高い倍率の光学手段へと順次前記被処理物を
搬送する手段と、前記被処理物が搬送される途中で前記
各光学手段によって得られた画像に基づいて前記被処理
物の位置合わせを行う制御手段とを有することを特徴と
するものである。

【０００８】前記制御手段は、倍率の低い光学手段によ
って得られた画像情報を参照して倍率の高い光学手段に
よる位置合わせを行うものである。

【０００９】

【作用】本発明は前記の構成によって、低倍率、中倍
率、高倍率という三つの光学手段を設け、被処理物をこ
の順序で搬送してそれぞれの位置で画像情報を得て、そ
の画像情報に基づいて位置合わせを行うことにより、被
処理物の形状全体にわたる視野、中程度の視野、細かい
視野とにより徐々に精度の高い位置合わせを行うことが
でき、これにより被処理物上の特定の位置を自動的にか
つ迅速に認識でき、したがってアライメント作業の効率
化を図ることができる。

【００１０】また、制御手段は、倍率の低い光学手段に
よって得られた画像情報を参照して倍率の高い光学手段
による位置合わせを行うことにより、倍率の低い光学手
段によって得られた情報を有効に活用して倍率の高い光
学手段による位置合わせを正確且つ効率良く行うことが
できる。

【００１１】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。ここで図１は本発明を適用したダイシン
グ装置の一実施例の概略ブロック図、図２及び図３はウ
ェハーに対して行われる一連のアライメント動作を示し
たフローチャート、図４は欠損部分があるウェハーの平
面図、図５はセミマクロカメラで拡大したウェハー表面
の図、図６は図５の一部を拡大して示したウェハー表面
の図、図７はミクロカメラで拡大したウェハー表面の
図、図８及び図９はミクロアライメントの説明のための
ウェハー表面の図である。なお、以下では、ウェハー上
のチップとチップの間のダイシングが行われる部分をス
トリート、ストリートとストリートの交点をグリッドと
呼ぶ。

【００１２】図１に示すように、このダイシング装置に
は加工テーブル１１やブレード加工部４８等の制御を行
う機械ＮＣ制御部１０、リフトアーム１８によるウェハ
ー１６の本装置へ搬入を制御する搬入搬送機構制御部１
２、ウェハー１６の位置を制御するアライメント制御部
１４という三つの制御部が設けられている。ウェハー１
６はこの装置に搬入され、右から左へと移動する途中で
三つの異なる倍率のカメラによってその画像が取り込ま
れ、各段階でそれぞれの精度に従ったアライメントが行
われる。このアライメントによって、ダイシングの際に
おけるブレードの回転面と切断すべきストリートとを高
い精度で一致させる。上記の三つのカメラはそれぞれマ
クロカメラ、セミマクロカメラ、ミクロカメラと呼ば
れ、電子倍率はそれぞれ約１倍、約５０倍、約２００倍
である。これらの倍率の異なる三台のカメラは、加工テ
ーブルに沿って直線状に配置されている。なお、図１で
は便宜上、ウェハーに対して行われる作業の流れをアラ
イメント制御部１４の下に示してある。

【００１３】加工テーブル１１はウェハー１６をセミマ
クロカメラ、ミクロカメラ、そしてダイシング工程へと
搬送するとともにＸ軸（テーブル左右送り方向）、Ｙ軸
（スピンドル前後送り方向）、Ｚ軸（スピンドル上下送
り方向）の各軸方向への並進動作及びＢ軸（回転軸）の
回りの回転動作によってウェハーの位置合わせを行う。

【００１４】セミマクロカメラ２６の上部に設けられた
支柱３０とミクロカメラ２８の上部に設けられた支柱３
２はフォーカスモータ３４に連結されている。このフォ
ーカスモータ３４はアライメント制御部１４の制御のも
とにあり、これを駆動することによってセミマクロカメ
ラ２６及びミクロカメラ２８の焦点合わせを行う。セミ
マクロカメラ２６とミクロカメラ２８の倍率は前記した
程度であるが、おおよそセミマクロカメラは格子状の縦
横数本のストリートを写し出す程度の倍率、ミクロカメ
ラは一つのグリッドを写し出す程度の倍率である。な
お、各カメラには、各カメラに適した専用の照明装置が
設けられている。すなわち、マクロカメラ２０にはウェ
ハー１６を下方から照明する照明装置２２が、セミマク
ロカメラ２６にはリング状の光源２７が、ミクロカメラ
２８にはスポット照明２９が、各々設けられている。

【００１５】ＮＣモニタ４０は操作者がウェハーの位置
を確認するためのものであり、アライメントモニタ４２
は画像処理用のモニタで画像を処理したときの結果や処
理の補正値等の表示を行う。また、アライメント操作部
４４はフォーカスモータ３４を移動させたり、モニタに
接続されたカメラのチャンネルの切り換えスイッチ類が
設けられている。アライメント操作部４４を手動で操作
することによって、マクロカメラ２０、セミマクロカメ
ラ２６、ミクロカメラ２８の画像を切り換えてアライメ
ントモニタ４２に表示させることもできる。

【００１６】ブレード加工部４８は、ウェハーをＸ軸方
向及びＹ軸方向についてそれぞれ往復運動させてダイシ
ングを行い、ウェハーを個々のチップに切断する。

【００１７】次に、本実施例装置の動作について図２及
び図３をも参照して説明する。被加工物（ワーク）であ
るウェハー１６は、例えばウェハーカセット（図示せ
ず）から取り出され（ステップＳ１）、フォークのよう
な形のリフトアーム１８によって下から支えられて本装
置へ搬入される。ウェハー１６は、装置に搬入されると
まず前記のリフトアームによってマクロカメラ２０の下
部のリフトアーム待機位置へ運ばれ、ここでマクロアラ
イメントが行われる（ステップＳ２）。すなわち照明装
置２２によって下から光が当てられ、ウェハーの輪郭が
マクロカメラ２０によって画像情報として取り込まれウ
ェハーの全体的な形状の認識がなされる。この形状認識
は、実際に取り込まれた画像と予め機械ＮＣ制御部１０
の中の記憶手段に記憶されている画像情報とを比較する
ことによってなされ、ウェハーの中心、直径、及びウェ
ハーの回転方向の角度の大体の値が求められる。そして
得られた情報は機械ＮＣ制御部１０の中の記憶手段に記
憶される（ステップＳ３）。

【００１８】このような方法でマクロアライメントを行
うことにより、例えば図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示
すように、一部に欠損のあるウェハー１６に対してもオ
リフラが残っていれば自動的にアライメントを行うこと
ができる。なお、以下の説明では、オリフラのあるウェ
ハーの場合、このオリフラの方向がＸ軸に一致するよう
に位置合わせを行うものとする。

【００１９】マクロアライメントを経たウェハー１６は
リフトアームによって加工テーブル１１上に載置される
（ステップＳ４）。この加工テーブル１１に沿った位置
にはセミマクロカメラ２６及びミクロカメラ２８が設け
られており、それぞれの位置で順次セミマクロアライメ
ント、ミクロアライメントが行われる。

【００２０】ウェハーが加工テーブル１１上に載置され
ると、まず、マクロアライメントの段階で得られた情報
をもとにテーブルを微動させることによって大まかな位
置合わせが行われる。続いてウェハーはセミマクロカメ
ラ２６の下部に移動され（ステップＳ５）、ここでリン
グ状の光源２７から光を照射される。そしてセミマクロ
カメラ２６によって得られた画像を処理してセミマクロ
アライメントが行われる。この画像処理も、セミマクロ
カメラによって得られた画像と予め登録されている画像
との比較によってなされ、そしてここで得られたデータ
は機械ＮＣ制御部１０へ記憶される（ステップＳ６）。
図５はウェハー１６の平面図であり、このうち破線５０
で囲まれた領域がセミマクロカメラで得られる大体の領
域である。図６は図５の破線で囲まれた領域を拡大して
示した図である。図５及び図６において、格子状に示し
たそれぞれの正方形はウェハー１６上に形成されたＩＣ
チップ３８であり、チップとチップの間はダイシングさ
れるストリート３９となる。

【００２１】ウェハー上にはＩＣチップ３８が規則正し
い配列で形成されているので、セミマクロカメラによっ
て拡大された画像は、図６に示すように同一の幾何学模
様の繰り返しとなる。そこでストリートとストリートの
交点であるグリッド３７（図７参照）を特徴点としてア
ドレスポイントを設定し、このグリッド３７を区別する
ことによってウェハー上の位置を指定する。そして、カ
メラの中心から最も近いグリッドをカメラの中心に一致
させ、これをウェハー１６の原点（０，０）として記憶
する。各グリッドの位置はそれぞれのグリッドとの相対
的な位置関係としてわかればよいので、この原点はウェ
ハーの中心と必ずしも一致する必要はない。ウェハー上
のチップの寸法からグリッドのピッチも予め分かってい
るので、ウェハー上の原点が決まれば、ウェハー上の全
てのグリッドにそれぞれの座標を割りつけることができ
る。そして、何処か特定のグリッドにカメラの中心を移
動させたいときはそのグリッドの座標を入力すればよ
い。

【００２２】従来は、加工テーブル上には高倍率のカメ
ラが一つだけ設けられ、大まかな位置合わせは人間が手
作業で行った上でこの高倍率のカメラによるアライメン
トが行われていた。このような方法では、高倍率のカメ
ラによるアライメントが行えるようになるまでの人間が
行う作業に時間がかかり作業効率が悪かったが、本実施
例のように高倍率のミクロカメラによる最終的なアライ
メントまでにマクロカメラ、セミマクロカメラによって
予め大まかな位置合わせを行っておくことによって作業
効率を向上させることができる。

【００２３】セミマクロアライメントが完了すると、ウ
ェハー１６は加工テーブル１１によりミクロアライメン
ト位置に移送され（ステップＳ７）、スポット照明２９
によってウェハー１６に光が照射される。そして先ず、
Ｘ軸方向におけるミクロアライメントを行う（ステップ
Ｓ８）。このミクロアライメントは特定のグリッド３７
を決め、このグリッドに対して行う。この特定のグリッ
ドは、予めプログラムされており、外部から指定する。
この特定のグリッドとして前記の原点からできるだけ遠
いものを選ぶことにより誤差率が拡大されるが、このよ
うなグリッドに対して補正を行うことによってより高い
精度のアライメントが可能となる。なお、画像の中心と
補正する際の機械の回転中心とは必ずしも一致しないの
で、画像処理の際に数学的な演算を行って機械の回転中
心の回りにどの程度ウェハー１６を回転するかを同時に
算出する。

【００２４】ところで、ミクロアライメントの方法に
は、単一のグリッドのみを用いて行うモードと複数のグ
リッドを用いて行うモードとがある。単一のグリッドを
用いるモードでは、図７に示すように、特定のグリッド
を指定してそのグリッドにカメラの原点を移動したとき
に現実に得られる画像と、予め登録されている画像とを
比較してずれを求めてアライメントを行う。なお図７で
は、ストリートがＸ軸及びＹ軸との平行からずれた状態
を誇張して示している。

【００２５】複数のグリッドを用いてミクロアライメン
トを行うモードでは、図８に示すようにまず同一ストリ
ートＸ座標上にある二つのグリッドＡ、Ｂを指定する。
図８でＸA 、ＸB はセミマクロアライメントにおける画
像の中心を原点Ｏとしたときの特定グリッドＡ、Ｂの座
標である。そして図９（Ａ）、（Ｂ）において特定グリ
ッドＡ、Ｂをミクロカメラで拡大したときの実際のグリ
ッドとその特定座標位置との画像座標におけるずれをそ
れぞれＸa 、Ｘb とする。そしてこのＸa 、Ｘb に基づ
いてミクロアライメントを行う。これによりＸ軸方向に
おけるアライメントは終了する。なお、複数のグリッド
を用いてミクロアライメントを行うことにより、単一の
グリッドのみを用いてアライメントを行う場合に比べて
より正確なアライメントを行うことができる。

【００２６】これが完了するとウェハーを９０度回転し
（ステップＳ９）、Ｙ軸についても、ミクロアライメン
ト位置に移動して（ステップＳ１０）ミクロアライメン
トを行う（ステップＳ１１）。

【００２７】以上のような作業が終了したら、アライメ
ントで得られたデータを機械ＮＣ制御部１０に記憶する
とともに、ブレード加工部４８へも送る。そしてダイシ
ングの工程へ移行し、切断するラインをブレードの面に
一致させて、ウェハーを往復運動させてダイシングを実
行する（ステップＳ１２）。このダイシングはＸ軸方
向、Ｙ軸方向に分けて行われ、それぞれをチャンネル１
（ＣＨ−１）、チャンネル２（ＣＨ−２）とする。そし
てまずチャンネル２についてのダイシングを行い、次に
チャンネル２についてダイシングを行う（ステップＳ１
３）。ダイシングが終了したらクリーナーを通過させて
装置から取り出し（ステップＳ１４）、一つのウェハー
についての一連の作業を終了する。

【００２８】更に、ウェハーカセット内に別のウェハー
が残っている場合には、次のウェハーに対して同様の作
業を行う（ステップＳ１５）。そして一つのカセットの
ウェハーに対する作業が終了したら、予め設定した数の
カセットが終了するまで同様の作業を繰り返す（ステッ
プＳ１６）。

【００２９】上記の本実施例によれば、低倍率、中倍
率、高倍率の各倍率のカメラを用いて、自動的に位置合
わせを行うことができるので、従来の装置に比べてゴミ
や異物の混入を防ぐことができ、各倍率のカメラによる
特徴により、幾何模様の不良等による影響を受け難くな
る。

【００３０】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。例えば、上記の実施例では、本実施例装置
によって位置合わせを行った後に、ダイシングを行う場
合について説明したが、ダイシングに限られるものでは
なく、他の処理を行ってもよい。また、各カメラの倍率
は約１倍、約５０倍、約２００倍に限られるものではな
く、被処理物に応じて最適な倍率を設定することができ
るし、カメラの数は３台以上であってもよい。さらに、
上記の実施例では、被処理物が半導体ウェハーである場
合について説明したが、被処理物は半導体ウェハーに限
られるものではない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
倍率、中倍率、高倍率の各倍率の光学手段によって得ら
れた画像に基づいて被処理物の位置合わせを行うので、
被処理物上の特定位置の認識が正確かつ効率的になさ
れ、また、これらの手順を自動化することによって作業
効率の向上が可能となり、更に低倍率から高倍率へと自
動で順次移行することができるので、ゴミや異物の混
入、幾何模様の不良等による影響を受けにくい自動アラ
イメント装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したダイシング装置の一実施例の
概略ブロック図である。

【図２】ウェハーに対して行われる一連のアライメント
動作を示したフローチャートである。

【図３】ウェハーに対して行われる一連のアライメント
動作を示したフローチャートである。

【図４】欠損部分があるウェハーの平面図である。

【図５】セミマクロカメラで拡大したウェハー表面の図
である。

【図６】図５の一部を拡大して示したウェハー表面の図
である。

【図７】ミクロカメラで拡大したウェハー表面の図であ
る。

【図８】ミクロアライメントの説明のためのウェハー表
面の図である。

【図９】ミクロアライメントの説明のための図８を拡大
したウェハー表面の図である。

【符号の説明】

１０ 機械ＮＣ制御部 １１ 加工テーブル １２ 搬送機構制御部 １４ アライメント制御部 １６ ウェハー １８ リフトアーム ２０ マクロカメラ ２６ セミマクロカメラ ２８ ミクロカメラ ３４ フォーカスモータ ３８ ＩＣチップ ４８ ブレード加工部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/301 Ｈ０１Ｌ 21/78 Ｑ (72)発明者 吉田 元夫 神奈川県厚木市上依知3009番地 株式会社 岡本工作機械製作所厚木工場内 (72)発明者 藤原 孝洋 静岡県浜松市大島町348 ジャパン・イ ー・エム株式会社内 (72)発明者 内山 英治 静岡県浜松市大島町348 ジャパン・イ ー・エム株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物の画像を取り込む低倍率、中倍
   率、高倍率の少なくとも三つの光学手段と、該三つの光
   学手段のうち低い倍率の光学手段から高い倍率の光学手
   段へと順次前記被処理物を搬送する手段と、前記被処理
   物が搬送される途中で前記各光学手段によって得られた
   画像に基づいて前記被処理物の位置合わせを行う制御手
   段とを有することを特徴とする自動アライメント装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、倍率の低い光学手段に
   よって得られた画像情報を参照して倍率の高い光学手段
   による位置合わせを行うものである請求項１記載の自動
   アライメント装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、記憶手段に記憶された
   前記被処理物の画像情報をも参照して前記被処理物の位
   置合わせを行うものである請求項１又は２記載の自動ア
   ライメント装置。
4. 【請求項４】 前記低倍率、前記中倍率及び前記高倍率
   の光学手段の電子倍率はそれぞれ約１倍、約５０倍、約
   ２００倍である請求項１、２又は３記載の自動アライメ
   ント装置。
5. 【請求項５】 前記被処理物は半導体ウェハーである請
   求項１、２、３又は４記載の自動アライメント装置。
6. 【請求項６】 前記低倍率の光学手段による位置合わせ
   では、半導体ウェハーの全体形状についての位置合わせ
   を行い、前記中倍率の光学手段による位置合わせでは、
   前記光学手段の中心から最も近いグリッドをカメラの中
   心に一致させ、且つ各グリッドのアドレスを特定し、前
   記高倍率の光学手段による位置合わせでは、グリッドに
   ついての位置合わせを行う請求項５記載の自動アライメ
   ント装置。