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技術 キーパターン検出方法、及び、アライメント方法

出願人 株式会社ディスコ
発明者 野間孝幸
出願日 2013年4月1日 (7年7ヶ月経過) 出願番号 2013-075941
公開日 2014年10月27日 (6年1ヶ月経過) 公開番号 2014-203837
状態 特許登録済
技術分野 ダイシング
主要キーワード 整列ステップ 事前作業 レーザー照射ユニット エッジクランプ ノイズ要因 テンプレート候補 ウォータージェット加工装置 IRカメラ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年10月27日)のものです。
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図面 (13)

課題

従来よりも高精度なパターンマッチングを可能とするキーパターン検出方法と、それを利用したアライメント方法を提供する。

解決手段

ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースWtの撮像画像30Cを取得して撮像画像30Cに含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像30Cを取得するテンプレート画像形成ステップと、テンプレート画像30Cに複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像Tx1を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピースWs上を撮像して処理用ワークピース撮像画像30Aを取得し、処理用ワークピース撮像画像30Aに対し、複数のテンプレート候補画像Tx1を用いてパターンマッチングを実施するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法とする。

概要

背景

従来、例えば、特許文献1に開示されるように、切削装置レーザー加工装置においては、加工に際し、装置が自動的にワークピース加工予定ラインと加工手段とを整列させたりワークピース上で加工位置を特定するオートアライメントが実施される。

そして、このアライメントは、一般に、予め設定したターゲットパターンをもとにワークピース上のキーパターンを検出するパターンマッチングを利用して行われている。

このパターンマッチングの例として、まず、ある一つの登録用ワークピースの一部を撮像し、撮像画像内においてユニークなパターンを含む特定の領域がキーパターンとして定義され、このキーパターンがターゲットパターンとして登録される。

そして、登録用ワークピースとは別の処理用ワークピースについて、ターゲットパターンと一致するキーパターンが含まれていることを前提として、処理用ワークピースの一部を撮像するとともに、撮像画像の中からキーパターンが検出される。

このキーパターンを検出する処理において、ターゲットパターンが参照される、つまりは、ターゲットパターンとのパターンマッチングが実施される。

パターンマッチングの結果、ターゲットパターンと最も相関値が高い領域が、キーパターンとして定義されることになる。

以上のようなパターンマッチングを利用することによれば、例えば、まず、ある一つの登録用ワークピースによりターゲットパターンを登録しておくことで、その後に順次処理がなされる処理用ワークピースについて、自動的にキーパターンを検出することで、自動的にアライメント(オートアライメント)を実施することが可能となる。

概要

従来よりも高精度なパターンマッチングを可能とするキーパターン検出方法と、それを利用したアライメント方法を提供する。ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースWtの撮像画像30Cを取得して撮像画像30Cに含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像30Cを取得するテンプレート画像形成ステップと、テンプレート画像30Cに複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像Tx1を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピースWs上を撮像して処理用ワークピース撮像画像30Aを取得し、処理用ワークピース撮像画像30Aに対し、複数のテンプレート候補画像Tx1を用いてパターンマッチングを実施するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法とする。

目的

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースの撮像画像を取得して該撮像画像に含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像を取得するテンプレート画像形成ステップと、該テンプレート画像に複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピース上を撮像して処理用ワークピース撮像画像を取得し、該処理用ワークピース撮像画像に対し、複数の該テンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域をキーパターンとして検出するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法。

請求項2

前記画像処理は、複数のエッジ検出処理と複数の閾値における二値化処理との組み合わせから少なくともなる、ことを特徴とする請求項1に記載のキーパターン検出方法。

請求項3

前記パターンマッチングステップでは、前記処理用ワークピース撮像画像に複数の該画像処理をそれぞれ施し、該画像処理が施された複数のワークピース撮像画像に対して複数の該テンプレート候補画像をパターンマッチングさせる、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のキーパターン検出方法。

請求項4

請求項1〜3に記載のキーパターン検出方法を使用してワークピースを被整列物に対して整列させるアライメント方法であって、前記処理用ワークピースは、第一方向に整列した少なくとも2以上のキーパターンを有し、前記パターンマッチングステップでは、該処理用ワークピースの該第一方向の第一の位置において、該処理用ワークピース撮像画像を形成し、該処理用ワークピース撮像画像に対し、複数の該テンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を第一キーパターンとして検出する第一キーパターン検出ステップと、該処理用ワークピースの該第一方向の第二の位置において、該処理用ワークピース撮像画像を形成し、該処理用ワークピース撮像画像に対し複数の該テンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を二キーパターンとして検出する第二キーパターン検出ステップと、該第一キーパターン検出ステップと該第二キーパターン検出ステップとを実施した後、該第一キーパターンと該第二キーパターンとが一直線上に配置されるように被整列物に対して処理用ワークピースを相対的に回転させる整列ステップと、を備えたアライメント方法。

技術分野

0001

本発明は、ワークピース上のキーパターンを検出するキーパターン検出方法に関する。

背景技術

0002

従来、例えば、特許文献1に開示されるように、切削装置レーザー加工装置においては、加工に際し、装置が自動的にワークピースの加工予定ラインと加工手段とを整列させたりワークピース上で加工位置を特定するオートアライメントが実施される。

0003

そして、このアライメントは、一般に、予め設定したターゲットパターンをもとにワークピース上のキーパターンを検出するパターンマッチングを利用して行われている。

0004

このパターンマッチングの例として、まず、ある一つの登録用ワークピースの一部を撮像し、撮像画像内においてユニークなパターンを含む特定の領域がキーパターンとして定義され、このキーパターンがターゲットパターンとして登録される。

0005

そして、登録用ワークピースとは別の処理用ワークピースについて、ターゲットパターンと一致するキーパターンが含まれていることを前提として、処理用ワークピースの一部を撮像するとともに、撮像画像の中からキーパターンが検出される。

0006

このキーパターンを検出する処理において、ターゲットパターンが参照される、つまりは、ターゲットパターンとのパターンマッチングが実施される。

0007

パターンマッチングの結果、ターゲットパターンと最も相関値が高い領域が、キーパターンとして定義されることになる。

0008

以上のようなパターンマッチングを利用することによれば、例えば、まず、ある一つの登録用ワークピースによりターゲットパターンを登録しておくことで、その後に順次処理がなされる処理用ワークピースについて、自動的にキーパターンを検出することで、自動的にアライメント(オートアライメント)を実施することが可能となる。

先行技術

0009

特開平7−106405号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上述のように、従来のパターンマッチングでは、予め登録されたターゲットパターンを参照し、撮像画像とのパターンマッチングが実施されるものであるが、登録用、及び、処理用のワークピースにおいて、ワークピース上の傷や汚れの存在や、ワークピースのパターン(模様)自体の誤差の存在等から、ターゲットパターンと検出すべきキーパターンとが完全に一致する状況は殆どないといえる。

0011

つまり、登録用ワークピースの撮像画像の中から登録されるターゲットパターンと、処理用ワークピースの中に含まれるパターン(検出されるべきキーパターン)は完全に一致するものではなく、処理用ワークピースの中に含まれるパターンのうち、最も相関性の高いパターンがキーパターンとして検出されることになる。

0012

そこで、パターンマッチングにおいては、この相関性が高い結果が得られる状況でキーパターンを検出できることが求められることになる。相関性が低い結果しか得られない状況であると、処理用ワークピースの撮像画像からキーパターンを適切に検出することができず、本来はキーパターンが存在するのにもかかわらず、エラーとなってしまったり、異なるパターンをキーパターンとして検出してしまうことになる。

0013

このため、検出されるべきキーパターンとターゲットパターンとの相関性を高めるために、従来は、登録用ワークピースを撮像する際に、例えば光量や照射する光の色、向き等を調整してワークピース表面の傷や汚れが撮像画像に入り込まない様にするための工夫がなされていた。

0014

しかし、例えば、傷が撮像画像に入り込まない様に光量を上げてハレーションをさせた撮像画像をターゲットパターンとして登録してしまうと、パターンマッチング時に処理用ワークピースを撮像する際に、ターゲットパターン撮像時と同等の光量にて撮像をする必要が生じる。

0015

ところが、全体的にハレーションさせるようにして処理用ワークピースを撮像すると、検出されるべきキーパターン自体もハレーションするために検出精度落ちてしまう等、高精度なパターンマッチングが実施できないという問題がある。

0016

さらに、例えば、赤外線カメラを利用して裏面研削された半導体ウェーハの裏面側から表面側のキーパターンを検出するような場合には、ウェーハの表面側を撮像した撮像画像に裏面側の研削痕写り込むことになる。

0017

そして、この研削痕は同一ウェーハ上においても部位によって方向が異なるものであることから、仮に、研削痕(ソーマーク)が入った撮像画像をターゲットパターンとすると、同一のものが実質的に存在しない研削痕をも含めてパターンマッチングが実施されることになるため、ターゲットパターンと完全に一致するキーパターンの撮像画像は実質的に得られないことになる。このため、高精度なパターンマッチングを実施することは、実質的に困難な状況となる。

0018

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも高精度なパターンマッチングを可能とするキーパターン検出方法と、それを利用したアライメント方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0019

請求項1に記載の発明によると、ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースの撮像画像を取得して撮像画像に含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像を取得するテンプレート画像形成ステップと、テンプレート画像に複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピース上を撮像して処理用ワークピース撮像画像を取得し、処理用ワークピース撮像画像に対し、複数のテンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域をキーパターンとして検出するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法が提供される。

0020

請求項2に記載の発明によると、画像処理は、複数のエッジ検出処理と複数の閾値における二値化処理との組み合わせから少なくともなる、ことを特徴とする請求項1に記載のキーパターン検出方法が提供される。

0021

請求項3に記載の発明によると、パターンマッチングステップでは、処理用ワークピース撮像画像に複数の画像処理をそれぞれ施し、画像処理が施された複数のワークピース撮像画像に対して複数のテンプレート候補画像をパターンマッチングさせる、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のキーパターン検出方法が提供される。

0022

請求項4に記載の発明によると、請求項1〜3に記載のキーパターン検出方法を使用してワークピースを被整列物に対して整列させるアライメント方法であって、処理用ワークピースは、第一方向に整列した少なくとも2以上のキーパターンを有し、パターンマッチングステップでは、処理用ワークピースの第一方向の第一の位置において、処理用ワークピース撮像画像を形成し、処理用ワークピース撮像画像に対し、複数のテンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を第一キーパターンとして検出する第一キーパターン検出ステップと、処理用ワークピースの第一方向の第二の位置において、処理用ワークピース撮像画像を形成し、処理用ワークピース撮像画像に対し複数のテンプレート候補画像を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を二キーパターンとして検出する第二キーパターン検出ステップと、第一キーパターン検出ステップと第二キーパターン検出ステップとを実施した後、第一キーパターンと第二キーパターンとが一直線上に配置されるように被整列物に対して処理用ワークピースを相対的に回転させる整列ステップと、を備えたアライメント方法が提供される。

発明の効果

0023

本発明によると、従来よりも高精度なパターンマッチングを可能とするターゲットパターン設定方法が提供される。

0024

具体的には、ワークピース上のキーパターンを撮像したテンプレート画像に複数の画像処理を施し、画像処理を施した各テンプレート候補画像とワークピースの撮像画像との相関性をそれぞれ算出する。そしてワークピース上において最も相関性の高い領域(被マッチング領域)をキーパターンとして検出するとともに最も高い相関性を得られたテンプレート候補画像をターゲットパターンとする。

0025

これにより、仮にテンプレート画像に傷や汚れ、研削痕等の異物ノイズ要因)が写り込んだとしても、この異物を画像処理によって効果的に除去することができ、高精度にキーパターンを検出できる。

0026

さらに、本発明のアライメント方法によれば、高精度なパターンマッチングに基づいたキーパターンの検出がなされるため、高精度なアライメントを実施することができる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の実施に適した加工装置(レーザー加工装置)の斜視図である。
(A)はウェーハの表面と撮像画像の例について示す図である。(B)はウェーハの裏面と撮像画像の例について説明する図である。
(A)は登録用ワークピースについて説明する図である。(B)は処理用ワークピースについて説明する図である。
(A)はウェーハの表面側からの撮像画像の例について示す図である。(B)はウェーハの裏面側からの撮像画像の例について示す図である。
(A)は登録用ワークピースの裏面側について説明する図である。(B)は処理用ワークピースの裏面側について説明する図である。
キーパターンのトレースについて説明する図である。
パターンマッチングの例について説明する図である。
キーパターンの検出について説明する図である。
登録用ワークピースでのテンプレート候補画像の取得について説明する図である。
処理用ワークピースでのアライメントの例について説明する図である。
本発明のターゲットパターン設定方法の他の実施形態の概要について説明する図である。
オートフォーカスの実施形態について説明する図である。

実施例

0028

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。加工装置の一例として、半導体ウェーハのレーザー加工装置2の外観斜視図が図1に示されている。なお、本発明は、このようなレーザー加工装置の他にも、切削装置、ウォータージェット加工装置洗浄装置測定機器等の各種装置について適用可能である。

0029

図1に示すレーザー加工装置2は、加工ヘッド11を有するレーザー照射ユニット10等の加工手段がハウジング8内に収容された加工装置本体4と、加工装置本体4のハウジング8に装着された表示モニタ6などを有して構成される。

0030

レーザー照射ユニット10の下方には、チャックテーブル12がX軸方向及びY軸方向に移動可能であって、さらに、回転可能に配設されている。チャックテーブル12の上面は、被加工物を保持するための保持面として構成される。なお、加工時にウェーハWを保持する保持手段としては、チャックテーブル12のようにテーブルで構成する他、エッジクランプ(端を挟持する形態)による保持手段が使用されることも考えられる。

0031

14はウェーハWを複数収容可能なカセット24を載置するカセット載置台エレベータ)であり、上下方向に移動可能に構成され、カセット24に収容されたウェーハWが適宜搬出搬入されるようになっている。

0032

図2(A)に示すように、被加工物となるウェーハWは、例えば裏面が研削された厚さが200μmのシリコンウェーハからなっており、表面Waに互いに交差する複数の第一,第二の分割予定ラインストリート)16が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン16によって区画された複数の領域にそれぞれデバイス15が形成されている。各デバイス15には、共通のパターンが形成される。

0033

図1に示すように、レーザー照射ユニット10の加工ヘッド11には、チャックテーブル12に保持されることになる被加工物(ウェーハW)を上方から撮像するための撮像装置13が付設されている。

0034

そして、撮像装置13では、図2(A)に示されるような撮像画像30Aが撮像される。撮像画像30Aには、デバイス15Aに存在する特定の領域で定義されるパターンPが含まれる。このパターンPが他のパターンに比べて特殊な形状(画像)である場合などにおいて、パターンPはデバイス15Aの位置を特定するためのキーパターンPkとして選定されることになる。なお、図2(A)では、撮像画像30A(撮像領域)とキーパターンPkの領域が異なるが、同じであってもよい。

0035

このキーパターンPkは、例えば、第一の分割予定ライン16のX軸方向との平行出し(θ合わせ)、及びカット位置検出、を装置が自動で行うつまりは、オートアライメントを実施する際に利用される。

0036

ここで、平行出し(θ合わせ)とカット位置検出を順に行うアライメントの一例を説明する。まず、平行出しについては、例えば、X軸方向において互いに離れた位置にあるデバイス15A,15Bについて撮像画像30A,30Bを取得するとともに、各撮像画像30A,30BのキーパターンPkを検出する。そして、この撮像画像30A,30BにおけるキーパターンPkのY軸方向の座標が一致するように、チャックテーブル12を回転させることで、X軸方向に離れた位置にあるキーパターンPkを結ぶ直線がX軸方向と平行となる。このようにして、第一の分割予定ライン16をX軸と平行にすることができる。

0037

次に、カット位置検出については、予め装置に記憶されたキーパターンPkからカット位置までの距離を参照し、当該距離の分だけキーパターンPkから離れた位置をカット位置とするものである。

0038

なお、このアライメントは、X軸方向に対する平行出しとカット位置検出に加え、Y軸方向に対する平行出しとカット位置検出がなされることで、一連の操作が完了されることになる。

0039

そして、このキーパターンPkを用いることでオートアライメントを実施することが可能となる。具体的には、図3に示すように、まず、事前作業として、オペレータの操作により、登録用ワークピースWtの或るデバイス15Cの撮像画像30Cが撮像され、撮像画像30Cに含まれる特定の領域で定義されるパターンPがキーパターンPkとして選定される。この選定の際、オペレータは、特徴的な形状を有するパターンPを選定することになる。選定されたキーパターンPkは、制御装置5のメモリ5mにテンプレート画像Tmとして登録される。

0040

そして、実際に加工が行われる多量の処理用ワークピースWsについてオートアライメントがなされる際には、制御装置5の処理プログラム5pは、処理用ワークピースWsのデバイス15Aの撮像を実行して撮像画像30Aを取得するとともに、撮像画像30Aの中に含まれることが予定されるキーパターンPkをパターンマッチングにより検出する。

0041

このパターンマッチングの際には、例えば、図4(A)に示すように、撮像画像30A内において、テンプレート画像Tmと同一の縦横画素数を有するマッチング用枠MWを縦横方向に1ピクセル単位でずらした際に、その都度、マッチング用枠MW内に含まれる被マッチング領域Mgと、メモリ5mに登録されたテンプレート画像Tmを対比し、複数ある被マッチング領域Mgの中で、テンプレート画像Tmと最も相関性が高い被マッチング領域Mgが、キーパターンPkとして検出されることになる。

0042

以上のようにパターンマッチングによるキーパターンPkの検出処理がなされるが、被マッチング領域Mgとテンプレート画像Tmの相関性の数値が低い場合には、当該被マッチング領域Mgが本来はキーパターンPkであるにもかかわらず、検出されないことが生じ得る。つまり、キーパターンPkが検出できないといったエラーが生じることになってしまう。

0043

このようなエラーは、例えば、登録用ワークピースWtの表面が汚れており、この汚れがテンプレート画像Tmに映り込んでいる場合には、発生確率が高くなってしまうものと考えられる。

0044

さらに、図2(B)、及び、図4(B)に示すように、裏面研削されたウェーハWの裏面Wbから赤外線カメラ(IRカメラ)を利用して撮像した撮像画像30Dに含まれるウェーハWの表面側のパターンPをキーパターンPkとし、当該キーパターンPkをテンプレート画像Tmとして登録していた場合には、当該テンプレート画像Tmに研削による研削痕(ソーマーク)が映り込む。この場合、処理用ワークピースWsについては、同一のものが実質的に存在しない研削痕をも含めてパターンマッチングが実施されることになるため、キーパターンPkが検出されないエラーの発生確率が高いものとなってしまう。

0045

加えて、図3に示す処理用ワークピースWsの表面が汚れており、この汚れが撮像画像30Aに映り込んでいることによって、相関性が低く算出され、キーパターンPkが検出されないエラーが発生するといったことも懸念される。

0046

そこで、このようなエラーの発生確率を低下させ、高精度なパターンマッチングを実現可能とするために、本発明では、以下に説明する特徴的な方法が実施される。

0047

以下では、図5に示すように、ウェーハWの裏面Wbからウェーハの表面側のパターンを撮像する場合の例を用いて説明する。

0048

まず、図5に示すように、例えば、登録用ワークピースWtの裏面Wbからウェーハ表面側のキーパターンPkを含む撮像画像30Cを取得し、テンプレート画像Tmとするテンプレート画像形成ステップを実施する。

0049

撮像画像30Cの取得は、登録用ワークピースWtをチャックテーブル12(図1)にセットするとともに、例えば赤外線カメラからなる撮像装置13によって登録用ワークピースWtのデバイス15Cの任意の特定のエリアを撮像することで行われる。

0050

この撮像画像30Cの取得はオペレータのマニュアル操作によって行うほか、自動処理によって行ってもよい。なお、撮像画像30Cには、パターンマッチングにおいて高い相関性が得られるようにするために、特徴的な形状を有するパターンP(キーパターンPk)が含まれるものとする。この処理は、ティーチング処理(Teaching処理)とも称される。

0051

次いで、図6に示すように、テンプレート画像Tmに複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像T1,T2を形成するテンプレート候補形成ステップを実施する。

0052

本実施形態では、図6に示すように、テンプレート画像Tmにフィルタ処理S1を施し、更に、2値化処理S2を施すことによって、複数のテンプレート候補画像T1,T2が形成されるようになっている。

0053

ここで、フィルタ処理40は、周知の画像処理方法により実施することができ、例えば、パターンのエッジ輪郭)を検出するためのエッジ検出フィルタが用いられる。例としては、以下の式で代表される各種エッジ検出フィルタを使用することができる。そして、複数のエッジ検出フィルタを用いることによって、各エッジ検出フィルタの特性に応じた画像が形成されることになる。

0054

0055

0056

0057

0058

0059

0060

また、2値化処理S2は、フィルタ処理40された画像について、例えば、白と黒の二色のみからなる画像に変換する処理である。この場合の閾値は、例えば、230、235、240、245、250といったように複数設定することができる。そして、複数の閾値を用いることによって、各閾値に応じた画像が形成されることになる。

0061

本実施形態では、図7に示すように、上述した合計6種類のエッジ検出フィルタと、合計5種類の閾値(A〜E)を用いることで、合計30種類の画像処理が実施され、合計30個のテンプレート候補画像T1〜T30が形成される。

0062

そして異なる画像処理が施された合計30個のテンプレート候補画像T1〜T30は、図6のテンプレート候補画像T1〜T3の例に示されるように、それぞれ異なった画像となる。そして、例えば、もともとテンプレート画像Tmに傷や汚れ、研削痕などの異物(ノイズ要因)が含まれていた場合であっても、画像処理によって、この異物が効果的に除去されたテンプレート候補画像の形成を図ることができる。

0063

例えば、図6の例では、テンプレート画像T1では異物として研削痕(ソーマーク)が現れているところ、テンプレート画像T3では、この研削痕が効果的に除去された画像として形成されるようになっている。

0064

なお、上述したエッジ検出フィルタや2値化処理に加え、例えば、移動平均フィルタメディアンフィルタ等を用いた平滑化処理を実施することとしてもよい。

0065

次いで、テンプレート候補形成ステップで形成した複数のテンプレート候補画像T1〜T30と処理用ワークピースWsの撮像画像30Aをパターンマッチングにて相関性を算出するとともに、処理用ワークピースWsの撮像画像30Aに含まれるキーパターンPkを検出する相関性算出ステップを実施する。

0066

パターンマッチングは、図8の例にも示されるように、撮像画像30Aにおいて、テンプレート候補画像T1〜T30と同一の縦横画素数を有するマッチング用枠MWを縦横方向に1ピクセル単位でずらした際に、その都度、マッチング用枠MW内に含まれる被マッチング領域Mgと、テンプレート候補画像T1〜T30を対比し、複数ある被マッチング領域Mgの中で、テンプレート候補画像T1〜T30と最も相関性が高い被マッチング領域Mgが、キーパターンPkとして検出されることになる。

0067

ここでの相関性(相関値)の算出は、周知の相関式を用いて実施することができ、例えば、下記式7にて示される相関式(NCC Normalized Cross−Correlation)を使用することができる。

0068

0069

なお、この他にも、相関式として、例えば、SSD(Sum of Squared Difference)やSAD(Sum of Absolute Difference)、ZNCC(Zero−mean Normalized Cross−Correlation)等を利用してもよい。

0070

以上のようにして、登録用ワークピースWtの撮像画像30Cに基づいて形成される複数のテンプレート候補画像を参照し、処理用ワークピースWsの撮像画像30Aとのパターンマッチングを行うことで、一つの画像を参照してパターンマッチングを行う場合と比較して、高精度なパターンマッチングが実現できる。

0071

つまり、例えば、仮にテンプレート画像に傷や汚れ、研削痕等の異物(ノイズ要因)が写り込んだとしても、この異物を画像処理によって効果的に除去することができ、高い相関性を呈することになるテンプレート候補画像(図6の例では、T3)を取得することができ、当該テンプレート候補画像を利用することで、高精度なパターンマッチングが実現できる。

0072

そして、このようなパターンマッチングの応用の一例として、図10に示す処理用ワークピースWsについて、二箇所のキーパターンを検出し、平行出し(θ合わせ)を実施する場合について説明する。

0073

この例では、図10に示すように、処理用ワークピースWs上において、同一直線状に配置される二つの第一、第二の位置X1,X2における撮像画像30A,30Bに対するパターンマッチングの際に、テンプレート画像Tmに基づいて形成される複数のテンプレート候補画像を用いて、高精度なパターンマッチングを実施するものである。

0074

以下、具体的に説明すると、まず、図9に示すように、登録用ワークピースWtの任意の位置Xnにおいて、撮像画像30Cが取得される。

0075

そして、この撮像画像30Cの中から、ユニークな形状、つまりは、キーパターンを含む領域が、それぞれテンプレート画像Tmとして取得される。このテンプレート画像Tmを取得する処理は、ティーチング処理(Teaching処理)とも称される。

0076

次いで、各テンプレート画像Tmに画像処理(上述のフィルタ処理S1、2値化処理S2)が施されることで、テンプレート画像Tmについて、30種類のテンプレート候補画像T1〜T30が形成される。

0077

次いで、図10に示すように、処理用ワークピースWsの第一の位置X1において、撮像画像30Aを取得するとともに、30種類のテンプレート候補画像T1〜T30を用いたパターンマッチングが実施される。このパターンマッチングにより、撮像画像30A内の特定の領域がキーパターンKp1として検出されることになる(第一キーパターン検出ステップ)。

0078

同様に、図10に示すように、処理用ワークピースWsの第二の位置X2において、撮像画像30Bを取得するとともに、30種類のテンプレート候補画像T1〜T30を用いたパターンマッチングが実施される。このパターンマッチングにより、撮像画像30B内の特定の領域がキーパターンKp2として検出されることになる(第二キーパターン検出ステップ)。

0079

なお、以上の第一、第二の位置X1,X2でのパターンマッチングにおいては、必ずしも同一のテンプレート候補画像T1〜T30によって高い相関性が示されるものとは限らない。例えば、第一の位置X1においては、テンプレート候補画像T4において最も相関性が高く、第二の位置X2においては、テンプレート候補画像T10において最も相関性が高い、といった状況も生じ得る。このように、各位置において複数のテンプレート候補画像を参照してパターンマッチングを行うことで、各位置において高い相関性を得ることができるようになる。

0080

次いで、図10に示すように、上記のように二箇所で検出されたキーパターンKp1,Kp2が、特定方向の一直線上に配置される、つまりは、二箇所で検出されたキーパターンKp1,Kp2を結ぶ線の方向H2を、被整列物であるレーザ加工ヘッド加工方向である特定方向H1と一致させるように、処理用ワークピースWsを矢印R方向に回転させる平行出し(θ合わせ)が行われる。

0081

図10の例では、図1に示されるレーザー照射ユニット10によるレーザー加工が実施されることとしており、特定方向H1がチャックテーブル12の移動方向であるX軸方向となっている。このため、上記平行出し(θ合わせ)によって、キーパターンKp1,Kp2を結ぶ線の方向H2が、X軸方向と一致することになる。

0082

以上の平行出し(θ合わせ)の方法では、高精度なパターンマッチングに基づいたキーパターンKp1,Kp2の検出がなされるため、高精度な平行出し(θ合わせ)を実施することができる。

0083

なお、従来は、登録用ワークピースWtを用いて登録されたテンプレート画像Tmをそのまま用いて、後のパターンマッチングを行うものに過ぎなかったため、テンプレート画像Tmに異物が含まれる場合には、キーパターンが検出されないエラーが生じる可能性が高かった。これに対し、上記の実施形態では、テンプレート画像に画像処理を行うとともに、高い相関性が得られるであろうターゲットパターンを用いたパターンマッチングが行われることになるため、エラーが生じる確率を抑えることが可能となる。

0084

また、ターゲットパターンTPを用いたパターンマッチングがなされるワークピースとしては、上述した半導体ウェーハなどの被加工物のほか、測定対象となる被測定物や、洗浄対象となる被洗浄物も含まれる。

0085

以上のようにして、本発明を実施することができる。
即ち、図9及び図10に示すように、ワークピース上でキーパターンを検出するキーパターン検出方法であって、登録用ワークピースWtの撮像画像30Cを取得して撮像画像30Cに含まれる特定の領域で定義されるテンプレート画像30Cを取得するテンプレート画像形成ステップと、テンプレート画像30Cに複数の画像処理をそれぞれ施して複数のテンプレート候補画像Tx1を形成するテンプレート候補形成ステップと、処理用ワークピースWs上を撮像して処理用ワークピース撮像画像30Aを取得し、処理用ワークピース撮像画像30Aに対し、複数のテンプレート候補画像T1〜T30を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域をキーパターンKp1として検出するパターンマッチングステップと、を備えたキーパターン検出方法とするものである。

0086

これによれば、登録用ワークピースWtの撮像画像30Cに基づいて形成される複数のテンプレート候補画像を参照し、処理用ワークピースWsの撮像画像30Aとのパターンマッチングを行うことで、一つの画像を参照してパターンマッチングを行う場合と比較して、高精度なパターンマッチングが実現できる。

0087

また、画像処理としては、複数のエッジ検出処理と複数の閾値における二値化処理との組み合わせから少なくともなる。

0088

これにより、傷や汚れ、研削痕等の異物(ノイズ要因)が写り込んだとしても、この異物を効果的に除去することができる。

0089

また、図9及び図10の例に示すように、上述のキーパターン検出方法を使用して処理用ワークピースWsを被整列物であるレーザー照射ユニット10に対して整列させるアライメント方法(平行出し(θ合わせ))であって、処理用ワークピースWsは、第一方向に整列した少なくとも2以上のキーパターンを有し、パターンマッチングステップでは、処理用ワークピースの第一方向の第一の位置X1において、処理用ワークピース撮像画像30Aを形成し、処理用ワークピース撮像画像30Aに対し、複数のテンプレート候補画像T1〜T30を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を第一キーパターンとして検出する第一キーパターン検出ステップと、処理用ワークピースWsの第一方向の第二の位置X2において、処理用ワークピース撮像画像30Dを形成し、処理用ワークピース撮像画像30に対し複数のテンプレート候補画像T1〜T30を用いてパターンマッチングを実施して、最も高い相関性を得られた領域を二キーパターンとして検出する第二キーパターン検出ステップと、第一キーパターン検出ステップと第二キーパターン検出ステップとを実施した後、第一キーパターンと第二キーパターンとが一直線上に配置されるように被整列物(レーザー照射ユニット10、或いは、X軸、Y軸など基準となる対象物)に対して処理用ワークピースを相対的に回転させる整列ステップと、を備えたアライメント方法とするものである。

0090

以上のアライメント方法では、高精度なパターンマッチングに基づいたキーパターンKp1,Kp2の検出がなされるため、高精度なアライメントを実施することができる。

0091

さらに、上述した相関性算出ステップにおいては、図11に示す追加的な処理を行うこととしてもよい。

0092

即ち、処理用ワークピースWsを撮像して形成された撮像画像30Aに複数の画像処理をそれぞれ施して複数の処理用ワークピース撮像画像W1〜W30を形成し、形成された処理用ワークピース撮像画像W1〜W30に対して複数のテンプレート候補画像T1〜T30とのパターンマッチングを実施して相関性を算出するとともに、処理用ワークピース撮像画像W1〜W30に含まれるキーパターンを検出することとするものである。

0093

これによれば、マッチングされる側の画像である撮像画像30Aについて、複数のワークピース処理画像T1〜T30が形成されることになり、マッチングされる側の画像についても、傷や汚れ、研削痕等の異物(ノイズ要因)が写り込んだとしても、この異物を効果的に除去することができる。

0094

そして、複数の処理用ワークピース撮像画像W1〜W30と、複数のテンプレート候補画像T1〜T30とを、全組み合わせで対照し、キーパターンPkの検出と、相関性の算出がなされる。

0095

次に、テンプレート候補画像T1〜T30を用いた、オートフォーカスについて図12を用いて説明する。撮像装置13には顕微鏡13aが設けられており、Z軸方向に図示せぬレンズを移動させることで、撮像対象の撮像領域に対する焦点が合わせられるようになっている。

0096

オートフォーカスをする際には、まず、Z軸方向の高さ位置H1〜H4において撮像画像G1〜G4を取得し、各撮像画像G1〜G4と、テンプレート候補画像T1〜T30のパターンマッチングを実施する。

0097

そして、最も高い相関性を呈した撮像画像G1〜G4が撮像された高さ位置が、撮像領域に対して最も焦点が合っているものとして、当該高さ位置がレンズのオートフォーカス位置(撮像対象とレンズの距離)として定義される。

0098

このようにオートフォーカスに際し、テンプレート候補画像T1〜T30を参照し、キーパターンとのパターンマッチングを実施することでレンズ高さを定義することができる。

0099

パターンマッチングについては、複数のテンプレート候補画像T1〜T30が参照されるため、高精度なオートフォーカスが実現されることになる。

0100

さらに、撮像画像G1〜G4についても画像処理を行って、各撮像画像G1〜G4について複数の処理画像を形成し、各処理画像とテンプレート候補画像T1〜T30のパターンマッチングを実施することとしてもよい。

0101

2レーザー加工装置
5制御装置
5mメモリ
15Aデバイス
30A撮像画像
30B 撮像画像
30C 撮像画像
Pパターン
Pkキーパターン
S1フィルタ処理
S22値化処理
Tmテンプレート画像
T3テンプレート候補画像
Tpターゲットパターン
Ws処理用ワークピース
Wt登録用ワークピース

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