JPH01205960A - 半導体ウエハの位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体ウェハに対して何らかの作業を行う機
械系において、半導体ウェハに対する作業に先立ち、半
導体ウェハ全体に対するａ　ｖＡ系の二次元座標の位置
合わせをするのに、機械系に付随して設けられる撮像装
置が撮像した半導体ウェハの素子パターンのパターン認
識をもって行うようにした半導体ウェハの位置合わせ装
置に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの種の半導体ウェハの位置合わせ装置において
は、撮像装置によって個々の素子パターンの各ドツトに
おける画像信号（サンプル画像信号）を２値化し、この
サンプル画像の２値データを、予めのティーチングによ
ってメモリに格納していた基準の素子パターンの各ドツ
トついて得られた基準画像の２値データと比較する作業
を多数のサンプル画像について行い、基準画像の２値デ
ータに対して最もよく一致する２値データを有するサン
プル画像を基にして、半導体ウェハ全体に対する機械系
の二次元座標の位置合わせを行っていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来装置によれば、撮像装置の視野内に複数の素子が存
在する場合には、不適当な素子を基準の素子として選択
することがあり、その結果、位置合わせミスを起こすお
それがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、視野内に複数の素子が存在する場合でも、機械系と
半導体ウェハとの相対的位置合わせを正確に行うことが
できるようにすることを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。理解を助けるために、発明の構成の一例
を第１図に掲げ、それを参照しながら説明する。

本発明の半導体ウェハの位置合わせ装置は、半導体ウェ
ハ表面上の素子パターンの大きさを記憶する素子サイズ
記憶手段１と、 半導体ウェハ表面上の少なくとも２箇所の素子パターン
を撮像し、画像信号をＡ／Ｄ変換する撮像装ｒ！１２と
、 前記撮像装置２が撮像したサンプル画像の多値データを
記憶する第１記憶手段３と、 ）！Ｅ準再画像多値データを記憶する第２記憶手段４と
、 前記第１記憶手段３から読み出したサンプル画像の多値
データと前記第２記憶手段４から読み出した基準画像の
多値データとを比較する比較手段５と、 複数のサンプル画像について前記のように比較した中で
、予め前記撮像装置の視野内の所定の位置に定められ前
記素子サイズ記憶手段１に記憶されている素子パターン
の大きさに対応して定められた所定の大きさの領域内に
あるサンプル画像であって最も基準画像の多値データと
近位する多値データをもつサンプル画像を判別する判別
手段６と、 この判別によって得られたサンプル画像と撮像装置との
相対的ずれ量について、半導体ウェハ表面に沿ったＸ方
向ずれ間Δｘ、Ｙ方向ずれ■Δｙおよび半導体ウェハ表
面に対して垂直な軸心まわりのずれ角度Δθを算出する
演３γ手段７と、撮像装置２と半導体ウェハとを、前記
のＸ方向ずれ量Δｘ、Ｙ方向ずれ攪Δｙおよびずれ角度
Δθだけ相対的に補正移動する位置補正手段８々を備え
たものである。

なお、撮像装置２は、半導体ウェハ表面上の少なくとも
２箇所の素子パターンを撮像するものであればよく、そ
の個数は問わない、すなわち、撮像装置２が１つだけで
、機械的または光学的に撮像位置を変更するものであっ
てもよいし、撮像装ｒ１２が複数あってその各々によっ
て別々の素子パターンを個別的に撮像するのでもよい。

また、この構成でいう「素子パターンの大きさ」は広義
のもので、素子パターンを囲む四角形のスクライブライ
ンの中心線を結ぶ四角形の大きさを意味するほか、素子
パターンそのものの面積と等しい大きさを意味したり、
あるいは、それらの大きさから多少の拡ＩＩ変化をもっ
た大きさを意味する場合もある。

く作用〉 本発明の構成による作用は、次のとおりである。

撮像装置２により素子パターンを撮像し、その画像デー
タを第１記憶手段３に記憶し、比較手段５により第１記
憶手段３から読み出したサンプル画像の多値データと第
２記憶手段４から読み出した基準画像の多値データとを
比較し、判別手段６により、予め撮像装ｒｌ１２の視野
内の所定の位置に定められ素子サイズ記憶手段１に記憶
されている素子パターンの大きさに対応して定められた
所定の大きさの領域内にあるサンプル画像であって最も
基準画像の多値データと近位する多値データをもつサン
プル画像を判別し、演算手段７によりそのサンプル画像
と撮像装置２との相対的ずれ量を演算し、位置補正手段
８によりそのずれ■を４ｉ１ｉ正する。

すなわち、サンプル画像と撮像装置とのずれ螢の演算の
もとになる基準画像と比較すべきサンプル画像の検索領
域として、視野内の所定の位置に定められ素子パターン
の大きさに対応して定められた所定の大きさの領域を設
定しているから、視野内に複数の素子が存在する場合で
あっても、機械系と半導体ウェハとの相対的な位置合わ
せが正確なものとなる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

この実施例は機械系として、半導体ウェハを貼付けた粘
着テープに対してマウント用フレームを貼付ける装置に
適用した場合のものである。

第３回はマウント用フレームの貼付は装置の一部破断の
正面図、第４図はその一部の側面図、第５図は平面図で
ある。

これらの図に示すように、固定ベース１１上に半導体ウ
ェハＡの搬送方向であるＸ方向に沿って小距離だけ往復
移動するＸテーブル１２が配置され、Ｘテーブル１２上
にＸ方向に対する水平な直角方向であるＸ方向に沿って
小距離だけ往復移動するＹテーブル１３が配置されてい
る。

固定ベース１１の上面に複数のＸ方向レール１４が固定
され、Ｘテーブル１２の下面にはＸ方向レール１４に係
合するレールガイド１５が取り付けられている。

固定ベース１１の下面にＸテーブル駆動用パルスモータ
１６が取り付けられているとともに一対の軸受１７．１
８が取り付けられている。軸受１７．１８間にはスクリ
ュー軸１９が軸支され、スクリュー軸１９の一端はＸテ
ーブル駆動用パルスモータ１６の出力軸に連結されてい
る。

スクリュー軸１９とともにボールネジを構成するナツト
（図示せず）を保持したナツトケーシング２０が固定ベ
ース１１に形成された貫通孔を上下に貫通し、その上端
がＸテーブル１２の下面に取り付けられている。

Ｘテーブル１２上にＸ方向に沿った複数のＸ方向レール
２１が固定されている。Ｙテーブル１３の下面にはＸ方
向レール２１に係合するレールガイド２２が取り付けら
れている。

Ｘテーブル１２の上面の端部にＹテーブル駆動用パルス
モータ２３が取り付けられているとともに軸受２４が取
り付けられている。軸受２４’４こはスクリュー軸２５
が軸支され、スクリュー軸２５の一端はＹテーブル駆動
用パルスモータ２３の出力軸に連結されている。

スクリュー軸２５とともにボールネジを構成するナツト
（図示せず）を保持したナツトケーシング２６がＹテー
ブル１３の上面に取り付けられている。

上面に半導体ウェハΔを載置固定するウェハ・チャック
テーブル２７がＹテーブル１３およびＸテーブル１２を
貫通して固定ベース１１に取り付けられている。

次に、２つのマイクロスコープ５１．５２およびフレー
ム・チャックテーブル２９の昇降機ｆｆ１３０、旋回機
構３１およびθ回動機措３２について説明する。

まず、昇降機構３０について説明する。

第３図に示すように、Ｙテーブル１３の下面に昇降モー
タ３３が取り付けられ、この昇降モーフ３３は、Ｘテー
ブル１２および固定ベース１１に形成された貫通孔を通
して固定ベース】１の下方に突出し°ζいる。

Ｙテーブル１３の上面に支柱３４が立設され、この支柱
３４の上端板と下端板とに縦方向のスクリュー軸３５が
軸支され、このスクリュー軸３５の下端が昇降モータ３
３の出力軸に連結されている。

スクリュー軸３５とともにボールネジを構成するナツト
（図示せず）を保持したナツトケーシング３６ニレール
ガイド３７が取り付けられ、このレールガイド３７を嵌
合して案内する縦レール３８が支柱３４に取り付けられ
ている。ナツトケーシング３６に支持部材３９が連設さ
れ、支持部材３９に軸支された回転軸４０に旋回部材４
１が固着連設されている。

第５図にも示すように、この旋回部材４１に揺動環状枠
４２が固定され、揺動環状枠４２に回動自在に嵌合され
たθリング４３の下面にフレーム・チャックテーブル２
９が固定されているとともに、上面に支柱４４ａを介し
てスコープステージ台４４が固定されている。

次に、旋回機構３１について説明すると、ナツトケーシ
ング３６に連設された支持部材３９の上面に旋回用エア
モータ４５が取り付けられ、前記の回転軸４０が旋回用
エアモータ４５の出力軸に連結されている。

次に、θ回動機構３２について説明する。

第５図に示すように、旋回部材４１に縦軸まわりに揺動
自在に取り付けた揺動板４６と、ｔＬ５動板４６に軸支
されたスクリュー軸４７と、揺動板４６に取り付けられ
スクリュー軸４７を回転する０回動用パルスモータ４８
と、スクリュー軸４７に螺合されたナツト４９と、この
ナツト４９をθリング４３に連結する連結板５０とから
構成されている。

スコープステージ台４４には、Ｙ方向に沿って所定間隔
隔てて第１．第２のマイクロスコープ５１゜５２が取り
付けられている。

次に、半導体ウェハの位置合わせ装置の要部に係る構成
を第２図のブロック図に示して説明する。

第１マイクロスコープ５１の画像信号出力端子は、画像
信号を２５６階調にＡ／Ｄ変換して８ビット信号として
出力する第１Ａ／Ｄ変換器５３を介して制御コ四部５４
におけるコントローラ５５に接続されている。

第２マイクロスコープ５２の画像信号出力端子は、画像
信号を２５６階調にＡ／Ｄ変換して８ビット信号として
出力する第２Ａ／Ｄ変ＩＡ２′＆５６を介してコントロ
ーラ５５に接続されている。

この第１．第２マイクロスコープ５１．５２と、第１、
第２のＡ／Ｄ変換器５３．５６が発明の構成にいう撮像
装置２に相当する。

コントローラ５５は、素子パターンの大きさのデータを
予め格納している素子サイズメモリ５７と、基準パター
ンについて予めティーチングして得られた基準画像の２
５６階調の多値データを格納する基準パターンメモリ５
９と、第１マイクロスコープ５１、第２マイクロスコー
プ５２から得られるサンプル画像の２５６階調の多値デ
ータを格納するＶＲＡＭ（ビデオＲＡＭ）６０と、モニ
タ用デイスプレィ６１と、マイクロコンピュータにおけ
るＣＰＵ６２とに接続されている。

素子サイズメモリ５７が発明の構成にいう素子サイズ記
憶手段１に相当し、ＶＲＡＭ６０が発明の構成にいう第
１記憶手段３に相当し、基準パターンメモリ５９が第２
記憶手段４に相当する。

制御ｎ部５４は、コントローラ５５とＣＰｔＪ６２とか
ら構成されている。ＣＰＵ（ｉ２は、１Ｍ６３．ＲＡＭ
６４に接続されているとともに、Ｘテーブル駆動用パル
スモータ１６を駆動するＸテーブルドライバ６５゜Ｙテ
ーブル駆動用パルスモータ２３を駆動するＹテーブルド
ライバ６６．０回動用パルスモータ４８を駆動するθリ
ングドライバ６７および昇降モータ３３を駆動するＺ方
向ドライバ６８に接続されている。

コントローラ５５は、ラプラシアン処理部６９とパター
ンマンチング部７０とを有している。

コントローラ５５とＣＰＵ６２とからなる制御部５４が
、発明の構成にいう比較手段５１判別手段６゜演算手段
７を含んでいる。また、Ｘテーブルドライバ６５．Ｙテ
ーブルドライバ６６およびθリングドライバ６７が発明
の構成にいう位置補正手段８に相当する。

次に、位置合わせの原理を説明する。

■里整 粗調整は半導体ウェハＡのＹ方向スクライブラインＳｖ
　（第７図参照）に対して、両マイクロスコープ５１．
５２の視野中心どうしを結ぶ直線に対し水平な直角方向
の基準Ｙ方向ラインＬ、がほぼ平行となるようにθリン
グ４３を回動する調整であり、この才■調整は、ラプラ
シアン処理と回転ずれ星検出処理との２段階の処理で行
われる。

■　ラプラシアン処理 マイクロスコープによって撮像して得られたすンプル画
像について局所的微分操作を行うと、画像のエツジのみ
がシャープになる。第６図に一例を挙げる。

図の（Ａ）は原画像■１を示し、（Ｂ）はラプラシアン
処理が施された後の２値ラプラシアン画像■２を示す。

エツジは白線ｅとなってモニタ用デイスプレィ６１に映
し出され、その他の部分は全面点になっている（図（Ａ
）、（Ｂ）では、都合上、白と黒とを反転して図示しで
ある）。

このラプラシアン処理は、第１マイクロスコープ５１に
よる第１ティーチング画面入力位五Ｐ１（第９図参照）
での処理と、第２マイクロスコープ５２による第２ティ
ーチング画面入力位置Ｐ２での処理とを個別的に行う。

■　回転ずれ量検出処理 これは、■のラプラシアン処理で求めた２値ラプラシア
ン画像を基にして回転ずれ計を検出する処理である。半
導体ウェハＡについての２値ラプラシアン画像の一例を
第７図に示す。

まず、角度θ１のサーチラインと２値ラプラシアン画像
の白線ｅとの交点、すなわち、白のドツトをカウントし
、白点数を得る。

電子的にサーチラインをＸ方向に１ドツトすらすｂＷ引
を行い、そのサーチラインでの同し角度θ１における白
点数を得る。

以下、同様にしてサーチラインをＸ方向に１ドツトずつ
１Ｍ引し、同じ角度θ１での白点数を順次的に得る。そ
して、角度θ１で得られた複数の白点数のうち最大白点
数Ｑ、を求める。

次いで、電子的にサーチラインを微小なピッチ角Δφだ
けずらしθ２に切り換える。この角度θ２においても前
述と同様の操作を行い、角度θ２での最大白点数Ｑ２を
求める。

以下、順次ピッチ角Δφずつずらし、個々の角度におけ
るサーチラインの掃引を行って、各角度θｋ　（ｋ＝１
，２．・・・ｎ）での最大白点数Ｑｋを求める。そして
、最大白点数Ｑ、、Ｑ２．−Ｑ。

のうちの極大値Ｑ１１ｍＭを得たときのサーチラインの
角度θ、□を求める。

この極大白点数角度θ□８が、半導体ウェハＡのＹ方向
スクライブラインＳ、に対するマイクロスコープ側の基
準Ｙ方向ラインＬ、ｖのずれ角度である。

この回転ずれ量検出処理も、第１マイクロスコープ５１
による第１ティーチング画面入力位ｇｌ　Ｐ　＋での処
理と、第２マイクロスコープ５２による第２ティーチン
グ画面入力位置Ｐ２での処理とを個別的に行う。

童叫整 この微調整は、例えば２５６階調等の多値データを用い
たマツチング法により、予めティーチングされている基
準画像の多値データとサンプル画像の多値データとのマ
ツチングを行い、最もマツチングする位置を求めるもの
である。この微調整は、パターンマツチングと、ずれｆ
ｆ１３γ出と、各ドライバ駆動とからなる。このうち、
パターンマツチングとずれｆｆｌ算出について説明する
。

■　パターンマツチング 予め基準パターンメモリ５９に格納されている基ＸＶパ
ターン（テンプレートともいう）とサンプルパターンと
の照合を行う、ティーチングによって格納される基準パ
ターンとしては、第８図＜Ｂ）に示すように、ユニーク
な素子パターンが集中していることの多いスクライプラ
インの交差点に望む４つのＩＣ千ノブの角隅部分のパタ
ーンを選ぶことが多い。この基準パターンの大きさを、
例えばＸ方向に３２ドツト、Ｘ方向にも３２ドツトとす
る。

第８図（Ａ）に示すように、マツチング画面入力位置の
近傍において、３２ドツト×３２ドントの大きさの任意
の位置のサンプルパターン画面領域ＳＰについてそのＩ
ドツトごとの２５６ＮｆｆｊＪＵの値と基準パターンに
おける対応した１ドツトごとの２５６階調の値との差分
を求める。

すなわち、第８図（Ｂ）に示す３２ドア）Ｘ３２ドント
の大きさの基＜１２パターンの構成画素の値をマトリク
ス的に表して、ａｏ、。＋ａＯ＋１　・・・ａｏ、３１
゜ａＩＩＯｌ　ａＩＩ−…ａ１．３１１　……………ａ
３■、ｏＩａ）Ｌ＋１・・・ａ３１＋３１　とする。

また、第８図（Ａ）に示すモニタ用デイスプレィ６１に
映し出された画像のうち角隅がらＸ方向にｉドツト、Ｘ
方向にｊドツトの座標点（ｉ、ｊ）から始まる３２ドツ
ト×３２ドツトのサンプルパターン画面領域ＳＰの構成
画素の値を７トリクス的に、ｂ（ｉ、ｊ）。、。、　　
ｂ（ｉ、ｊ）。１・・・ｂ（ｉ、ｊ）。１，１゜ｂ　（
ｉ、ｊ）　ｌ＋。、　　ｂ（ｉ、ｊ）ｔ、ｔ・・・ｂ　
（Ｌｊ）　ｌ＋　３１＋　・・・・・・ｂ　（ｉ、ｊ）
　ｆｆ＋＋。＋　　ｂ　（ｔ＋Ｊ）　ｆｆｌ＋　１・・
・ｂ　（Ｌｊ）　３１＋　ｓ＋とする。そして、位置が
互いに対応するドツトのサンプル画像の多値データと基
準画像の多値データとの差分の絶対値をとり、その差分
の絶対値の合計をする。つまり、マツチング度α（ｉ、
ｊ）として、 を計算する。

例えば、画像の点（ｉ、ｊ）から始まる３２ドツト×３
２ドツトの大きさのサンプルパターンのマツチング度α
（ｉ＋Ｄ　は、 α（ｉ、ｊ）　＝　Ｉ　ａｏ＋ｏ　−ｂ（Ｌｊ）　ｌｌ
＋Ｄ　　Ｉ＋　ｌ　ａ　６．　＋　　　ｂ　（ｉ＋３）
　ｏ、＋　　ｌ　＋”’十Ｉ　ａｏ、ｘ＋　　ｂ（１＋
ｊ）　ｏ、ｘ＋　ｌ＋　ｌ　　ａｌ＋ｏ　　−ｂ（Ｌｊ
）　　ｌ＋ｌｌ　　ｌ＋　ｌ　　ａ量、＋　　　ｂ（ｉ
＋ｊ）　　Ｉ＋Ｉ　　ｌ　＋−＋　ｌ　　ａ量、ｘ＋　
　　ｂ（ｉ＋ｊ）　　＋、ｆｆ＋　Ｉ　＋−−−十ｌ　
ａ　ｓ量、　ｏ−ｂ　（ｉ＋３）　２１＋。１＋　Ｉ　
ａ３１＋ｌ　　ｂ（ｉＪ）　　ｘ＋、＋　１　＋−＋　
ｌ　　ａ３１＋３１　　　ｂ（ｉ＋ｊ）　　ｓ＋＋ｘ＋
　　Ｉとなる。

サンプルパターン画面９１１域ＳＰをＸ方向に１ドツト
ずつ掃引していき、それぞれのマツチング度α（ｉ、ｊ
）＋α（ｉ＋１．３）、α（ｉ＋２．ｊ）・・・α（ｉ
＋χ正、ｊ）を求める。これらはＸ方向で１ドツト目の
マツチング度である。

次いで、サンプルパターン画面領域ＳＰをＸ方向に１ド
ツトずらした状態でＸ方向に１ドツトずつ掃引していき
、それぞれのマツチング度α（ｉ、ｊ＋１）、α（ｉ＋
１．ｊ＋１）、α（ｉ＋２．ｊ＋１）・・・α（ｉ＋Ｘ
ｔ　、ｊ＋１）を求める。これらはＸ方向で２ドツト目
のマツチング度である。

以降、同様に掃引していき、マツチング度α（ＬＪ＋ち
　）、α（ｉ＋１．ｊ＋Ｙ、　　Ｌ　　α（ｉ＋２．ｊ
＋ＹＪ　）　　・・・α（ｉ＋Ｘ１　、ｊ十ち）を求め
る。これらはＸ方向でＹＪドツト目のマツチング度であ
る。

これらのマツチング度α（＝）＋α（ｉ＋１．ｊ）。

α（ｉ＋２．ｊ）−ａ＜：＋Ｘｔ　＋ｊ）　＋　　ｃｒ
（ｉ、ｊ＋１）。

α（ｉ＋１．ｊ＋１）、α（ｉ＋２．ｊ＋１）−ｃｒｃ
ｒ＋Ｘｔ　　、ｊ＋１）　　＝・−−−・、　　（ｒ（
ｉ、ｊ＋ＹＪ）、α（ｉ＋１４＋Ｙ、　）、α（ｉ＋２
．３＋Ｙｊ）・・・α（ｉ＋Ｘｔ　、ｊ＋Ｙｊ）のうち
最も小さいマツチング度α（１？、Ｓ）を求める。

この最小のマツチング度α（Ｒ，Ｓ）に対応して画像の
一番角隅の点（０，０）からＸ方向にＲドツト。

Ｘ方向にＳドツト隔てた点（Ｒ，Ｓ）から始まる３２ド
ツト×３２ドツトのサンプルパターン画面領域ＳＰのパ
ターンが基準パターンと最も近似している。

もし、マツチング度α（Ｒ，Ｓ）がＯであれば、完全に
基準パターンと一致している。

第１ティーチング画面入力位置Ｐｌにおいて第１マイク
ロスコープ５１で撮像した基準パターンの画像データを
基準パターンメモリ５９に記）αするときに、その第１
ティーチング画面の視野中心のＸ方向、Ｘ方向での座標
データをも記憶しておく。

同様に、第２ティーチング画面入力位置Ｐ！において第
２マイクロスコープ５２で撮像した基準パターンの画像
データを基準パターンメモリ５９に記憶するときに、そ
の第２ティーチング画面の視野中心のＸ方向、Ｘ方向で
の座標データをも記憶しておく。

そして、第１ティーチング画面入力位置Ｐ１においてパ
ターンマツチングを行うときには、第１マイクロスコー
プ５１を、その視野中心が先に記憶しておいた第１ティ
ーチング画面の視野中心と一致するように位置制御し、
第２ティーチング画面人力位置Ｐ２においてパターンマ
ツチングを行うときには、第２マイクロスコープ５２を
、その視野中心が先に記憶しておいた第２ティーチング
画面の視野中心と一致するように位置制御する。

加えて、パターンマツチングを行うときには、基準パタ
ーンの位置が第８図（Ａ）においてＷｌで示されるよう
に、その位ｆｆＷ１の中心が視野中心と位置するような
関係でパターンマツチングが行われ、その際、素子パタ
ーンの大きさを示す領域Ｗ２もその中心が視野中心と位
置するような関係でパターンマツチングが行われる。

したがって、上記の’＋　　Ｊの範囲は、第１マイクロ
スコープ５１による画像データに対しては、であり、第
２マイクロスコープ５２による画像データに対しては、 である。ただし、Ｖｘ、Ｖｖ、ＣＸ、Ｃｖは、第８図（
Ａ）に示すように、それぞれ視野のＸ方向の大きさ、視
野のＸ方向の大きさ、素子パターンのＸ方向の大きさ、
素子パターンのＸ方向の大きさであり（ただし、素子パ
ターンを囲む四角形のスクライブラインの中心線を結ぶ
四角形の大きさ）、Ｘ、、Ｙ、は、それぞれ第１マイク
ロスコープ５１による画像データに対してα（１１，Ｓ
）が最小となる３２ドツト×３２ドツトのサンプルパタ
ーン画面領域ＳＰの中心と視野中心とのＸ方向、Ｘ方向
のずれ量である。

以上のことから、パターンマツチングのための検索領域
は、最初の３２ドツト×３２ドツトのサンプルパターン
画面領域ＳＰでの開始点と最終の３２ドツト×３２ドツ
トのサンプルパターン画面領域ＳＰでの開始点とを結ん
だ線が対角線となるような第８図（Ａ）で−点鎖線で示
した四角形の領域〜ｖ３となる。この四角形の検索領域
Ｗ３は素子パターンの大きさ（ただし、素子パターンを
囲む四角形のスクライプラインの中心線を結ぶ四角形の
大きさ）に対応する領域Ｗ２とほぼ一致している。

素子パターンの大きさに対応する検索領域ｗ３でのみマ
ツチング度を演算し、最小のマツチング度に対応するサ
ンプルパターン画面領域ＳＰを求めるようにしであるた
め、第８図（Ｃ）に例示したように、視野内に複数の素
子Ｅ、、Ｅ、、・・・・・・Ｅｌ＆が存在し、基準パタ
ーンと近似した複数の領域ａｌ　＋　　ａｔ　ｌ　・・
・・・・＋ａ９が存在する場合でも、画面中央付近の領
域ａ、を基準パターンと一致するサンプルパターン画面
領域ＳＰとして判断することができ、それ以外の領域を
検索することはない。その結果、半導体ウェハＡに対す
る機械系（マウント用フレーム貼付は装置）の位置合わ
せを正確に行うことができる。

このようなパターンマツチングの処理は、第１マイクロ
スコープ５１による第１テイーチング画面入力位置Ｐ、
での処理と、第２マイクロスコープ５２による第２ティ
ーチング画面入力位置Ｐ２での処理とを個別的に行う。

■　ずれ量算出 最小のマツチング度α（１１，３）が０でない場合には
、基準パターンに対するサンプルパターンのＸ方向での
ずれ量Δｘ、Ｙ方向でのずれ量Δｙ、回転方向でのずれ
角度Δθを正確に求める。

第９図に示すように、第１ティーチング画面入力位置Ｐ
１において求めた最小マツチング度α。

（Ｒ，Ｓ）に相当する座標点Ｔ、と第１マイクロスコー
プ５１の視野中心［Ｊ、とのＸ方向、Ｘ方向でのずれ星
をΔＸ＋＋　　Δｙ１　とする。また、第２ティーチン
グ画面入力位置Ｐ２において求めた最小マツチング度α
ｚ　（Ｒ，Ｓ）に相当する座標点Ｔ！と第２マイクロス
コープ５２の視野中心Ｕ２とのＸ　方向。

Ｘ方向でのずれ量をΔＸＺ＋　Δｙ２とする。

θリング４３の中心Ｏまわりに第１．第２マイクロスコ
ープ５１．５２を一体としてθリング４３とともにΔθ
だけ回転したときの第１．第２マイクロスコープ５１．
５２の視野中心をそれぞれＵ、’、Ｕ、’とする。次い
で、第１．第２マイクロスコープ５１゜５２を一体とし
てＸ方向にΔＸだけ移動し、かつ、Ｘ方向にΔｙだけ移
動すると、第１．第２マイクロスコープ５１．５２の視
野中心Ｕ、、Ｕ２はそれぞれ最小マツチング度α、　（
Ｒ，Ｓ）　、　　α、　（ｐ、ｓ）に相当する座標点Ｔ
　Ｉ、　Ｔ　ｚと一致することになる。

Δθ、ΔＸ、Δｙはそれぞれ次の式によって求めること
ができる。

ｒ＋＋ｒｚ ΔＸ””ＡＸ＋　　　（ｒ＋　　　ｒ＋　ＣＱＳ　Δθ
）・・・・・・（ｂ）Δｙ＝Δｙ、−ｒｅｓｉｎ　Δθ
　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｃ）次に、
制御部５４の動作を第１θ図のフローチャートに基づい
て説明する。

Ｘテーブル１２．Ｘテーブル１３およびθリング４３は
その原点位置に復帰して停止している。予め粘、着テー
プＢに貼付けられた半導体ウェハＡが前段装置からＸ方
向に沿って送られてきて、ウェハ・チャックテーブル２
７上で停止し、吸着保持されている。

第１．第２マイクロスコープ５１．５２による基準パタ
ーンのティーチングがすでに終了しており、それぞれの
基準画像の多値データが基準パターンメモリ５９に格納
され、素子パターンの大きさが素子サイズメモリ５７に
格納されているとする。

また、フレーム・チャックテーブル２９にはマウント用
フレームＦが吸着保持され、そのフレーム・チャックテ
ーブル２９がθリング４３とともにウェハ・チャックテ
ーブル２７の真上に位置しているとする。なお、マウン
ト用フレームＦの吸着は、旋回機（１ζ３１および昇降
機構３０の動作によって他所において行われる。

スタート信号によって動作を開始し、ステップＳ１で、
Ｚ方向ドライバ６８を駆動して第１．第２マイクロスコ
ープ５１．５２を半導体ウェハＡに対する合焦位置まで
下降させて停止する。

その下降は、昇降機構３０における昇降モータ３３を駆
動しスクリュー軸３５の回φＬに伴うナツトケーシング
３６を縦レール３８に案内させながら下降さゼることに
より行う、すなわち、ナツトケーシング３６が下降する
と、旋回機構３１とともに１１動環状枠４２、θリング
４３．θ回動機構３２．フレーム・チャックテーブル２
９と一体となって第１．第２マイクロスコープ５１．５
２が下降する。

ステップ３２〜Ｓ２３は粗調整のための動作である。

ステップＳ２で、作業者がモニタ用デイスプレィ６１を
見なからＸテーブルドライバ６５．Ｘテーブルドライバ
６６を駆動して第１マイクロスコープ５１をＸ、Ｘ方向
に移動させ、視野が第１ティーチング画面入力位置ＰＩ
にくるように操作する。

その移動は次のように行われる。すなわち、Ｘテーブル
駆動用パルスモータ１６を駆動すると、Ｘテーブル１２
がＸ方向レール１４に案内されてＸ方向に移動する。こ
のときＸテーブル１３およびＸテーブル１３上の昇降機
構３０．旋回機＋ｇ３１．　　θ回動機構３２、θリン
グ４３．フレーム・チャックテーブル２９゜第２マイク
ロスコープ５２とともに第１マイクロスコープ５１が移
動する。

また、Ｘテーブル駆動用パルスモータ２３を駆動すると
、Ｘテーブル１３がＸ方向レール２１に案内されてＸ方
向に移動する。このときも昇降機構３０゜旋回機構３１
．　　θ回動機横３２．０リング４３．フレーム・チャ
ックテーブル２９．第２マイクロスコープ５２とともに
第１マイクロスコープ５１が移動する。

なお、ウェハ・チャックテーブル２７は固定ベース１１
に固定されているため、移動せず、半導体ウェハＡも一
定位置に保たれる。

ステップＳ３で、第１テイーチング画面入力位置Ｐ、に
おいて第１マイクロスコープ５１によりサンプルパター
ンの画像信号を入力し、そのデータに対してラプラシア
ン処理を施して画像のエツジをシャープにする。

ステップ３４〜Ｓ９は、第１ティーチング画面入力位’
ＴＩ　Ｐ　＋においての１１調整のための回転ずれ星検
出処理である。

ステップＳ４で、サーチラインのステップ数として角度
０．に対応して“１″をレジスタＫにセットする。ステ
ップＳ５で、サーチラインをＸ方向に１ドツトずつ掃引
して角度θｋ　（最初はθ１）でのサーチラインについ
ての最大白点数Ｑ−Ｆ＋初はＱ、）を割り出す。

ステップＳ６で、サーチライン角度θアで得られた最大
白点数Ｑ、が最大かどうかを判断する。

最初は比較するものがないため、最大となり、ステップ
Ｓ７に進んでそのときのサーチライン角度θ、での最大
白点数ＱｋをレジスタＲ１にストアする。

ステップＳ８で、サーチライン角度のステップ数が所定
値ｋに達したかどうかを判断し、達していないときはス
テップＳ９に進んでサーチライン角度のステップ数をプ
ラス１（＋１）してレジスタＫにストアし、ステップＳ
５にリターンする。

以降、サーチライン角度のステップ数が所定値ｋに達す
るまで同様の動作を繰り返す。これによって、各角度θ
、（ｋ＝１．２．・・・ｎ）での最大白点数Ｑ、、Ｑ、
、・・・Ｑ６のうちの極大値Ｑｓｍ＋ｔ＋を割り出し、
最終的にその極大白点数ＱＩＩＡＸ＋をレジスタＲ１に
ストアすることとなる＠　ＱｍｌＸ＋にサフィクション
の°１°を付したのは、第１ティーチング画面入力位置
Ｐ１についてのものだからである。

以上のステップＳ２〜Ｓ９は、第１テイーチング画面人
力位置Ｐ、でのｉｎ　調整に関しての動作であるが、こ
れと同様の第２ティーチング画面入力位置Ｐ２での粗調
整に関する動作を次のステップ３１０〜Ｓ１７で行う。

これによって、第２ティーチング画面入力位置Ｐ２につ
いての各角度θｋ　　（ｋ＝１．２．・・・ｎ）でのＩ
υ大白点ＩＱ、、Ｑ２．・・・Ｑ、、のうちの）瓶大値
Ｑヨｍｘ２を割り出し、最終的にその極大白点数Ｑ、□
２をレジスタＲ２にストアすることとなる。

次のステップ５１Ｂで、レジスタＲ１の内容とレジスタ
Ｒ２の内容とを比較する。すなわち、第１ティーチング
画面入力位置Ｐ＋での極大白点数Ｑａｓ□と第２テイー
チング画面入力位Ｔ１．Ｐ２での極大白点数Ｑｉｉ＆Ｘ
ｘとを比較し、大きい方を最終的な極大白点数ＱＭＡＸ
としてレジスタＲ３にストアする（ステップ５１９．　
５２０）。

この最終的な極大白点数Ｑ、□に相当するサーチライン
角度θＭＡＸが、半導体ウェハＡにおけるＹ方向のスク
ライプラインＳｖに対するマイクロスコープ５１．５２
側の基準Ｙ方向ラインＬｖのずれ角度である。

次いで、ステップＳ２１で、最終的な極大白点数ＱＭＡ
ｘが所定値以上かどうかを判断し、それより小さいとき
は判断ミスとしてエラー信号を出力してステップＳ１に
リターンする。

所定値以上のときは、ステップＳ２２に進んで最終的な
極大白点数角度θ□つだけθリング４３の角度を１ｍ正
するために０回動用パルスモータ４８を駆動制御する。

すなわち、θ回動Ｒ措３２における０回動用パルスモー
タ４８が駆動されてスクリュー軸４７が回転するのに伴
ってナツト４９が移動する。ナツト４９の移動によって
連結板５０を介してθリング４３がその中心０まわりに
θ□８だけ補正回動される。同時に、第１．第２マイク
ロスコープ５１．５２とフレーム・チャックテーブル２
９もθリング４３と一体的に同一角度だけ回動される。

ステップＳ２３で、補正回転後のＸ方向、Ｙ方向を新し
いＸ軸、Ｙ軸として設定する。

ステップＳ２４以降は微調整のための動作である。

ステップＳ２４で、Ｘテーブルドライバ６５．Ｙテーブ
ルドライバ６６を駆動してＸテーブル駆動用パルスモー
タ１６．　　Ｘテーブル駆動用パルスモータ２３により
第１マイクロスコープ５１をＸ、Ｙ方向に移動させ、視
野が第１ティーチング画面入力位置Ｐ。

にくるように制ｆｌｌｌする。

ステップＳ２５で、第１マイクロスコープ５１でサンプ
ルパターンを糧像し、その画像信号を第１Ａ／Ｄ変換器
５３で２５６階調の多値データ（８ビツト）に変換し、
その多値データをＶＲＡＭ６０に格納する。

ステップＳ２６で、Ｘテーブルドライバ６５．Ｙテーブ
ルドライバ６６を駆動して第２マイクロスコープ５２を
Ｘ、Ｙ方向に移動させ、視野が第２ティーチング画面人
力位置Ｐ２にくるように制御する。

ステップＳ２７で、第２マイクロスコープ５２でサンプ
ルパターンを損保し、その画像信号を第２Ａ／Ｄ変換器
５６で２５６階調の多値データ（８ビツト）に変換し、
その多値データをＶＲＡＭ６０に格納する。

次いで、ステップ３２８で、第１マイクロスコープ５１
でＩＨ＞られＶＲＡＭ６０に格納しているサンプルパタ
ーンの多値データと基準パターンメモリ５９に格納して
いる基串画像の多値データとのマツチングをとり、α１
（Ｌｊ）のうち最も小さいマンチング度α＋　（Ｒ，Ｓ
）を求め、第１ティーチング画面入力位置Ｐ１でのこの
最小のマツチング度α＋　（Ｒ，Ｓ）に対応した座標点
Ｔ、をＲＡＭ６４に登録する。

ステップＳ２９で最小マツチング度α＋　（ａ、Ｓ）が
所定値未満かどうかを判断し、所定値以上であればマツ
チングミスとしてエラー信号を出力する。

所定値未満であればステップＳ３０に進み、第２マイク
ロスコープ５２で得られＶＲＡＭＧＯに格納しているサ
ンプルパターンの多値データと３　ｉＢ　ハターンメモ
リ５９に格納している基準画像の多値データとのマツチ
ングをとり、前述と同様に最も小さいマツチング度αｚ
　（ＲｌＳ）を求め、第２テイーチング画面入力位置Ｐ
、でのこの最小のマツチング度αＺ　（Ｒ，Ｓ）に対応
した座標点Ｔ２をＲＡＭ６４に登録する。

ステップ５３１で最小マツチング度αｚ　（Ｒ，Ｓ）が
所定値未満かどうかを判断し、所定値以上であればマツ
チングミスとしてエラー信号を出力する。

所定値未満であればステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２で、最小マツチング度α＋　（Ｒ，Ｓ）
に対応する座標点Ｔ、と第１マイクロスコープ５１の視
野中心Ｕ、とのＸ方向、Ｙ方向でのずれ量をΔｘｌ＋　
　Δｙｌを算出する。また、ステップＳ３３で、最小マ
ツチング度α、　（Ｒ，Ｓ）に対応する座標点Ｔ２と第
２マイクロスコープ５２の視野中心ＵｔとのＸ方向、Ｙ
方向でのずれ量をΔｘ２＋　Δｙ２を算出する。

ステップＳ３４で、ずれ量ΔＸ＋＋　Δｙ１およびΔｘ
２．Δｙ２から、前述の式（ａ）、（ロ）、（Ｃ）に基
づいて補正すべきずれ量ΔＸ、Δｙおよびずれ角度Δ０
を算出する。

そして、ステップＳ３５で、θ回仙用パルスモータ４８
．Ｘテーブル駆動用パルスモータ１６．　　Ｙテーブル
駆動用パルスモータ２３を駆動制御してΔθ。

ΔＸ、Δｙの補正移動を行う。

ずなわら、θリング４３の中心Ｏまわりに第１゜第２マ
イクロスコープ５１．５２およびフレーム・チャックテ
ーブル２９を一体としてθリング４３とともにΔθだけ
回転するとともに、Ｘテーブル１２をΔＸだけ移動し、
かつ、Ｙテーブル１３をΔｙだけ移動する。これによっ
て、第１．第２マイクロスコープ５１．５２の視野中心
Ｕ量、ＵＫがそれぞれ最小マツチング度αｌ　（Ｉ７．
Ｓ）　、　　αｚ　（ｐ、ｓ）に対応した座標点Ｔ＋　
、Ｔｚと一致することになる。

以上で、半導体ウェハＡに対するフレーム・チャックテ
ーブル２９の高精度な位置合わせが完了する。

なお、その後、２方向ドライバ６８を駆動してフレーム
・チャックテーブル２９を下降させ、半導体ウェハＡを
貼付けた状態でウェハ・チャックテーブル２７に載置さ
れている粘着テープＢに対してマウント用フレームＦを
貼付ける。これによって、マウント用フレームＦが半導
体ウェハＡと高精度に位置合わせされた状態でともに粘
着テープＢに貼付けられることとなる。

なお、例えば、第１１図に示すように、第１ティーチン
グ画面入力位ｆｆＰＩの視野中心と第２ティーチング画
面入力位置Ｐ２の視野中心との距離２が９Ｏｎ＋ｍ、第
７図で行ったサーチラインのピッチ角Δφが±０．２６
８°　とすると、第１ティーチング画面入力位置ＰＩに
おいて最小のマツチング度αＩ　（Ｉｔ、Ｓ）をもつ座
標点Ｍ１に対する第２ティーチング画面人力位ｖｙｌｐ
２において最小のマツチング度αｚ　（Ｒ，Ｓ）をもつ
座標点ＭｇのＹ方向のずれ量ΔＹＭを求めると、 ΔＹＭＬ−，９０ｘｔａｎ（±０．２６８°）勾±０．
４２１　ｍｍとなる。したがって、素子パターンの大き
さが１、０　ｌｌ１ＩＸ　１．　Ｏｍｍであれば、α＋
　（ＲＩＳ）をもつ座標点Ｍ１のＹ座標を含む領域を第
２ティーチング画面入力位置Ｐ２でサンプルパターン画
面領域ＳＰとして選択しても、その領域にはα２　（Ｒ
，Ｓ）をもつ座標点Ｍ２が必ず存在することとなる。す
なわち、素子パターンの大きさ力月、０＋ｍａＸ１．Ｏ
ｍｍと非常に小さくても、ＩＩｌ調整による０回動補正
によってθ方向でのピッチずれは含まれないことになり
、充分に対応することができるのである。

なお、上記実施例では、撮像装置２として２つのマイク
ロスコープ５１．５２を有するものを採用しているが、
本発明は、ティーチング画面入力位置（パターンマツチ
ング位置）が複数あるようにずればよく、したがって、
例えば、単一のマイクロスコープを用いてこれを第１テ
イーチング画面入力位置Ｐ、と第２ティーチング画面入
力位置Ｐ２との間で移動させるように構成してもよいし
、あるいは、単一のマイクロスコープの位置は固定とし
、第１テイーチング画面入力位置Ｐ、の画像がそのマイ
クロスコープに導かれる状態と、第２ティーチング画面
入力位置Ｐ２の画像がそのマイクロスコープに導かれる
状態とを光学的に切り換えるように構成してもよい。

また、上記実施例では、発明の構成にいう「予め撮像装
置の視野内の所定の位置に定められ素子サイズ記憶手段
に記憶されている素子パターンの大きさに対応して定め
られた所定の大きさの領域」として、基準パターンの中
心が視野中心に一致し、素子パターンの中心も視野中心
に一致するような関係で定めてあったが、本発明はこれ
に限定するものではなく、視野の全領域における適当な
任意の範囲を設定することができる。

また、上記実施例は、半導体ウェハＡを貼付けた粘着テ
ープＢに対してマウント用フレームＦを貼付けるに当た
って、半導体ウェハＡの素子パターンの位置および方向
とマウント用フレームＦとの位置および方向とを正確に
位置合わせするものであったが、本発明は、これに限る
ものではない。

例えば、粘着テープＢは無関係で半導体ウェハＡを単独
で任意の機械系（例えば、スクライブ装置のグイシング
カック）との位置合わせを行うようにしたものも本発明
の実施例である。

また、上記実施例は、半導体ウェハＡを貼付けた粘着テ
ープＢに対してマウント用フレームＦを貼付けるために
半導体ウェハＡの方を動かずことがむずかしいので、第
１．第２マイクロスコープ５１、　ｕｌと一体的なフレ
ーム・チャックテーブル２９をθリング４３とともに微
調整移動させたが、第鳳第２マイクロスコープ５１．５
２、フレーム・チャックテーブル２９を固定式とし、ウ
ェハ・チャックテーブル２７をΔＸ、Δｙ、Δθだけ微
調整移動させるように構成してもよいことはいうまでも
ない。

さらに、上記実施例では、微調整の前に粗調整を行った
が、そのｔ■調整に相当する状態が既に得られている半
導体ウェハＡに対しては、粗調整を省略してもよい。し
たがって、微調整のみを行うようにしたものも本発明の
実施例である。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。

サンプル画像と撮像装置とのずれ量の演１γのもとにな
る基準画像と比較すべきサンプル画像の検索領域として
、視野内の所定の位置に定められ素子パターンの大きさ
に対応して定められた所定の大きさの領域を設定してい
るから、視野内に複数の素子が存在する場合であっても
、機械系と半導体ウェハとの相対的な位置合わせを正確
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成の一例を示すブロック図である。 第２図ないし第１１図は本発明の実施例に係り、第２図
は半導体ウェハの位置合ね一任装置の要部に係る構成を
示すブロック図、第３図はマウント用フレームの貼付は
装置の一部破断の正面図、第・１図はその一部の側面図
、第５図は平面図、第６図はラプラシアン処理の説明図
、第７図は半導体ウェハについての２値ラプラシアン画
像の一例を示す圓、第８図の（Ａ）はティーチング画面
を示す図、（Ｂ）は基準パターンを示す図、（Ｃ）は複
数の素子が視野内に存在するマツチング画面を示す図、
第９図は基準パターンに対するサンプルパターンのＸ方
向ずれ量、Ｘ方向ずれ■および回転方向でのずれ角度の
求め方の説明図、第１０図は動作説明に供するフローチ
ャート、第１１図は素子パターンの大きさが非常に小さ
い場合であっても第１ティーチング画面で求めたパター
ンマツチングの領域が、第２ティーチング画面における
パターンマツチングの領域と一致することを示す説明図
である。 １・・・素子サイズ記憶手段 ２・・・撮像装置 ３・・・第１記憶手段 ４・・・第２記憶手段 ５・・・比較手段 ６・・・判別手段 ７・・・演算手段 ８・・・位置補正手段 １２・・・Ｘテーブル １３・・・Ｘテーブル １６・・・Ｘテーブル駆動用パルスモータ２３・・・Ｘ
テーブル駆動用パルスモータ４３・・・θリング ４８・・・０回動用パルスモータ ５１・・・ｍ１マイクロスコープ ５２・・・第２マイクロスコープ ５３・・・第１Ａ／Ｄ変換器 ５４・・・制御部 ５５・・・コントローラ ５６・・・第２Ａ／Ｄ変換器 ５７・・・素子サイズメモリ ５９・・・基率パターンメモリ ６０・Ｖ　ＲＡ　Ｍ ６２・・・ＣＰＵ ６５・・・Ｘテーブルドライバ ６６・・・Ｘテーブルドライバ ６７・・・θリングドライバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハ表面上の素子パターンの大きさを記
   憶する素子サイズ記憶手段と、 半導体ウェハ表面上の少なくとも２箇所の素子パターン
   を撮像し、画像信号をＡ／Ｄ変換する撮像装置と、 前記撮像装置が撮像したサンプル画像の多値データを記
   憶する第１記憶手段と、 基準画像の多値データを記憶する第２記憶手段と、 前記第１記憶手段から読み出したサンプル画像の多値デ
   ータと前記第２記憶手段から読み出した基準画像の多値
   データとを比較する比較手段と、複数のサンプル画像に
   ついて前記のように比較した中で、予め前記撮像装置の
   視野内の所定の位置に定められ前記素子サイズ記憶手段
   に記憶されている素子パターンの大きさに対応して定め
   られた所定の大きさの領域内にあるサンプル画像であっ
   て最も基準画像の多値データと近似する多値データをも
   つサンプル画像を判別する判別手段と、この判別によっ
   て得られたサンプル画像と撮像装置との相対的ずれ量に
   ついて、半導体ウェハ表面に沿ったＸ方向ずれ量、Ｙ方
   向ずれ量および半導体ウェハ表面に対して垂直な軸心ま
   わりのずれ角度を算出する演算手段と、 撮像装置と半導体ウェハとを、前記のＸ方向ずれ量、Ｙ
   方向ずれ量およびずれ角度だけ相対的に補正移動する位
   置補正手段 とを備えた半導体ウェハの位置合わせ装置。