JPH10173029A - ウェハの測定位置決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハの回転方向が不明な場合にも、ウェハ
の測定点の位置を決定できる技術を提供する。 【解決手段】 基準ウェハを用いて、回転角度θ１と、
位置合わせ基準点ＲＰの位置と、複数の測定点ＰＭ１〜
ＰＭ１５の位置とを予め登録する。また、位置合わせ基
準点ＲＰの近傍において第１のテンプレート画像を取得
し、測定点の近傍において第２のテンプレート画像を取
得する。被測定ウェハに関しては、まず、位置合わせ基
準点ＲＰの近傍の領域において第１のテンプレート画像
を用いたパターンマッチング処理を行うことによって、
被測定ウェハの回転方向θ２と位置合わせ基準点ＲＰの
位置とを決定する。また、これらの情報と、基準ウェハ
を用いて登録された情報とに基づいて、測定点の予測位
置を決定する。そして、測定点の予測位置の近傍の領域
において第２のテンプレート画像を用いたパターンマッ
チング処理を行うことによって、測定点の実測位置を決
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェハの
測定点の位置を決定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハは、その製造工程において
種々の測定装置によって測定が行われる。測定処理の際
には、ウェハ上の予め定められた測定点に測定プローブ
（光学素子や電極等）を正確に位置決めする「位置合わ
せ処理（アライメント処理）」が行なわれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、測定装置に
よっては、ウェハを測定装置の支持台上に載置する時
に、ウェハが任意の回転方向（オリエンテーション）を
取り得るものがある。このような測定装置においては、
ウェハの回転方向が不明なので、ウェハ上の測定点を位
置決めすることが困難であった。

【０００４】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、ウェハの回転方
向が不明な場合にも、ウェハの測定点の位置を決定でき
る技術を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、この発明の
方法は、被測定ウェハ上の測定点の位置を決定する方法
であって、（ａ）前記被測定ウェハ表面の位置合わせ基
準点と前記測定点との位置関係を予め登録するととも
に、前記被測定ウェハ表面の前記位置合わせ基準点の近
傍の画像に対してパターンマッチングを行う際に用いら
れる第１のテンプレート画像と、前記測定点の近傍の画
像に対してパターンマッチングを行う際に用いられる第
２のテンプレート画像と、を準備する工程と、（ｂ）前
記位置合わせ基準点の近傍の領域について第１の画像を
取り込む工程と、（ｃ）前記第１の画像に関して前記第
１のテンプレート画像を用いたパターンマッチング処理
を含む第１の処理を行うことによって、前記被測定ウェ
ハの回転方向と前記位置合わせ基準点の位置とを決定す
る工程と、（ｄ）決定された前記回転方向および前記位
置合わせ基準点の位置と、予め登録された前記位置合わ
せ基準点と前記測定点との位置関係に基づいて、前記測
定点の予測位置を決定する工程と、（ｅ）前記予測位置
の近傍の領域について第２の画像を取り込む工程と、
（ｆ）前記第２の画像に関して前記第２のテンプレート
画像を用いたパターンマッチング処理を含む第２の処理
を行うことによって、前記測定点の実測位置を決定する
工程と、を備えることを特徴とする。

【０００６】パターンマッチング処理では、テンプレー
ト画像とほぼ同じ画像部分の位置とその画像部分の向き
とを決定できる。パターンマッチング処理を含む第１の
処理では、被測定ウェハの回転方向と位置合わせ基準点
の位置を決定することができる。この回転方向と位置合
わせ基準点の位置からは、測定装置に固定された座標系
と、ウェハに固定された座標系との対応関係を決定する
ことができる。位置合わせ基準点と測定点との位置関係
は予め登録されているので、上記２つの座標系の対応関
係から、測定点の位置を予測することができる。この予
測位置の近傍で、パターンマッチング処理を含む第２の
処理を行えば、測定点の位置を正確に決定することがで
きる。従って、ウェハの回転方向が不明な場合にも、ウ
ェハの測定点の位置を正確に決定することができる。

【０００７】上記の方法において、前記被測定ウェハ上
の複数の前記測定点のうち、前記位置合わせ基準点から
所定の範囲内にある測定点に関しては、前記工程（ｅ）
および前記工程（ｆ）の処理を省略し、前記工程（ｄ）
において得られた前記予測位置を前記測定点の実測位置
として使用することが好ましい。

【０００８】こうすれば、位置合わせ基準点から所定の
範囲内にある測定点は、予測位置と実測位置のズレ量は
比較的小さい。従って、この範囲内にある測定点につい
て、工程（ｅ）および（ｆ）を省略することによって、
或る程度の位置合わせ精度を確保しつつ、全体の位置合
わせ処理の処理時間を短縮することができる。

【０００９】また、上記の方法において、前記被測定ウ
ェハ上の複数の前記測定点のうち、前記工程（ｅ）およ
び工程（ｆ）の処理が行われた第１の測定点から所定の
範囲内にある第２の測定点に関しては、前記工程（ｅ）
および前記工程（ｆ）の処理を省略し、前記第１の測定
点における前記予測位置と前記実測位置とのずれ量に基
づいて前記第２の測定点の予測位置を補正することによ
って前記第２の測定点の実測位置を決定するようにして
もよい。

【００１０】こうすれば、上記と同様な理由により、或
る程度の位置合わせ精度を確保しつつ、全体の位置合わ
せ処理の処理時間を短縮することができる。

【００１１】上記の方法において、前記（ｃ）は、前記
位置合わせ基準点の近傍の複数の領域について複数の前
記第１の画像を取り込み、前記（ｄ）は、前記複数の第
１の画像に関して前記第１のテンプレート画像を用いた
パターンマッチング処理を含む第１の処理をそれぞれ行
うことによって、前記被測定ウェハの回転方向と前記位
置合わせ基準点の位置とを決定することが好ましい。

【００１２】複数の画像に対するパターンマッチング処
理を行えば、被測定ウェハの回転方向と位置合わせ基準
点の位置とをより正確に決定することができる。

【００１３】

【発明の他の態様】この発明は、以下のような他の態様
も含んでいる。第１の態様では、上記の方法の工程
（ｃ）における回転方向を決定する処理が、（ｉ）前記
第１の画像に含まれる直線部分を分析することによっ
て、前記被測定ウェハが取り得る回転角度として、互い
に９０度の整数倍異なる４つの等価回転角度を決定する
工程と、（ｉｉ）前記画像に対して前記第１のテンプレ
ート画像を用いたパターンマッチングを行なうことによ
ってマッチングパターンを検出し、前記マッチングパタ
ーンの方向に基づいて前記４つの等価回転角度の中から
１つを選択する工程と、（ｉｉｉ）前記選択された等価
回転角度から前記被測定ウェハの回転方向を決定する工
程と、を備える。

【００１４】また、第２の態様では、上記第１の態様に
おいて、前記工程（ａ）が、（１）基準ウェハ表面の一
部の撮像領域の画像を取り込む工程と、（２）前記画像
に含まれる直線部分を分析することによって、前記基準
ウェハが取り得る回転角度として、互いに９０度の整数
倍異なる４つの等価回転角度を決定する工程と、（３）
前記画像の一部からテンプレート画像を抽出する工程
と、（４）前記テンプレート画像の向きとの関連から、
前記４つの等価回転角度の中から１つを選択する工程
と、を備え、前記工程（ｃ）は、前記基準ウェハに対し
て選択された等価回転角度と、前記被測定ウェハに対し
て選択された等価回転角度との差を求めることによっ
て、前記基準ウェハに対する前記被測定ウェハの相対的
な回転角度を決定する工程、を含む。

【００１５】第３の態様では、上記の方法の工程（ｃ）
における回転方向を決定する処理が、（ｉ）前記第１の
画像に含まれる直線部分を分析することによって、前記
被測定ウェハが取り得る回転角度として、互いに９０度
の整数倍異なる４つの等価回転角度を決定する工程と、
（ｉｉ）前記第１の画像に対して前記第１のテンプレー
ト画像を用いたパターンマッチングを行なうことによっ
てマッチングパターンを検出するとともに、前記マッチ
ングパターンの方向に基づいて前記４つの等価回転角度
の中から１つを選択する工程と、（ｉｉｉ）選択された
等価回転角度に基づいて前記第１の撮像領域から所定の
検索方向を特定し、前記検索方向に沿った所定の位置に
存在する少なくとも他の１つの撮像領域を特定するとと
もに、特定された各撮像領域の画像を取り込む工程と、
（ｉＶ）前記各撮像領域の画像に対して前記第１のテン
プレート画像を用いたパターンマッチングを行なってマ
ッチングパターンをそれぞれ検出する工程と、（Ｖ）前
記検索方向に沿った前記第１の撮像領域を含む複数の撮
像領域のそれぞれにおいて検出されたマッチングパター
ンの所定の基準位置を互いに結ぶ第１の連結方向を求
め、前記第１の連結方向から前記被測定ウェハの回転方
向を決定する工程と、を備える。

【００１６】第４の態様では、第３の態様において、前
記工程（ａ）が、（１）基準ウェハ表面の一部の第２の
撮像領域の画像を取り込む工程と、（２）前記画像に含
まれる直線部分を分析することによって、前記基準ウェ
ハが取り得る回転角度として、互いに９０度の整数倍異
なる４つの等価回転角度を決定する工程と、（３）前記
画像の一部から前記第１のテンプレート画像を抽出する
工程と、（４）前記第１のテンプレート画像の向きとの
関連から、前記４つの等価回転角度の中から１つを選択
する工程と、（５）選択された等価回転角度に基づい
て、前記第２の撮像領域から所定の検索方向を特定し、
前記検索方向に沿った所定の位置に存在する少なくとも
他の１つの撮像領域を特定するとともに、特定された各
撮像領域の画像を取り込む工程と、（６）前記各撮像領
域の画像に対して前記第１のテンプレート画像を用いた
パターンマッチングを行なってマッチングパターンをそ
れぞれ検出する工程と、（７）前記検索方向に沿った前
記第２の撮像領域を含む複数の撮像領域のそれぞれにお
いて検出されたマッチングパターンの所定の基準位置を
互いに結ぶ第２の連結方向を決定する工程と、を備え、
前記工程（ｃ）は、前記第１の連結方向と前記第２の連
結方向との角度差から、前記基準ウェハに対する前記被
測定ウェハの相対的な回転角度を決定する工程、を含
む。

【００１７】第５の態様では、第４の態様において、前
記基準ウェハにおける複数のマッチングパターンの基準
位置の座標と、前記被測定ウェハにおける複数のマッチ
ングパターンの基準位置の座標とに基づいて、前記基準
ウェハの位置合わせ基準点の座標と前記被測定ウェハの
位置合わせ基準点の座標との相対関係を決定する工程、
を備える。

【００１８】第６の態様は、被測定ウェハ上の測定点の
位置を決定する装置であって、前記被測定ウェハ表面の
位置合わせ基準点と前記測定点との位置関係を記憶する
とともに、前記被測定ウェハ表面の前記位置合わせ基準
点の近傍の画像に対してパターンマッチングを行う際に
用いられる第１のテンプレート画像と、前記測定点の近
傍の画像に対してパターンマッチングを行う際に用いら
れる第２のテンプレート画像と、を記憶する記憶手段
と、前記位置合わせ基準点の近傍の領域について第１の
画像を取り込む撮像手段と、前記第１の画像に関して前
記第１のテンプレート画像を用いたパターンマッチング
処理を含む第１の処理を行うことによって、前記被測定
ウェハの回転方向と前記位置合わせ基準点の位置とを決
定する基準位置決定手段と、決定された前記回転方向お
よび前記位置合わせ基準点の位置と、予め登録された前
記位置合わせ基準点と前記測定点との位置関係に基づい
て、前記測定点の予測位置を決定する撮像位置決定手段
と、前記予測位置の近傍の領域について前記撮像手段に
よって撮像された第２の画像に関して前記第２のテンプ
レート画像を用いたパターンマッチング処理を含む第２
の処理を行うことによって、前記測定点の実測位置を決
定する測定位置決定手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００１９】第７の態様は、コンピュータに上記の発明
の各工程または各手段の機能を実行させるコンピュータ
プログラムを記録した記録媒体である。記録媒体として
は、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭなどのコンピ
ュータが読取り可能な携帯型の記憶媒体や、コンピュー
タシステムの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモ
リ）および外部記憶装置、あるいは、これ以外のコンピ
ュータプログラムが記録された媒体であってコンピュー
タシステムが読取り可能な種々の媒体を利用できる。

【００２０】第８の態様は、コンピュータに上記の発明
の各工程または各手段の機能を実行させるコンピュータ
プログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給
装置である。

【００２１】

【発明の実施の形態】

Ａ．装置の構成：次に、本発明の実施の形態を実施例に
基づき説明する。図１は、この発明の実施例を適用して
半導体ウェハの位置合わせ処理（アラインメント処理）
を行なう機能を有する測定装置の構成を示すブロック図
である。この測定装置は、制御操作ユニット３０と、光
学ユニット４０と、画像処理ユニット５０とを備えてい
る。

【００２２】制御操作ユニット３０は、表示部３１と、
操作部３２と、制御部３３と、ステージ駆動部３４と、
ステージ座標読み込み部３５と、ＸＹステージ３６とを
備えている。表示部３１としては、例えばモニタや液晶
ディスプレイ等が使用される。また、操作部３２として
は、例えばキーボードやマウス等が用いられる。ＸＹス
テージ３６の上には、半導体ウェハＷＦが載置される。
半導体ウェハＷＦの表面には、タイル状に配列された矩
形の複数の半導体チップが形成されている。なお、この
装置は、ＸＹステージ３６を回転させる機構は有してい
ない。

【００２３】光学ユニット４０は、カメラ４１と、光源
４２と、ハーフミラー４３と、対物レンズ４４とを備え
ている。ハーフミラー４３は、光源４２から出射された
光を対物レンズ４４に向けて反射し、ＸＹステージ３６
上の半導体ウェハＷＦに光を照射する。半導体ウェハＷ
Ｆの表面で反射されたは光は、対物レンズ４４とハーフ
ミラー４３とを通過して、カメラ４１に入射する。すな
わち、カメラ４１は、半導体ウェハＷＦの表面の画像を
撮像する。画像としては、多階調画像（グレー画像）を
読取ることが好ましい。なお、この実施例では、カメラ
４１の視野サイズは、半導体ウェハの表面に形成された
半導体チップの１個分のサイズよりも小さい。後で詳述
するように、半導体ウェハＷＦの多階調画像は、画像処
理ユニット５０によって処理され、これによって半導体
ウェハＷＦの回転方向が検出される。画像処理ユニット
５０のモニタ１３６には、半導体ウェハＷＦの一部の撮
像領域の多階調画像が表示される。

【００２４】ユーザが操作部３２を操作してＸＹステー
ジ３６に対する移動指令を入力すると、その指令に応じ
て、制御部３３がステージ駆動部３４を制御してＸＹス
テージ３６をＸ方向とＹ方向に移動させる。また、操作
部３２からステージの座標読み込み指令が入力される
と、その時点のステージ座標情報がステージ座標読み込
み部３５によって読込まれて制御部３３に供給される。
ステージ座標情報は、必要に応じて表示部３１に表示さ
れる。ステージ座標情報は、さらに、双方向の通信経路
３８を介して制御部３３から画像処理ユニット５０にも
供給される。後述するように、画像処理ユニット５０
は、画像処理によって認識されたウェハの回転方向と、
このステージ座標情報とを利用することによって、ウェ
ハの正確な回転方向や測定位置を決定する。

【００２５】図２は、画像処理ユニット５０の内部構成
を示すブロック図である。この画像処理ユニット５０
は、ＣＰＵ１１０と、ＲＯＭ１１４と、ＲＡＭ１１６
と、入出力インタフェイス１４０とが、バスライン１１
２に接続されたコンピュータシステムとして構成されて
いる。入出力インタフェイス１４０には、モニタ１３６
と、磁気ディスク１３８と、通信経路３８とが接続され
ている。

【００２６】ＲＡＭ１１６には、等価回転方向決定手段
１５０と、撮像位置決定手段１５２と、パターンマッチ
ング手段１５４と、角度選択手段１５６と、回転方向決
定手段１５８と、基準位置決定手段１６０と、測定位置
決定手段１６２とを実現するアプリケーションプログラ
ムが格納されている。これらの各手段の機能については
後述する。

【００２７】なお、これらの各手段の機能を実現するコ
ンピュータプログラム（アプリケーションプログラム）
は、フロッピディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の携帯型の記録
媒体（可搬型の記録媒体）に記録された形で提供され、
この記録媒体からコンピュータシステムの外部記憶装置
に転送される。そして、実行時には、ＲＡＭ１１６に記
憶される。あるいは、通信経路を介してプログラム供給
装置からコンピュータシステムにコンピュータプログラ
ムを供給するようにしてもよい。この明細書において、
コンピュータシステムとは、ハードウェアとオペレーシ
ョンシステムとを含み、オペレーションシステムの制御
の下で動作する装置を意味している。アプリケーション
プログラムは、このようなコンピュータシステムに、上
述の各部の機能を実現させる。なお、上述の機能の一部
は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーショ
ンシステムによって実現されていても良い。

【００２８】Ｂ．位置合わせ処理の概要：図３は、実施
例における位置合わせ処理の概要を示す説明図である。
基準ウェハ（図３（Ａ））とは、位置合わせ処理の対象
となる被測定ウェハ（図３（Ｂ））と同じパターンが形
成されたウェハである。一般的には、同一のロットで処
理された複数のウェハの１枚を基準ウェハＷＦ１として
使用し、他のウェハが被測定ウェハＷＦ２となる。１枚
のウェハには、位置合わせ基準点ＲＰと、複数の測定点
ＰＭ１〜ＰＭ１５（白丸で示す）とが設定される。図３
（Ａ），（Ｂ）にも示されているように、ウェハがＸＹ
ステージ３６上に載置された時には、任意の回転方向を
取りうる。図１に示す測定装置は、ＸＹステージ３６上
に載置されたウェハを回転するための回転機構を備えて
いないので、ウェハの回転方向は、画像処理によって認
識され、補正される。

【００２９】図４は、実施例における位置合わせ処理の
全体手順を示すフローチャートである。ウェハの測定点
の位置合わせ処理は、基準ウェハを用いたプリアライメ
ント前処理（ステップＴ１）と、基準ウェハを用いたフ
ァインアライメント前処理（ステップＴ２）と、被測定
ウェハを用いたプリアライメント処理（ステップＴ３）
と、被測定ウェハを用いたファインアライメント処理
（ステップＴ４）とに大別される。ステップＴ１，Ｔ３
におけるプリアライメント処理は、基準位置決定手段１
６０（図２）の制御の下に、測定位置決定手段１６２以
外の他の手段１５０，１５２，１５４，１５６，１５８
が協力して実行する。ステップＴ２，Ｔ４におけるファ
インアライメント処理は、測定位置決定手段１６２の制
御の下に、撮像位置決定手段１５２とパターンマッチン
グ手段１５４が協力して実行する。

【００３０】図４のステップＴ１における基準ウェハＷ
Ｆ１を用いたプリアライメント前処理では、基準ウェハ
ＷＦ１の回転角度θ１と、位置合わせ基準点ＲＰの位置
とを含むプリアライメント情報が登録される。ここで、
基準ウェハＷＦ１の回転角度θ１は、ステージ座標系の
基準方向Ｄｓと基準ウェハＷＦ１の所定の方向ＤL1との
なす角度である。ステージ座標系の基準方向Ｄｓは、Ｘ
Ｙステージ３６に対して固定された方向であり、例えば
ＸＹステージ３６上のＸ方向に設定される。基準ウェハ
ＷＦ１の所定の方向ＤL1は、基準ウェハＷＦ１に対して
固定された方向である。この方向ＤL1の決定方法につい
ては後述する。なお、これらの方向Ｄｓ,ＤL1の設定の
仕方は任意であり、これ以外の定義も可能である。

【００３１】図４のステップＴ１では、まず、位置合わ
せ基準点ＲＰの近傍においてパターンマッチング用の第
１のテンプレート画像を取得する。さらに、位置合わせ
基準点ＲＰの近傍の他の領域において、パターンマッチ
ングを行って第１のテンプレート画像にほぼ一致するマ
ッチングパターンの位置を決定する。そして、第１のテ
ンプレート画像の位置と、そのマッチングパターンの位
置とに基づいて、基準ウェハの回転角度θ１と、位置合
わせ基準点ＲＰの位置とを決定する。

【００３２】ステップＴ２における基準ウェハＷＦ１を
用いたファインアライメント前処理では、基準ウェハＷ
Ｆ１上の複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置を登録す
る。この際、まず、複数の測定点の近傍で画像のパター
ンマッチングに用いる第２のテンプレート画像を取得す
る。そして、第２のテンプレート画像と各測定点との位
置関係を登録する。この際、位置合わせ基準点ＲＰの位
置と各測定点との位置関係も登録される。

【００３３】図４のステップＴ３における被測定ウェハ
ＷＦ２を用いたプリアライメント処理では、被測定ウェ
ハＷＦ２の回転角度θ２と位置合わせ基準点ＲＰの位置
とが決定される。この際、位置合わせ基準点ＲＰの近傍
の２つの領域において、第１のテンプレート画像を用い
てパターンマッチング処理をそれぞれ行うことによっ
て、２つのマッチングパターンの位置を決定する。そし
て、これらのマッチングパターンの位置から、被測定ウ
ェハの回転角度θ２と、位置合わせ基準点ＲＰの位置と
が決定される。

【００３４】図４のステップＴ４における被測定ウェハ
ＷＦ２を用いたファインアライメント処理では、複数の
測定点の近傍で、第２のテンプレート画像を用いたパタ
ーンマッチング処理を行うことによって、各測定点の実
測位置が決定される。

【００３５】Ｃ．基準ウェハを用いたプリアライメント
前処理：図５および図６は、基準ウェハＷＦ１を用いた
プリアライメント前処理の手順を示すフローチャートで
ある。図５のステップＳ１では、ウェハのチップ寸法
と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のチップ個数とをユーザが
入力する。

【００３６】図７は、半導体ウェハの表面に形成された
チップの配列を示す概念図である。半導体ウェハＷＦの
表面上には、同一サイズの矩形の複数のチップＣＰがタ
イル状に配置される。Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ったチッ
プ個数の偶数と奇数の組合わせは、偶数−偶数、奇数−
偶数、偶数−奇数、奇数−奇数の４通りある。図７
（Ａ）は偶数−偶数の例であり、図７（Ｂ）は、偶数−
奇数の例である。このような４通りの組み合わせのいず
れであるかの情報と、チップの縦横のピッチＬＸ，ＬＹ
から、ウェハの中心Ｏを基準にして、中心付近のチップ
の位置を算出することができる。従って、ステップＳ１
では、少なくともチップ個数の４通りの組合わせのいず
れであるかを示す情報と、チップのピッチＬＸ，ＬＹを
示す情報とが入力される。

【００３７】図５のステップＳ２では、基準ウェハＷＦ
１の中心位置において多階調画像（グレー画像）がカメ
ラ４１によって取り込まれる。ウェハが最初にＸＹステ
ージ３６上に載置される時には、図７に示すように、ウ
ェハの外周が、ＸＹステージ３６のウェハ保持アーム３
６ａ，３６ｂで保持されて、ＸＹステージ３６のほぼ中
央に位置決めされる。この状態において、カメラ４１に
よって撮像すると、ウェハの中心付近の画像を得ること
ができる。

【００３８】図８は、ウェハの中心付近を拡大して示す
概念図である。この実施例では、各チップＣＰの右上の
角に、他の３つの角にはない特徴的なパターンＰＴが形
成されているものとする。このパターンＰＴを含む画像
部分は、後述するパターンマッチングにおいて、第１の
テンプレート画像として利用される。チップＣＰは、直
交するスクライブラインＳＬによって区分されている。
ウェハ表面を撮像して得られた多階調画像では、スクラ
イブラインＳＬは暗領域として識別されることもあり、
あるいは、明領域として識別されることもある。いずれ
の場合においても、スクライブラインＳＬは、チップＣ
Ｐとは明度が異なる領域として識別可能である。

【００３９】図８には、チップ個数の４種類の組み合わ
せに応じたカメラ４１の視野Ｗ１〜Ｗ４の位置が例示さ
れている。前述したように、カメラ４１の視野サイズ
は、チップ１個分のサイズよりも小さいので、視野内に
１個のチップがすべて含まれることはない。第１の視野
Ｗ１は、チップ個数が偶数−偶数の場合におけるウェハ
中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ１は、スクラ
イブラインＳＬの交点のほぼ中心に位置している。第２
の視野Ｗ２は、チップ個数が偶数−奇数の場合における
ウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ２は、
２つのチップに挟まれた位置にある。第３の視野Ｗ３
は、チップ個数が奇数−偶数の場合におけるウェハ中央
での撮像領域に相当する。この視野Ｗ３も、チップに挟
まれた位置にある。第４の視野Ｗ４は、チップ個数が奇
数−奇数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当
する。この視野Ｗ４も、２つのチップのほぼ中央に挟ま
れた位置にある。なお、実際には、基準ウェハは図８の
位置から回転しているので、視野Ｗ１〜Ｗ４は、スクラ
イブラインＳＬで示される正規の方位から傾いた状態と
なる。

【００４０】図５のステップＳ２では、ウェハの中心位
置において画像を取り込むので、図８の視野Ｗ１〜Ｗ４
のいずれかの位置における画像が得られる。この画像
は、次のステップＳ３において、画像内に含まれる直線
部分（スクライブラインＳＬ等）を認識するために使用
される。チップの個数が奇数−奇数の場合には、図８の
第４の視野Ｗ４のように直線部分が含まれない可能性が
高い。そこで、この場合には、チップのピッチＬＸまた
はＬＹの１／２だけウェハの中心からずらした位置にお
いて撮像するようにしてもよい。

【００４１】図５のステップＳ３では、等価回転方向決
定手段１５０（図２）が、画像に含まれる直線エッジ情
報を検出するとともに、その直線エッジ情報から、基準
ウェハの粗回転角度を決定する。「粗回転角度」とは、
直線エッジ情報から得られる比較的低精度の回転角度を
意味する。直線エッジ情報の抽出方法としては、以下に
説明する１次元投影法やソベルオペレータ法等を利用す
ることができる。

【００４２】図９は、１次元投影法による直線エッジ情
報の検出処理を示す説明図である。図９には、水平方向
にのみ直線部分が存在する２次元多階調画像が示されて
いる。１次元投影法では、この２次元多階調画像を種々
の方向に１次元投影して、画素値を加算する。直線部分
に平行な方向に投影した場合には、直線部分が存在する
座標における画素値が大きなピーク値を持つ。一方、直
線部分と平行でない方向に投影した場合には、加算され
た画素値のピーク値はこれよりも小さくなる。このよう
に、２次元画像をさまざまな方向に１次元投影して、画
素値の累算値のピーク値が最大となる投影方向を、直線
部分の方向として決定することができる。投影方向は、
１８０°の範囲にわたる複数の投影方向を選択するよう
にすればよい。この直線部分の方向から、粗回転角度が
決定される。例えば、ステージ座標系（ＸＹステージ３
６に固定された座標系）の所定の方向（例えば時計の３
時方向）を基準方向として、この基準方向から反時計回
りに直線部分の方向まで測った角度を粗回転角度とする
ことができる。

【００４３】図１０ないし図１２は、ソベルオペレータ
法による直線エッジ情報の検出処理を示す説明図であ
る。図１０は、ソベルオペレータによる画像処理の方法
を示している。ソベルオペレータ法では、まず、図１０
（Ａ−１）または（Ａ−２）に示すような、エッジ画素
を含む所定サイズの画素ブロック（図１０の例では、３
×３ブロック）を多階調画像の中から選択する。ここ
で、「エッジ画素」は、「８近傍の画素のうちで、少な
くとも１つの画素の画素値が、自分自身（図１０（Ａ−
１），（Ａ−２）の中心画素）の画素値と異なってお
り、かつ、画像の境界上にない画素」と定義される。図
１０（Ａ−１）では、画像の角部分の画素がエッジ画素
として認識される状態を示しており、図１０（Ａ−２）
では、直線部分の画素がエッジ画素として認識される状
態を示している。エッジ画素の識別は、３×３ブロック
を多階調画像内で走査し、ブロックの中央画素が上記の
定義に合致するか否かを判断することによって行なわれ
る。

【００４４】図１０（Ｂ−１），（Ｂ−２）は、水平方
向と垂直方向のソベルオペレータをそれぞれ示してい
る。エッジ画素を含む３×３ブロックに対して、これら
の水平方向オペレータと垂直方向オペレータとをそれぞ
れ作用させることによって、水平エッジ値と垂直エッジ
値とがそれぞれ求められる。図１０（Ｃ）は、水平方向
オペレータを作用させた場合の演算の例を示している。
水平方向オペレータを３×３ブロックの画素値に作用さ
せると水平エッジ値が得られ、同様にして、垂直方向オ
ペレータを３×３ブロックの画素値に作用させると垂直
エッジ値が得られる。

【００４５】図１１は、ソベルオペレータを用いて得ら
れた水平エッジ値ｘと垂直エッジ値ｙとから、画像の直
線部分の角度を算出する方法を示す説明図である。図１
１（Ａ）に示すように、画像の直線部分の角度αは、ｔ
ａｎ^-1（ｙ／ｘ）で与えられる。ここで、角度αは、水
平右向き方向（時計の３時方向）から反時計回りに測っ
た角度である。例えば、図１１（Ｂ）の例では、垂直エ
ッジ値が０であり水平エッジ値が４なので、角度αは０
°であると判定できる。また、図１１（Ｃ）の例では、
垂直エッジ値と水平エッジ値がいずれも１なので、角度
αは４５°であると判定できる。なお、角度αは０°〜
１８０°の範囲の値を取るものとする。１８０°〜３６
０°の範囲は、０°〜１８０°の範囲と等価である。

【００４６】図１２は、処理対象となる多階調画像の一
例と、この多階調画像からソベルオペレータ法によって
検出された角度αのヒストグラムを示す説明図である。
図１２（Ａ）に示す多階調画像内において、図１０（Ａ
−１）または図１０（Ａ−２）のようなエッジ画素を中
心画素とする３×３ブロックを検出し、エッジ画素を含
む各３×３ブロックについて図１１に示す方法で角度α
を決定する。図１２（Ｂ）は、このようして多数の３×
３ブロックについて得られた角度αの頻度を示すヒスト
グラムである。この例では、４０°と１３０°の位置に
ピークが存在し、４０°の位置のピークが最大である。
この時、最大ピーク位置の角度α１を、多階調画像内の
直線部分の回転方向を示す粗回転角度であるとして採用
する。

【００４７】なお、上述した１次元投影法やソベルオペ
レータ法を用いて検出された粗回転角度α１には、９０
°の整数倍異なる４つの等価な角度が存在する。換言す
れば、粗回転角度α１は、１／４の不確定さを有してい
る。図１３は、４つの等価回転角度を示す説明図であ
る。図１３（Ａ）に示すように、カメラ４１の視野Ｗ内
にスクライブラインＳＬの交点付近の画像が見えている
場合を考える。この実施例ではカメラ４１の視野サイズ
がチップサイズに比べて小さいので、チップの回転方向
が図１３（Ｂ）〜（Ｅ）の４種類のいずれであるかを画
像データから特定することができない。従って、ウェハ
の正しい回転角度は、９０°おきの４つの等価な回転角
度の中の１つである。図３のステップＳ３においては、
この４つの等価な回転角度の少なくとも１つを粗回転角
度として検出する。等価な回転角度の１つが検出できれ
ば、他の等価な回転角度も検出できたものと考えること
ができる。

【００４８】なお、ステップＳ３において得られる直線
エッジ情報とその粗回転角度は、ほとんどの場合はスク
ライブラインＳＬのものである。但し、スクライブライ
ンＳＬに限らず、ウェハの多階調画像内に存在する直線
的な画像部分に関する直線エッジ情報やその粗回転角度
を検出してもよい。チップ内の回路が有する直線的な部
分は、スクライブラインＳＬに平行なものがほとんどで
ある。従って、スクライブラインＳＬ以外の直線的画像
部分を検出しても、ウェハの粗回転角度を求めることが
できる。

【００４９】ステップＳ４では、ステップＳ３で検出さ
れた直線エッジ情報が信頼できるか否かが判定される。
この判定は、例えば、図９に示す１次元投影法を用いた
場合には、累算画素値のピーク値が所定の閾値以上であ
るか否かによって行なうことができる。また、図１０〜
図１２に示すソベルオペレータ法を用いた場合には、図
１２（Ｂ）のヒストグラムのピーク値が所定の閾値以上
であるか否かによって判定することができる。あるい
は、モニタ１３６にウェハの画像を表示しておけば、は
っきりとした直線エッジが画像内に含まれるか否かをユ
ーザが目視で判定することができる。直線エッジ情報が
信頼できないものである場合には、ステップＳ５におい
て、ＸＹステージ３６を所定量（例えば１視野分）だけ
移動させ、ウェハ中心付近の別の位置において多階調画
像を取り込む。そして、ステップＳ３を再度実行するこ
とによって直線エッジ情報を検出し、粗回転角度α１を
求める。

【００５０】こうして、粗回転角度α１が求められる
と、ステップＳ６において、撮像位置決定手段１５２
が、ウェハの中心付近においてスクライブラインＳＬの
交点位置を視野に含むように、ＸＹステージ３６の目標
位置座標を算出して移動させる。前述したように、Ｘ軸
方向とＹ軸方向に沿ったチップの個数の４種類の組み合
わせ（偶数−偶数、偶数−奇数、奇数−偶数、奇数−奇
数）によって、ウェハの中心における初期の視野の位置
は図８に示す４つの視野Ｗ〜Ｗ４の位置にほぼ決まって
いる。撮像位置決定手段１５２（図２）は、ステップＳ
３で得られた粗回転角度α１と、チップの寸法（ピッチ
ＬＸ，ＬＹ）と、チップの個数情報から、Ｘ方向とＹ方
向にそれぞれどの程度移動させればスクライブラインＳ
Ｌの交点位置を視野内に含む位置に移動できるかを算出
する。画像処理ユニット５０は、この移動量を制御部３
３（図１）に通知して、ＸＹステージ３６を移動させ
る。その後、カメラ４１によって多階調画像を再度撮像
する。なお、粗回転角度α１には１／４の不確定さがあ
るので、１回の移動によって、視野の中心がスクライブ
ラインＳＬの交点位置に到達できるとは限らない。この
場合には、例えばウェハの中央位置を中心として９０°
回転した方向に移動方向を変更して、同じ距離だけ移動
すれば、スクライブラインＳＬの交点位置に視野（すな
わち撮像領域）の中心を移動させることができる。図１
４は、スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中心を
移動させた状態を示している。図１４に示したように、
ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）の方向は、
ステージ座標系の基準方向Ｄｓから粗回転角度α１だけ
回転している。ステップＳ６においてカメラ４１で取り
込んだ画像はモニタ１３６に表示される。

【００５１】図５のステップＳ７では、ステップＳ６で
取り込まれた画像を時計回りに粗回転角度α１だけ回転
させる画像処理を行う。ステップＳ８では、撮像位置決
定手段１５２が、スクライブラインＳＬの交点Ｐａの正
確な位置（座標値）の実測値を求めて、これを保存す
る。スクライブラインＳＬの交点位置の座標は、後に、
基準ウェハＷＦ１の位置合わせ基準点を決定する際に使
用される。基準ウェハのスクライブラインＳＬの交点位
置は、例えば、図１４に示す、カメラ４１の視野Ｗａの
中心点Ｐａの座標で代表される。この点Ｐａの位置は、
ユーザがモニタ１３６に表示された画像上において、マ
ウス等のポインティングデバイスを用い、カーソルを移
動させて指定することができる。あるいは、カメラ４１
で取り込んだ多階調画像を処理することによって、スク
ライブラインＳＬの交点の中心位置の座標を自動的に決
定することも可能である。画像処理で交点の中心位置を
求める場合には、まず、前述したステップＳ３と同様な
方法に従って直線エッジを検出する。そして、スクライ
ブラインＳＬのエッジを近似した直線を求める。さら
に、これらの近似直線で構成される４つの角部の中心位
置を、スクライブラインＳＬの交点位置として決定す
る。なお、視野Ｗａの中心位置の座標は、ステージ座標
読み込み部３５（図１）で取り込まれたステージ座標系
の座標（ステージに固定された座標）である。視野Ｗａ
（すなわち取込まれた画像）内の任意の位置のステージ
座標系の座標は、この座標値から容易に算出できる。

【００５２】第１のテンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑ
ａと、スクライブライン交点Ｐａとの座標値のオフセッ
ト（δｘ，δｙ）は、アライメント情報ファイル１３９
に保存される。

【００５３】ステップＳ９では、ステップＳ７で回転し
た画像の中からパターンマッチング用の第１のテンプレ
ート画像（モデルパターンとも呼ぶ）を切り出して登録
する。図１５は、第１のテンプレート画像ＭＰａの登録
の様子を示す説明図である。ステップＳ７では、まず、
スクライブラインＳＬ交点位置における多階調画像（図
１５（Ａ））を、図１５（Ｂ）に示すように粗回転角度
α１だけ時計回りに回転させて、回転後の画像をモニタ
１３６に表示する。画像の回転は、アフィン変換によっ
て実行される。ユーザは、表示された画像を観察して、
テンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターン
が存在するか否かを判断する。テンプレート画像ＭＰａ
として使用できる画像パターンとは、その画像パターン
の向きから、粗回転角度α１として等価な４つ等価回転
角度の中の１つを選択できるような画像パターンを意味
する。テンプレート画像ＭＰａとしては、９０°の整数
倍の回転対称性が無い画像パターンが好ましい。換言す
れば、９０°の整数倍の回転対称性（９０°，１８０
°，２７０°の回転対称性）のいずれかを有する画像パ
ターンは、テンプレート画像ＭＰａとしては不適切であ
る。スクライブラインＳＬの交点付近の視野Ｗａには、
隣接する４つのチップのそれぞれの角部が含まれるの
で、これらの４つの角部の内の１つにのみ含まれる特有
の画像パターンを第１のテンプレート画像ＭＰａとして
登録することができる。

【００５４】現在の視野Ｗａ内にテンプレート画像ＭＰ
ａとして使用できる画像パターンが存在しない場合に
は、カメラ４１で取り込んだ画像をモニタ１３６に表示
して観察しながら、ＸＹステージ３６を少しずつ移動さ
せる。そして、テンプレート画像ＭＰａとして使用でき
る画像パターンが視野内に入る状態に設定する。

【００５５】現在の視野Ｗａ内にテンプレート画像ＭＰ
ａとして使用できる画像パターンが存在する場合には、
図１５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、回転後の画像内か
らテンプレート画像ＭＰａとして登録する領域を切り出
す。テンプレート画像ＭＰａの範囲は、ユーザがマウス
等のポインティングデバイスを用いて指定する。テンプ
レート画像ＭＰａは、スクライブラインＳＬの交点付近
に存在すれば望ましいが、必ずしも交点付近に存在しな
くても良い。

【００５６】図５のステップＳ１０では、第１のテンプ
レート画像ＭＰａの画像と、テンプレート画像ＭＰａの
所定位置にある基準点（例えば図１５（ｃ）に示す左上
点Ｑａ）の座標が磁気ディスク１３８内のアライメント
情報ファイル１３９（図２）に登録される。なお、基準
点Ｑａの座標は、例えばステージ座標系の座標値で表わ
される。

【００５７】図６のステップＳ１１では、ユーザが、回
転して切り出したテンプレート画像ＭＰａの所定の方向
（例えば時計の３時の方向）を、ウェハ座標系の基準方
向（０°方向）Ｄw1と定めることによって、粗回転角度
α１の不確定性を取り除く。例えば、図１５（Ｂ）に示
すように、粗回転角度α１だけ時計廻りに回転した画像
において、時計の３時方向がウェハ座標系の基準方向Ｄ
w1として設定される。なお、ユーザが指定せずに、自動
的に時計の３時方向が基準方向Ｄw1として設定されるよ
うにしてもよい。ウェハの回転角度は、ステージ座標系
の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw1まで
の角度である。従って、図１５（Ｂ）の場合には、基準
ウェハの回転角度は、粗回転角度α１に等しい。なお、
ウェハ座標系の基準方向を、時計の３時方向以外の方向
に選択した場合には、基準ウェハの回転角度はα１とは
異なる値となる。しかし、この場合にも、粗回転角度α
１に所定の値を加算または減算した値が基準ウェハの回
転角度になる。例えば、図１５（Ｂ）の状態において、
時計の１２時方向がウェハ座標系の基準方向として選択
された場合には、基準ウェハの回転角度は、（α１＋９
０°）となる。図６のステップＳ１２では、この回転角
度α１の値がアライメント情報ファイル１３９に保存さ
れる。

【００５８】ステップＳ１３では、隣接するチップのス
クライブライン交点位置に撮像領域が来るようにＸＹス
テージ３６を移動させて画像を撮像する。ステップＳ１
４では、この画像について、パターンマッチングを行な
うことによって、第１のテンプレート画像ＭＰａと同じ
画像パターン（マッチングパターン）を検出する。図１
６は、ステップＳ１３，Ｓ１４の処理内容を示す説明図
である。この例では、第１のテンプレート画像ＭＰａの
登録を行なった交点位置から斜め右下に隣接する交点位
置に視野Ｗｂを移動させている。隣接するチップのスク
ライブライン交点位置は、縦、横、斜めのいずれの方向
に隣接していてもよい。この視野（撮像領域）Ｗｂにお
ける画像の中から、第１のテンプレート画像ＭＰａにマ
ッチングするマッチングパターンＭＰｂを検出する。

【００５９】ステップＳ１４では、マッチングパターン
ＭＰｂを検出した後に、その基準点Ｑｂの座標も算出す
る。そして、２つの画像パターンＭＰａ，ＭＰｂの基準
点Ｑａ，Ｑｂ同士を結ぶ直線Ｌ１の方向として、第２の
基準点Ｑｂから第１の基準点Ｑａに向う方向（基準点の
連結方向）ＤL1を特定する。また、この連結方向ＤL1の
回転角度（ステージ座標系の基準方向Ｄｓから反時計回
りに測った角度）θ１を算出する。なお、基準点Ｑａ，
Ｑｂの座標は、ステージ座標系の座標として求められて
いるので、連結方向ＤL1の回転角度θ１は、これらの座
標から簡単な計算で求めることができる。

【００６０】この実施例では、図１５（Ｂ）に示す粗回
転角度α１の代りに、基準点の連結方向ＤL1の回転角度
θ１を基準ウェハの回転角度として使用する。２つの回
転角度α１，θ１の違いは、ウェハ座標系の基準方向と
してどの方向を選択するか、に起因するものであり、い
ずれを回転角度として定義してもよい。但し、画像パタ
ーンの基準点の連結方向の回転角度θ１の方が、粗回転
角度α１よりも高精度に決定できるという利点がある。
前述した図３（Ａ）に示されている回転角度θ１は、こ
の基準点の連結方向ＤL1で定義される回転角度である。

【００６１】図６のステップＳ１６では、第２のスクラ
イブライン交点Ｐｂ（図１６）の位置が決定され、アラ
イメント情報ファイル１３９に保存される。例えば、第
２のスクライブライン交点ＰｂとマッチングパターンＭ
Ｐｂとの位置関係は、第１のスクライブライン交点Ｐａ
とテンプレート画像ＭＰａとの位置関係と等しいものと
仮定される。従って、第２のスクライブライン交点Ｐｂ
の位置は、マッチングパターンＭＰｂの基準点Ｑｂの位
置と、第１のスクライブライン交点Ｐａとテンプレート
画像ＭＰａの基準点Ｑａの相対位置とに基づいて算出さ
れる。

【００６２】あるいは、第１のスクライブライン交点Ｐ
ａの決定方法と同様の方法によって、第２のスクライブ
ライン交点Ｐｂの位置を決定するようにしても良い。す
なわち、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置を、ユ
ーザが指定してもよく、また、第２の視野Ｗｂ内の画像
を解析することによって、第２のスクライブライン交点
Ｐｂの位置を自動的に決定するようにしてもよい。

【００６３】図６のステップＳ１７では、２つのスクラ
イブライン交点Ｐａ，Ｐｂの中点Ｐａｂの座標が算出さ
れ、位置合わせ基準点（図３（Ａ）の点ＲＰ）としてア
ライメント情報ファイル１３９に保存される。この位置
合わせ基準点Ｐａｂは、各測定点の位置を決定するとき
の原点（すなわちウェハ座標系の座標原点）として使用
される。この実施例では、位置合わせ基準点Ｐａｂの座
標が、スクライブラインで規定される格子の互いに対角
方向にある２つのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂの座
標から決定されているので、その位置を高精度に設定す
ることができる。

【００６４】なお、位置合わせ基準点としては、この他
にも種々の設定方法がある。例えば、２つの画像パター
ンＭＰａ，ＭＰｂの基準点Ｑａ，Ｑｂの中点Ｑａｂを位
置合わせ基準点として使用することもできる。さらに、
スクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂと基準点Ｑａ，Ｑｂの
中の１つの点を、位置合わせ基準点として選択すること
も可能である。

【００６５】以上の基準ウェハに関する前処理によっ
て、アライメント情報ファイル１３９内に以下の情報が
登録される。 （ａ）基準ウェハの粗回転角度α１と、高精度な回転角
度θ１； （ｂ）第１のテンプレート画像ＭＰａの画像データ； （ｃ）テンプレート画像の基準点Ｑａ，Ｑｂの座標値； （ｄ）テンプレート画像の基準点Ｑａ，Ｑｂからそれぞ
れのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂまでの座標のオフ
セット（δｘ，δｙ）； （ｅ）位置合わせ基準点Ｐａｂの座標値。

【００６６】これらの情報は、ステージ座標系とウェハ
座標系との対応関係を決定するために用いられる情報
（「座標系対応関係決定情報」と呼ぶ）である。この座
標系対応関係決定情報を用いることによって、ステージ
座標系と基準ウェハＷＦ１のウェハ座標系とをアフィン
変換によって相互に座標変換することができる。また、
後述するように、この座標系対応関係決定情報を用い
て、ステージ座標系と被測定ウェハのウェハ座標系との
対応関係を求めることができる。

【００６７】なお、ステージ座標系とウェハ座標系は、
アフィン変換によって容易に相互に変換することができ
るので、上記の座標系対応関係決定情報中のいくつかの
座標値は、ステージ座標系の座標値として登録しても良
く、また、ウェハ座標系の座標として登録しても良い。
いずれの場合にも、アフィン変換の変換係数を登録して
おくようにすれば、アフィン変換を容易に実行すること
ができる。

【００６８】Ｄ．基準ウェハを用いたファインアライメ
ント前処理：図１７は、基準ウェハＷＦ１を用いたファ
インアライメント前処理の手順を示すフローチャートで
ある。ファインアライメント前処理では、基準ウェハＷ
Ｆ１上の複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５（図３（Ａ）に
おいて白丸で示す）の位置（位置合わせ基準点ＲＰとの
相対的な位置関係）が、以下のようにして登録される。

【００６９】ステップＳ２１では、測定点（例えば図３
（Ａ）のＰＭ１）を視野内に含む位置をユーザが指定し
て、ＸＹステージ３６を移動させる。図１８は、ｉ番目
の測定点ＰＭｉを含む視野Ｗ（ｉ）を示す説明図であ
る。この視野Ｗ（ｉ）は、アフィン変換によって基準ウ
ェハＷＦ１の粗回転角度α１だけ回転した後の画像を示
している。

【００７０】図１７のステップＳ２２では、ユーザが図
１８に示す画面上でｉ番目の測定点ＰＭｉの位置を、マ
ウスなどのポインティングデバイスを用いて指示する。
測定点ＰＭｉの座標値（Ｘｉ，Ｙｉ）は、アライメント
情報ファイル１３９に保存される。ステップＳ２３で
は、測定点ＰＭｉの近傍において、第２のテンプレート
画像ＭＲａ（第２のテンプレート画像）として適切な画
像パターンをユーザが探す。第２のテンプレート画像Ｍ
Ｒａとして適切な画像パターンは、９０°の整数倍の回
転対称性が無い画像パターンであることが好ましい。

【００７１】適切な画像パターンが見いだされると、ス
テップＳ２４において、その画像パターンが画面の中央
になるようにＸＹステージ３６の位置をユーザが調整す
る。そして、ステップＳ２５において視野内の画像を取
り込み、粗回転角度α１だけ画像を回転する。

【００７２】ステップＳ２６では、ユーザが第２のテン
プレート画像ＭＰａの領域を指定することによって、第
２のテンプレート画像ＭＲａの画像データを切り出し、
その基準点Ｒａの座標（ｘ，ｙ）とともに保存する。

【００７３】なお、第２のテンプレート画像ＭＲａは、
プリアライメント前処理で用いられた第１のテンプレー
ト画像ＭＰａ（図１５（Ｃ））と同じものであってもよ
い。例えば、各測定点の近傍に第１のテンプレート画像
ＭＰａが存在する場合には、ステップＳ２６の代わり
に、パターンマッチング手段１５４（図２）が、第１の
テンプレート画像ＭＰａを用いたパターンマッチング処
理を行って基準点Ｒａの位置を決定する。

【００７４】ステップＳ２７では、第２のテンプレート
画像ＭＲａの基準点Ｒａから、ｉ番目の測定点ＰＭｉま
でのＸ座標とＹ座標のオフセット（ΔＸ，ΔＹ）を求め
てアライメント情報ファイル１３９に保存する。測定点
ＰＭｉの位置は、ユーザによって指定される。この座標
のオフセット（ΔＸ，ΔＹ）は、ｉ番目の測定点ＰＭｉ
の近傍に存在する第２のテンプレート画像ＭＲａと、ｉ
番目の測定点ＰＭｉとの位置関係を示す情報である。

【００７５】ステップＳ２８では、他の測定点があるか
否かが判断され、他の測定点がある場合にはステップＳ
２１に戻り、上述したステップＳ２１〜Ｓ２７の処理が
繰り返される。一方、全ての測定点に関してステップＳ
２１〜Ｓ２７の処理が終了すると、基準ウェハＷＦ１で
のファインアライメント前処理が終了する。

【００７６】なお、第２のテンプレート画像ＭＲａとし
ては、全ての測定点に対して共通の１つの画像パターン
を使用してもよく、あるいは、各測定点に対してそれぞ
れ異なる画像パターンを登録しても良い。

【００７７】上述した基準ウェハＷＦ１のファインアラ
イメント前処理では、複数の測定点に関して、それぞれ
以下の情報がアライメント情報ファイル１３９に登録さ
れる。 （ａ）第２のテンプレート画像ＭＲａの画像データ； （ｂ）第２のテンプレート画像ＭＲａの基準点Ｒａの位
置（すなわち基準点Ｒａと位置合わせ基準点ＲＰとの位
置関係）； （ｃ）第２のテンプレート画像ＭＲａの基準点Ｒａと測
定点ＰＭｉとの座標のオフセット（ΔＸ，ΔＹ）。

【００７８】上記の情報は、ウェハ座標系において、各
測定点ＰＭｉの位置を決定するために使用される情報で
あり、以下では「測定位置決定情報」と呼ぶ。この測定
位置決定情報を用いることによって、被測定ウェハにお
ける各測定点の位置を求めることができる。

【００７９】なお、ステージ座標系とウェハ座標系とは
相互に座標変換することができるので、測定位置決定情
報に含まれる座標値は、ステージ座標系の座標値として
登録してもよく、また、ウェハ座標系の座標として登録
しても良い。

【００８０】なお、基準ウェハＷＦ１に関しては、図１
に示す装置を用いて種々の測定等の所定の処理が行なわ
れる。例えば、図１に示す装置が膜厚計である場合に
は、基準ウェハＷＦ１内の複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１
５においてウェハ表面の膜厚が測定される。

【００８１】Ｅ．被測定ウェハを用いたプリアライメン
ト処理：被測定ウェハＷＦ２に対しても、基準ウェハＷ
Ｆ１と同じ測定点において同じ測定処理（例えば膜厚測
定）が実行される。しかし、被測定ウェハＷＦ２がＸＹ
ステージ３６に載置された時には、被測定ウェハＷＦ２
の回転角度が不明なので、基準ウェハＷＦ１と同じ測定
点にプローブを位置決めできるようにＸＹステージ３６
の位置を移動させることができない。そこで、被測定ウ
ェハＷＦ２についての測定処理を実行する前に、まず、
以下に説明するプリアライメント処理によって、その被
測定ウェハＷＦ２の回転角度と位置合わせ基準点の位置
とを決定する。被測定ウェハＷＦ２の回転角度と位置合
わせ基準点の位置とは、被測定ウェハのウェハ座標系と
ステージ座標系との対応関係を示す情報であると考える
こともできる。そして、後述するファインアライメント
処理によって、各測定点の座標を正確に決定する。

【００８２】図１９および図２０は、被測定ウェハのプ
リアライメント処理の手順を示す説明図である。ステッ
プＳ１〜Ｓ６までの処理は、図５に示した基準ウェハに
関するプリアライメント前処理と同じである。これによ
って、ウェハの中心近くのスクライブライン交点の画像
が取り込まれる。図２１は、被測定ウェハに設定された
視野の一例を示している。ここでは、視野Ｗｃを撮像領
域とした画像が取込まれる。図１９のステップＳ３にお
いては、図２１に示す粗回転角度α２prが検出されてい
る。なお、この粗回転角度α２prは、９０°の整数倍の
不確定さを有している。被測定ウェハにおいては、不確
定さを取除く前の粗回転角度を「予備回転角度」とも呼
ぶ。この名前は、不確定さを含む予備的な回転角度であ
ることを意味している。

【００８３】ステップＳ３１では、パターンマッチング
手段１５４（図２）が、この視野Ｗｃ内の画像に関し
て、基準ウェハの前処理において登録された第１のテン
プレート画像ＭＰａを用いたパターンマッチング処理を
行なう。

【００８４】図２２は、被測定ウェハに関するパターン
マッチングの方法を示す説明図である。まず、図２２
（Ａ）に示す読み取られた画像を、アフィン変換によっ
て予備回転角度α２prだけ時計廻りに回転して、図２２
（Ｂ）に示すような画像を作成する。そして、回転後の
画像内において、第１のテンプレート画像ＭＰａとマッ
チングする画像パターンをパターンマッチング処理によ
って検出する。この時、図２２（Ｃ）に示すように、９
０°ずつ回転した４つのテンプレート画像を予め作成し
ておくことが好ましい。そして、これらの４つのテンプ
レート画像の中で、マッチング度が最も高くなるテンプ
レート画像を決定し、これにマッチングした画像パター
ン（マッチングパターン）の基準点の座標を決定する。
図２２（Ｂ）の例では、１８０°回転のテンプレート画
像のマッチング度が最も高い。従って、この被測定ウェ
ハの粗回転角度α２は、（α２pr＋１８０°）であるこ
とが決定される。すなわち、テンプレート画像を用いた
パターンマッチングによって、予備回転角度α２prの不
確定さを解消して、粗回転角度α２の値を決定すること
ができる。なお、回転対称な４つのテンプレート画像に
関連付けられた角度（０°、９０°、１８０°、２７０
°）のうち、パターンマッチングによって選択された角
度を、以下では「マッチング角度」と呼ぶ。

【００８５】図２３は、被測定ウェハの予備回転角度α
２prと粗回転角度α２との関係を示す説明図である。予
備回転角度α２prは、ステージ座標系の基準方向Ｄｓか
ら、被測定ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）
の方向まで反時計回りに測った角度である。粗回転角度
α２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座
標系の基準方向Ｄw2まで反時計回りに測った角度であ
る。ウェハ座標系の基準方向Ｄw2は、マッチングパター
ンＭＰｃが正立（図２２（Ｃ）の最初のテンプレート画
像の向きに）した時に、時計の３時方向を向く方向であ
ると定義されている。予備回転角度α２prは、ウェハの
直線部分から決定されていただけなので、この例では、
予備回転角度α２prと粗回転角度α２とは１８０°の差
がある。もちろん、これらの角度α２pr，α２が等しい
場合もある。

【００８６】図１９のステップＳ３２では、マッチング
パターンＭＰｃの基準点Ｑｃの座標がアライメント情報
ファイル１３９に保存される。図２０のステップＳ３３
では、被測定ウェハの回転角度の不確定さを解消して、
その相対回転角度Δαを求める。ここで、被測定ウェハ
の相対回転角度Δαは、非測定ウェハの粗回転角度α２
と、基準ウェハの粗回転角度α１との差分（α２−α
１）として定義される。

【００８７】被測定ウェハ内の各測定点の位置は、この
相対的な回転角度Δαを用いて決定することもできる。
しかし、この実施例では、以下の手順により、基準ウェ
ハとの相対的な回転角度をより正確に求めることによっ
て、各測定点の位置をより正確に決定している。

【００８８】ステップＳ３４では、パターンマッチング
の結果から、マッチングパターンＭＰｃの近傍にある第
１のスクライブライン交点Ｐｃ（図２３）の位置を算出
する。図２４は、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑ
ｃと、第１のスクライブライン交点Ｐｃとの関係を示す
説明図である。前述したように、パターンマッチング処
理では、図２４（ａ）〜（ｄ）に示す４つのマッチング
角度のいずれか１つにおいて、画像パターンがマッチン
グすることが確認される。スクライブライン交点Ｐｃの
座標（Ｘｃ，Ｙｃ）は、マッチング角度に応じてそれぞ
れ以下のように算出される。

【００８９】（ａ）マッチング角度が０度の場合： Ｘｃ＝Ｘｓ＋δｘ，Ｙｃ＝Ｙｓ＋δｙ

【００９０】（ｂ）マッチング角度が９０度の場合： Ｘｃ＝Ｘｓ＋δｙ，Ｙｃ＝Ｙｓ−δｘ

【００９１】（ｃ）マッチング角度が１８０度の場合： Ｘｃ＝Ｘｓ−δｘ，Ｙｃ＝Ｙｓ−δｙ

【００９２】（ｄ）マッチング角度が２７０度の場合： Ｘｃ＝Ｘｓ−δｙ，Ｙｃ＝Ｙｓ＋δｘ

【００９３】ここで、δｘ，δｙは、前述した基準ウェ
ハのプリアライメント前処理において求められていた、
テンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑａ（図１６）と、そ
の近傍のスクライブライン交点Ｐａとの座標のオフセッ
トである。この座標のオフセット（δｘ，δｙ）を用い
ることによって、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑ
ｃから、スクライブライン交点Ｐｃの座標を上記のよう
に算出することができる。なお、図２４に示す関係は、
被測定ウェハＷＦ２を予備回転角度α２prだけ回転させ
た状態のものなので、上記の４つの式の各座標値として
は、予備回転角度α２prだけ回転するようにアフィン変
換を行った値が使用される。

【００９４】図２０のステップＳ３５では、２つの目の
スクライブライン交点を視野内に含む位置に被測定ウェ
ハＷＦ２を移動させる。図２５は、被測定ウェハにおい
て設定された２つの視野の関係を示す説明図である。被
測定ウェハの２つのスクライブライン交点Ｐｃ，Ｐｄの
位置関係は、ウェハ座標系において、基準ウェハの２つ
のスクライブライン交点位置Ｐａ，Ｐｂの位置関係と同
じである。従って、２番目のスクライブライン交点Ｐｄ
は、最初のスクライブライン交点Ｐｃから、基準ウェハ
の直線Ｌ１に相当する直線Ｌ２の方向に沿った方向に存
在する。２番目のスクライブライン交点ＰｄにＸＹステ
ージ３６を移動させる移動量は、基準ウェハの２つの基
準点Ｑａ，Ｑｂの座標値の差分と同じである。こうし
て、図２５の２番目の視野Ｗｄが設定される。

【００９５】図２０のステップＳ３６では、２番目の視
野Ｗｄの画像が読み取られ、粗回転角度α２だけ画像を
アフィン変換で回転するとともに、回転後の画像に関し
てパターンマッチングを実行する。このパターンマッチ
ングでは、第１のテンプレート画像ＭＰａと最も一致し
たマッチングパターンＭＰｄの基準点Ｑｄ（図２５）の
座標が得られる。

【００９６】ステップＳ３７では、回転方向決定手段１
５８（図２）が、２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄの連結方向Ｄ
L2の回転角度θ２を求める。この回転角度θ２は、ステ
ージ座標系の基準方向Ｄｓから、基準点の連結方向ＤL2
まで反時計回りに測定した角度である。

【００９７】ステップＳ３８では、２つ目のマッチング
パターンＭＰｄの基準点Ｑｄの座標から、２点目のスク
ライブライン交点Ｐｄの座標が算出される。この演算
は、前述した図２４に示すものと同じである。ステップ
Ｓ３９では、１点目と２点目のスクライブライン交点Ｐ
ｃ，Ｐｄの中心点Ｐｃｄ（図２５）の座標を求める。こ
の中心点Ｐｃｄは、ウェハ座標系における原点となる。
また、以下に説明するファインアライメント処理におけ
る位置合わせ基準点ＲＰ（図３（Ｂ））として使用され
る。

【００９８】基準ウェハＷＦ１と被測定ウェハＷＦ２と
の相対的な回転角度は、被測定ウェハにおける基準点の
連結方向ＤL2の回転角度θ２と、基準ウェハにおける基
準点の連結方向ＤL1の回転角度θ１とを用いて高精度に
決定することができる。

【００９９】図２６は、高精度な相対回転角度を求める
方法を示す説明図である。図２６（Ａ）は、基準ウェハ
に関して得られた２つの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ直線Ｌ
１を示している。これらの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ連結
方向ＤL1は、第２の基準点Ｑｂから第１の基準点Ｑａに
向う方向に取られている。この連結方向ＤL1の回転角度
θ１は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから連結方向Ｄ
L1まで反時計回りに測った角度である。図２６（Ｂ）
は、被測定ウェハに関して得られた２つの基準点Ｑｃ，
Ｑｄを結ぶ直線Ｌ２を示している。これらの基準点Ｑ
ｃ，Ｑｄを結ぶ連結方向ＤL2も、第２の基準点Ｑｄから
第１の基準点Ｑｃに向う方向に取られている。この連結
方向ＤL2の回転角度θ２も、ステージ座標系の基準方向
Ｄｓから連結方向ＤL2まで反時計回りに測った角度であ
る。このように、基準ウェハにおける連結方向ＤL1の回
転角度θ１も、被測定ウェハにおける連結方向ＤL2の回
転角度θ２も、いずれも同じ定義に従って決定されてい
る。従って、これらの差分△θ＝θ２−θ１を求めるこ
とによって、これを、基準ウェハと被測定ウェハとの相
対的な回転角度として採用することができる。

【０１００】ところで、被測定ウェハの回転角度（回転
方向）を決める方法としては、他の方法も考えられる。
図２７は、粗回転角度α１，α２を用いた粗い相対回転
角度の決定方法を示す説明図である。粗回転角度α１，
α２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座
標系の基準方向Ｄw1，Ｄw2まで反時計回りに測った角度
である。従って、粗回転角度の差分△α＝α２−α１
を、基準ウェハと被測定ウェハとの相対的な回転角度と
することができる。但し、上述した回転角度θ１、θ２
の方が、粗回転角度α１，α２よりも精度が高いので、
その相対回転角度△θも、粗回転角度から決定された相
対回転角度△αよりも精度が高い。

【０１０１】回転方向決定手段１５８が被測定ウェハの
回転角度（回転方向）を決定する方法としては、上述の
方法も含めて、以下のような種々の方法が考えられる。

【０１０２】方法１：基準ウェハの高精度回転角度θ１
と、被測定ウェハの高精度回転角度θ２との差分△θか
ら、両者の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。
この方法１は、図２６に示したものである。この方法に
よれば、相対的な回転角度（回転方向）を高精度に決定
できるという利点がある。

【０１０３】方法２：基準ウェハの粗回転角度α１と、
被測定ウェハの粗回転角度α２との差分△αから、両者
の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。この方法
２は、図２７に示したものである。この方法を用いる場
合には、基準ウェハや被測定ウェハにおいて、少なくと
も１カ所の画像でパターンマッチングを行えばよい。従
って、処理を高速化できるという利点がある。

【０１０４】方法３：被測定ウェハの高精度回転角度θ
２そのものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）と
して利用する。図２６（Ｂ）から解るように、高精度回
転角度θ２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウ
ェハ座標系の連結方向ＤL2までの回転角度である。従っ
て、被測定ウェハは、ステージ座標系の基準方向Ｄｓか
らθ２だけ回転しているものと考えることが可能であ
る。なお、方法３の変形として、高精度回転角度θ２に
一定値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転
角度（回転方向）としてもよい。この方法３によれば、
基準ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ
座標系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回
転方向）を高精度に決定できるという利点がある。特
に、基準ウェハの位置合わせ基準点や複数の測定点の座
標を、予めステージ座標系の座標に変換している場合に
は、この回転角度θ２を被測定ウェハの回転角度として
そのまま利用することができる。

【０１０５】方法４：被測定ウェハの粗回転角度α２そ
のものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）とす
る。この場合も、方法３と同様に、回転角度α２に一定
値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転角度
（回転方向）としてもよい。この方法４によれば、基準
ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ座標
系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回転方
向）を高速に決定できるという利点がある。

【０１０６】ところで、被測定ウェハのプリアライメン
ト処理によって、位置合わせ基準点ＲＰ（図３）の位置
と、回転角度θ２とが決定されたので、これらを用いて
ステージ座標系の座標と被測定ウェハのウェハ座標系と
の座標変換を行うことができる。このような座標変換を
行えば、被測定ウェハの各測定点の座標を予測すること
ができる。しかし、プリアライメント処理で得られた結
果から各測定点の座標を決定するときには、以下のよう
な問題がある。

【０１０７】第１の問題は、被測定ウェハの回転角度θ
２の誤差である。上述したように、回転角度θ２は、２
回のパターンマッチングで得られた基準点Ｑｃ，Ｑｄの
位置から決定される。従って、パターンマッチングにお
ける位置合わせ誤差によって、回転角度θ２の値に誤差
が生じる。この誤差のために、位置合わせ基準点ＲＰか
ら遠い位置に存在する測定点においては、座標変換で予
測される測定点の予測位置と、実際の位置（実測位置）
とのずれが大きくなり、位置合わせ精度が悪くなるとい
う問題がある。回転角度θ２の誤差に起因する位置合わ
せ誤差は、位置合わせ基準点ＲＰから遠い測定点ほど大
きい。

【０１０８】第２の問題は、ＸＹステージ３６の機械的
精度の影響である。ＸＹステージ３６の機械的精度に起
因して、ステージ座標系の直交度の誤差や、非線形歪み
（たわみ）の誤差が生じる。これらの誤差により、各測
定点の位置合わせ精度が悪くなる。この機械的精度に起
因する誤差も、位置合わせ基準点ＲＰから遠い測定点ほ
ど大きい。

【０１０９】第３の問題は、ウェハ自身のたわみの影響
である。基準ウェハと被測定ウェハではたわみ方が異な
るので、この相違によって位置合わせ誤差が発生する。

【０１１０】このように、種々の原因によって測定点の
位置合わせ誤差が発生するので、この実施例では以下に
示すファインアライメント処理によって、各測定点の位
置を正確に決定している。

【０１１１】Ｆ．被測定ウェハを用いたファインアライ
メント処理：図２８は、被測定ウェハを用いたファイン
アライメント処理の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ４１では、プリアライメント処理で得られた
情報（プリアライメント情報）を用いて最初の測定点の
座標を予測し、測定点の近傍にあるテンプレート画像
（マッチング画像）の位置にＸＹステージ３６を移動さ
せる。なお、ステージ座標系における測定点の座標は、
被測定ウェハの回転角度α２，θ２と、位置合わせ基準
点ＲＰのステージ座標と、基準ウェハにおける位置合わ
せ基準点ＲＰと各測定点との相対的な位置関係とに基づ
いて予測できる。このような測定点の座標の予測値を、
以下では「予測位置」または「予測値」と呼ぶ。また、
以下で説明するファインアライメント処理によって決定
される測定点の座標の値を、「実測位置」または「実測
値」と呼ぶ。

【０１１２】ステップＳ４２では、測定点近傍の画像を
取込み、プリアライメント処理で求めた粗回転角度α２
だけ画像を回転する。図２９は、回転後の画像を示す説
明図である。この画像は、前述した基準ウェハのプリア
ライメント処理における図１８の画像とほぼ同じもので
ある。

【０１１３】図２８のステップＳ４３では、第２のテン
プレート画像ＭＲａ（図１８）を用いたパターンマッチ
ングを行い、マッチングパターンＭＲｂ（図２９）が決
定される。ステップＳ４４では、マッチングパターンＭ
Ｒｂの基準点Ｒｂの座標を決定する。ステップＳ４５で
は、基準点Ｒｂの座標を、基準ウェハで求められていた
測定点ＰＭｉと基準点Ｒａの座標のオフセット△Ｘ，△
Ｙで補正することによって、測定点ＰＭｉの実測位置を
決定する。この測定点ＰＭｉの実測位置は、ステージ座
標系の座標に変換される。従って、この測定点ＰＭｉの
実測位置に従って、測定プローブを測定点ＰＭｉに正確
に位置決めすることができる

【０１１４】図２８のステップＳ４６では、他の測定点
があるか否かが判断され、他の測定点がある場合にはス
テップＳ４１に戻ってステップＳ４１〜Ｓ４５の処理が
繰返される。こうして、被測定ウェハ上の複数の測定点
ＰＭ１〜ＰＭ１５（図３）について、ステップＳ４１〜
Ｓ４５を繰返し実行することによって、各測定点の実測
位置を正確に決定することができる。各測定点における
測定処理（例えば膜厚測定）は、ステップＳ４５とステ
ップＳ４６の間に行うことができる。あるいは、すべて
の測定点に関してステップＳ４１〜Ｓ４５を繰返して実
行した後に、各測定点における測定処理を順次実行する
ようにしてもよい。

【０１１５】このように、上記実施例では、プリアライ
メント処理によって、被測定ウェハの位置合わせ基準点
ＲＰ（＝Ｐｃｄ）の座標を決定するとともに、その回転
角度α２，θ２を決定した。そして、これらのプリアラ
イメント情報と、基準ウェハにおいて登録されていた位
置合わせ基準点ＲＰと各測定点との位置関係とに従っ
て、被測定ウェハの複数の測定点の位置を予測した。ま
た、この予測位置においてファインアライメント処理を
行うことによって、各測定点の実測位置を正確に決定し
た。従って、上述したような種々の位置合わせ誤差を低
減し、高精度に測定点を位置決めすることが可能であ
る。

【０１１６】Ｇ．第２実施例：上述した第１実施例で
は、各測定点ごとにファインアライメント処理を実行し
ていたので、すべての測定点で高精度な位置合わせが可
能となるが、かなりの処理時間を要する。しかし、プリ
アライメント情報から算出される被測定ウェハの測定点
の予測位置が、必要な位置合わせ精度を有しているなら
ば、ファインアライメント処理を省略することが可能に
なる。

【０１１７】ところで、第１実施例で述べたように、プ
リアライメント処理ではウェハ中心近くの２つのスクラ
イブライン交点Ｐｃ，Ｐｄの近傍でそれぞれパターンマ
ッチングを行い、２ヶ所のマッチング基準点Ｑｃ，Ｑｄ
を求めて回転角度を決定していた。また、２点のスクラ
イブライン交点Ｐｃ，Ｐｄの位置から位置合わせ基準点
ＲＰ（＝Ｐｃｄ）の位置を求めていた。このとき、マッ
チングパターンの基準点Ｑｃ，Ｑｄの位置には多少の誤
差がある。従って、測定点がこれらのマッチングパター
ンから遠くなるほど、このマッチング誤差による位置合
わせの際のずれ量（位置合わせ誤差）が大きくなると考
えられる。

【０１１８】図３０は、位置合わせ基準点ＲＰから測定
点ＰＭｉまでの距離と、位置合わせ誤差との関係を示す
説明図である。ここでは話を単純化するために、パター
ンマッチング以外の誤差は無視できるとする。このと
き、例えば図３０（Ｂ）に示すように、位置合わせ基準
点ＲＰから測定点ＰＭ５までの距離が約３０ｍｍであ
り、測定点ＰＭ５の近傍における位置合わせ誤差（予測
位置と実測位置との差）が±５μｍであると仮定する。
この位置合わせ誤差は、主に、回転角度θ２の誤差δθ
に起因している。従って、各測定点における位置合わせ
誤差は、位置合わせ基準点ＲＰからの距離に比例する。
例えば、位置合わせ基準点ＲＰから約１００ｍｍ離れた
測定点ＰＭ１においては、位置合わせ誤差は±１６．７
μｍとなる。仮に、許容される位置合わせ精度が±１０
μｍであると仮定すると、１００ｍｍ離れた位置では要
求される位置合わせ精度を満足しないが、約６０ｍｍ離
れた位置までは要求精度を満足できることになる。

【０１１９】そこで第２実施例では、位置合わせ基準点
ＲＰから測定点ＰＭｉまでの距離が所定値Ｌｍａｘ以下
の場合には、ファインアライメント処理を省略し、プリ
アライメント情報（位置合わせ基準点ＲＰの位置と回転
角度α２，θ２）を用いて算出される予測位置を、その
測定点ＰＭｉの実測位置として採用する。一方、位置合
わせ基準点ＲＰから測定点ＰＭｉまでの距離が所定値Ｌ
ｍａｘより大きい場合には、その測定点ＰＭｉについて
ファインアライメント処理を行って実測位置を決定す
る。

【０１２０】例えば、図３０（Ａ）に示すようにウェハ
上にＰＭ１〜ＰＭ１５の１５ヶ所の測定点のうち、位置
合わせ基準点ＲＰから半径６０ｍｍの範囲内（図の破線
で描かれた円の内側）にある４つの測定点ＰＭ５，ＰＭ
８，ＰＭ１１，ＰＭ１３についてはファインアライメン
ト処理を省略し、プリアライメント情報のみを用いた演
算によって、測定点の実測位置を決定する。一方、その
他の測定点についてはファインアライメント処理を実行
して実測位置を決定する。

【０１２１】この第２実施例では、位置合わせ基準点Ｒ
Ｐから所定の範囲内にある測定点に関しては、ファイン
アライメント処理を省略するので、各測定点における位
置合わせ精度を満足しつつ、位置合わせ処理全体の処理
時間を短縮することができる。

【０１２２】Ｈ．第３実施例：第３実施例においても、
第２実施例と同様に、測定点の位置に応じて、ファイン
アライメント処理を実行するか否かを決定する。ただ
し、第２実施例と異なるのは、ファインアライメント処
理を行った測定点から所定の範囲内にある他の測定点に
ついて、ファインアライメント処理を省略するようにし
た点である。

【０１２３】図３１は、第３実施例における処理の方法
を示す説明図である。測定点の位置は、図３０（Ａ）と
同じである。第３実施例では、プリアライメント処理を
行った後、ＰＭ１〜ＰＭ１５の１５ヶ所の測定点を、こ
の順序で位置合わせしつつ測定を実行するものと仮定す
る。また、ｉ番目の測定点ＰＭｉと、それ以前にファイ
ンアライメント処理を行った測定点との距離が所定値Ｌ
ｍａｘ（＝６０ｍｍ）以下の場合には、その測定点ＰＭ
ｉのファインアライメント処理を省略しても要求される
位置合わせ精度が得られると仮定する。

【０１２４】図３１において、位置合わせ基準点ＲＰか
ら最初の測定点ＰＭ１までの距離は所定値Ｌｍａｘ（６
０ｍｍ）よりも大きいので、この測定点ＰＭ１について
はファインアライメント処理を行って実測位置を決定す
る。この測定点ＰＭ１から距離Ｌｍａｘの範囲は、図中
で破線で示されている。１番目の測定点ＰＭ１から２番
目の測定点ＰＭ２までの距離はＬｍａｘ以下である。そ
こで、２番目の測定点ＰＭ２に対しては、ファインアラ
イメント処理を省略する。以下同様に、各測定点ごとに
ファインアライメント処理を省略するかどうかを決定す
る。従って、ファインアライメント処理が実行される測
定点は、図中で黒丸で示す測定点ＰＭ１，ＰＭ４、ＰＭ
６，ＰＭ８，ＰＭ１０，ＰＭ１２、ＰＭ１３の７ヶ所の
みとなり、他の測定点ではファインアライメント処理を
省略できる。

【０１２５】以下では、ファインアライメント処理を省
略した測定点を「ファインアライメント省略測定点」と
呼び、ファインアライメント処理が行なわれた測定点を
「ファインアライメント済測定点」と呼ぶ。

【０１２６】ファインアライメント省略測定点の実測位
置は、その近傍にあるファインアライメント済測定点の
予測位置と実測位置とのずれ量に基づいて、ファインア
ライメント省略測定点の予測位置を補正することによっ
て決定される。ファインアライメント済測定点の予測位
置は、プリアライメント情報を用いた座標変換で得られ
る。座標値の補正方法としては、例えば、ファインアラ
イメント済測定点の予測位置と実測位置との対応関係を
表すアフィン変換係数を求め、このアフィン変換係数を
用いて、ファインアライメント省略測定点の予測位置を
アフィン変換する方法がある。あるいは、ファインアラ
イメント済測定点の予測位置と実測位置とのずれ量か
ら、位置合わせ基準点の位置と、ウェハの回転角度とを
補正し、これらに基づいてファインアライメント省略測
定点の実測位置を算出するようにすることもできる。

【０１２７】なお、第３実施例においても、第２実施例
と同様に、位置合わせ基準点ＲＰからの距離がＬｍａｘ
以下の測定点については、ファインアライメント処理を
行わないものとしてもよい。

【０１２８】以上説明したように、第３実施例では、フ
ァインアライメント済測定点から一定の範囲内の測定点
については、ファインアライメント処理を省略して、フ
ァインアライメント済測定点の予測位置と実測位置との
ずれ量に基づいて、その測定点の予測位置を補正するよ
うにした。従って、ファインアライメント処理を行う測
定点の数を低減することができる。この結果、各測定点
における位置合わせ精度を満足しつつ、位置合わせ処理
全体の処理時間を短縮することができる。

【０１２９】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【０１３０】（１）上記実施例において、ハードウェア
によって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置
き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによっ
て実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換え
るようにしてもよい。

【０１３１】（２）位置合わせ基準点ＲＰの座標を決定
するための第１のパターンマッチングは、位置合わせ基
準点ＲＰの近傍の領域の画像に関して行えばよく、位置
合わせ基準点を含む領域の画像に対してパターンマッチ
ングを行う必要はない。同様に、各測定点の座標を決定
するための第２のパターンマッチングも、各測定点を含
む領域の画像に対してパターンマッチングを行う必要は
なく、各測定点の近傍の領域の画像に対して行えばよ
い。

【０１３２】（３）上記実施例では、位置合わせ基準点
ＲＰの位置と回転角度θ２とを決定する際に、２つの領
域においてパターンマッチングを行うようにしていた
が、１カ所の領域におけるパターンマッチングによって
位置合わせ基準点ＲＰの位置と回転角度θ２とを決定す
るようにしてもよい。あるいは、３カ所以上の領域につ
いてパターンマッチングを行うことによって、位置合わ
せ基準点ＲＰの位置と回転角度θ２とを決定するように
してもよい。また、各測定点の位置を決定する際に、複
数の領域に関してパターンマッチングを行うようにして
もよい。一般に、パターンマッチングを行う領域の数が
増加するほど、それによって決定される座標や回転角度
の精度が向上する。

【０１３３】（４）上記実施例では、装置にウェハの回
転機構が備えられていない場合について説明したが、回
転機構を有する装置に対しても本発明を適用することが
可能である。本発明によれば、回転機能を有する装置に
おいても、ウェハの回転方向（回転角度）を画像処理に
よって検出することが可能なので、測定点の位置決め処
理が簡単であり、また、高速に処理できるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を適用して半導体ウェハの位
置合わせ処理を行なう機能を有する測定装置の構成を示
すブロック図。

【図２】画像処理ユニット５０の内部構成を示すブロッ
ク図。

【図３】実施例における位置合わせ処理の概要を示す説
明図。

【図４】実施例における位置合わせ処理の全体手順を示
すフローチャート。

【図５】基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前
処理の手順を示すフローチャート。

【図６】基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前
処理の手順を示すフローチャート。

【図７】半導体ウェハＷＦ内に形成された複数のチップ
の配列の様子を示す概念図。

【図８】ウェハの中心付近を拡大して示す概念図。

【図９】１次元投影法による直線エッジ情報の検出処理
を示す説明図。

【図１０】ソベルオペレータによる画像処理の方法を示
す説明図。

【図１１】ソベルオペレータを用いて得られた水平エッ
ジ値と垂直エッジ値とから、画像の直線部分の角度を算
出する方法を示す説明図。

【図１２】処理対象となる多階調画像の一例と、この多
階調画像からソベルオペレータ法によって検出された角
度のヒストグラムを示す説明図。

【図１３】４つの等価回転角度を示す説明図。

【図１４】スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中
心を移動させた状態を示す説明図。

【図１５】テンプレート画像ＭＰａの登録の様子を示す
説明図。

【図１６】ステップＳ１０の処理内容を示す説明図。

【図１７】基準ウェハＷＦ１を用いたファインアライメ
ント前処理の手順を示すフローチャート。

【図１８】基準ウェハＷＦ１のファインアライメント前
処理におけるｉ番目の測定点ＰＭｉを含む視野Ｗ（ｉ）
を示す説明図。

【図１９】被測定ウェハのプリアライメント処理の手順
を示すフローチャート。

【図２０】被測定ウェハのプリアライメント処理の手順
を示すフローチャート。

【図２１】被測定ウェハにおいて設定される視野の一例
を示す説明図。

【図２２】被測定ウェハに関するパターンマッチングの
方法を示す説明図。

【図２３】被測定ウェハにおけるウェハの予備回転角度
α２prと粗回転角度α２との関係を示す説明図。

【図２４】マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃと第
１のスクライブライン交点Ｐｃとの関係を示す説明図。

【図２５】被測定ウェハにおいて設定された２つの視野
の関係を示す説明図。

【図２６】高精度な相対回転角度を求める方法を示す説
明図。

【図２７】粗い相対回転角度を求める方法を示す説明
図。

【図２８】被測定ウェハを用いたファインアライメント
処理の手順を示すフローチャート。

【図２９】被測定ウェハを用いたファインアライメント
処理において、測定点の近傍で得られた回転後の画像を
示す説明図。

【図３０】第２実施例における処理の方法を示す説明
図。

【図３１】第３実施例における処理の方法を示す説明
図。

【符号の説明】

３０…制御操作ユニット ３１…表示部 ３２…操作部 ３３…制御部 ３４…ステージ駆動部 ３５…ステージ座標読み込み部 ３６…ＸＹステージ ３６ａ，３６ｂ…ウェハ保持アーム ３８…通信経路 ４０…光学ユニット ４１…カメラ ４２…光源 ４３…ハーフミラー ４４…対物レンズ ５０…画像処理ユニット １１０…ＣＰＵ １１２…バスライン １１４…ＲＯＭ １１６…ＲＡＭ １３６…モニタ １３８…磁気ディスク １３９…アライメント情報ファイル １４０…入出力インタフェイス １５０…等価回転方向決定手段 １５２…撮像位置決定手段 １５４…パターンマッチング手段 １５６…角度選択手段 １５８…回転方向決定手段 １６０…基準位置決定手段 １６２…測定位置決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉田 厚 京都市南区久世築山町465番地の１ 大日 本スクリーン製造株式会社久世事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ウェハ上の測定点の位置を決定す
   る方法であって、（ａ）前記被測定ウェハ表面の位置合
   わせ基準点と前記測定点との位置関係を予め登録すると
   ともに、前記被測定ウェハ表面の前記位置合わせ基準点
   の近傍の画像に対してパターンマッチングを行う際に用
   いられる第１のテンプレート画像と、前記測定点の近傍
   の画像に対してパターンマッチングを行う際に用いられ
   る第２のテンプレート画像と、を準備する工程と、
   （ｂ）前記位置合わせ基準点の近傍の領域について第１
   の画像を取り込む工程と、（ｃ）前記第１の画像に関し
   て前記第１のテンプレート画像を用いたパターンマッチ
   ング処理を含む第１の処理を行うことによって、前記被
   測定ウェハの回転方向と前記位置合わせ基準点の位置と
   を決定する工程と、（ｄ）決定された前記回転方向およ
   び前記位置合わせ基準点の位置と、予め登録された前記
   位置合わせ基準点と前記測定点との位置関係に基づい
   て、前記測定点の予測位置を決定する工程と、（ｅ）前
   記予測位置の近傍の領域について第２の画像を取り込む
   工程と、（ｆ）前記第２の画像に関して前記第２のテン
   プレート画像を用いたパターンマッチング処理を含む第
   ２の処理を行うことによって、前記測定点の実測位置を
   決定する工程と、を備えることを特徴とするウェハの測
   定位置決定方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のウェハの測定位置決定方
   法であって、 前記被測定ウェハ上の複数の前記測定点のうち、前記位
   置合わせ基準点から所定の範囲内にある測定点に関して
   は、前記工程（ｅ）および前記工程（ｆ）の処理を省略
   し、前記工程（ｄ）において得られた前記予測位置を前
   記測定点の実測位置として使用する、ウェハの測定位置
   決定方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のウェハの
   測定位置決定方法であって、 前記被測定ウェハ上の複数の前記測定点のうち、前記工
   程（ｅ）および工程（ｆ）の処理が行われた第１の測定
   点から所定の範囲内にある第２の測定点に関しては、前
   記工程（ｅ）および前記工程（ｆ）の処理を省略し、前
   記第１の測定点における前記予測位置と前記実測位置と
   のずれ量に基づいて前記第２の測定点の予測位置を補正
   することによって前記第２の測定点の実測位置を決定す
   る、ウェハの測定位置決定方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載のウェハの測定位置決定方法であって、 前記（ｃ）は、前記位置合わせ基準点の近傍の複数の領
   域について複数の前記第１の画像を取り込み、 前記（ｄ）は、前記複数の第１の画像に関して前記第１
   のテンプレート画像を用いたパターンマッチング処理を
   含む第１の処理をそれぞれ行うことによって、前記被測
   定ウェハの回転方向と前記位置合わせ基準点の位置とを
   決定する、ウェハの測定位置決定方法。