JPH11214485A - ウェハの回転方向決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハのノッチを検出するための専用のセン
サを用いることなく、ウェハの回転方向を決定する。 【解決手段】 被測定ウェハの表面で撮像された処理対
象画像と、予め準備されたテンプレート画像とを相対的
に回転させた複数の回転状態においてパターンマッチン
グを行ない、マッチング度を表す評価値をそれぞれ求め
る。そして、マッチング度の評価値が最大となる回転状
態における回転角度から、被測定ウェハの回転方向を決
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、ウェハの回転方
向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
種々の装置によって処理される。装置によっては、装置
のステージ上に載置されたウェハの回転方向（オリエン
テーション）を認識する必要がある。例えば、ウェハの
膜厚測定装置では、測定時にウェハ上の所定の測定ポイ
ントに光学ヘッドを移動させるために、まず、ウェハの
回転方向を検出し、この回転方向に応じて測定ポイント
の位置にプローブを合わせる位置合せ処理（アライメン
ト処理）が行われる。

【０００３】ウェハの回転方向を検出するための従来技
術としては、例えば特開平５−２１８１７９に開示され
ているものが知られている。この技術では、ウェハ外周
に形成されたＶ字形の切り欠き部（ノッチ）を検出する
ために、ＣＣＤラインセンサのようなノッチ検出用セン
サを測定装置に設けておく。そして、ウェハをステージ
上に保持した状態で回転させながらノッチ検出用センサ
からの出力信号を監視することによってノッチの位置を
検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来は、ウェハの回転
方向を検出するためにノッチ検出用センサを設けておく
必要があったので、装置構成が複雑になるという問題が
あった。また、装置の構成によっては、ウェハの外周付
近の位置にノッチ検出用センサを取り付けることが困難
な場合もある。

【０００５】本発明は、従来技術におけるこのような課
題を解決するためになされたものであり、ウェハのノッ
チを検出するための専用のセンサを用いることなく、ウ
ェハの回転方向を決定できる技術を提供することを目的
とする。

【０００６】

【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、本発明の方
法は、ステージ上に載置された被測定ウェハの回転方向
を決定する方法であって、（ａ）画像のパターンマッチ
ングに用いるテンプレート画像を準備する工程と、
（ｂ）前記被測定ウェハ表面の一部の撮像領域の画像を
処理対象画像として取り込む工程と、（ｃ）前記テンプ
レート画像と前記処理対象画像とを相対的に回転させた
複数の回転状態においてパターンマッチングを行うこと
によって、前記テンプレート画像と前記処理対象画像と
のマッチング度を表す評価値をそれぞれ求める工程と、
（ｄ）前記複数の回転状態の中で前記評価値が最大とな
る回転状態における前記テンプレート画像と前記処理対
象画像との回転角度から、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。

【０００７】上記方法では、ステージ上に載置された被
測定ウェハが任意の回転方向を有していても、処理対象
画像とテンプレート画像との相対的な回転角度が異なる
複数の回転状態のいずれかにおいてマッチング度の評価
値が大きくなる。従って、その回転状態の回転角度から
被測定ウェハの回転方向を決定することができる。この
結果、ウェハのノッチを検出するための専用のセンサを
用いることなく、ウェハの回転方向を決定することが可
能である。

【０００８】上記方法において、前記工程（ｃ）は、
（１）前記テンプレート画像と前記処理対象画像とが特
定の間隔の回転角度を有する複数の回転状態においてパ
ターンマッチングを行うことによって、前記テンプレー
ト画像と前記処理対象画像とのマッチング度を表す評価
値をそれぞれ求める工程と、（２）前記工程（１）で得
られた前記評価値から前記被測定ウェハの回転方向に相
当する回転角度を推定する工程と、（３）前記特定の間
隔の回転角度として前記工程（１）で使用された値より
も順次小さな値を選択しつつ、推定された回転角度の近
傍において前記工程（１）および（２）を繰り返す工程
と、を備えており、前記工程（ｄ）は、前記工程（１）
ないし（３）によって最終的に得られた前記評価値が最
大となる回転状態における前記テンプレート画像と前記
処理対象画像との間の回転角度から、前記被測定ウェハ
の回転方向を決定するようにしてもよい。

【０００９】こうすれば、パターンマッチングを行う角
度間隔を順次小さくしながらマッチング度の高い回転角
度を推定してゆくことができるので、最初から小さな角
度間隔を用いる場合に比べてパターンマッチングの回数
を低減することができる。

【００１０】あるいは、上記方法において、前記工程
（ｃ）は、（１）前記テンプレート画像と前記処理対象
画像とが特定の間隔の回転角度を有する複数の回転状態
においてパターンマッチングを行うことによって、前記
テンプレート画像と前記処理対象画像とのマッチング度
を表す評価値をそれぞれ求める工程と、（２）前記工程
（１）で得られた前記評価値と回転角度との関係を補間
する補間曲線を求め、前記補間曲線上において前記評価
値が最も大きくなる回転角度を前記被測定ウェハの回転
方向に相当する回転角度として推定する工程と、（３）
前記推定された回転角度の近傍において、前記テンプレ
ート画像と前記処理対象画像とを相対的に回転させた複
数の回転状態においてパターンマッチングを行うことに
よって、前記評価値をそれぞれ求める工程と、を備える
ようにしてもよい。

【００１１】このように、評価値の補間曲線から回転方
向に相当する回転角度を推定するようにすれば、パター
ンマッチングの回数をさらに低減することが可能であ
る。

【００１２】あるいはまた、上記方法において、前記工
程（ｃ）は、（１）前記テンプレート画像と前記処理対
象画像の相対的な回転角度と前記評価値との関係を予め
登録する工程と、（２）前記テンプレート画像と前記処
理対象画像との相対的な回転角度に関する少なくとも１
つの回転状態における前記評価値と、前記予め登録され
た関係とに基づいて、前記被測定ウェハの回転方向に相
当する回転角度を推定する工程と、（３）前記推定され
た回転角度の近傍において、前記テンプレート画像と前
記処理対象画像とを相対的に回転させた複数の回転状態
においてパターンマッチングを行うことによって、前記
評価値をそれぞれ求める工程と、を備えるようにしても
よい。

【００１３】このように、回転角度と評価値との予め登
録された関係から、ウェハの回転方向に相当する回転角
度を推定するようにすれば、パターンマッチングの回数
をさらに低減することが可能である。

【００１４】

【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の態様は、ステージ上に載置された
被測定ウェハの回転方向を決定する装置であって、画像
のパターンマッチングに用いるテンプレート画像を記憶
するメモリと、前記被測定ウェハ表面の一部の撮像領域
の画像を処理対象画像として取り込む撮像部と、前記テ
ンプレート画像と前記処理対象画像とを相対的に回転さ
せた複数の回転状態においてパターンマッチングを行う
ことによって、前記テンプレート画像と前記処理対象画
像とのマッチング度を表す評価値をそれぞれ求めるパタ
ーンマッチング部と、前記複数の回転状態の中で前記評
価値が最大となる回転状態における前記テンプレート画
像と前記処理対象画像との回転角度から、前記被測定ウ
ェハの回転方向を決定する回転方向決定部と、を備える
ウェハの回転方向決定装置としての態様である。

【００１５】第２の態様は、コンピュータに上記の発明
の各工程または各部の少なくとも一部の機能を実現させ
るコンピュータプログラムを記録するコンピュータ読取
り可能な記録媒体としての態様である。

【００１６】第３の態様は、コンピュータに上記の発明
の各工程または各部の少なくとも一部の機能を実現させ
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としての態様である。こうした態様
では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置
き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュー
タにダウンロードし、これを実行することで、上記の方
法や装置を実現することができる。

【００１７】

【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回転方向検出処理
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。

【００１８】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。

【００１９】この装置は、ＸＹステージ３６を回転させ
る機構を有していないが、ステージの角度θを変更可能
な回転機構を設けるようにしてもよい。例えば、Ｘ−θ
ステージや、Ｘ−Ｙ−θステージ等も使用可能である。
また、ステージ３６を移動させる代わりに光学ユニット
４０を移動させるような構成も可能である。すなわち、
光学ユニット４０内のカメラ４１の視野がウェハ上の任
意の位置を撮像できるような種々の構成を採用すること
ができる。

【００２０】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。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。

【００２１】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。

【００２２】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、画像メモリ（フレームメモリ）１１８と、入出力イ
ンタフェイス１４０とが、バスライン１１２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。

【００２３】ＲＡＭ１１６には、テンプレート画像記憶
領域１５０と、処理対象画像記憶領域１５２とが設けら
れており、また、パターンマッチング部１５４と、回転
方向決定部１５６と、の機能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。これらのパターンマッ
チング部１５４と回転方向決定部１５６の機能について
は後述する。

【００２４】これらの各部１５４、１５６の機能を実現
するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスク
やＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録
媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、
その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って
内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるい
は、通信経路を介してコンピュータ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。コンピュータプロ
グラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納さ
れたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロ
プロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録
されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取
って直接実行するようにしてもよい。

【００２５】この明細書において、コンピュータとは、
ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概
念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作す
るハードウェア装置を意味している。また、オペレーシ
ョンシステムが不要でアプリケーションプログラム単独
でハードウェア装置を動作させるような場合には、その
ハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハー
ドウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記
録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取る
ための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプ
ログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段
の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。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。

【００２６】なお、この発明における「記録媒体」とし
ては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気デ
ィスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカー
ド、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピ
ュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）
および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な
種々の媒体を利用できる。

【００２７】回転方向の決定処理に先だって、ステージ
３６上に載置されるウェハの中心位置に相当するステー
ジ座標を決定するための較正処理が行われる。図３は、
ステージ３６上に載置されたステージ座標較正用の円盤
７０を示す平面図である。この円盤７０は、例えば金属
製であり、ウェハと同一の直径を有している。円盤７０
の中央には、ステージ座標較正用の十字マークＣＲが描
かれている。円盤７０の外周縁は、ステージ３６に設け
られている複数の保持ピン６０によって保持されてお
り、この結果、円盤７０がステージ３６のほぼ中央に位
置決めされている。また、ステージ３６自体も、所定の
原点位置に位置決めされている。

【００２８】この状態において、ステージ中央の画像を
撮像してモニタ１３６に表示する。オペレータがマウス
などを用い、画像内の十字マークＣＲの位置を特定する
と、ウェハの中心位置を示すステージ座標が所定の値を
取るようにステージ座標系が較正される。例えば、ウェ
ハの中心位置のステージ座標は、ステージ中心のステー
ジ座標と同じ値になるように較正される。

【００２９】なお、以下に示す実施例では、保持ピン６
０で保持された状態におけるウェハの中心位置が、常に
ステージ３６上の同一の位置に来るものと仮定する。ウ
ェハは保持ピン６０によって外周から保持されて位置決
めされるので、このように仮定してもその誤差は無視で
きる程度である。本発明は、保持ピン６０の無いステー
ジにも適用可能である。

【００３０】Ｂ．回転方向決定処理の第１実施例：図４
は、第１実施例における基準ウェハを用いた前処理の手
順を示すフローチャートである。基準ウェハとしては、
測定対象である被測定ウェハと同一の設計パターンが形
成されたウェハが使用される。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枚を基準ウェハとして
使用し、他のウェハを被測定ウェハとして使用する。

【００３１】図４のステップＳ１０１では、図５に示す
ように、基準ウェハＷＦ１をステージ３６上に載置す
る。ステージ３６上に載置された基準ウェハＷＦ１の外
周縁は、保持ピン６０によって保持される。この結果、
基準ウェハＷＦ１の中心Ｐ０は、上述した較正処理にお
ける円盤７０の中心と同じ位置に位置決めされる。ま
た、ウェハ中心Ｐ０のステージ座標値は、ステージ中心
のステージ座標値に等しくなる。

【００３２】ステップＳ１０２では、基準ウェハＷＦ１
の外周部分をカメラ４１で撮像しながらステージ３６を
移動させ、基準ウェハのノッチ部分が視野内に含まれる
位置を見つける。この処理は、カメラ４１で撮像された
画像をモニタ１３６に表示させ、オペレータがこの画像
を見ながら実行する。そして、ノッチ位置Ｐ１（図５）
をオペレータが指示する。ＲＡＭ１１６には、このノッ
チ位置Ｐ１を示すステージ座標値が記憶される。

【００３３】図４のステップＳ１０３では、ウェハ中心
Ｐ０の座標とノッチ位置Ｐ１の座標とに基づいて、ウェ
ハ中心Ｐ０とノッチ位置Ｐ１とを結ぶ方向（ノッチ方
向）Ｄｎと、ステージ基準方向Ｄｓとのなす角度αが算
出される。ステージ基準方向Ｄｓはステージ座標系の基
準方向であり、図５の例では時計の６時方向に固定され
ている。なお、ステージ３６に回転機構が設けられてお
り、ノッチ位置をステージ基準方向Ｄｓに合わせること
が可能であれば、α＝０°とすることも可能である。

【００３４】ステップＳ１０４では、ウェハ中心を視野
内に含む位置で画像を取り込み、取り込んだ画像の中か
らパターンマッチングに用いるテンプレート画像をオペ
レータが指定して切り出す。具体的には、画像処理ユニ
ット５０内の画像メモリ１１８に取り込んだ画像をモニ
タに表示させて、オペレータがテンプレート画像として
用いるパターン部分を指定する。図６は、撮像視野ＶＷ
内の画像からテンプレート画像ＴＭ₀ を切り出す処理を
示す説明図である。テンプレート画像ＴＭ₀ としては、
回転対称性の無い画像が選択される。図６の例では、テ
ンプレート画像ＴＭ₀ には円形や三角形が含まれてお
り、これらの幾何学形状には回転対称性があるが、テン
プレート画像ＴＭ₀ の全体としては回転対称性は無い。
この例からも解るように、テンプレート画像ＴＭ₀ は回
転対称性の有るパターンを含んでいてもよいが、テンプ
レート画像ＴＭ₀ の全体として回転対称性の無い画像が
選ばれる。

【００３５】このテンプレート画像ＴＭ₀ を表す画像デ
ータは、テンプレート画像記憶領域１５０（図２）に格
納される。テンプレート画像ＴＭ₀ は、ステージ基準方
向Ｄｓに対して正立しており、ノッチ方向Ｄｎに対して
は角度αだけ傾いている。そこで、ステップＳ１０４で
は、この角度αの値もＲＡＭ１１６内に記憶される。テ
ンプレート画像ＴＭ₀ と角度αは、ハードディスク１３
８に格納するようにしてもよい。なお、このテンプレー
ト画像ＴＭ₀ を、以下では「０°のテンプレート画像」
または「原テンプレート画像」と呼ぶ。

【００３６】図７は、被測定ウェハを用いて行う回転方
向検出処理の手順を示すフローチャートである。ステッ
プＳ２０１では、被測定ウェハをステージ３６上に載置
して保持ピン６０（図５）で保持する。被測定ウェハの
表面には基準ウェハＷＦ１と同じ設計パターンが形成さ
れているが、ノッチ方向は任意の方向を取り得る。

【００３７】ステップＳ２０２では、ウェハ中心位置に
おいて画像を読み取り、画像処理ユニット５０内の処理
対象画像記憶領域１５２に処理対象画像として記憶す
る。ステップＳ２０３では、テンプレート画像記憶領域
１５０に記憶された０°のテンプレート画像ＴＭ₀ を用
いて、１０°間隔で順次回転した３６個の回転テンプレ
ート画像ＴＭβ を作成し、ステップＳ２０２で読み取
った処理対象画像との間でパターンマッチング処理を行
う。

【００３８】図８は、回転テンプレート画像ＴＭβ の
作成方法を示す説明図である。図８（ａ）には、０°の
テンプレート画像ＴＭ₀ が示されている。テンプレート
画像記憶領域１５０には、０°のテンプレート画像ＴＭ
₀ よりもやや広い領域の画像ＩＭ（広域テンプレート画
像）が記憶されている。０°のテンプレート画像ＴＭ₀
を反時計回りに１０°回転した回転テンプレート画像Ｔ
Ｍ₁₀（図８（ｂ））は、広域テンプレート画像ＩＭをそ
の中心Ｃの回りに１０°回転させた状態において、正立
した画像として抽出される。また、この回転テンプレー
ト画像ＴＭ₁₀は、０°のテンプレート画像ＴＭ₀ と同じ
中心Ｃを有している。２０°回転した回転テンプレート
画像ＴＭ₂₀（図８（ｃ））も同様である。この結果、ス
テップＳ２０３では、０〜３５０°の範囲において１０
°間隔の回転角度をそれぞれ有する３６個の回転テンプ
レート画像ＴＭβ が得られる。なお、０°と３６０°
の回転テンプレート画像としては、原テンプレート画像
ＴＭ₀ がそのまま使用される。これらの複数の回転テン
プレート画像ＴＭβ は、基準ウェハでの前処理時に予
め作成して記憶しておき、それを読み出して使用しても
よい。パターンマッチング部１５４は、図９に示すよう
に、各回転テンプレート画像ＴＭβ を用いて処理対象
画像ＯＩＭとのパターンマッチング処理を実行して、マ
ッチング度（一致度）を表す評価値を算出する。

【００３９】図１０は、パターンマッチングの方法を示
す説明図である。図１０（ａ）に示すように、テンプレ
ート画像ＴＭのサイズをＭＸ×ＭＹとし、その座標を
（ｉ，ｊ）で表す。また、図１０（ｂ）に示すように処
理対象画像ＯＩＭのサイズをＮＸ×ＮＹとし、その座標
を（ｋ，ｌ）で表す。このとき、テンプレート画像デー
タは二次元行列ｆ[ｉ][ｊ]（０≦ｉ≦ＭＹ−１、０≦ｊ
≦ＭＸ−１）で表され、処理対象画像データは二次元行
列ｇ[ｋ][ｌ]（０≦ｋ≦ＮＹ−１、０≦ｌ≦ＮＸ−１）
で表される。テンプレート画像ＴＭの基準点Ｏを例えば
左上隅点とし、この基準点Ｏを処理対象画像ＩＯＭの走
査点（ｋ、ｌ）に一致させたときの正規化相関値Ｃｒ
（ｋ，ｌ）は、例えば次の数式１で与えられる。

【００４０】

【数１】

【００４１】ここで、faveはテンプレート画像データの
平均濃度値、gaveは処理対象画像データについての現在
の処理対象範囲（すなわちテンプレート画像ＴＭで覆わ
れる範囲）の平均濃度値である。上記数式１の左辺の値
Ｃｒ（ｋ，ｌ）は、−１から＋１までの範囲の値をと
る。テンプレート画像ＴＭの範囲内において、テンプレ
ート画像ＴＭと処理対象画像ＯＩＭとが完全に一致すれ
ばＣｒ（ｋ，ｌ）＝１．０になる。そして、テンプレー
ト画像ＴＭと処理対象画像ＯＩＭとの一致度（マッチン
グ度）が低下するに従って、Ｃｒ（ｋ，ｌ）の値は小さ
くなる。本実施例では、パターンマッチングのマッチン
グ度を表す評価値として、処理対象画像ＯＩＭの各点
（ｋ，ｌ）における正規化相関値Ｃｒの中の最大値Ｃｒ
max を用いる。

【００４２】図７のステップＳ２０３では、０〜３５０
°の範囲において１０°間隔の回転角度を有する３６個
の回転テンプレート画像ＴＭβ に関して、マッチング
度の評価値Ｃｒmax をそれぞれ算出する。図１１は、こ
うして得られた評価値Ｃｒmax の分布の一例を示すグラ
フである。この図１１の結果では、最も評価値Ｃｒmax
が大きな状態におけるテンプレート画像の回転角度は１
２０°である。この回転角度（１２０°）が被測定ウェ
ハの回転方向に対応する角度であると考えることも可能
である。

【００４３】しかし、ステップＳ２０３では、かなり大
きな角度間隔（１０°）でテンプレート画像を回転させ
ており、ウェハの回転方向の検出精度もこの角度間隔に
等しい。そこで、より高精度にウェハの回転方向を検出
するために、角度間隔を小さくして再びパターンマッチ
ングを行うことが好ましい。すなわち、図７のステップ
Ｓ２０４では、ステップＳ２０３においてマッチング度
が最も高い回転角度の近傍において、テンプレート画像
をより細かい角度間隔（１°）で順次回転させた複数の
回転テンプレート画像ＴＭβ を作成する。例えば、１
２０°を中心として１°間隔で±５°ずつ回転させるこ
とによって１１５°〜１１９°，１２１°〜１２５°の
範囲の１０個の回転テンプレート画像ＴＭβ を新たに
作成し、処理対象画像ＯＩＭとのパターンマッチングを
それぞれ実行する。

【００４４】ステップＳ２０５では、回転方向決定部１
５６が、マッチング度の評価値Ｃｒmax が大きな値とな
る回転角度βを用いて被測定ウェハの回転角度を決定す
る。例えば、回転角度がβのときにマッチング度の評価
値Ｃｒmax が最大であるとき、被測定ウェハの回転方向
を示す回転角度は、α＋βで与えられる。ここで、α
は、基準ウェハＷＦ１の前処理で求めておいたノッチ方
向Ｄｎとステージ基準方向Ｄｓとのなす角度である（図
５）。なお、０°のテンプレート画像ＴＭ₀ の切り出し
時（図６）において、ノッチ方向Ｄｎに対して正立する
ように０°のテンプレート画像ＴＭ₀ を切り出した場合
には、αは０である。この場合には、ステップＳ２０４
で得られる回転角度βが、被測定ウェハの回転方向を示
す回転角度となる。

【００４５】なお、ステップＳ２０３（またはステップ
Ｓ２０４）で得られたマッチング度の評価値Ｃｒmax が
所定の閾値（例えば０．７）を越えないような場合に
は、被測定ウェハの中心付近で撮像された処理対象画像
内にテンプレート画像と同じパターンが含まれていない
可能性が高い。そこで、この場合には、エラーであるこ
とをモニタ１３６に表示して処理の全体を終了するよう
にしてもよい。こうすれば、無駄な処理を省略すること
ができる。

【００４６】なお、上記第１実施例ではテンプレート画
像を回転させていたが、この代わりに処理対象画像を回
転させるようにしてもよい。すなわち、一般に、テンプ
レート画像と処理対象画像とを相対的に回転させた複数
の回転状態でパターンマッチングを行うようにすればよ
い。これは以下に説明する他の実施例でも同じである。

【００４７】以上のように、第１実施例では、まず、比
較的大きな角度間隔（１０°）でテンプレート画像と処
理対象画像とのマッチング度を評価し、次に、マッチン
グ度の高い回転角度の近傍において、比較的小さな角度
間隔（１°）でテンプレート画像と処理対象画像とのマ
ッチング度を評価した。そして、小さな角度間隔におけ
るマッチング度の評価値が最も大きな回転角度からウェ
ハの回転方向を決定した。これらの処理は、すべて画像
処理によって行うことができるので、ノッチ検出用の専
用のセンサを用いることなく、ウェハの回転方向を決定
することができる。

【００４８】なお、被測定ウェハの回転角度があまり大
きくない場合には、最初から小さな角度間隔（例えば１
°）でテンプレート画像と処理対象画像とのマッチング
度を評価することも可能である。しかし、被測定ウェハ
が任意の回転方向を取りうる場合には、上記第１実施例
のように角度間隔を順次小さくしてゆくことによって、
パターンマッチングの回数を低減することができるとい
う利点がある。

【００４９】Ｃ．回転方向決定処理の第２実施例：図１
２は、第２実施例における基準ウェハでの前処理の手順
を示すフローチャートである。ステップＳ１０１〜ステ
ップＳ１０４までは前述した図４に示す第１実施例１と
同じであり、ステップＳ１０５が追加されている。

【００５０】ステップＳ１０５では、０°のテンプレー
ト画像ＴＭ₀ を所定の角度間隔（例えば３０°）で順次
回転させて得られた複数の回転テンプレート画像と、０
°のテンプレート画像ＴＭ₀ とのパターンマッチングを
行い、マッチング度の評価値Ｃｒmax をそれぞれ求め
る。図１３は、こうして得られた評価値Ｃｒmax と回転
角度との関係を示すグラフである。この例では、回転角
度が０°（＝３６０°）のときに評価値Ｃｒmax が最大
となり、回転角度が２０°〜３４０°の範囲では評価値
Ｃｒmax は０．７以下となっている。図１３の関係はハ
ードディスク１３８に格納され、被測定ウェハにおける
回転方向決定処理に利用される。

【００５１】図１４は、第２実施例における被測定ウェ
ハでの前処理の手順を示すフローチャートである。この
手順は、前述した第１実施例（図７）のステップＳ２０
３を２つのステップＳ２０３ａ，Ｓ２０３ｂに置き換え
たものであり、他のステップは同一である。

【００５２】ステップＳ２０３ａでは、３０°間隔の複
数の回転テンプレート画像を用いて処理対象画像とのパ
ターンマッチング処理を行い、マッチング度の評価値Ｃ
ｒmax が所定の第１の閾値以上になる回転角度β１を探
索する。例えば、被測定ウェハが約１２０°回転してい
たと仮定すると、０°のテンプレート画像ＴＭ₀ と処理
対象画像とのパターンマッチング処理で得られる評価値
Ｃｒmax は図１３から約０．６４（テンプレート回転角
度が１２０°の値）となる。

【００５３】ステップＳ２０３ａで用いられる第１の閾
値は、以下のように設定される。まず、図１３のグラフ
において、テンプレート画像と処理対象画像とが完全に
一致する状態（図１３の０°の状態）を中心として、回
転テンプレート画像の角度間隔３０°と等しい幅の範囲
Ｒを考える。第１の閾値は、この範囲Ｒにおける評価値
Ｃｒmax の最小値よりもやや小さい値に設定することが
好ましい。例えば、図１３の例では、範囲Ｒにおける評
価値Ｃｒmax の最小値は約０．８なので、第１の閾値を
０．７に設定することができる。こうすれば、評価値Ｃ
ｒmax が第１の閾値以上になるか否かを判断することに
よって、ウェハの回転方向を示す回転角度の近傍にある
か否かを推定することができる。

【００５４】評価値Ｃｒmax が第１の閾値未満の場合に
は、正しい回転角度から３０°以上離れていると考えら
れる。そこで、ステップＳ２０３ａでは、さらに３０°
回転させた次の回転テンプレート画像を用いて再度パタ
ーンマッチングを行なう。こうして、３０°間隔で順次
回転させた回転テンプレート画像を用いて処理対象画像
とのパターンマッチングを行ってゆき、その評価値Ｃｒ
max が第１の閾値以上になる回転角度を探索する。評価
値Ｃｒmax が第１の閾値（０．７）以上の値になったと
きには、ウェハの回転方向を示す回転角度の近傍にある
と判断して、ステップＳ２０３ｂに移行する。

【００５５】ステップＳ２０３ｂでは、ステップＳ２０
３ａにおいて第１の閾値を越える評価値Ｃｒmax が得ら
れた回転角度の近傍において、より小さな角度間隔（例
えば１０°あるいは１５°）でテンプレート画像を回転
させながらパターンマッチングを行う。そして、評価値
Ｃｒmax が第２の閾値以上になる回転角度を探索する。
第２の閾値は、第１の閾値（０．７）よりも大きな任意
の値に設定ことができる。例えば第２の閾値を０．９に
設定することができる。評価値Ｃｒmax が第２の閾値以
上の値になったときには、ステップＳ２０４に移行す
る。以下の処理は前述した図７に示す第１実施例と同じ
である。

【００５６】このように、第２実施例においては、まず
比較的大きな角度間隔を用いてウェハの回転方向に相当
する回転角度を推定し、回転角度の間隔を小さくして行
きながら、推定の精度を向上させる。そして、最終的に
必要な角度精度（例えば１°や０．５°）の間隔でパタ
ーンマッチングを行い、評価値Ｃｒmax が最大値となる
ときの回転角度を採用する。このような処理手順を採用
することによって、パターンマッチングを行う回数を第
１実施例よりも少なくでき、高速にウェハの回転方向を
検出することができる可能性がある。

【００５７】Ｄ．回転方向決定処理の第３実施例：図１
５は、第３実施例における被測定ウェハでの処理の手順
を示すフローチャートである。基準ウェハの前処理は、
第２実施例と同じである。図１５の手順は、第２実施例
（図１４）のステップＳ２０３ａ，Ｓ２０３ｂをステッ
プＳ２０３ｃに置き換え、ステップＳ２０４をステップ
Ｓ２０４ａに置き換えたものである。

【００５８】ステップＳ２０３ｃでは、３０°間隔の複
数の回転テンプレート画像を用いて処理対象画像とのパ
ターンマッチングを行い、評価値Ｃｒmax と回転角度と
の関係を表す補間曲線を求める。図１６は、ステップＳ
２０３ｃで得られたマッチング度の評価値Ｃｒmax の分
布の一例を示すグラフである。白丸は評価値Ｃｒmaxの
測定値を示し、白丸を接続する曲線は補間曲線である。
補間曲線としては、多項式や直線補間式などの種々の式
を用いて表される曲線または直線を使用することができ
る。ステップＳ２０３ｃでは、さらに、この補間曲線の
ピーク位置の回転角度（１７４°）を、ウェハの回転方
向を示す回転角度と推定する。

【００５９】ステップＳ２０４ａでは、推定された回転
角度の近傍において、より細かな角度間隔で（例えば
０．１°ずつ±１°の範囲で）テンプレート画像と処理
対象画像とのパターンマッチングを行う。ステップＳ２
０５では、このパターンマッチングの結果から回転角度
を決定する。

【００６０】この第３実施例では、比較的大きな角度間
隔で行ったパターンマッチングの評価値を補間すること
によってウェハの回転方向を示す回転角度を推定するの
で、パターンマッチングを行う回数をさらに少なくする
ことができ、より高速にウェハの回転方向を検出するこ
とができる可能性がある。

【００６１】Ｅ．回転方向決定処理の第４実施例：図１
７は、第４実施例において使用される評価値Ｃｒmax と
回転角度との関係を示すグラフである。第４実施例にお
ける基準ウェハでの前処理は、前述した第２実施例（図
１２）と同じであり、この結果、図１７に示すグラフが
得られたものと仮定している。図１７のグラフは、第２
実施例（図１３）のものと比べると下に凸の形状がより
顕著になっている。この結果、評価値Ｃｒmaxの１つの
値に対して、２つの回転角度をかなり明確に対応付ける
ことができる。このような評価値Ｃｒmax と回転角度と
の関係は、テンプレート画像をうまく選択することによ
って得ることが可能である。第４実施例では、評価値Ｃ
ｒmax と回転角度のグラフが、このように下に凸の顕著
な形状を示す場合（評価値Ｃｒmax の１つの値に対して
回転角度の２つの値が対応するような対応関係を有する
場合）に適用される。

【００６２】図１８は、第４実施例における被測定ウェ
ハでの処理の手順を示すフローチャートである。図１５
の手順は、第３実施例（図１５）のステップＳ２０３ｃ
をステップＳ２０３ｄに置き換えたものである。

【００６３】ステップＳ２０３ｄでは、まず１つのテン
プレート画像（例えば０°のテンプレート画像）を用い
て処理対象画像とのパターンマッチングを行い、マッチ
ング度の評価値Ｃｒmax を求める。そして、この評価値
Ｃｒmax の値から、ウェハの回転方向を示す回転角度を
推定する。例えば、評価値Ｃｒmax が０．７であったと
仮定すると、図１７のグラフから、ウェハの回転方向を
示す回転角度は、６９°または２９９°であると推定さ
れる。

【００６４】一方、最初のテンプレート画像における評
価値Ｃｒmax が図１７のグラフの最低値（約０．５）に
近い場合には、回転角度の推定値の信頼性がかなり低
い。この場合には、例えばさらに３０°回転させた回転
テンプレート画像を用いてパターンマッチングを行っ
て、ウェハの回転方向を示す回転角度を推定すればよ
い。すなわち、ステップＳ２０３ｄでは、少なくとも１
つの回転状態のテンプレート画像を用いて推定を行えば
よい。

【００６５】ステップＳ２０４ａでは、推定された回転
角度（６９°および２９９°）の近傍において、より細
かな角度間隔で（例えば０．１°ずつ±１°の範囲で）
テンプレート画像と処理対象画像とのパターンマッチン
グを行う。そして、ステップＳ２０５では、このパター
ンマッチングの結果から回転角度を決定する。

【００６６】なお、ステップＳ２０４ａでは、回転角度
の２つの推定値の近傍でそれぞれパターンマッチングを
行う必要はなく、まず、いずれか一方の近傍でパターン
マッチングを行うようにしてもよい。そして、第１の推
定値の近傍においてマッチング度の評価値Ｃｒmax が所
定の閾値（例えば０．９以上）にならない場合にのみ、
第２の推定値の近傍においてパターンマッチングを行う
ようにすればよい。

【００６７】この第４実施例では、少なくとも１つの回
転状態のテンプレート画像を用いたパターンマッチング
の結果から、ウェハの回転方向を示す回転角度を推定す
るので、パターンマッチングを行う回数をさらに少なく
することができ、より高速にウェハの回転方向を検出す
ることができる可能性がある。

【００６８】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。

【００６９】（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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を適用して半導体ウェハの回転
方向検出処理を行う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】ステージ３６上に載置されたステージ座標較正
用の円盤７０を示す平面図。

【図４】第１実施例における基準ウェハの前処理の手順
を示すフローチャート。

【図５】ウェハのノッチ方向とステージ基準方向との関
係を示す説明図。

【図６】ウェハ中心で切り出すテンプレート画像の一例
を示す説明図。

【図７】第１実施例における被測定ウェハの回転方向検
出処理手順を示すフローチャート。

【図８】回転テンプレート画像の切り出し方法を示す説
明図。

【図９】回転テンプレート画像を用いたパターンマッチ
ング処理の内容を示す説明図。

【図１０】パターンマッチングの方法を示す説明図。

【図１１】図７のステップＳ２０３で得られたマッチン
グ度の評価値Ｃｒmax の分布の一例を示すグラフ。

【図１２】第２実施例における基準ウェハの前処理の手
順を示すフローチャート。

【図１３】図１２のステップＳ１０５で得られたマッチ
ング度の評価値Ｃｒmax の分布の一例を示すグラフ。

【図１４】第２実施例における被測定ウェハの回転方向
検出処理手順を示すフローチャート。

【図１５】第３実施例における被測定ウェハの回転方向
検出処理手順を示すフローチャート。

【図１６】図１５のステップＳ２０３ｃで得られたマッ
チング度の評価値Ｃｒmax の分布の一例を示すグラフ。

【図１７】第４実施例において使用される評価値Ｃｒma
x と回転角度との関係を示すグラフ。

【図１８】第４実施例における被測定ウェハの回転方向
検出処理手順を示すフローチャート。

【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 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 ６０…保持ピン ７０…ステージ座標較正用円盤 １１０…ＣＰＵ １１２…バスライン １１４…ＲＯＭ １１６…ＲＡＭ １１８…画像メモリ １３６…モニタ １３８…磁気ディスク １４０…入出力インタフェイス １５０…テンプレート画像記憶領域 １５２…処理対象画像記憶領域 １５４…パターンマッチング部 １５６…回転方向決定部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステージ上に載置された被測定ウェハの
   回転方向を決定する方法であって、（ａ）画像のパター
   ンマッチングに用いるテンプレート画像を準備する工程
   と、（ｂ）前記被測定ウェハ表面の一部の撮像領域の画
   像を処理対象画像として取り込む工程と、（ｃ）前記テ
   ンプレート画像と前記処理対象画像とを相対的に回転さ
   せた複数の回転状態においてパターンマッチングを行う
   ことによって、前記テンプレート画像と前記処理対象画
   像とのマッチング度を表す評価値をそれぞれ求める工程
   と、（ｄ）前記複数の回転状態の中で前記評価値が最大
   となる回転状態における前記テンプレート画像と前記処
   理対象画像との回転角度から、前記被測定ウェハの回転
   方向を決定する工程と、を備えるウェハの回転方向決定
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のウェハの回転方向決定方
   法であって、 前記工程（ｃ）は、（１）前記テンプレート画像と前記
   処理対象画像とが特定の間隔の回転角度を有する複数の
   回転状態においてパターンマッチングを行うことによっ
   て、前記テンプレート画像と前記処理対象画像とのマッ
   チング度を表す評価値をそれぞれ求める工程と、（２）
   前記工程（１）で得られた前記評価値から前記被測定ウ
   ェハの回転方向に相当する回転角度を推定する工程と、
   （３）前記特定の間隔の回転角度として前記工程（１）
   で使用された値よりも順次小さな値を選択しつつ、推定
   された回転角度の近傍において前記工程（１）および
   （２）を繰り返す工程と、を備えており、 前記工程（ｄ）は、 前記工程（１）ないし（３）によって最終的に得られた
   前記評価値が最大となる回転状態における前記テンプレ
   ート画像と前記処理対象画像との間の回転角度から、前
   記被測定ウェハの回転方向を決定する、ウェハの回転方
   向決定方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のウェハの回転方向決定方
   法であって、 前記工程（ｃ）は、（１）前記テンプレート画像と前記
   処理対象画像とが特定の間隔の回転角度を有する複数の
   回転状態においてパターンマッチングを行うことによっ
   て、前記テンプレート画像と前記処理対象画像とのマッ
   チング度を表す評価値をそれぞれ求める工程と、（２）
   前記工程（１）で得られた前記評価値と回転角度との関
   係を補間する補間曲線を求め、前記補間曲線上において
   前記評価値が最も大きくなる回転角度を前記被測定ウェ
   ハの回転方向に相当する回転角度として推定する工程
   と、（３）前記推定された回転角度の近傍において、前
   記テンプレート画像と前記処理対象画像とを相対的に回
   転させた複数の回転状態においてパターンマッチングを
   行うことによって、前記評価値をそれぞれ求める工程
   と、を備える、ウェハの回転方向決定方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載のウェハの回転方向決定方
   法であって、 前記工程（ｃ）は、（１）前記テンプレート画像と前記
   処理対象画像の相対的な回転角度と前記評価値との関係
   を予め登録する工程と、（２）前記テンプレート画像と
   前記処理対象画像との相対的な回転角度に関する少なく
   とも１つの回転状態における前記評価値と、前記予め登
   録された関係とに基づいて、前記被測定ウェハの回転方
   向に相当する回転角度を推定する工程と、（３）前記推
   定された回転角度の近傍において、前記テンプレート画
   像と前記処理対象画像とを相対的に回転させた複数の回
   転状態においてパターンマッチングを行うことによっ
   て、前記評価値をそれぞれ求める工程と、を備える、ウ
   ェハの回転方向決定方法。