JPH1197512A

JPH1197512A - 位置決め装置及び位置決め方法並びに位置決め処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体

Info

Publication number: JPH1197512A
Application number: JP9278532A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Okita; 晋一沖田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、半導体デバイスの製造工程時にお
けるウェーハの位置合わせ制御を行う位置決め装置に関
し、アライメントマークに依存しないで位置合わせを行
うことができる。【解決手段】ステージ上の試料を撮像し、画像情報を
生成する撮像手段１と、撮像手段１により生成された画
像情報からエッジ検出により画像パターンを抽出する抽
出手段２と、抽出手段２により抽出された画像パターン
に対しハフ変換を施して、該画像パターンをハフ空間上
の累積点に変換するハフ変換手段３と、ハフ変換手段３
により変換された累積点のハフ空間上の位置座標を、該
ハフ空間上の基準となる位置座標に一致させるようにス
テージを駆動し、試料の位置合わせを行うステージ駆動
手段４とを備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体デ
バイスの製造工程時におけるウェーハの位置合わせ制御
を行う位置決め装置および位置決め方法に関して、特
に、アライメントマークなどの位置合わせ専用パターン
を使用せずに、位置合わせを行うことができる位置決め
装置および位置決め方法と、その装置をコンピュータを
用いて実現するためのプログラムを記録した記録媒体と
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程時に
ウェーハの位置を合わせるための位置決め装置が知られ
ている。通常、半導体デバイスの製造には、複数の工程
を経なくてはならず、この際、ウェーハの位置を正確か
つ高速に基準位置に合わせること（アライメント）が要
求される。

【０００３】例えば、レチクル上に形成された集積回路
パターンをウェーハ上に転写する露光工程では、他の工
程を挟みながら、十数層に及ぶ複数層の集積回路パター
ンを、正確に重ね合わせるように露光を繰り返す必要が
ある。また、露光工程に限らず、レーザ加工工程（例え
ば、不良チップを救済するために、レーザ光を利用して
所定の冗長回路を切断する工程など）においても、加工
処理の際に高精度の位置合わせが要求される。

【０００４】この位置合わせ制御は、一般に、半導体ウ
ェーハ上に形成される位置合わせ用のマーク（アライメ
ントマーク）を光電検出し、基準となるターゲットと比
較して、相対的なずれ量を測定することで実行される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】アライメントマークの
検出は、レーザ光の反射光に基づいて行われるが、この
とき、位置合わせ制御毎にレーザ光の照射が必要とな
り、繰り返しレーザ光が照射されることによってアライ
メントマークが劣化および変質し、光学特性が変化して
しまう。

【０００６】このアライメントマークの劣化によって、
マーク検出の際の検出信号にノイズ成分が混入し、マー
クの誤検出を引き起こし、位置合わせ精度が悪化すると
いう問題点があった。また、近年の半導体集積回路パタ
ーンは、ウェーハ上に薄膜を繰り返し積み上げた多層構
造が一般的だが、アライメントマークもエッチング等の
処理によって形成された段差パターン上に薄膜が積まれ
た構造となっている。このため、このような構造を持つ
アライメントマークを光学的に検出すると、光波干渉な
どによって検出信号が複雑に変化し、誤検出や測定誤差
などが発生するという問題点があった。

【０００７】さらに、半導体デバイスの製造工程上にお
ける位置合わせ制御の重要性から、また、アライメント
精度向上の目的から、最近では、数多くのアライメント
マークをウェーハ上に形成する。このため、アライメン
トマーク形成の工程にかかる処理時間が増大し、半導体
デバイスの設計効率が低下するという問題点があった。
そこで、請求項１、２、９〜１１、１７、１８に記載の
発明は、上述の問題点を解決するために、アライメント
マークに依存しないで位置合わせを行うことができる位
置決め装置および位置決め方法を提供することを目的と
する。

【０００８】また、請求項３、４、１２、１３に記載の
発明は、自動的に最適なテンプレートを作成する位置決
め装置および位置決め方法を提供することを目的とす
る。また、請求項５、１４に記載の発明は、コーナを確
実かつ安定して検出することができる位置決め装置およ
び位置決め方法を提供することを目的とする。

【０００９】また、請求項６、１５に記載の発明は、最
適なテンプレートマッチングを自動的に選択する位置決
め装置および位置決め方法を提供することを目的とす
る。また、請求項７、１６に記載の発明は、コーナ検出
を高速に行うことができる位置決め装置および位置決め
方法を提供することを目的とする。また、請求項８に記
載の発明は、確実にコーナのみを検出することができる
位置決め装置を提供することを目的とする。

【００１０】また、請求項１９〜２３に記載の発明は、
コンピュータに、本発明の位置決めにかかわる処理を実
行させるプログラムを記録した記録媒体を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１、２、
９、１０に記載の発明の原理ブロック図である。

【００１２】請求項１に記載の発明は、ステージ上の試
料を撮像し、画像情報を生成する撮像手段１と、撮像手
段１により生成された画像情報からエッジ検出により画
像パターンを抽出する抽出手段２と、抽出手段２により
抽出された画像パターンに対しハフ変換を施して、該画
像パターンをハフ空間上の累積点に変換するハフ変換手
段３と、ハフ変換手段３により変換された累積点のハフ
空間上の位置座標を、該ハフ空間上の基準となる位置座
標に一致させるようにステージを駆動し、試料の位置合
わせを行うステージ駆動手段４とを備えて構成する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の位置決め装置において、ステージ上の試料は、チップ
が形成された半導体ウェーハであり、抽出手段２は、撮
像手段１により生成された半導体ウェーハの画像情報か
ら空間微分フィルタによる画像処理によってスクライブ
ライン像を抽出し、ハフ変換手段３は、スクライブライ
ン像に対してハフ変換を施して、ρθハフ空間上の累積
点に変換し、ステージ駆動手段４は、ハフ変換手段３に
より変換された累積点のρθハフ空間上のθ座標値を、
該ρθハフ空間上の基準となるθ座標値に一致させるこ
とにより、半導体ウェーハの回転方向のずれであるロー
テーションを補正することを特徴とする。

【００１４】図２は、請求項３、４に記載の発明の原理
ブロック図である。請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の位置決め装置において、撮像手
段１は、ステージ駆動手段４により位置合わせが行われ
た試料を撮像して画像情報を生成し、抽出手段２は、撮
像手段１により生成された画像情報から画像パターンの
一部を構成している直線群を抽出し、ハフ変換手段３
は、抽出手段２により抽出された直線群を、ハフ空間上
の累積点に変換し、ハフ変換手段３により変換された累
積点のうち、ハフ空間上の基準の位置座標から予め定め
られた領域にある累積点、または最大の累積度数を有す
る累積点に対して逆ハフ変換を行い、ｘｙ空間上の直線
を求め、その直線から基準テンプレートを作成するテン
プレート作成手段５を備えて構成する。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の位置決め装置において、抽出手段２は、撮像手段１に
より生成された画像情報から直線群と平行でない直線群
（異方向直線群）を含んで構成される別画像パターンを
抽出し、さらに、該別画像パターンから異方向直線群を
抽出し、ハフ変換手段３は、抽出手段２により抽出され
た異方向直線群を、ハフ空間上の累積点に変換し、テン
プレート作成手段５は、ハフ変換手段３により変換され
た累積点のうち、ｘｙ空間上の原点を含む直線パターン
が変換された累積点、または最大の累積度数を有する累
積点に対して逆ハフ変換を行い、ｘｙ空間上の直線を求
め、その直線から別テンプレートを作成することを特徴
とする。

【００１６】図３は、請求項５、６に記載の発明の原理
ブロック図である。請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載の位置決め装置において、テンプレート作成手段
５により作成された２つのテンプレートについて、基準
テンプレートを用いて画像パターンに対してテンプレー
トマッチングを行い、整合する複数のポイント（マッチ
ングポイント群）を選出し、かつ別テンプレートを用い
て別画像パターンに対してテンプレートマッチングを行
い、マッチングポイント群を選出するマッチング手段６
と、マッチング手段６により選出された２つのマッチン
グポイント群各々から直線を推定導出し、これら２つの
直線の交点であるコーナを検出するコーナ検出手段７と
を備え、ステージ駆動手段４は、コーナ検出手段７によ
り検出されたコーナに基づいてステージを駆動し、試料
の位置合わせを行うことを特徴とする。

【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の位置決め装置において、マッチング手段６は、基準テ
ンプレートまたは別テンプレートの分散値の大小に応じ
て、正規化相関と輪郭相関とのいずれかの相関演算処理
によるテンプレートマッチングを行うことを特徴とす
る。図４は、請求項７、８に記載の発明の原理ブロック
図である。

【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の位置決め装置において、撮像手段１
は、ステージ駆動手段４により位置合わせが行われた試
料を撮像して画像情報を生成し、抽出手段２は、撮像手
段１により生成された画像情報から相互に方向の異なる
２つの直線パターンを抽出し、さらに、これら２つの直
線パターン各々からエッジ強度の高い複数の画素（エッ
ジポイント群）を抽出し、抽出手段２により抽出された
２つのエッジポイント群各々から直線を推定導出し、こ
れら２つの直線の交点であるコーナを検出するコーナ検
出手段７を備え、ステージ駆動手段４は、コーナ検出手
段７により検出されたコーナに基づいてステージを駆動
し、試料の位置合わせを行うことを特徴とする。

【００１９】請求項８に記載の発明は、請求項５ないし
請求項７のいずれか１項に記載の位置決め装置におい
て、コーナ検出手段７は、推定導出された２つの直線が
直交しているか否かを判断し、直交している場合のみ交
点はコーナであると判断することを特徴とする。請求項
９に記載の発明は、請求項１または請求項３ないし請求
項８のいずれか１項に記載の位置決め装置において、ハ
フ空間は、ρθハフ空間であることを特徴とする。

【００２０】請求項１０に記載の発明は、請求項１また
は請求項３ないし請求項８のいずれか１項に記載の位置
決め装置において、ハフ空間は、ａｂハフ空間であるこ
とを特徴とする。請求項１１に記載の発明は、ステージ
上の試料を撮像して画像情報を生成するステップと、該
画像情報からエッジ検出により画像パターンを抽出する
ステップと、抽出された画像パターンに対しハフ変換を
施して、該画像パターンをハフ空間上の累積点に変換す
るステップと、変換された累積点のハフ空間上の位置座
標を、該ハフ空間上の基準となる位置座標に一致させる
ようにステージを駆動して、試料の位置合わせを行うス
テップとを有することを特徴とする。

【００２１】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載の位置決め方法において、試料の位置合わせを行う
ステップにより位置合わせが行われた試料を撮像して、
画像情報を生成するステップと、生成された画像情報か
ら画像パターンの一部を構成している直線群を抽出する
ステップと、抽出された直線群を、ハフ空間上の累積点
に変換するステップと、変換された累積点のうち、ハフ
空間上の基準の位置座標から予め定められた領域にある
累積点、または最大の累積度数を有する累積点に対して
逆ハフ変換を行い、ｘｙ空間上の直線を求め、その直線
から基準テンプレートを作成するステップとを有するこ
とを特徴とする。

【００２２】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の位置決め方法において、画像情報を生成するステ
ップにより生成された画像情報から、異方向直線群を含
んで構成される別画像パターンを抽出し、さらに、該別
画像パターンから異方向直線群を抽出するステップと、
抽出された異方向直線群を、ハフ空間上の累積点に変換
するステップと、変換された累積点のうち、ｘｙ空間上
の原点を含む直線パターンが変換された累積点、または
最大の累積度数を有する累積点に対して逆ハフ変換を行
い、ｘｙ空間上の直線を求め、その直線から別テンプレ
ートを作成するステップとを有することを特徴とする。

【００２３】請求項１４に記載の発明は、請求項１３に
記載の位置決め方法において、基準テンプレートを作成
するステップにより作成された基準テンプレートを用い
て、画像パターンに対してテンプレートマッチングを行
い、マッチングポイント群を選出する第１のマッチング
のステップと、別テンプレートを作成するステップによ
り作成された別テンプレートを用いて、別画像パターン
に対してテンプレートマッチングを行い、マッチングポ
イント群を選出する第２のマッチングのステップと、選
出された２つのマッチングポイント群各々から直線を推
定導出し、これら２つの直線の交点であるコーナを検出
するステップと、検出されたコーナに基づいてステージ
を駆動し、試料の位置合わせを行うステップとを有する
ことを特徴とする。

【００２４】請求項１５に記載の発明は、請求項１４に
記載の位置決め方法において、第１のマッチングのステ
ップは、基準テンプレートの分散値の大小に応じて、正
規化相関と輪郭相関とのいずれかの相関演算処理による
テンプレートマッチングを行い、第２のマッチングのス
テップは、別テンプレートの分散値の大小に応じて、正
規化相関と輪郭相関とのいずれかの相関演算処理による
テンプレートマッチングを行うことを特徴とする。

【００２５】請求項１６に記載の発明は、請求項１１に
記載の位置決め方法において、試料の位置合わせを行う
ステップにより位置合わせが行われた試料を撮像して、
画像情報を生成するステップと、該画像情報から、相互
に方向の異なる２つの直線パターンを抽出し、さらに、
これら２つの直線パターン各々からエッジポイント群を
抽出するステップと、抽出された２つのエッジポイント
群各々から直線を推定導出し、これら２つの直線の交点
であるコーナを検出するステップと、検出されたコーナ
に基づいてステージを駆動し、試料の位置合わせを行う
ステップとを有することを特徴とする。

【００２６】請求項１７に記載の発明は、請求項１１な
いし請求項１６のいずれか１項に記載の位置決め方法に
おいて、ハフ空間は、ρθハフ空間であることを特徴と
する。請求項１８に記載の発明は、請求項１１ないし請
求項１６のいずれか１項に記載の位置決め方法におい
て、ハフ空間は、ａｂハフ空間であることを特徴とす
る。請求項１９に記載の発明は、コンピュータを、請求
項１または請求項２に記載の抽出手段２およびハフ変換
手段３として機能させるための位置決め処理プログラム
を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であ
る。

【００２７】請求項２０に記載の発明は、コンピュータ
を、請求項３または請求項４に記載の抽出手段２、ハフ
変換手段３およびテンプレート作成手段５として機能さ
せるための位置決め処理プログラムを記録したコンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体である。請求項２１に記載
の発明は、コンピュータを、請求項５または請求項６に
記載のマッチング手段６およびコーナ検出手段７として
機能させるための位置決め処理プログラムを記録したコ
ンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

【００２８】請求項２２に記載の発明は、コンピュータ
を、請求項７に記載の抽出手段２およびコーナ検出手段
７として機能させるための位置決め処理プログラムを記
録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。請
求項２３に記載の発明は、コンピュータを、請求項８に
記載のコーナ検出手段７として機能させるための位置決
め処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体である。

【００２９】（作用）請求項１に記載の位置決め装置で
は、撮像手段１は、ステージ上の試料を撮像し、画像情
報を生成する。抽出手段２は、生成された画像情報から
エッジ検出により画像パターンを抽出する。ハフ変換手
段３は、抽出された画像パターンに対してハフ変換を施
して、ハフ空間上（例えば、ρθハフ空間上）の累積点
に変換する。

【００３０】ここで、ハフ変換について図面を参照して
説明する。一般にハフ変換は、画像から直線、円などの
図形を検出するために用いられる手法である。ハフ変換
の一例であるρθハフ変換は、パラメータ（ρ,θ）を
用いて、直線をρ＝ｘcosθ＋ｙsinθで表現する。な
お、ρは原点から直線へおろした垂線の長さ、θは垂線
とｘ軸とのなす角である。

【００３１】図５（１）に示すように、直線が点Ａ（ｘ
₀,ｙ₀）を通るとき、ρ＝ｘ₀cosθ＋ｙ₀sinθの関係式
が成り立つ。この式はρθハフ空間上では図５（５）の
軌跡ａになり、サイン曲線を描く。同様に、図５
（２）、（３）に示すｘｙ空間上の点Ｂ、点Ｃの各々を
通る直線は、図５（５）に示すρθハフ空間上の軌跡
ｂ、ｃに変換される。

【００３２】図５（５）に示すρθハフ空間上の軌跡ａ
〜ｃが一点で交わる点ｄは、図５（４）示すようにｘｙ
空間上では、点Ａ、点Ｂ、点Ｃの全てを通る直線Ｄを表
すことになる。すなわち、ハフ変換は、画像中の各点
（ｘ,ｙ）に対応する軌跡をρθハフ空間に描き、軌跡
の累積点（交点）を求めることで画像中の点の並びを直
線として検出することができる。

【００３３】換言すれば、図６に示すように、ｘｙ空間
上の画像に直線ρ₀＝ｘcosθ₀＋ｙsinθ₀が存在すると
き、この直線は、ρθハフ空間上の点（ρ₀,θ₀）の１
点に累積される。次に、ハフ変換の別の例であるａｂハ
フ変換について説明する。ａｂハフ変換は、パラメータ
（ａ,ｂ）を用いて、直線をｙ＝ａｘ＋ｂで表現する。
なお、ａは直線の傾き、ｂはｙ切片である。

【００３４】例えば、図７（１）に示すように、ｘｙ平
面上の点（ｘ₀,ｙ₀）を通過する全ての直線は、ａｂ
ハフ空間上では、図７（２）に示すｂ＝−ｘ₀ａ＋ｙ₀の
直線に集約される。同様に、図７（１）の点、の
各々を通過する全ての直線は、ａｂハフ空間上では、図
７（２）に示されるように、直線、に集約される。

【００３５】すなわち、ａｂハフ変換では、ｘｙ平面上
の直線ｙ＝ａ₀ｘ＋ｂ₀は、ａｂハフ空間上の点（ａ₀,ｂ
₀）の一点に累積されることになる。以上のようにハフ
変換によって画像パターンが、ハフ空間上の累積点に変
換されると、ステージ駆動手段４は、累積点の位置座標
を、予め定められている基準となる位置座標に一致させ
るように、ステージを駆動し、試料の位置合わせを行
う。以下、これを「ハフ変換による位置合わせ」とい
う。

【００３６】請求項２に記載の位置決め装置では、撮像
手段１は、半導体ウェーハを撮像して画像情報を生成す
る。抽出手段２は、半導体ウェーハの画像情報に対して
空間微分フィルタによるエッジ検出の画像処理を実行
し、スクライブライン像を抽出する。ハフ変換手段３
は、スクライブライン像に対して、ハフ変換を施し、ρ
θハフ空間上の累積点に変換する。

【００３７】ステージ駆動手段４は、その累積点のθ座
標値を、予め定められた基準となるθ座標値に一致させ
るようにステージを駆動することで、半導体ウェーハの
回転方向のずれであるローテーションを補正する。請求
項３に記載の位置決め装置では、撮像手段１は、ハフ変
換による位置合わせが終了した試料を撮像して、画像情
報を生成する。抽出手段２は、その画像情報から画像パ
ターンの一部分を構成している直線群を抽出する。すな
わち、画像パターンの一部分を拡大すると、その部分は
複数の直線（例えば、ｘ方向の直線）で構成されてい
る。抽出手段２は、その部分を直線群のパターンとして
抽出する。

【００３８】ハフ変換手段３は、直線群を構成する直線
各々に対してハフ変換を実行し、ハフ空間上の累積点に
変換する。テンプレート作成手段５は、ハフ空間上の累
積点の中で、ハフ変換による位置合わせの際に使用した
基準の位置座標から、予め定められた領域内に位置する
累積点に対して、逆ハフ変換を行う。または、最大の累
積度数を有する累積点に対して、逆ハフ変換を行う。こ
れにより、テンプレート作成に不要なパターンを除去す
ることができる。

【００３９】そして、ｘｙ空間上の直線を求めて、その
直線から基準テンプレート（例えば、ｘ方向の直線テン
プレート）を自動的に作成する。請求項４に記載の位置
決め装置では、抽出手段２は、撮像手段１により生成さ
れた画像情報から先の画像パターンとは別パターンの別
画像パターンを抽出する。さらに、抽出手段２は、別画
像パターンの一部分を構成している異方向直線群（例え
ば、複数のｙ方向の直線）を抽出する。

【００４０】ハフ変換手段３は、異方向直線群を構成す
る直線の各々に対して、ハフ変換を実行し、ハフ空間上
の累積点に変換する。テンプレート作成手段５は、ハフ
空間上の累積点の中で、ｘｙ空間上の原点を含む直線パ
ターンがハフ変換された累積点に対して、逆ハフ変換を
実行する。または、最大の累積度数を有する累積点に対
して、逆ハフ変換を実行する。これにより、テンプレー
ト作成に不要なパターンを除去することができる。

【００４１】そして、ｘｙ空間上の直線を求めて、その
直線から別テンプレート（例えば、ｙ方向の直線テンプ
レート）を自動的に作成する。請求項５に記載の位置決
め装置では、マッチング手段６は、基準テンプレートを
用いて画像パターンに対してテンプレートマッチングを
行う。次に、整合する複数のポイント（マッチングポイ
ント群）を選び出す。

【００４２】また、別テンプレートを用いて別画像パタ
ーンに対してテンプレートマッチングを行い、マッチン
グポイント群を選び出す。コーナ検出手段７は、２つの
マッチングポイント群各々から統計的推定演算処理によ
り直線を導出し、これら直線が交差する点（コーナ）を
検出する。ステージ駆動手段４は、検出されたコーナに
基づいてステージを駆動し、より精密な位置合わせを行
う。

【００４３】請求項６に記載の位置決め装置では、マッ
チング手段６は、基準テンプレートまたは別テンプレー
トの分散値の大小に応じて、正規化相関か輪郭相関かの
いずれかの相関演算処理を選択し、テンプレートマッチ
ングを実行する。例えば、分散値が予め定められたしき
い値より小さい場合には、テンプレート画像は線画と見
なすことができるので、輪郭相関を実行する。なお、輪
郭相関の詳細については後述する。

【００４４】請求項７に記載の位置決め装置では、撮像
手段１は、ハフ変換による位置合わせが終了した試料を
撮像して、画像情報を生成する。抽出手段２は、その画
像情報から相互に方向が異なる直線パターン（例えば、
ｘ方向の直線パターンとｙ方向の直線パターン）を抽出
し、さらに、これら２つの直線パターン各々からエッジ
強度の高い複数の画素（エッジポイント群）を抽出す
る。

【００４５】コーナ検出手段７は、２つのエッジポイン
ト群各々から統計的推定演算処理により直線を導出し、
これら直線が交差する点（コーナ）を検出する。ステー
ジ駆動手段４は、検出されたコーナに基づいてステージ
を駆動し、より精密な位置合わせを行う。請求項８に記
載の位置決め装置では、コーナ検出手段７は、導出され
た２つの直線が直交しているか否かを判定する。これに
より、例えば、チップのコーナであるか否かを判断する
ことができ、チップのコーナならば、それを基準に精密
な位置合わせを実行することができる。

【００４６】請求項９に記載の位置決め装置では、ハフ
変換手段３は、ハフ変換としてρθハフ変換を実行す
る。請求項１０に記載の位置決め装置では、ハフ変換手
段３は、ハフ変換としてａｂハフ変換を実行する。請求
項１１に記載の位置決め方法では、まず第１に、ステー
ジ上の試料を撮像して画像情報を生成する。次に、その
画像情報からエッジ検出により画像パターンを抽出す
る。そして、抽出された画像パターンに対しハフ変換を
施して、その画像パターンをハフ空間上の累積点に変換
する。さらに、変換された累積点を、ハフ空間上の基準
となる位置座標に一致させるようにステージを駆動し
て、試料の位置合わせを行う。

【００４７】請求項１２に記載の位置決め方法では、ハ
フ変換による位置合わせが終了した後に、再度試料を撮
像して、画像情報を生成する。次に、生成された画像情
報から画像パターンの一部を構成している直線群を抽出
する。そして、直線群を、ハフ空間上の累積点に変換す
る。変換された累積点のうち、ハフ空間上の基準の位置
座標から予め定められた領域にある累積点、または最大
の累積度数を有する累積点に対して逆ハフ変換を行い、
ｘｙ空間上の直線を求め、その直線から基準テンプレー
トを自動的に作成する。

【００４８】請求項１３に記載の位置決め方法では、画
像情報から別画像パターンを抽出する。さらに、別画像
パターンから異方向直線群を抽出する。次に、異方向直
線群を、ハフ空間上の累積点に変換する。変換された累
積点のうち、ｘｙ空間上の原点を含む直線パターンが変
換された累積点、または最大の累積度数を有する累積点
に対して逆ハフ変換を行い、ｘｙ空間上の直線を求め、
その直線から別テンプレートを自動的に作成する。

【００４９】請求項１４に記載の位置決め方法では、作
成された基準テンプレートを用いて画像パターンに対し
てテンプレートマッチングを行い、マッチングポイント
群を選出する。次に、別テンプレートを用いて、別画像
パターンに対してテンプレートマッチングを行い、同様
にマッチングポイント群を選出する。そして、選出され
た２つのマッチングポイント群各々から直線を推定導出
し、これら２つの直線の交点であるコーナを検出する。
次に、このコーナに基づいてステージを駆動し、より精
密な位置合わせを行う。

【００５０】請求項１５に記載の位置決め方法では、基
準テンプレートおよび別テンプレートそれぞれの分散値
の大小に応じて、正規化相関と輪郭相関とのいずれかの
相関演算処理によるテンプレートマッチングを行う。請
求項１６に記載の位置決め方法では、ハフ変換による位
置合わせが行われた試料を撮像して、画像情報を生成す
る。その画像情報から、相互に方向の異なる２つの直線
パターンを抽出し、さらに、これら２つの直線パターン
各々からエッジポイント群を抽出する。次に、抽出され
た２つのエッジポイント群各々から直線を推定導出し、
これら２つの直線の交点であるコーナを検出する。そし
て、このコーナに基づいてステージを駆動し、より精密
な位置合わせを行う。

【００５１】請求項１７に記載の位置決め方法では、ハ
フ変換として、ρθハフ変換を利用している。請求項１
８に記載の位置決め方法では、ハフ変換として、ａｂハ
フ変換を利用している。請求項１９に記載の記録媒体に
は、位置決め処理プログラムが記録されており、コンピ
ュータは、そのプログラムを読み込むと、以下の処理を
実行する。

【００５２】撮像手段１によって生成された画像情報か
らエッジ検出により特定の画像パターンを抽出する。次
に、その画像パターンに対してハフ変換を施して、ハフ
空間上の累積点に変換する。請求項２０に記載の記録媒
体には、位置決め処理プログラムが記録されており、コ
ンピュータは、そのプログラムを読み込むと、以下の処
理を実行する。

【００５３】撮像手段１は、ハフ変換による位置合わせ
が終了した試料を撮像して、画像情報を生成する。コン
ピュータは、その画像情報から画像パターンの一部を構
成している直線群を抽出する。そして、その直線群に対
して、ハフ変換を実行し、直線群のパターンを、ハフ空
間上の累積点に変換する。次に、ハフ空間上の累積点の
中で、基準の位置座標から予め定められた領域にある累
積点、または最大の累積度数を有する累積点に対して、
逆ハフ変換を行う。そして、ｘｙ空間上の直線を求め
て、その直線から基準テンプレートを作成する。

【００５４】請求項２１に記載の記録媒体には、位置決
め処理プログラムが記録されており、コンピュータは、
そのプログラムを読み込むと、以下の処理を実行する。
まず、基準テンプレートを用いて画像パターンに対して
テンプレートマッチングを行い、マッチングポイント群
を選び出す。次に、別テンプレートを用いて別画像パタ
ーンに対してテンプレートマッチングを行い、マッチン
グポイント群を選び出す。２つのマッチングポイント群
各々から統計的推定演算処理により直線を導出し、これ
ら直線が交差する点を検出する。

【００５５】請求項２２に記載の記録媒体には、位置決
め処理プログラムが記録されており、コンピュータは、
そのプログラムを読み込むと、以下の処理を実行する。
撮像手段１は、ハフ変換による位置合わせが終了した試
料を撮像して、画像情報を生成する。コンピュータは、
その画像情報から相互に方向が異なる直線パターンを抽
出し、これら２つの直線パターン各々からエッジポイン
ト群を抽出する。

【００５６】次に、２つのエッジポイント群各々から統
計的推定演算処理により直線を導出し、これら直線が交
差する点を検出する。請求項２３に記載の記録媒体に
は、位置決め処理プログラムが記録されており、コンピ
ュータは、そのプログラムを読み込むと、以下の処理を
実行する。コンピュータは、推定導出された２つの直線
が直交しているか否かを判断し、直交している場合の
み、その交点はコーナである判断する。そして、このコ
ーナに基づいて位置合わせを実行する。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。（第１の実施形態）一般に、チップ内に欠陥が生じて
も、チップ内の冗長回路により、歩留まりの低下を防止
することができる。そして、その冗長回路のヒューズに
レーザ光を照射して溶断し、欠陥回路を回避して、チッ
プの救済を行うレーザ加工装置（リペア装置）が知られ
ている。本実施形態は、このレーザ加工装置において、
レーザ光を半導体ウェーハ内の所定のチップに照射する
ようにウェーハの位置合わせを行っている。

【００５８】図８は、第１の実施形態の構成図である。
なお、第１の実施形態は、請求項１〜６、８、９、１１
〜１５、１７、１９〜２１、２３に記載の発明に対応す
る。図８において、レーザ加工装置はステージ部２１を
有している。ステージ部２１は、Ｘ−Ｙステージ２２
と、Ｚ・θステージ２３と、Ｘ−Ｙステージ２２をｘｙ
方向に駆動し、かつＺ・θステージ２３をｚ方向、θ方
向に駆動するアクチュエータ２４と、ｘｙ方向のステー
ジ移動量を常時検出するレーザ干渉計２５とから構成さ
れる。

【００５９】Ｚ・θステージ２３上に載置される半導体
ウェーハには、照明光源２６からの照明光が照射され
る。照明光は、ハーフミラー２７の反射面で反射し、ハ
ーフミラー２８を透過し、対物レンズ２９で集光されて
半導体ウェーハに照射される。一方、半導体ウェーハの
表面画像は、対物レンズ２９を介して、ハーフミラー２
８およびハーフミラー２７を透過し、ＣＣＤカメラ３０
により撮像され、画像情報に光電変換される。なお、Ｃ
ＣＤカメラ３０は、光学的に半導体ウェーハと共役な位
置に配置されている。

【００６０】ＣＣＤカメラ３０には、モニタ３１が接続
され、モニタ３１において半導体ウェーハの表面形状が
観察できる。さらに、モニタ３１の出力は画像処理部
（ＤＳＰ）３２に伝達されてＡ／Ｄ変換され、後述する
画像処理が実行される。また、画像処理部３２の出力
は、主制御部３３に入力される。主制御部３３は、マイ
クロプロセッサまたはそれと同様の機能を有するハード
ウェアによって実現される。

【００６１】主制御部３３には、アクチュエータ２４か
らステージの駆動量およびレーザ干渉計２５から位置情
報が伝達される。また、主制御部３３は、ドライブ部３
５と接続されており、ドライブ部３５には、記録媒体３
６が着脱自在に配置されている。この記録媒体３６に
は、位置決め処理プログラムが記録されている。本プロ
グラムは、通常、ドライブ部３５を介して読み出され、
コンピュータのハードディスクまたはＲＯＭに格納され
る。

【００６２】また、主制御部３３は、レーザ光源３４を
制御し、レーザ光の照射制御を行う。さらに、主制御部
３３は、レーザ干渉計２５からの位置情報に基づいて、
Ｘ−Ｙステージ２２の移動量をモニタし、内部メモリに
記憶されたレーザ加工位置データ、レーザ加工処理順デ
ータに基づいて、アクチュエータ２４に駆動制御信号を
出力し、Ｘ−Ｙステージ２２を駆動する。

【００６３】また、主制御部３３は、位置決め処理プロ
グラムに従って、画像処理部３２に画像処理の手順を指
示する。一方、レーザ光源３４から照射されるレーザ光
は、ハーフミラー２８の反射面で反射し、対物レンズ２
９を介して半導体ウェーハに照射され、レーザ加工が実
施される。

【００６４】なお、請求項１、２、９に記載の発明と、
第１の実施形態との対応関係については、撮像手段１
は、ＣＣＤカメラ３０に対応し、抽出手段２は、画像処
理部３２および主制御部３３の画像処理制御機能に対応
し、ハフ変換手段３は、画像処理部３２および主制御部
３３の画像処理制御機能に対応し、ステージ駆動手段４
は、アクチュエータ２４および主制御部３３のステージ
制御機能に対応する。

【００６５】また、請求項３、４に記載の発明と、第１
の実施形態との対応関係については、上述の対応関係と
併せて、テンプレート作成手段５は、画像処理部３２お
よび主制御部３３の画像処理制御機能に対応する。ま
た、請求項５、６、８に記載の発明と、第１の実施形態
との対応関係については、上述の対応関係と併せて、マ
ッチング手段６は、画像処理部３２および主制御部３３
の画像処理制御機能に対応し、コーナ検出手段７は、主
制御部３３の演算処理機能に対応する。

【００６６】また、請求項１９〜２１、２３に記載の記
録媒体は、第１の実施形態の記録媒体３６に対応する。
図９〜図１２は、第１の実施形態の動作を説明する流れ
図である。本実施形態は、所望のチップにレーザ光が照
射されるように位置合わせを行うが、その動作につい
て、図８〜図１９を参照して以下に説明する。

【００６７】記録媒体３６がドライブ部３５に装着され
ると、記録媒体３６に記録されている位置決め処理プロ
グラムが読み出され、主制御部３３の内部メモリに格納
される。主制御部３３は、そのプログラムに従って、以
下のアライメント動作を実行する。

【００６８】まず、ハフ変換に基づくローテーションθ
補正（ステップＳ１）について説明する。主制御部３３
の内部メモリには、半導体ウェーハのチップのレイアウ
トが設計データとして予め記憶されているため、主制御
部３３は、そのデータに基づいてｘ方向、ｙ方向のいず
れか長い方をスクライブラインの抽出方向として決定す
る（ステップＳ１１）。

【００６９】主制御部３３は、画像処理部３２へスクラ
イブライン抽出命令を出力する。画像処理部３２は、Ｃ
ＣＤカメラ３０からの半導体ウェーハ画像に対して、後
述する空間微分フィルタを用いたエッジ検出により、ス
クライブライン像を抽出する。次に、ズーム変倍光学系
（不図示）によりＣＣＤカメラ３０は、スクライブライ
ンの拡大された像を取得する。図１３（１）に示すよう
に、ここでは、ウェーハにローテーションθが乗ってい
るため、回転方向に傾いた画像が得られる。この画像に
対して画像処理部３２は、スクライブライン上の所定の
位置に矩形上のマスク領域を設け、この領域内に対して
スクライブライン方向に平均化圧縮処理を行う。

【００７０】スクライブラインの抽出方向がｘ方向の場
合、マスク領域ａ内で、ａ１の方向に平均化圧縮処理を
行う。ここでいう、平均化圧縮処理とは、例えば、画像
を２×２画素程度のブロックに区分し、各ブロックごと
に濃度値の平均値やメディアン値などをとることによ
り、画素数を低減する処理のことである。これにより、
チップとスクライブラインとの境界部分に、劣化による
ノイズパターンが生じたとしても、これを除去すること
ができる。通常、境界線方向（ａ１方向）を圧縮し、境
界線と直交する方向（ａ２方向）の圧縮は行わない。

【００７１】さらに、図１３（２）に示すようなｙ方向
空間微分フィルタをａ２方向にかけて、ａ２方向のグラ
ジエントを求め、輪郭強調してチップとスクライブライ
ンとのｘ方向の境界線を抽出する（ステップＳ１２）。
また、スクライブラインの抽出方向がｙ方向の場合に
は、マスク領域ｂ内でｂ１の方向に平均化圧縮処理を行
い、さらに図１３（３）に示すｘ方向空間微分フィルタ
をｂ２方向にかけ、ｂ２方向のグラジエントを求め、輪
郭強調してｙ方向の境界線を抽出する。なお、図１３
（２）のｙ方向空間微分フィルタと図１３（３）のｘ方
向空間微分フィルタの大きさおよび内部の係数は、別の
値もとり得る。

【００７２】主制御部３３は、抽出された境界線の中心
座標を算出し、境界線がモニタ３１画面の中央になるよ
うに、アクチュエータ２４を介してＸ−Ｙステージ２２
を移動させる。ＣＣＤカメラ３０が、境界線を撮像して
いる状態で、主制御部３３およびアクチュエータ２４に
よって、Ｘ−Ｙステージ２２が境界線方向に移動する
（ステップＳ１３）。したがって、ＣＣＤカメラ３０
は、ステージの移動と共に境界線画像を順次取り込んで
いく。

【００７３】連続して取り込まれる境界線画像に対し
て、画像処理部３２は、リアルタイムで、境界線方向へ
平均化圧縮処理し、エッジ保存平滑化フィルタ処理によ
ってノイズを除去し、ハフ変換を用いて境界線の傾きθ
（すなわち、ウェーハのローテーションθ）を算出する
（ステップＳ１４）。エッジ保存平滑化処理は、エッジ
情報を保持したまま、ノイズを除去する処理である。例
えば、図１４に示す５×５の局所領域を考えた場合、縦
横方向の４種類と斜め方向の４種類の計８種類（各７画
素）のサブ領域を考える。なお、局所領域は、３×３、
７×７であってもよい。

【００７４】各サブ領域について濃淡レベルの分散値を
計算し、その値が最小となったサブ領域内で画素の平均
値を計算し、それを出力値として中心画素と置き換え
る。分散値の小さいサブ領域とは、中心画素と同一領域
になる可能性が高い領域といえるため、エッジ情報を損
なわずに雑音を除去することができる。なお、画像にノ
イズが少ない場合には、メディアンフィルタ（例えば、
３×３画素領域）をエッジ保存平滑化フィルタの代わり
に用いてもよい。

【００７５】次に、ハフ変換を用いて境界線の傾きθを
算出する処理について説明する。画像処理部３２は、主
制御部３３の指示に従い、まず画像処理対象の中心画素
に、図１５（１）に示すPrewittのｙ方向オペレータま
たは図１５（２）に示すSobelのｙ方向オペレータをか
け、中心画素のエッジ強度Ｅのｘ成分Ｅｘを求める。同
様に、Prewittのｘ方向オペレータまたはSobelのｘ方向
オペレータをかけ、中心画素のエッジ強度Ｅのｙ成分Ｅ
ｙを求める。なお、ここで、図１５（１）、（２）に示
すオペレータ以外のサイズや係数の異なる微分オペレー
タを用いてもよい。

【００７６】エッジ強度Ｅ＝（Ｅｘ²＋Ｅｙ²）^1/2が、
所定のしきい値以上の場合、その中心画素に対してエッ
ジ方向αを、α＝tan^-1（Ｅｙ／Ｅｘ）より算出する。
図１５（３）に示すように、オペレータをかけた中心画
素を通り、傾きαを持つ直線は、原点（画像領域の中心
点）からの垂角θ₁と距離ρ₁とを用いて、ρ₁＝ｘcosθ
₁＋ｙsinθ₁で表され、ρθハフ変換すると、図１５
（４）に示すようにρθハフ空間上の点（ρ₁,θ₁）に
累積される。但し、０≦θ₁＜π、｜θ₁｜＋｜α｜＝π
／２である。

【００７７】エッジ強度Ｅが、しきい値以下の中心画素
に対してはエッジなしとみなし、ハフ変換処理は行わな
い。なお、このしきい値は、演算処理量と、ローテーシ
ョンθ補正の精度とのバランスを考慮して設定される。
画像処理部３２により取得されたρθハフ空間上の累積
点に基づいて、主制御部３３は、ウェーハの位置合わせ
を行う。

【００７８】具体的には、図１６に示すように、取得さ
れた累積点（ρ₁,θ₁）が、座標（０,π／２）に一致す
るようにステージを駆動する。図１６（Ａ）に示すよう
に、θ₁がπ／２のときは、ｘｙ空間上では境界線が傾
いていない状態を示しており、また、ρ₁が０のとき
は、ｘｙ空間上では境界線が原点を通過している状態を
示している。

【００７９】主制御部３３は、累積値（ρ₁,θ₁）が
（０±許容誤差,π／２±許容誤差）の範囲内にあるか
否かを判断し（ステップＳ１５）、範囲内のときには位
置合わせを行わず、ステップＳ２に戻る。許容誤差範囲
外のときには、位置合わせを行う。主制御部３３は、θ
₁とπ／２との差からステージの回転量および回転方向
を決定し、アクチュエータ２４は、主制御部３３からの
駆動制御信号に従って、Ｚ・θステージ２３を回転方向
に駆動し、ローテーションθの補正を行う（ステップＳ
１６）。

【００８０】また、ｙ方向の位置ずれに対しても、ρ₁
の大きさからその相対的なずれ量が求まり、Ｘ−Ｙステ
ージ２２をｙ方向に駆動してｙ方向の位置ずれを補正す
る。位置合わせが終了すると、ステップＳ１３に戻り、
以上の処理を繰り返す。なお、本処理は、境界線方向に
複数のチップにまたがって行われる。

【００８１】次に、テンプレートマッチングによるコー
ナ検出（ステップＳ２）について説明する。ウェーハの
ローテーションθ補正が終了すると、主制御部３３は、
予め指定されているチップのコーナ付近が、モニタ３１
画面の中央になるように、アクチュエータ２４を介して
Ｘ−Ｙステージ２２を駆動する（ステップＳ２１）。

【００８２】ステップＳ１２と同様の処理により、画像
処理部３２は、スクライブライン上の所定の位置に矩形
上のマスク領域を設け、この領域内に対してスクライブ
ライン方向に平均化圧縮処理を行う。さらにｙ方向空間
微分フィルタをかけることにより、チップとスクライブ
ラインとのｘ方向の境界線を抽出する（ステップＳ２
２）。

【００８３】チップのコーナを検出するには、高倍率の
スクライブライン画像を利用しなくてはならないため、
ＣＣＤカメラ３０は、ズーム変倍光学系を介して高倍率
のスクライブライン画像を取得する。このとき、スクラ
イブラインは拡大されて撮像されるので、スクライブラ
インに埋め込まれるＩＣのテスト用素子、テストパター
ン、各種アライメントマークなどの不要パターンも同時
に撮像される。

【００８４】そこで、これらの不要パターンを除去す
る。図１７（１）に示すように、画像処理部３２は境界
線をρθハフ変換し、図１７（２）に示すように、ρθ
ハフ空間上の累積点に変換する。ここでは、既にローテ
ーションθが補正されており、かつ境界線の中心を原点
としてハフ変換しているため、境界線は、ρθハフ空間
上のρ＝０、θ＝π／２の点を中心に累積する。また、
不要パターンは、ρθハフ空間上の〜に示す点を中
心に累積する。

【００８５】次に、画像処理部３２は、図１７（２）の
に対して、ウィンドウを設け、このウィンドウ以外の
累積点を除外する（例えば、これらの累積点を消去す
る）ことで、不要パターンを除去する。なお、ウィンド
ウの形状は、矩形、円形、任意の形状でよい。

【００８６】なお、ローテーションθの補正が適正に行
われなかった場合には、境界線は、ρ＝０、θ＝π／２
の点には累積しない。この場合、最大の累積度数を有す
る累積点をサーチし、この累積点にウィンドウを設け
る。一般に、境界線は、最大の累積度数を有する累積点
に変換されるので、この累積点に対してウィンドウを設
けることで、不要パターンの除去を行う。

【００８７】不要パターンが除去された累積点（図１７
（２）の）に対して、画像処理部３２は、逆ρθハフ
変換を実行し、ｘｙ空間上の直線を求める。この直線を
基にｘ方向のテンプレート（請求項３に記載の「基準テ
ンプレート」に対応する）を作成する（ステップＳ２
３）。次に、画像処理部３２は、主制御部３３の指示に
従い、境界線に対して、テンプレートを用いてパターン
マッチング（テンプレートマッチング）を実行する（ス
テップＳ２４）。

【００８８】このとき、画像処理部３２は、テンプレー
ト（参照画像）の分散値に応じて正規化相関演算または
輪郭相関演算のいずれかによるパターンマッチングを実
行する。正規化相関演算によるパターンマッチングは、
参照画像を入力画像内で順次走査させて相互相関係数を
求め、相互相関係数が最大値になるときに、入力画像と
参照画像とが一致すると判断する。

【００８９】入力画像Ｓ、参照画像Ｔのとき、正規化相
関係数Ｃstは、共分散Ｄst、参照画像分散Ｄt、入力画
像分散Ｄsを用いて、以下の（１）式〜（４）式で表さ
れる。

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】但し、

【数５】

【数６】で定義され、Ｍ×Ｎの画素領域で考える。

【００９０】このとき、共分散Ｄstを標準偏差（Ｄs）
^1/2と（Ｄt）^1/2とで除して正規化することで、画像の
明るさやコントラストに変動が生じても、その変動分を
除去することができる。また、正規化相関演算は、パタ
ーン全体の濃淡分布の情報をそのまま用いているため、
パターンに多少の欠陥があっても認識することができ
る。しかしながら、正規化相関演算では、参照画像が線
画のようにパターン情報の少ないものや、参照画像と入
力画像とに部分的なコントラストの変化があると、誤認
識する可能性があった。

【００９１】そこで、参照画像の分散値が予め設定され
たしきい値よりも小さい場合には、線画とみなして、輪
郭相関演算によるパターンマッチングを実行する。ま
た、境界線上の複数の点において、参照画像との共分散
をとり、予め設定されたしきい値よりも小さい場合に
は、局所的なコントラストの変化があると判断し、輪郭
相関演算によるパターンマッチングを実行する。

【００９２】輪郭相関演算によるパターンマッチングに
ついては、特開平５−２８２７３号公報に記載されてい
るように、入力画像および参照画像に空間微分フィルタ
をかけ、その微分値を用いて像の相関性を求めている。
これにより、パターン情報が少ない参照画像に対して
も、また、入力画像と参照画像との間に部分的なコント
ラストの変化があっても、パターンマッチングを確実に
行うことができる。

【００９３】画像処理部３２は、パターンマッチングの
結果から各領域の中で、最も整合したポイント（例え
ば、入力画像と参照画像とが整合した際の、参照画像の
中心座標）を選出する。そして、主制御部３３は、その
マッチングポイントに対して最小二乗法を適用して、直
線の一次方程式を算出する（ステップＳ２５）。

【００９４】具体的には、図１８に示すように、画像処
理部３２は、境界線に、２箇所以上の矩形領域を設定す
る。例えば、矩形領域１、２を設定する。領域１、２内
において、ｘ方向テンプレートを走査し、最も整合した
ポイントを選出する。次に、主制御部３３は、ｘ方向の
マッチングポイントに対して、最小二乗法を適用してｘ
方向の直線の一次方程式を求める。実際には、ｎ組のデ
ータ、（ｘ₁,ｙ₁）（ｘ₂,ｙ₂）,・・・,（ｘｎ,ｙｎ）
に最小二乗法を適用して、偏差二乗和Ｓからｙ＝ａ＋ｂ
ｘの係数ａ、ｂを、以下の（５）式〜（７）式に従って
求める。

【数７】

【数８】

【数９】（６）、（７）式より、

【数１０】

【数１１】以上のステップＳ２２〜Ｓ２５の処理は、ｙ方向の境界
線に対しても同様に行われる。

【００９５】まず、画像処理部３２は、スクライブライ
ン上の所定の位置に矩形上のマスク領域を設け、この領
域内に対してスクライブライン方向に平均化圧縮処理を
行う。さらにｘ方向空間微分フィルタをかけることによ
り、チップとスクライブラインとのｙ方向の境界線を抽
出する（ステップＳ２６）。次に、スクライブライン画
像から不要パターンを除去する。図１９（１）に示すよ
うに、画像処理部３２は境界線をρθハフ変換し、図１
９（２）に示すように、ρθハフ空間上の累積点に変換
する。

【００９６】ここでは、境界線の中心を原点としてハフ
変換しているため、境界線はρθハフ空間上の点（０,
０）を中心に累積する。一方、不要パターンは、ρθハ
フ空間上の〜に示す点を中心に累積する。

【００９７】次に、画像処理部３２は、図１９（２）の
に対して、ウィンドウを設け、このウィンドウ以外の
累積点を除外することで、不要パターンを除去する。な
お、境界線の抽出が不正確な場合には、境界線の中心を
原点としてハフ変換できるとは限らず、境界線が、θ＝
０、ρ＝０の点に、必ずしも累積するとは限らない。こ
の場合、最大の累積度数を有する累積点をサーチし、こ
の累積点にウィンドウを設ける。一般に、境界線は、最
大の累積度数を有する累積点に変換されるので、この累
積点に対してウィンドウを設けることで、不要パターン
の除去を行う。

【００９８】不要パターンが除去された累積点（図１９
（２）の）に対して、画像処理部３２は、逆ρθハフ
変換を実行し、ｘｙ空間上の直線を求める。この直線を
基にｙ方向のテンプレート（請求項４に記載の「別テン
プレート」に対応する）を作成する（ステップＳ２
７）。次に、画像処理部３２は、境界線に対して、テン
プレートマッチングを実行する（ステップＳ２８）。

【００９９】このとき、画像処理部３２は、テンプレー
トの分散値に応じて正規化相関演算または輪郭相関演算
のいずれかによるパターンマッチングを実行する。画像
処理部３２は、パターンマッチングの結果から各領域の
中で、最も整合したポイントを選出する。そして、主制
御部３３は、そのマッチングポイントに対して最小二乗
法を適用して、直線の一次方程式を算出する（ステップ
Ｓ２９）。

【０１００】具体的には、図１８に示すように、画像処
理部３２は、境界線に、２箇所以上矩形領域を設定す
る。例えば、矩形領域３、４を設定する。領域３、４内
において、ｙ方向テンプレートを走査し、最も整合した
ポイントを選出する。次に、主制御部３３は、ｙ方向の
マッチングポイントに対して、最小二乗法を適用してｙ
方向の直線の一次方程式を求める。この結果は前述の
（８）、（９）式で表される。

【０１０１】算出されたｘ方向の直線の一次方程式（ｙ
＝ｂ₁ｘ＋ａ₁）とｙ方向の直線の一次方程式（ｙ＝ｂ₂
ｘ＋ａ₂）との交点座標を算出し（ステップＳ３０）、
コーナ検出を行う。

【数１２】

【数１３】このとき、主制御部３３は、２直線が直交しているか否
かを判断する。

【０１０２】２直線が直交していれば、ｂ₁×ｂ₂＝−１
が成り立つので、許容誤差を考慮して、（ー１ー許容
値）≦ｂ₁×ｂ₂≦（−１＋許容値）の範囲にあるとき、
直交していると判断し、コーナであると認識する。ま
た、この範囲にないときには、チップのコーナでないと
判断し、コーナ検出エラーとする。後述するアライメン
トシーケンスに必要な数のコーナを取得するまで、以上
の動作を繰り返す（ステップＳ３１）。

【０１０３】一方、オペレータ（操作者）の指示より、
既に、ＥＧＡ（Enhanced Global Alignment）、ＷＧＡ
（Wafer Global Alignment）、ダイバイダイアライメン
ト、マルチダイアライメントのいずれかのアライメント
が選択されている。選択されたアライメントによって検
出するコーナの数が異なっており、選択されているアラ
イメントに必要な数のコーナが検出されると、主制御部
３３は、そのアライメントシーケンスを実行する（ステ
ップＳ３、Ｓ４１）。

【０１０４】ＥＧＡは、コーナの座標データが３個以上
（通常５〜１５個程度）必要であり、検出された座標デ
ータおよび設計データに基づいて、統計的演算処理によ
り、ウェーハ上全てにおける実際の座標データを算出す
る。具体的には、検出された３個以上のコーナ座標デー
タとそれに対応する設計データとの組み合わせから、設
計データを補正する値（以下、アライメント補正量とい
う）を算出する。

【０１０５】アライメント補正量としては、ｘ方向の線
形伸縮量（スケーリング）γｘ、ｙ方向の線形伸縮量γ
ｙ、残留ローテーションθ、ｚ軸に対する傾きである直
交度ω、ｘ方向の平行移動量（オフセット）Δｘ、ｙ方
向の平行移動量Δｙの６つの変数を導入し、次式により
これら変数を求める（ステップＳ４２）。

【数１４】これにより、設計データを補正したウェーハ全体の実際
の座標データを、一括して取得することができ、この座
標データに基づいて位置合わせを行い、ウェーハ上の所
定箇所にレーザ加工を施すことができる。

【０１０６】また、ＷＧＡは、コーナの座標データ
（ｘ,ｙ）が２個以上必要であり、検出された２個以上
のコーナ座標データとそれに対応する設計データとの組
み合わせから、次式よりアライメント補正量を算出する
（ステップＳ４３）。

【数１５】なお、アライメント補正量としては、残留ローテーショ
ンθ、オフセットΔｘ、Δｙが導入されており、アライ
メント補正量が求まると、ウェーハ全体の実際の座標デ
ータを、一括して取得することができる。

【０１０７】また、ダイバイダイアライメントおよびマ
ルチダイアライメントについては、次式によりアライメ
ント補正量を算出する（ステップＳ４４）。Ｘ＝ｘcosθ−ｙsinθ＋Δｘ（１４）Ｙ＝ｘsinθ＋ｙcosθ＋Δｙ（１５）但し、アライメント補正量としては、残留ローテーショ
ンθ、オフセットΔｘ、Δｙが導入されている。なお、
残留ローテーションθについては、別途算出した一定値
を使用してもよい。

【０１０８】ダイバイダイアライメントおよびマルチダ
イアライメントは、レーザ加工対象のチップ毎に、コー
ナ検出を行って、アライメント補正量を算出する。そし
て、コーナ検出毎に、逐一設計データを補正して実際の
座標データを取得し、位置合わせを行っている。

【０１０９】（実施形態の効果）このように、第１の実
施形態では、スクライブラインを利用してウェーハのロ
ーテーション補正を行い、不要パターンの除去を行って
テンプレートを自動作成し、テンプレートマッチングに
よるコーナ検出からアライメント補正量を算出する。

【０１１０】したがって、アライメントマークを使用し
て、位置合わせを行うことがないため、アライメントマ
ークの劣化による位置合わせ誤差が生じることがない。
また、専用アライメントマーク作成の工程を省略するこ
とができ、半導体デバイス設計の効率化を図ることがで
きる。また、本実施形態では、自動的に最良のテンプレ
ートを作成し使用することができる。従来では、撮像素
子や光学系の違いによる装置機差、半導体デバイスの製
造工程等を考慮して、複数種類のテンプレートを予め用
意し、状況に応じてテンプレートを逐一選択しなければ
ならなかったが、本実施形態では、そのようなテンプレ
ート管理の手間を省くことができる。

【０１１１】さらに、テンプレートマッチングにおい
て、テンプレートの分散値に応じて正規化相関処理と、
輪郭相関処理とを自動的に選択しているため、常に最適
なパターンマッチングを行うことができる。また、アラ
イメント補正量を、アライメントマークに依らず、チッ
プのコーナに基づいて算出するため、安定した精度でア
ライメント補正量を算出することができる。

【０１１２】（第２の実施形態）第１の実施形態では、
テンプレートマッチングによるコーナ検出を行ったが、
第２の実施形態では、エッジ検出によるコーナ検出を行
う。なお、第２の実施形態は、請求項１、２、７〜９、
１１、１６、１７、１９、２２、２３に記載の発明に対
応する。

【０１１３】第２の実施形態の構成については、図８に
示した第１の実施形態と同一構成であるため、ここでの
説明は省略する。また、請求項７に記載の発明と第２の
実施形態との対応関係については、コーナ検出手段７
は、主制御部３３の演算処理機能に対応する。また、請
求項２２に記載の記録媒体は、記録媒体３６に対応する
が、それに格納される位置決め処理プログラムが異な
る。

【０１１４】その他の請求項と実施形態との対応関係に
ついては、第１の実施形態で述べた対応関係を有する。
以下、第２の実施形態の動作を図２０を参照して説明す
る。本実施形態の動作上の特徴点は、指定チップのコー
ナ検出にあり、他のステップについては、第１の実施形
態で既に説明しており、ここでの詳細は省略する。

【０１１５】主制御部３３は、ステージを指定されたチ
ップのコーナ付近へ移動させる（ステップＳ５１）。画
像処理部３２は、スクライブライン画像にエッジ保存平
滑化フィルタをかけ、エッジ情報を保持したまま、ノイ
ズを除去する（ステップＳ５２）。次に、画像処理部３
２は、図２１に示すように、ｘ方向の境界線について、
所定の位置に、例えば、矩形領域１および領域２を設定
する。なお、領域の形状および数はこれに限定されな
い。領域１、２に対して、ｙ方向のPrewittまたはSobel
オペレータをかけ、ｘ方向のエッジの抽出を行う（ステ
ップＳ５３）。なお、エッジ検出オペレータは、一次微
分オペレータとして、Prewittオペレータ、Sobelオペレ
ータ等、また二次微分オペレータとして、ラプラシアン
オペレータ等、任意の微分オペレータを用いてもよい。

【０１１６】画像処理部３２は、領域１、２の各々につ
いて、最もエッジ強度の高い画素（エッジポイント）を
抽出する。主制御部３３は、そのエッジポイントに最小
二乗法を適用し、ｘ方向の直線の一次方程式を導出する
（ステップＳ５４）。

【０１１７】一方、画像処理部３２は、ｙ方向の境界線
についても、領域３および領域４を設定し、ｘ方向のPr
ewittまたはSobelオペレータをかけ、ｙ方向のエッジを
抽出する（ステップＳ５５）。そして、領域３、４各々
について、エッジポイントを抽出する。なお、エッジ検
出オペレータは、一次微分オペレータ、二次微分オペレ
ータなど、任意の微分オペレータを用いてよい。

【０１１８】主制御部３３は、そのエッジポイントに対
して、最小二乗法を適用してｙ方向の直線の一次方程式
を導出する（ステップＳ５６）。主制御部３３は、導出
された２つの直線の交点座標を算出し（ステップＳ５
７）、コーナ検出を行う。主制御部３３は、２直線が直
交しているか否かを判断し、２直線が直交していれば、
コーナであると認識し、直交していなければ、チップの
コーナでないと判断し、コーナ検出エラーとする。

【０１１９】アライメントシーケンスに必要な数のコー
ナを取得するまで、以上の動作を繰り返す（ステップＳ
５８）。（実施形態の効果）このように、第２の実施形態では、
境界線にノイズパターンが少ない場合には、エッジ検出
によって、境界線におけるｘ方向、ｙ方向の一次方程式
を導出し、２つの直線からコーナを検出する。

【０１２０】この場合、テンプレートマッチングによる
コーナ検出と比較すると、演算量を大幅に低減すること
ができ、高速にコーナを検出することができる。また、
第２の実施形態の他の効果については、第１の実施形態
と同様の効果を有する。（第３の実施形態）第１の実施形態では、ハフ変換とし
て一般的なρθハフ変換を利用した。しかしながら、ρ
θハフ変換は、変換時に三角関数の演算処理を実行しな
ければならず、特にθの分解能を上げた場合には、ハフ
変換に膨大な処理時間を要するという問題点があった。
そこで、本実施形態ではハフ変換にａｂハフ変換を利用
する。なお、第３の実施形態は、請求項１、３〜６、
８、１０〜１５、１８〜２１、２３に記載の発明に対応
する。

【０１２１】第３の実施形態の構成については、記録媒
体３６に格納される位置決め処理プログラムが異なる点
以外は、図８に示した第１の実施形態と同一構成である
ため、ここでの詳細な説明は省略する。また、請求項と
本実施形態との対応関係については、第１の実施形態で
述べた対応関係を有する。本実施形態の動作を図９〜図
１２の流れ図を参照して説明する。

【０１２２】まず、ハフ変換に基づくローテーションθ
補正（ステップＳ１）について説明する。ステップＳ１
１〜ステップＳ１３までは、第１の実施形態で既述して
おり、ここでの詳細は省略する。画像処理部３２は、連
続して取り込まれる境界線画像に対して、リアルタイム
で、境界線方向へ平均化圧縮処理し、エッジ保存平滑化
フィルタ処理によってノイズを除去し、ａｂハフ変換を
用いて境界線の傾き（すなわち、ウェーハのローテーシ
ョンθ）を算出する（ステップＳ１４）。

【０１２３】ここで、ａｂハフ変換を用いて境界線の傾
きを算出する処理について、図２２を参照して説明す
る。画像処理部３２は、主制御部３３の指示に従い、ま
ず画像処理対象の中心画素に、前述のPrewittのｙ方向
オペレータまたはSobelのｙ方向オペレータ等の微分オ
ペレータをかけ、中心画素のエッジ強度Ｅのｘ成分Ｅｘ
を求める。

【０１２４】同様に、Prewittのｘ方向オペレータまた
はSobelのｘ方向オペレータをかけ、中心画素のエッジ
強度Ｅのｙ成分Ｅｙを求める。エッジ強度Ｅ＝（Ｅｘ²
＋Ｅｙ²）^1/2が、所定のしきい値以上の場合、その中心
画素に対してエッジ方向ａ₀を、ａ₀＝tan^-1（Ｅｙ／Ｅ
ｘ）より算出する。図２２（１）に示すように、オペレ
ータをかけた中心画素を通り、傾きａ₀（すなわちロー
テーションθ）を持ち、ｙ切片ｂ₀の直線は、ａｂハフ
変換されると、図２２（２）に示すようにａｂハフ空間
上の点（ａ₀,ｂ₀）に累積される。

【０１２５】このとき、エッジ強度Ｅが、しきい値以下
の中心画素に対してはエッジなしとみなし、ａｂハフ変
換処理は行わない。なお、このしきい値は、演算処理量
と、ローテーションθ補正の精度とのバランスを考慮し
て設定される。画像処理部３２により取得されたａｂハ
フ空間上の累積点に基づいて、主制御部３３は、ウェー
ハの位置合わせを行う。

【０１２６】具体的には、図２３に示すように、取得さ
れた累積点（ａ₀,ｂ₀）が、基準値（０,０）に一致する
ようにステージを駆動する。図２３（Ａ）に示すよう
に、ａ₀＝０のときは、ｘｙ空間上では境界線が傾いて
いない状態を示しており、また、ｂ₀＝０のときは、ｘ
ｙ空間上では境界線が原点を通過している状態を示して
いる。主制御部３３は、累積値（ａ₀,ｂ₀）が（０±許
容誤差,０±許容誤差）の範囲内にあるか否かを判断し
（ステップＳ１５）、範囲内のときには位置合わせを行
わず、ステップＳ２に戻る。

【０１２７】許容誤差範囲外のときには、位置合わせを
行う。主制御部３３は、ａ₀と基準値である０との差か
らステージの回転量および回転方向を決定し、アクチュ
エータ２４は、主制御部３３からの駆動制御信号に従っ
て、Ｚ・θステージ２３を回転方向に駆動し、ローテー
ションθの補正を行う（ステップＳ１６）。また、ｙ方
向の位置ずれに対しても、ｂ₀の大きさからその相対的
なずれ量が求まり、Ｘ−Ｙステージ２２をｙ方向に駆動
してｙ方向の位置ずれを補正する。

【０１２８】位置合わせが終了すると、ステップＳ１３
に戻り、以上の処理を繰り返す。なお、本処理は、境界
線方向に複数のチップにまたがって行われる。次に、テ
ンプレートマッチングによるコーナ検出（ステップＳ
２）について説明する。ウェーハのローテーションθ補
正が終了すると、主制御部３３は、予め指定されている
チップのコーナ付近が、モニタ３１画面の中央になるよ
うに、アクチュエータ２４を介してＸ−Ｙステージ２２
を駆動する（ステップＳ２１）。

【０１２９】ステップＳ１２と同様の処理により、画像
処理部３２は、スクライブライン上の所定の位置に矩形
上のマスク領域を設け、この領域内に対してスクライブ
ライン方向に平均化圧縮処理を行う。さらにｙ方向空間
微分フィルタをかけることにより、チップとスクライブ
ラインとのｘ方向の境界線を抽出する（ステップＳ２
２）。

【０１３０】チップのコーナを検出するには、高倍率の
スクライブライン画像を利用しなくてはならないため、
ＣＣＤカメラ３０は、ズーム変倍光学系を介して高倍率
のスクライブライン画像を取得する。このとき、スクラ
イブラインは拡大されて撮像されるので、スクライブラ
インに埋め込まれるＩＣのテスト用素子、テストパター
ン、各種アライメントマークなどの不要パターンも同時
に撮像される。

【０１３１】そこで、これらの不要パターンを除去す
る。図２４（１）に示すように、画像処理部３２は境界
線をａｂハフ変換し、図２４（２）に示すように、ａｂ
ハフ空間上の累積点に変換する。ここでは、既にローテ
ーションθが補正されており、かつ境界線の中心を原点
としてａｂハフ変換しているため、境界線は、ａｂハフ
空間上のａ＝０、ｂ＝０の点を中心に累積する。一方、
不要パターンは、ａｂハフ空間上の〜に示す点を中
心に累積する。

【０１３２】次に、画像処理部３２は、図２４（２）の
に対して、ウィンドウを設け、このウィンドウ以外の
累積点を除外する（例えば、これらの累積点を消去す
る）ことで、不要パターンを除去する。なお、ウィンド
ウの形状は、矩形、円形、任意の形状でよい。

【０１３３】なお、ローテーションθの補正が適正に行
われなかった場合には、境界線は、ａ＝０、ｂ＝０の点
には累積しない。この場合、最大の累積度数を有する累
積点をサーチし、この累積点にウィンドウを設ける。一
般に、境界線は、最大の累積度数を有する累積点に変換
されるので、この累積点に対してウィンドウを設けるこ
とで、不要パターンの除去を行う。

【０１３４】不要パターンが除去された累積点（図２４
（２）の）に対して、画像処理部３２は、逆ａｂハフ
変換を実行し、ｘｙ空間上の直線を求める。この直線を
基にｘ方向のテンプレートを作成する（ステップＳ２
３）。ステップＳ２４、Ｓ２５が実行され、ｘ方向の直
線が導出される。以上のステップＳ２２〜Ｓ２５の処理
は、ｙ方向の境界線に対しても同様に行われる。

【０１３５】まず、画像処理部３２は、スクライブライ
ン上の所定の位置に矩形上のマスク領域を設け、この領
域内に対してスクライブライン方向に平均化圧縮処理を
行う。さらにｘ方向空間微分フィルタをかけることによ
り、チップとスクライブラインとのｙ方向の境界線を抽
出する（ステップＳ２６）。次に、スクライブライン画
像から不要パターンを除去する。図２５（１）に示され
るｙ方向の境界線を、このままの状態でａｂハフ変換す
ると、境界線はａ＝∞、ｂ＝ー∞の位置に累積してしま
う。そこで、画像処理部３２は、スクライブライン画像
を、原点を中心に右方向に９０度回転させて、図２４
（１）の画像に変換してａｂハフ変換を実行する。この
結果、図２５（２）に示すようなａｂハフ空間上の累積
点に変換される。

【０１３６】次に、画像処理部３２は、図２５（２）の
に対して、ウィンドウを設け、このウィンドウ以外の
累積点を除外することで不要パターンを除去する。不要
パターンが除去された累積点（図２５（２）の）に対
して、画像処理部３２は、逆ａｂハフ変換を実行し、ｘ
ｙ空間上の直線を求める。求められた直線は、ｘ方向の
直線になるため、この直線を９０度回転させてｙ方向の
直線に変換し、この直線に基づいてｙ方向のテンプレー
トを作成する（ステップＳ２７）。

【０１３７】以下、第１の実施形態で既述したステップ
Ｓ２８〜Ｓ３１が実行され、指定チップのコーナを必要
数検出するまでステップＳ２の動作を繰り返す。選択さ
れているアライメントに必要な数のコーナが検出される
と、主制御部３３は、そのアライメントシーケンスを実
行する（ステップＳ３）。（実施形態の効果等）このように本実施形態では、ａｂ
ハフ変換を利用しているためハフ変換にかかる処理時間
を大幅に削減することができ、高速な位置合わせ制御を
実現することができる。

【０１３８】なお、第１〜第３の実施形態では、本発明
の適用例として、半導体ウェーハに対してレーザ加工す
る際の位置合わせ処理を一例として挙げたが、それに限
定されるものではない。例えば、集積回路パターンを露
光するための位置合わせ処理に適用してもよいし、半導
体ウェーハ上のチップの良、不良を検査するウェーハプ
ローバにおけるアライメントに適用してもよい。

【０１３９】また、半導体ウェーハに限定されず、ある
程度の長さを有する直線パターン、また、コーナとして
識別できるパターンを有するものに対しても、本発明を
適用することができる。例えば、レチクルやマスク、液
晶基板やプリント基板に対しての位置合わせにも適用可
能である。また、パターンマッチングにおけるマッチン
グ手法は、本実施形態で述べた手法に限定されるもので
はなく、残差逐次検定法（ＳＳＤＡ法）、差分二乗和な
ど、他のマッチング手法でもよい。

【０１４０】なお、ハフ変換によるθ補正時においてノ
イズが多い場合には、ウィンドウを設けて不要パターン
を除去してもよい。また、第１〜第３の実施形態では、
ハフ空間をρθ、ａｂに限定して、ハフ変換を実行して
いるが、それに限定されるものではない。例えば、ステ
ップＳ１のローテーションθ補正時に、一般化ハフ変換
を利用して、ｘｙｓθハフ空間上の累積点に変換すれ
ば、平行移動量ｘｙ、拡大縮小倍率ｓ、回転角θによる
位置ずれを求めることができる。

【０１４１】また、第１の実施形態では、ローテーショ
ンθ補正および不要パターンの除去にρθハフ変換を利
用した。また、第３の実施形態では、ローテーションθ
補正および不要パターンの除去にａｂハフ変換を利用し
たが、それに限定されるものではない。例えば、ローテ
ーションθ補正にρθ（ａｂ）ハフ変換を利用し、不要
パターンの除去には、ａｂ（ρθ）ハフ変換を利用する
など異なるハフ変換を組み合わせて位置合わせ処理を実
行してもよい。

【０１４２】さらに、第３の実施形態では、テンプレー
トマッチングによるコーナ検出を行ったが、エッジ検出
によるコーナ検出を実施してもよい。

【０１４３】

【発明の効果】請求項１、２、９〜１１、１７、１８に
記載の発明では、抽出された画像パターンに対して、ハ
フ変換を実行し、ハフ空間上の累積点に変換する。そし
て、この累積点を、基準となる位置座標に一致するよう
に、ステージ位置を調節する。

【０１４４】したがって、位置合わせ用のアライメント
マークを使用せずに、位置合わせを実行することができ
るので、アライメントマークの劣化による位置合わせ誤
差がなく、安定した精度でアライメントを行うことがで
きる。また、多層構造の半導体ウェーハに対しても、位
置合わせ精度を低下させることがなく、一定のアライメ
ント精度を確保することができる。

【０１４５】さらに、専用アライメントマーク形成の工
程を省略することができるので、半導体デバイス設計の
効率化を図ることができる。請求項３、４、１２、１３
に記載の発明では、ハフ空間上において、不要パターン
を除去し、逆ハフ変換することによりｘｙ空間上の直線
を求めている。

【０１４６】これにより、自動的にテンプレートを作成
することができ、特に、装置やウェーハの状態に応じた
最適なテンプレートが自動作成されるので、従来のよう
に複数のテンプレートを用意する必要がなく、テンプレ
ート管理が不要になる。請求項５、１４に記載の発明で
は、テンプレートマッチングによって選出されたマッチ
ングポイント群各々から２つの直線を導出し、その交点
からコーナを検出する。したがって、アライメントマー
クに依らずに検出するため、安定した精度でコーナを検
出することができる。さらには、このコーナを利用して
アライメント補正量を求めることができるので、正確な
アライメント補正量を算出することができる。

【０１４７】請求項６、１５に記載の発明では、テンプ
レートの分散値に応じて、パターンマッチングにおける
相互相関演算が自動的に選択されるので、常に、最適な
パターンマッチングを行うことができる。請求項７、１
６に記載の発明では、エッジ検出によって２つのエッジ
ポイント群を抽出し、エッジポイント群各々から２つの
直線を導出し、その交点からコーナを検出している。し
たがって、テンプレートマッチングによるコーナ検出と
比較すると演算量を低減することができ、高速にコーナ
を検出することができる。

【０１４８】請求項８に記載の発明では、検出されたコ
ーナが直交しているか否かを判断することができる。こ
れにより、位置合わせの明確な基準点となるチップのコ
ーナであるか否かを判断することができ、常に、チップ
のコーナに基づいて位置合わせを実施することができ
る。また、位置合わせに不適な基準点でのアライメント
動作を未然に防止することができる。

【０１４９】請求項１９〜２３に記載の発明は、コンピ
ュータに、本発明にかかわる位置決め処理を実行させる
ことができる。このようにして、本発明を適用した位置
決め装置および位置決め方法では、アライメントマーク
に依らずに、位置合わせを実行することができるので、
マークの劣化による誤差の影響を排除することができ、
また、マーク形成の工程を省略することができるため、
半導体デバイスの設計効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１、２、９、１０に記載の発明の原理ブ
ロック図である。

【図２】請求項３、４に記載の発明の原理ブロック図で
ある。

【図３】請求項５、６に記載の発明の原理ブロック図で
ある。

【図４】請求項７、８に記載の発明の原理ブロック図で
ある。

【図５】ρθハフ変換を説明する図（１）である。

【図６】ρθハフ変換を説明する図（２）である。

【図７】ａｂハフ変換を説明する図である。

【図８】第１の実施形態の構成図である。

【図９】アライメント動作のメインフローチャートであ
る。

【図１０】ハフ変換によるθ補正ルーチンのフローチャ
ートである。

【図１１】テンプレートマッチングによるコーナ検出ル
ーチンのフローチャートである。

【図１２】アライメント補正量算出ルーチンのフローチ
ャートである。

【図１３】境界線抽出を説明する図である。

【図１４】エッジ保存平滑化処理を説明する図である。

【図１５】ρθハフ変換の画像処理を説明する図であ
る。

【図１６】ρθハフ変換による位置合わせを説明する図
である。

【図１７】ρθハフ変換による不要パターン除去につい
て説明する図（１）である。

【図１８】テンプレートマッチングを説明する図であ
る。

【図１９】ρθハフ変換による不要パターン除去につい
て説明する図（２）である。

【図２０】エッジ検出によるコーナ検出ルーチンのフロ
ーチャートである。

【図２１】エッジ検出によるコーナ検出を説明する図で
ある。

【図２２】ａｂハフ変換の画像処理を説明する図であ
る。

【図２３】ａｂハフ変換による位置合わせを説明する図
である。

【図２４】ａｂハフ変換による不要パターン除去につい
て説明する図（１）である。

【図２５】ａｂハフ変換による不要パターン除去につい
て説明する図（２）である。

【符号の説明】

１撮像手段２抽出手段３ハフ変換手段４ステージ駆動手段５テンプレート作成手段６マッチング手段７コーナ検出手段２１ステージ部２２Ｘ−Ｙステージ２３Ｚ・θステージ２４アクチュエータ２５レーザ干渉計２６照明光源２７、２８ハーフミラー２９対物レンズ３０ＣＣＤカメラ３１モニタ３２画像処理部３３主制御部３４レーザ光源３５ドライブ部３６記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｗ５２５Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージ上の試料を撮像し、画像情報を
生成する撮像手段と、前記撮像手段により生成された画像情報からエッジ検出
により画像パターンを抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された画像パターンに対しハフ
変換を施して、該画像パターンをハフ空間上の累積点に
変換するハフ変換手段と、前記ハフ変換手段により変換された累積点のハフ空間上
の位置座標を、該ハフ空間上の基準となる位置座標に一
致させるように前記ステージを駆動し、前記試料の位置
合わせを行うステージ駆動手段とを備えたことを特徴と
する位置決め装置。
【請求項２】請求項１に記載の位置決め装置におい
て、前記ステージ上の試料は、チップが形成された半導体ウ
ェーハであり、前記抽出手段は、前記撮像手段により生成された半導体ウェーハの画像情
報から空間微分フィルタによる画像処理によってスクラ
イブライン像を抽出し、前記ハフ変換手段は、前記スクライブライン像に対してハフ変換を施して、ρ
θハフ空間上の累積点に変換し、前記ステージ駆動手段は、前記ハフ変換手段により変換された累積点のρθハフ空
間上のθ座標値を、該ρθハフ空間上の基準となるθ座
標値に一致させることにより、前記半導体ウェーハの回
転方向のずれであるローテーションを補正することを特
徴とする位置決め装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の位置決
め装置において、前記撮像手段は、前記ステージ駆動手段により位置合わせが行われた試料
を撮像して画像情報を生成し、前記抽出手段は、前記撮像手段により生成された画像情報から前記画像パ
ターンの一部を構成している直線群を抽出し、前記ハフ変換手段は、前記抽出手段により抽出された直線群を、ハフ空間上の
累積点に変換し、前記ハフ変換手段により変換された累積点のうち、ハフ
空間上の前記基準の位置座標から予め定められた領域に
ある累積点、または最大の累積度数を有する累積点に対
して逆ハフ変換を行い、ｘｙ空間上の直線を求め、その
直線から基準テンプレートを作成するテンプレート作成
手段を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】請求項３に記載の位置決め装置におい
て、前記抽出手段は、前記撮像手段により生成された画像情報から前記直線群
と平行でない直線群（以下、異方向直線群という）を含
んで構成される別画像パターンを抽出し、さらに、該別
画像パターンから前記異方向直線群を抽出し、前記ハフ変換手段は、前記抽出手段により抽出された異方向直線群を、ハフ空
間上の累積点に変換し、前記テンプレート作成手段は、前記ハフ変換手段により変換された累積点のうち、ｘｙ
空間上の原点を含む直線パターンが変換された累積点、
または最大の累積度数を有する累積点に対して逆ハフ変
換を行い、ｘｙ空間上の直線を求め、その直線から別テ
ンプレートを作成することを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】請求項４に記載の位置決め装置におい
て、前記テンプレート作成手段により作成された２つのテン
プレートについて、前記基準テンプレートを用いて前記
画像パターンに対してテンプレートマッチングを行い、
整合する複数のポイント（以下、マッチングポイント群
という）を選出し、かつ前記別テンプレートを用いて前
記別画像パターンに対してテンプレートマッチングを行
い、マッチングポイント群を選出するマッチング手段
と、前記マッチング手段により選出された２つのマッチング
ポイント群各々から直線を推定導出し、これら２つの直
線の交点であるコーナを検出するコーナ検出手段とを備
え、前記ステージ駆動手段は、前記コーナ検出手段により検出されたコーナに基づいて
前記ステージを駆動し、前記試料の位置合わせを行うこ
とを特徴とする位置決め装置。
【請求項６】請求項５に記載の位置決め装置におい
て、前記マッチング手段は、前記基準テンプレートまたは前記別テンプレートの分散
値の大小に応じて、正規化相関と輪郭相関とのいずれか
の相関演算処理によるテンプレートマッチングを行うこ
とを特徴とする位置決め装置。
【請求項７】請求項１または請求項２に記載の位置決
め装置において、前記撮像手段は、前記ステージ駆動手段により位置合わせが行われた試料
を撮像して画像情報を生成し、前記抽出手段は、前記撮像手段により生成された画像情報から相互に方向
の異なる２つの直線パターンを抽出し、さらに、これら
２つの直線パターン各々からエッジ強度の高い複数の画
素（以下、エッジポイント群という）を抽出し、前記抽出手段により抽出された２つのエッジポイント群
各々から直線を推定導出し、これら２つの直線の交点で
あるコーナを検出するコーナ検出手段を備え、前記ステージ駆動手段は、前記コーナ検出手段により検出されたコーナに基づいて
前記ステージを駆動し、前記試料の位置合わせを行うこ
とを特徴とする位置決め装置。
【請求項８】請求項５ないし請求項７のいずれか１項
に記載の位置決め装置において、前記コーナ検出手段は、前記推定導出された２つの直線が直交しているか否かを
判断し、直交している場合のみ前記交点はコーナである
と判断することを特徴とする位置決め装置。
【請求項９】請求項１または請求項３ないし請求項８
のいずれか１項に記載の位置決め装置において、前記ハフ空間は、ρθハフ空間であることを特徴とする
位置決め装置。
【請求項１０】請求項１または請求項３ないし請求項
８のいずれか１項に記載の位置決め装置において、前記ハフ空間は、ａｂハフ空間であることを特徴とする
位置決め装置。
【請求項１１】ステージ上の試料を撮像して画像情報
を生成するステップと、該画像情報からエッジ検出により画像パターンを抽出す
るステップと、抽出された画像パターンに対しハフ変換を施して、該画
像パターンをハフ空間上の累積点に変換するステップ
と、変換された累積点のハフ空間上の位置座標を、該ハフ空
間上の基準となる位置座標に一致させるように前記ステ
ージを駆動して、前記試料の位置合わせを行うステップ
とを有することを特徴とする位置決め方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の位置決め方法にお
いて、前記試料の位置合わせを行うステップにより位置合わせ
が行われた試料を撮像して、画像情報を生成するステッ
プと、生成された画像情報から前記画像パターンの一部を構成
している直線群を抽出するステップと、抽出された直線群を、ハフ空間上の累積点に変換するス
テップと、変換された累積点のうち、ハフ空間上の前記基準の位置
座標から予め定められた領域にある累積点、または最大
の累積度数を有する累積点に対して逆ハフ変換を行い、
ｘｙ空間上の直線を求め、その直線から基準テンプレー
トを作成するステップとを有することを特徴とする位置
決め方法。
【請求項１３】請求項１２に記載の位置決め方法にお
いて、前記画像情報を生成するステップにより生成された画像
情報から、異方向直線群を含んで構成される別画像パタ
ーンを抽出し、さらに、該別画像パターンから前記異方
向直線群を抽出するステップと、抽出された異方向直線群を、ハフ空間上の累積点に変換
するステップと、変換された累積点のうち、ｘｙ空間上の原点を含む直線
パターンが変換された累積点、または最大の累積度数を
有する累積点に対して逆ハフ変換を行い、ｘｙ空間上の
直線を求め、その直線から別テンプレートを作成するス
テップとを有することを特徴とする位置決め方法。
【請求項１４】請求項１３に記載の位置決め方法にお
いて、前記基準テンプレートを作成するステップにより作成さ
れた基準テンプレートを用いて、前記画像パターンに対
してテンプレートマッチングを行い、マッチングポイン
ト群を選出する第１のマッチングのステップと、前記別テンプレートを作成するステップにより作成され
た別テンプレートを用いて、前記別画像パターンに対し
てテンプレートマッチングを行い、マッチングポイント
群を選出する第２のマッチングのステップと、選出された２つのマッチングポイント群各々から直線を
推定導出し、これら２つの直線の交点であるコーナを検
出するステップと、検出されたコーナに基づいて前記ステージを駆動し、前
記試料の位置合わせを行うステップとを有することを特
徴とする位置決め方法。
【請求項１５】請求項１４に記載の位置決め方法にお
いて、前記第１のマッチングのステップは、前記基準テンプレートの分散値の大小に応じて、正規化
相関と輪郭相関とのいずれかの相関演算処理によるテン
プレートマッチングを行い、前記第２のマッチングのステップは、前記別テンプレートの分散値の大小に応じて、正規化相
関と輪郭相関とのいずれかの相関演算処理によるテンプ
レートマッチングを行うことを特徴とする位置決め方
法。
【請求項１６】請求項１１に記載の位置決め方法にお
いて、前記試料の位置合わせを行うステップにより位置合わせ
が行われた試料を撮像して、画像情報を生成するステッ
プと、該画像情報から、相互に方向の異なる２つの直線パター
ンを抽出し、さらに、これら２つの直線パターン各々か
らエッジポイント群を抽出するステップと、抽出された２つのエッジポイント群各々から直線を推定
導出し、これら２つの直線の交点であるコーナを検出す
るステップと、検出されたコーナに基づいて前記ステージを駆動し、前
記試料の位置合わせを行うステップとを有することを特
徴とする位置決め方法。
【請求項１７】請求項１１ないし請求項１６のいずれ
か１項に記載の位置決め方法において、前記ハフ空間は、ρθハフ空間であることを特徴とする
位置決め方法。
【請求項１８】請求項１１ないし請求項１６のいずれ
か１項に記載の位置決め方法において、前記ハフ空間は、ａｂハフ空間であることを特徴とする
位置決め方法。
【請求項１９】コンピュータを、請求項１または請求
項２に記載の抽出手段およびハフ変換手段として機能さ
せるための位置決め処理プログラムを記録したコンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項２０】コンピュータを、請求項３または請求
項４に記載の抽出手段、ハフ変換手段およびテンプレー
ト作成手段として機能させるための位置決め処理プログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項２１】コンピュータを、請求項５または請求
項６に記載のマッチング手段およびコーナ検出手段とし
て機能させるための位置決め処理プログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項２２】コンピュータを、請求項７に記載の抽
出手段およびコーナ検出手段として機能させるための位
置決め処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り
可能な記録媒体。
【請求項２３】コンピュータを、請求項８に記載のコ
ーナ検出手段として機能させるための位置決め処理プロ
グラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒
体。