(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの回転方向を検出する方法であって、
（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）被測定ウェハ表面の一部の撮像領域の画像を取り込む工程と、
（ｃ）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、
（ｄ）前記画像に対して前記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ウェハ座標系において予め定められた１つの基準方向に対応する１つの等価回転角度を選択する工程と、
（ｅ）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、
を備えることを特徴とするウェハの回転方向検出方法。
【請求項２】
請求項１記載のウェハの回転方向検出方法であって、
前記工程（ａ）は、
（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（ｅ）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、
ウェハの回転方向検出方法。
【請求項３】
ウェハの回転方向を検出する方法であって、
（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）被測定ウェハ表面の一部の第１の撮像領域の第１の画像を取り込む工程と
、
（ｃ）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、
（ｄ）前記第１の画像に対して前記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ウェハ座標系において予め定められた１つの基準方向に対応する１つの等価回転角度を選択する工程と、
（ｅ）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、
（ｆ）前記各撮像領域の画像に対して前記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、
（ｇ）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、
を備えることを特徴とするウェハの回転方向検出方法。
【請求項４】
請求項３記載のウェハの回転方向検出方法であって、
前記工程（ａ）は、
（１）基準ウェハ表面の一部の第２の撮像領域の第２の画像を取り込む工程と、
（２）前記第２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）前記第２の画像の一部から前記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、
（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（ｇ）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、
ウェハの回転方向検出方法。
【請求項５】
請求項４記載のウェハの回転方向検出方法であって、さらに、
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、前記基準ウェハの座標と前記被測定ウェハの座標との相対関係を決定する工程、
を備えるウェハの回転方向検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハの回転方向を検出する技術に関する。
【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、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。このため、まず、ウェハの回転方向を検出し、この回転方向に応じて位置合わせ処理（アラインメント処理）が行なわれる。
【０００３】
ウェハの回転方向を検出するための従来の技術としては、例えば本出願人により開示された特開平８−２３０２３号公報に記載されたものがある。この技術では、ウェハのステージを回転させる機構を設け、ウェハを回転させながら、ウェハ外周にあるノッチやオリエンテーションフラットの位置をセンサによって検出している。そして、検出した位置が、所定の位置になるようにステージを回転させることによってウェハの回転方向を補正する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術によっても、半導体ウェハの回転方向を検出することは可能である。しかし、この技術では、ウェハを回転させる動作が必要になるため、時間が掛かり、また、ウェハステージの回転機構を有する装置にしか適用できないという問題があった。
【０００５】
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、ウェハステージの回転機構を用いずに、ウェハの回転方向を検出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、第１の発明は、ウェハの回転方向を検出する方法であって、
（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）被測定ウェハ表面の一部の撮像領域の画像を取り込む工程と、
（ｃ）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、
（ｄ）前記画像に対して前記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ウェハ座標系において予め定められた１つの基準方向に対応する１つの等価回転角度を選択する工程と、
（ｅ）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、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第１の発明においては、画像に含まれる直線部分から４つの等価回転角度を決定する処理と、パターンマッチングを行うことによって４つの等価回転角度から１つを選択する処理は、いずれも画像処理によって行うことができる。従って、回転機構を用いずに、ウェハの回転方向を検出することができる。
【０００８】
上記第１の発明において、前記工程（ａ）は、
（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（ｅ）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、ことが好ましい。
【０００９】
こうすれば、基準ウェハと被測定ウェハの相対的な回転角度を決定することができる。
【００１０】
第２の発明は、ウェハの回転方向を検出する方法であって、
（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）被測定ウェハ表面の一部の第１の撮像領域の第１の画像を取り込む工程と
、
（ｃ）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、
（ｄ）前記第１の画像に対して前記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ウェハ座標系において予め定められた１つの基準方向に対応する１つの等価回転角度を選択する工程と、
（ｅ）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、
（ｆ）前記各撮像領域の画像に対して前記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、
（ｇ）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、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明においては画像処理によって複数のマッチングパターンを求め、複数のマッチングパターンの基準位置を結ぶ連結方向に基づいてウェハの回転方向が決定される。従って、回転機構を用いずに、ウェハの回転方向を検出することができる。また、連結方向は、複数のマッチングパターンの基準位置から正確に決定されるので、ウェハの回転方向を比較的高精度に検出することができる。
【００１２】
上記第２の発明において、前記工程（ａ）は、
（１）基準ウェハ表面の一部の第２の撮像領域の第２の画像を取り込む工程と、
（２）前記第２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）前記第２の画像の一部から前記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、
（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（ｇ）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、ことが好ましい。
【００１３】
こうすれば、基準ウェハと被測定ウェハの相対的な回転角度を比較的高精度に決定することができる。
【００１４】
上記第２の発明において、さらに、
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、前記基準ウェハの座標と前記被測定ウェハの座標との相対関係を決定する工程、を備えることが好ましい。
【００１５】
こうすれば、ウェハの相対的な回転方向のみでなく、相対的な座標を決定することができる。
【００１６】
【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、上記の各発明の各工程をそれぞれ対応する手段として実現した装置である。
【００１７】
第２の態様は、コンピュータシステムのマイクロプロセッサによって実行されることによって、上記の各発明の各工程または各手段を実現するコンピュータプログラムを格納した携帯型の記憶媒体である。
【００１８】
第３の態様は、コンピュータシステムのマイクロプロセッサによって実行されることによって、上記の各発明の各工程または各手段を実現す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。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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ＷＦ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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等の携帯型の記憶媒体（可搬型の記憶媒体）からコンピュータシステムのメインメモリまたは外部記憶装置に転送される。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供給するようにしてもよい。
【００２６】
ウェハの回転方向の決定は、基準ウェハを用いた前処理工程と、被測定ウェハに対する処理工程とに大別される。以下では、これらの各工程について、それぞれ説明する。
【００２７】
Ｂ．基準ウェハを用いた前処理：
図３は、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。基準ウェハとは、回転方向検出の処理対象となる被測定ウェハ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枚を基準ウェハとして使用し、他のウェハが被測定ウェハとなる。
【００２８】
図３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。
【００２９】
図４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３（Ａ）は偶数−偶数の例であり、図３（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。
【００３０】
図３のステップＳ２では、ウェハ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４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３６ａ，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。
【００３１】
図５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、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ＣＰとは明度が異なる領域として識別可能である。
【００３２】
図５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５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。
【００３３】
図３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５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５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。
【００３４】
図３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。
【００３５】
図６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６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３６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。
【００３６】
図７ないし図９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７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７（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７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７（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７（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７（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。
【００３７】
図７（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７（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。
【００３８】
図８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８（Ａ）に示すように、画像の直線部分の角度αは、ｔａｎ−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８（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８（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°〜３６０°の範囲は、０°〜１８０°の範囲と等価である。
【００３９】
図９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９（Ａ）に示す多階調画像内において、図７（Ａ−１）または図７（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８に示す方法で角度αを決定する。図９（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。
【００４０】
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１０は、４つの等価回転角度を示す説明図である。図１０（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１０（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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６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７〜図９に示すソベルオペレータ法を用いた場合には、図９（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。
【００４３】
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５に示す４つの視野Ｗ１〜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Ｓ３で得られた粗回転角度α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ＳＬ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３３（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１１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１１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。
【００４４】
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。ステップＳ６では、さらに、撮像位置決定手段１５２が、スクライブラインＳＬの交点の正確な位置（座標値）の実測値を求める。スクライブラインＳＬの交点位置の座標は、後に、被測定ウェハにおいて対応する交点位置において撮像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１１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。
【００４５】
図３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い、回転後の画像の中からパターンマッチング用のモデルパターン（「テンプレート画像」とも呼ぶ）を切り出して登録する。図１２は、モデルパターン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１２（Ａ））を、図１２（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、モデルパターンＭＰａとして使用できるパターンが存在するか否かを判断する。モデルパターンＭＰａとして使用できるパターンとは、その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パターンを意味する。モデルパターンＭＰａとしては、９０°の整数倍の回転対称性が無い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パターンは、モデルパターン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パターンをモデルパターンＭＰａとして登録することができる。
【００４６】
現在の視野Ｗａ内にモデルパターンＭＰａとして使用できる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、モデルパターンＭＰａとして使用できるパターンが視野内に入る状態に設定する。
【００４７】
現在の視野Ｗａ内にモデルパターンＭＰａとして使用できるパターンが存在する場合には、図１２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、回転後の画像内からモデルパターンＭＰａを切り出す。モデルパターン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。モデルパターン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。
【００４８】
図３のステップＳ８では、ユーザが、回転して切り出したモデルパターン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１２（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Ｄｗ１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１２（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α１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１２（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＋９０°）となる。
【００４９】
図３のステップＳ９では、切り出されたモデルパターンＭＰａを、粗回転角度α１とともに登録する。この時、モデルパターンＭＰａの所定位置にある基準点（例えば左上点Ｑａ）の座標も登録される（図１２（Ｃ））。なお、基準点Ｑａの座標は、例えばウェハの中心を原点とした座標値で表わされる。
【００５０】
ステップＳ１０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。そして、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、モデルパターンＭＰａと同じパターン（マッチングパターン）を検出する。図１３は、ステップＳ１０の処理内容を示す説明図である。この例では、モデルパターン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、モデルパターンＭＰａにマッチングするマッチングパターンＭＰｂを検出する。
【００５１】
ステップＳ１０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、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。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。
【００５２】
図１２（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ことも可能である。２つの回転角度の違いは、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、マッチング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。
【００５３】
ステップＳ１０では、さらに、２つのマッチングパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂの中点Ｑａｂの座標も算出される。
【００５４】
以上の基準ウェハに関する前処理によって、以下のデータが登録される。
（ａ）基準ウェハの回転角度α１；
（ｂ）モデルパターンＭＰａの画像データ（テンプレートデータ）；
（ｃ）２つの撮像領域の所定点Ｐａ，Ｐｂの座標値；
（ｄ）２つのマッチングパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂの座標値；
（ｅ）２つのパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂの中点Ｑａｂの座標値；
（ｆ）２つのパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ連結方向の回転角度θ１。
これらのデータは、以下に説明する被測定ウェハの処理の際に使用される。
【００５５】
なお、基準ウェハに関しては、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、基準ウェハ内の複数の測定位置においてウェハ表面の膜厚が測定される。この時、各測定位置の座標は、ウェハ座標系の座標として登録される。
【００５６】
Ｂ．被測定ウェハの処理：
被測定ウェハは、基準ウェハと同じ位置において同じ処理（例えば膜厚測定）が実行される。しかし、被測定ウェハがＸＹステージ３６に載置された時には、被測定ウェハの回転角度が不明なので、基準ウェハと同じ測定位置になるように、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、各被測定ウェハについての測定処理を実行する前に、以下の手順によって、その被測定ウェハの回転角度を決定する。この回転角度を用いて測定位置の座標を補正（座標変換）すれば、被測定ウェハについても、基準ウェハと同じ測定位置において測定を行うことができる。
【００５７】
図１４は、被測定ウェハの回転角度を決定する手順を示す説明図である。ステップＳ１〜Ｓ６までの処理は、図３に示した基準ウェハに関する処理と同じである。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１５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。ステップＳ３においては、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。
【００５８】
ステップＳ２１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予め登録したモデルパターンＭＰａを用いたパターンマッチング処理を行ない、予備回転角度α２ｐｒの不確定さを解消する。
【００５９】
図１６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１６（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１６（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、モデルパターンＭＰａとマッチングする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１６（Ｃ）に示すように、９０°ずつ回転した４つのモデルパターンをテンプレート画像として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パターン（マッチングパターン）の位置座標を検出する。図１６（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。
【００６０】
図１７は、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、ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）の方向までの角度である。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１６（Ｃ）の最初のテンプレートの向きに）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。
【００６１】
被測定ウェハ内の測定位置は、粗回転角度α２と、ウェハの中心位置から決定することができる。しかし、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、測定位置をより正確に決定することができる。このために、ステップＳ２１では、検出されたマッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃ（図１７）の座標を算出して登録する。
【００６２】
ステップＳ２２では、基準ウェハにおいて求めた基準点の連結方向（角度θ１の方向）に隣接するスクライブライン交点位置を視野内に含むように、ＸＹステージ３６を移動して、画像を取り込む。この際、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との差から、被測定ウェハにおける基準点の連結方向が求められる。また、２番目のスクライブラインの交点位置を視野とするためのステージ座標は、１番目の交点位置Ｐｃの座標と、基準ウェハにおける２つ交点位置Ｐａ，Ｐｂの座標とから算出される。
【００６３】
図１８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位置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番目の交点位置Ｐｄは、最初の交点位置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番目の交点位置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１８の２番目の視野Ｗｄが設定されて、その画像が読み取られる。
【００６４】
図１４のステップＳ２３では、この視野Ｗｄ内の画像についてモデルパターンＭＰａとのパターンマッチングを行ない、モデルパターンＭＰａと最も一致したマッチングパターンＭＰｄの基準点Ｑｄの座標を求める。また、２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄの中点Ｑｃｄの座標も算出される。
【００６５】
ステップＳ２４では、回転方向決定手段１５８（図２）が、２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄの連結方向ＤＬ２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。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、両者の相対的な回転角度を高精度に決定することができる。
【００６６】
図１９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１９（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Ｌ１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ＤＬ１まで反時計回りに測った角度である。図１９（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Ｑｃ，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。
【００６７】
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２０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。
【００６８】
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。
【００６９】
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１９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。
【００７０】
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２０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。
【００７１】
方法３：被測定ウェハの高精度回転角度θ２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１９（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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
（１）上記実施例では、高精度な回転角度θ１，θ２を求める際に、２つの撮像領域においてパターンマッチングを行うことによって、２つのマッチングパターンを検出していた。しかし、パターンマッチングを行う撮像領域は２つに限らず、同じ方向（検索方向）に並ぶ３つ以上の撮像領域においてマッチングパターンをそれぞれ検出するようにしてもよい。この場合には、３つ以上のマッチングパターンの各基準点を結ぶような直線Ｌ２を、最小２乗法で求めるようにすればよい。こうすれば、回転角度θ１，θ２をより高精度に決定することができる。
【００７５】
（２）基準ウェハのマッチングパターンＭＰａ，ＭＰｂの２つの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ直線Ｌ１上の所定の点（例えば図１９（Ａ）に示す基準点の中点Ｑａｂ）の座標と、被測定ウェハにおける対応する点（図１９（Ｂ）に示す中点Ｑｃｄ）の座標から、基準ウェハと被測定ウェハの相対的な位置座標を求めるようにしてもよい。こうすれば、両者の相対的な回転角度のみでなく、相対的な位置座標も求めることができる。
【００７６】
（３）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、回転方向の検出処理が簡単であり、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（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。
【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】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。
【図４】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５】ウェハの中心付近を拡大して示す概念図。
【図６】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７】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８】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９】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１０】４つの等価回転角度を示す説明図。
【図１１】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１２】モデルパターンＭＰａの登録の様子を示す説明図。
【図１３】ステップＳ１０の処理内容を示す説明図。
【図１４】被測定ウェハの回転角度を決定する手順を示すフローチャート。
【図１５】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１６】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１７】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１８】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１９】高精度な相対回転角度を求める方法を示す説明図。
【図２０】粗い相対回転角度を求める方法を示す説明図。
【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…ステージ座標読み取り部
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
１４０…入出力インタフェイス
１５０…等価回転角度決定手段
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
ＤＬ１，ＤＬ２…基準点連結方向
Ｄｗ１，Ｄｗ２…ウェハ座標系の基準方向
Ｄｓ…ステージ座標系の基準方向
α１，α２…粗回転角度
θ１，θ２…高精度回転角度
【図１】
0003545542.tif 000002
【図２】
0003545542.tif 000003
【図３】
0003545542.tif 000004
【図４】
0003545542.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003545542.tif 000007
【図７】
0003545542.tif 000008
【図８】
0003545542.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003545542.tif 000011
【図１１】
0003545542.tif 000012
【図１２】
0003545542.tif 000013
【図１３】
0003545542.tif 000014
【図１４】
0003545542.tif 000015
【図１５】
0003545542.tif 000016
【図１６】
0003545542.tif 000017
【図１７】
0003545542.tif 000018
【図１８】
0003545542.tif 000019
【図１９】
0003545542.tif 000020
【図２０】
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