(57)【要約】【課題】ウェハ上の回路実装密度が益々向上するに伴い、位置合わせに求められる精度が格段に厳しくなっている。【解決手段】ウェハ上の特定位置座標を検出する位置検出装置は、対物レンズを含む光学系と、少なくとも対物レンズを透過する照射光を発する照明系と、光学系を介して被検査対象の観察画像を取得する撮像素子と、光学系及び照明系の設計値に基づいて予め作成された収差情報を格納する格納部と、撮像素子により取得された観察画像から特定の位置座標を検出し、収差情報を用いて位置座標を修正して出力する座標出力部とを備える。【選択図】図１
2011018864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを含む光学系と、
少なくとも前記対物レンズを透過する照射光を発する照明系と、
前記光学系を介して被検査対象の観察画像を取得する撮像素子と、
前記光学系及び前記照明系の設計値に基づいて予め作成された収差情報を格納する格納部と、
前記撮像素子により取得された前記観察画像から特定の位置座標を検出し、前記収差情報を用いて前記位置座標を修正して出力する座標出力部と
を備える位置検出装置。
【請求項２】
前記座標出力部は、既知のチャートを前記撮像素子によって撮像して取得されるチャート画像に基づいて前記収差情報を補正し、補正された前記収差情報を用いて前記位置座標を修正する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記座標出力部は、前記収差情報を用いて前記位置座標を修正した後に、さらに、既知のチャートを前記撮像素子によって撮像して取得されるチャート画像に基づいて得られる補正情報を用いて修正された前記位置座標を補正する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記チャート画像の取得は、予め定められたタイミングにおいて複数回実行される請求項２または３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記チャートを観察位置に入出させる搬送機構をさらに備える請求項２から４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記搬送機構は、前記被検査対象を載置し、前記光学系の光軸に対して直交する平面内で移動するステージを含み、
前記チャートは前記ステージに対して相対的に固定されている請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記光学系、前記照明系及び前記撮像素子は、前記被検査対象を挟んで対向するように２組設けられ、
前記収差情報は、それぞれの組で独立して実行される位置座標の修正に共通に用いられる請求項１から６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記被検査対象は基板であり、複数の前記基板を位置合わせして重ね合わせる、請求項１から７のいずれか１項に記載の位置検出装置を備える基板重ね合わせ装置。
【請求項９】
対物レンズを含む光学系と、少なくとも前記対物レンズを透過する照射光を発する照明系とを備える位置検出装置を用いた位置検出方法であって、
前記光学系及び前記照明系の設計値に基づいて予め作成された収差情報を格納部に格納する格納ステップと、
前記光学系を介して被検査対象の観察画像を撮像素子で取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップで取得された前記観察画像から特定の位置座標を検出する検出ステップと、
前記格納ステップで格納された前記収差情報を用いて前記位置座標を修正して出力する座標出力ステップと
を有する位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置、基板重ね合わせ装置及び位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数の半導体チップを積層させた立体構造がある。特に、半導体基板であるウェハの状態で複数枚を積層して、接合した後に個片化する手順により製造される半導体チップが、その生産性の高さから近年注目を集めている。２枚のウェハを重ね合わせる場合、互いのアライメントマークを顕微鏡で測定しながら位置合わせをする（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５１９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハ上の回路実装密度が益々向上するに伴い、位置合わせに求められる精度が格段に厳しくなっている。例えばナノレベルオーダーの精度で位置検出を行う場合、顕微鏡を構成する光学系の収差によるわずかな誤差が一層無視できなくなる。収差ができる限り小さくなるような光学設計を行うこともできるが、レンズ構成がより複雑になると共に、レンズ表面に求められる加工精度も高くなるので、必然的に顕微鏡全体としての装置の肥大化、コストの高騰を招くことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における位置検出装置は、対物レンズを含む光学系と、少なくとも対物レンズを透過する照射光を発する照明系と、光学系を介して被検査対象の観察画像を取得する撮像素子と、光学系及び照明系の設計値に基づいて予め作成された収差情報を格納する格納部と、撮像素子により取得された観察画像から特定の位置座標を検出し、収差情報を用いて位置座標を修正して出力する座標出力部とを備える。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様における位置検出方法は、対物レンズを含む光学系と、少なくとも対物レンズを透過する照射光を発する照明系とを備える位置検出装置を用いた位置検出方法であって、光学系及び照明系の設計値に基づいて予め作成された収差情報を格納部に格納する格納ステップと、光学系を介して被検査対象の観察画像を撮像素子で取得する画像取得ステップと、画像取得ステップで取得された観察画像から特定の位置座標を検出する検出ステップと、格納ステップで格納された収差情報を用いて位置座標を修正して出力する座標出力ステップとを有する。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施例に係る位置検出装置の概略構成図である。
【図２】歪曲収差を説明する図である。
【図３】歪曲収差修正前の像高と修正後の像高の関係を説明する図である。
【図４】第１の実施例に係る位置検出装置のフロー図である。
【図５】第２の実施例に係る位置検出装置の概略構成図である。
【図６】第３の実施例に係る基板重ね合わせ装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、第１の実施例に係る位置検出装置１０の概略構成図である。位置検出装置１０は、測定顕微鏡１０１で被検査対象３０４の観察画像を取得し、この取得した観察画像を用いて制御演算部３０１により被検査対象３０４のターゲットとなる特定の位置座標を出力する。
【００１１】
測定顕微鏡１０１は、対物レンズ１１１と結像レンズ１１２、及びこれらの中間に位置するハーフミラー１１８を含む光学系１１０を備える。対物レンズ１１１及び結像レンズ１１２はそれぞれレンズ群によって構成されても良く、また、これらの間に焦点調整系、画角調整系などの他のレンズ群が配置されても良い。
【００１２】
照明系１１４は、対物レンズ１１１を介して被検査対象３０４を照らす。照明系１１４は、照明光源１１５、レンズ１１６及びレンズ１１７を備える。照明光源１１５は可視光である照射光を発し、照射光はレンズ１１６及びレンズ１１７を通過して平行光となり、ハーフミラー１１８で反射する。そして、対物レンズ１１１を透過して集光され、被検査対象３０４を照射する。なお、照明光源１１５は被検査対象３０４の素材等に応じて、例えば赤外光を発するものを用いても良い。また、本実施例では、対物レンズ１１１を介して被検査対象３０４を照らす照明系１１４を備える測定顕微鏡１０１について説明するが、対物レンズ１１１の下方に照明系１１４を配し、被検査対象３０４に反射された照明光が対物レンズ１１１を透過する構成であっても良い。
【００１３】
被検査対象３０４を照射した照射光は、その表面で反射して被検査対象３０４の光学像として再び対物レンズ１１１で集光され、ハーフミラー１１８を透過した後、結像レンズ１１２で撮像素子１１３の表面に結像される。このようにして撮像素子１１３の表面に結像した光学像は、撮像素子１１３によって光電変換され、観察画像として制御演算部３０１に送られる。
【００１４】
制御演算部３０１は、位置検出装置１０を構成する各要素の動作を制御すると共に、観察画像の画像処理、位置座標検出等の各種演算を実行する。ＸＹステージ３０３は、光学系１１０の光軸に直交する平面内で移動し得るステージであり、制御演算部３０１の制御によって駆動される駆動部により、測定顕微鏡１０１とＸＹステージ３０３のＸＹ方向における相対的な位置関係を変化させることができる。なお、光学系１１０の光軸方向をＺ方向とする。
【００１５】
ＸＹステージ３０３には、被検査対象３０４を載置するスペースと隣接する領域に、格子チャート３０５が固定されている。格子チャート３０５の表面には格子模様が印刷されている。この格子模様の格子点のそれぞれのＸＹ座標は予め他の計測器によって精密に計測されて、不揮発性メモリによって構成される格納部３０２に格納されている。格子模様は、例えば、中心の格子点に対して上下左右斜め方向に格子点が存在するように、９点の格子点が配される模様であれば良い。また、これら複数の格子点は、測定顕微鏡１０１で観察したときに、視野内で散在するように配置されることが望ましい。また、格子チャート３０５は、その表面が被検査対象３０４の表面とＺ方向でほぼ一致するように、ＸＹステージ３０３上に固定されることが望ましい。
【００１６】
格納部３０２は、制御演算部３０１に接続され、格子チャート３０５の格子点座標、制御プログラムの他、光学系１１０の収差情報を格納する。制御演算部３０１は、被検査対象３０４の観察画像とこの収差情報を用いて、被検査対象３０４のターゲットとなる特定の位置座標を出力する。
【００１７】
次に、光学系１１０による収差の例について説明する。図２は、例として、歪曲収差を説明する図である。例えば、互いに直交する格子模様が描かれたチャート５０１を光学系１１０を介して観察すると、もし光学系１１０がタル型収差を持つ場合には、観察像５０２のように周辺部がタル型に歪んだ像が観察される。タル型の歪曲収差は、画面の周辺にいくほど像が縮む収差である。一方、もし光学系１１０が糸巻き型収差を持つ場合には、観察像５０３のように周辺部が糸巻き型に歪んだ像が観察される。糸巻き型収差は、画面の周辺にいくほど像が広がる収差である。なお、ここでは収差の例として主に歪曲収差を用いて説明するが、光学系１１０は、ザイデルの５収差及び色収差を持ち得る。本実施例においては、照明光源１１５が測定顕微鏡１０１に固有であるので、軸上色収差、倍率色収差を含めて収差情報を持つことができる。特に、照明光源１１５が広いスペクトル分布を有する照射光を発する場合、色収差を含めた収差情報を持つことは有効である。
【００１８】
光学系１１０が如何なる収差を持つかについては、その光学設計の段階でほぼ把握することができる。例えば、図２において、チャート５０１の実際の格子点５１１を光学系１１０を介して観察すれば、観察像５０２として対応する格子点５１２が得られることは予め想定することができる。したがって、格子点５１１の実際のチャート面上での座標が、観察像面上での格子点５１２が如何なる座標となるのかが、実際に像を観察することなくわかる。つまり、設計段階で、物体面と像面における互いに対応する点の関係をデータ化することができる。データ化は種々の形式を採り得る。例えば、物体面の複数の格子点の座標と像面の対応するそれぞれの座標との関係をルックアップテーブル化したり、変換関数化することができる。このようにデータ化された物体面と像面における互いに対応する点の関係は、収差情報として格納部３０２に格納される。
【００１９】
このような収差情報が存在すると、観察画像として取得された被検査対象３０４の特定の位置座標に対して、実際の被検査対象３０４における精確な位置座標を求めることができる。そこで、観察画像で得られる座標値を修正して、実際の精確な座標値を求める手法について、歪曲収差を例に説明する。
【００２０】
図３は、歪曲収差修正前の像高と修正後の像高の関係を説明する図である。ここで、像高とは、観察画像における画像中心から、ターゲットとなる特定座標までの距離である。なお、光学系１１０の光軸と撮像素子１１３の中心は、事前に光学的に調整されて一致しており、したがって画像中心は光軸と一致している。また、ターゲットの、観察画像上での座標は、画像処理によって制御演算部３０１によって検出される。具体的には、例えば、ターゲットは十字模様を有しており、その交点を観察画像上での特定座標として検出する。
【００２１】
横軸は観察画像から計算される像高であり、縦軸は収差情報により修正された像高を表す。変換関数６０１は、歪曲収差が存在しない場合の変換関数である。歪曲収差が存在しない場合には、光学系１１０の像倍率及び撮像素子１１３の画素ピッチ等を考慮して比較すれば、観察画像から計算される像高はそのまま被検査対象３０４の像高に相当する。したがって、観察画像から計算される像高がＰ０であるとき、変換後の像高Ｐ１はＰ０と等しくなる。なお、像高Ｐ０の単位は画像中心からの画素数であっても良いし、観察画像面上での距離であっても良いし、被検査対象３０４上での距離であっても良い。すなわち、観察画像座標から実空間座標への倍率変換は、適宜実行されればよい。
【００２２】
変換関数６０２は、光学設計値から求められる変換関数である。観察画像から計算される像高がＰ０であるとき、変換後の像高はＰ2である。図において、変換関数６０２は変換関数６０１よりも全体的に上方に位置することから、観察画像から計算される像高よりも実際の像高のほうが大きいことを意味するので、画面の周辺にいくほど像が縮むタル型の歪曲収差であることがわかる。
【００２３】
上述の説明において、光学系１１０が如何なる収差を持つかについてはその光学設計の段階でほぼ把握することができる、と説明したが、更なる精度を求める場合、光学系１１０の個々のレンズ製造誤差、位置検出装置１０の使用環境、構成部品の経年変化等を考慮する必要がある。これらは位置検出装置１０の個別の要因であるので、装置ごとに個別にキャリブレーションを行うことが望ましい。つまり、位置検出装置１０の使用に先立って、その使用環境下で収差情報を補正することが良い。具体的には、既知のチャートである格子チャート３０５を撮像素子１１３によって撮像して取得されるチャート画像を解析して、光学設計値から求めた変換関数６０２による値と解析値との差異に基づき、変換関数６０３を求める。つまり、変換関数６０３は、光学設計値から求められる変換関数６０２を補正した変換関数である。
【００２４】
格子チャート３０５は、複数の像高に対応する位置に格子点が設けられたチャートである。制御演算部３０１は、撮像素子１１３で撮影されたチャート画像からこれらの格子点を検出し、実際の座標値として予め格納されている格子チャート座標値を格納部３０２から読み出してそれぞれ比較する。このキャリブレーション作業によって取得される格子点の座標数は、作業性の効率化の観点から、予め光学設計値から得られる座標数に比べて大幅に抑制されている。したがって、離散的に得られるこれらの座標値のみで変換関数６０３を求めるのではなく、変換関数６０２と比較して各々の座標近傍における変化率の妥当性などを判断したうえで、変換関数６０２を補正する形で変換関数６０３を得ることが好ましい。補正された変換関数６０３は、格納部３０２で格納される。
【００２５】
図においては、観察画像から計算される像高がＰ０であるとき、変換後の像高はＰ３である。この場合、Ｐ２よりＰ３の像高が大きいことから、光学設計値から得られるタル型収差の度合いより、実際のタル型収差の度合いの方が大きいことがわかる。
【００２６】
上記においては、歪曲収差の例により変換関数を用いて、観察画像で得られる座標値を修正して実際の精確な座標値を求める手法について説明した。格納部３０２に格納する収差情報は、ｎ次スプライン曲線などの関数として格納しても良いし、離散座標値とそれに対応する修正後の座標値をルックアップテーブルとして格納しても良い。ルックアップテーブルとして格納する場合は、実際の演算時には、バイリニア法による内挿補間等により補間演算を行う。以下に、ルックアップテーブルの具体例について説明する。
【００２７】
表１は、倍率誤差が−０．５１８％である２０倍の光学系１１０を用いた場合の、観察画像から得られる像高に対する修正された像高を示すルックアップテーブルの例である。修正された像高は、倍率収差、光学設計値および他の収差を含むパラメータから計算される。
【表１】
2011018864.tif 000003
この例によると、例えば、観察画像から得られるターゲットとなる特定の位置における像高が３．９７９４６４だった場合、被検査対象３０４の像高は、４．００００であることがわかる。
【００２８】
なお、上述のように、収差情報または補正された収差情報は、変換関数であれルックアップテーブルであれ、像高によって表現された形で格納部３０２に格納されることが好ましい。したがって、ＸＹ直交座標系による座標値としての出力が求められる場合、修正演算において、直交座標系と極座標系で座標変換が行われる。例えば、観察画像から得られるＸＹ直交座標系による座標値がＺ０（ｉ，ｊ）であるとき、像高はＰ０＝√（ｉ２＋ｊ２）であり、Ｘ軸となす角はθ＝ｔａｎ−１（ｊ／ｉ）となる。そして、収差情報から修正後の像高Ｐ１が求められ、Ｘ軸となす角θとなる方向で距離がＰ１となる座標値Ｚ１（ｉ'，ｊ'）が求められる。したがって、被検査対象３０４のターゲットとなる特定の位置における座標は座標値Ｚ１として出力される。
【００２９】
次に、位置検出装置１０の一連の処理工程について説明する。図４は、第１の実施例に係る位置検出装置１０のフロー図である。ここで、特に説明を加える場合を除き、各ステップの処理は制御演算部３０１が実行する。
【００３０】
位置検出の処理が開始されると、制御演算部３０１はステップＳ１０１で、まず格納部３０２に格納されている収差情報を補正する補正情報を取得するか否かについて判断する。格納部３０２に格納されている補正対象の収差情報は、初期値として格納されている光学設計値から求められた収差情報であっても良いし、既に補正された収差情報であっても良い。
【００３１】
収差情報を補正するか否かの判断は、例えば、予め定められたタイミングと一致するか否かによって判断される。予め定められるタイミングとは、例えば、位置検出装置１０の前回使用時からの経過時間が所定時間を超えた時、位置検出装置１０に備えられた温度センサの出力が定められた温度を示した時などのタイミングである。したがって、収差情報の補正は、予め定められたタイミングに応じて複数回実行され得る。
【００３２】
補正情報を取得する場合は、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、制御演算部３０１はＸＹステージ３０３を駆動して、格子チャート３０５を光学系１１０の観察視野内に搬入する。そして、ステップＳ１０３で、撮像素子１１３により格子チャート３０５を撮影してチャート画像を取得し、チャート画像上の予め定められた複数の格子点の位置座標を検出する。
【００３３】
ステップＳ１０４では、上述のように格納部３０２に格納されている収差情報を補正する。そして、ステップＳ１０５で、格子チャート３０５を光学系１１０の観察視野から搬出する。
【００３４】
ステップＳ１０５で収差情報の補正が終了したら、または、ステップＳ１０１で収差情報の補正が必要でないと判断したら、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、ＸＹステージ３０３上にセットされた被検査対象３０４を、光学系１１０の観察視野内に搬入する。そして、ステップＳ１０７で、撮像素子１１３により被検査対象３０４を撮影して観察画像を取得し、観察画像上のターゲットとなる特定座標を画像処理によって検出する。
【００３５】
ステップＳ１０８では、格納部３０２から収差情報を読み出し、ステップＳ１０７で取得されたターゲットとなる特定座標を修正する演算を行う。このとき、収差情報が既に補正されていれば、補正された収差情報を用いてより精確な座標修正を行うことができる。そして、ステップＳ１０９で演算された座標値を出力する。座標値の出力は、位置検出装置１０と接続された表示器に表示して具体的な数値としてユーザに示しても良いし、装置内の他の制御ユニットまたは装置外の他の装置に用いられるように引き渡しても良い。ステップＳ１０９で演算された座標値の出力が完了すると、ステップＳ１１０で被検査対象３０４を光学系１１０の観察視野から搬出して、一連の処理を終了する。
【００３６】
なお、上記においては、光学設計値に基づいて作成された収差情報そのものを、格子チャート３０５から得られた情報に基づいて補正し、補正された収差情報を再び格納部３０２へ格納して修正演算に用いる例を説明した。しかし、補正の形態はこれに限らず、光学設計値に基づいて作成された収差情報と、格子チャート３０５から得られた補正情報を別々に格納し、特定座標をまず光学設計値に基づいて作成された収差情報で変換し、さらに補正情報で変換して出力するように構成しても良い。
【００３７】
図５は、第２の実施例に係る位置検出装置２０の概略構成図である。本実施例における位置検出装置２０は、第１の実施例に係る位置検出装置１０を内包し、さらに、測定顕微鏡１０１に対向して測定顕微鏡２０１を備える。また、測定顕微鏡２０１で観察する被検査対象４０４を保持するステージとしてＸＹステージ４０３を備える。制御演算部３０１は、位置検出装置２０全体の制御および演算を実行する。第１の実施例に係る位置検出装置１０と同一の構成要素については、その説明を省略する。
【００３８】
位置検出装置２０は、被検査対象として被検査面が上を向いた被検査対象３０４と、被検査面が下を向いた被検査対象４０４の、それぞれの特定位置の相対関係を精確に検出したい場合に用いられる。特に、被検査対象３０４と被検査対象４０４が互いに同じような大きさの場合、対向する測定顕微鏡１０１と測定顕微鏡２０１は同一の光学設計による同一の測定顕微鏡が採用される。
【００３９】
すなわち、測定顕微鏡２０１は、対物レンズ２１１と結像レンズ２１２、及びこれらの中間に位置するハーフミラー２１８を含む光学系２１０を備え、さらに、照明光源２１５、レンズ２１６及びレンズ２１７を含む照明系２１４を備える。照明光源２１５は可視光である照射光を発し、照射光はレンズ２１６及びレンズ２１７を通過して平行光となり、ハーフミラー２１８で反射する。そして、対物レンズ２１１を透過して集光され、被検査対象４０４を照射する。
【００４０】
被検査対象４０４を照射した照射光は、その表面で反射して被検査対象４０４の光学像として再び対物レンズ３１１で集光され、ハーフミラー２１８を透過した後、結像レンズ２１２で撮像素子２１３の表面に結像される。このようにして撮像素子２１３の表面に結像した光学像は、撮像素子２１３によって光電変換され、観察画像として制御演算部３０１に送られる。
【００４１】
光学系１１０と光学系２１０は、互いの光軸が一致するように配設され得る。この場合制御演算部３０１は、測定顕微鏡１０１が被検査対象３０４を観察するときには、被検査対象３０４が光学系１１０の視野内に配置されるようＸＹステージ３０３を駆動すると共に、ＸＹステージ４０３を退避させる。逆に、測定顕微鏡２０１が被検査対象４０４を観察するときには、被検査対象４０４が光学系２１０の視野内に配置されるようＸＹステージ４０３を駆動すると共に、ＸＹステージ３０３を退避させる。なお、光学系１１０の光軸と光学系２１０の光学系の光軸の互いの位置関係が既知である場合、ＸＹステージ３０３とＸＹステージ４０３を移動させるのではなく、測定顕微鏡１０１および測定顕微鏡２０１の少なくとも一方を、ＸＹステージ３０３、ＸＹステージ４０３に対して移動させるように構成しても良い。このとき、被検査対象３０４と被検査対象４０４のそれぞれの特定位置の相対的な座標関係は、これらの移動量を加味して求められる。
【００４２】
光学系１１０と光学系２１０の光学設計が共通である場合、光学設計に基づく収差情報は、測定顕微鏡１０１と測定顕微鏡２０１で共通化することができる。すなわち、一つの収差情報を格納部３０２に格納し、それぞれで独立して実行される位置座標の修正にこの収差情報を共通して用いることができる。また、このように対向して配設される光学系１１０と光学系２１０は、使用環境の条件、構成部品の経年変化等の観点で概ね同一の条件である。したがって、収差情報の補正も、格子チャート３０５を用いた光学系１１０の結果を適用し、光学系２１０によるキャリブレーション作業を省略しても良い。このように構成すれば、補正後の収差情報も共通化することができる。
【００４３】
図６は、第２の実施例に係る位置検出装置２０を応用して適用した、第３の実施例に係る基板重ね合わせ装置３０の概略構成図である。基板重ね合わせ装置３０は、複数の基板を互いの実装面において位置合わせをして重ね合わせる装置であり、特に半導体基板であるウェハ同士を重ね合わせて３次元実装を行うシステムの一部の装置として好適である。
【００４４】
重ね合わせ装置３０は、位置検出装置２０のように、互いに対向して第１測定顕微鏡７０１と第２測定顕微鏡７０２を備える。第１測定顕微鏡７０１は筐体の天井フレームに固定され、第２測定顕微鏡７０２は第１ステージ７０９に設置される。第１ステージ７０９は、駆動装置７２５に設置され、図示されない制御演算部の制御によりＸＹＺ方向に移動する。ＸＹ方向の移動距離は、レーザー光波干渉式の測長器である干渉計７２４により、第１ステージ７０９の端部に設けられた反射ミラー７２３を用いて検出される。
【００４５】
第１ウェハホルダ７０５とこれに保持された第１ウェハ７０３は、第１の被検査対象である。特に第１ウェハホルダ７０５には第１フィディシャルマーク７０７が配置されており、第１測定顕微鏡７０１はこれを観察し、位置検出を行う。また、第１ウェハ７０３上には、特定の位置合わせ情報を有するアライメントマークが複数設けられており、第１測定顕微鏡７０１はこれを観察し、位置検出を行う。したがって、制御演算部は、第１測定顕微鏡７０１により、第１ウェハホルダ７０５と第１ウェハ７０３の特定のアライメントマークとの相対的な位置関係を精確に検出することができる。なお、第１測定顕微鏡７０１による観察は、被検査対象領域が視野内に収まるように、制御演算部により第１ステージ７０９が駆動されて実行される。すなわち、被検査対象である第１ウェハホルダ７０５と第１ウェハ７０３が移動される。
【００４６】
第２ウェハホルダ７０６とこれに保持された第２ウェハ７０４は、第２の検査対象である。第２ウェハホルダは、筐体の天井フレームに固定された第２ステージ７１０に保持される。なお、第１ステージ７０９による第１ウェハホルダ７０５の保持、第２ステージ７１０による第２ウェハホルダ７０６の保持は、それぞれのステージに設けられた吸気孔を介して真空吸着により行われる。
【００４７】
第１ウェハホルダ７０５、第１ウェハ７０３と同様に、第２ウェハホルダ７０６には第２フィディシャルマーク７０８が配置されており、第２ウェハ７０４にはアライメントマークが複数設けられており、第２測定顕微鏡７０２はこれらを観察し、位置検出を行う。したがって、制御演算部は、第２測定顕微鏡７０２により、第２ウェハホルダ７０６と第２ウェハ７０４の特定のアライメントマークとの相対的な位置関係を精確に検出することができる。なお、第２測定顕微鏡７０２による観察は、被検査対象領域が視野内に収まるように、制御演算部により第１ステージ７０９が駆動されて実行される。すなわち、第２測定顕微鏡７０２が移動される。
【００４８】
格子チャート７２１は、チャート台７２２により高さ調整をされて第１ステージ７０９に設置される。すなわち、第２ウェハ７０４の表面と格子チャート７２１の表面が同一平面内に存在するように調整される。なお、キャリブレーション時には、格子チャート７２１が視野内に収まるように、制御演算部により第１ステージ７０９が駆動される。
【００４９】
このように相対的に精確に位置検出された第１ウェハ７０３と第２ウェハ７０４は、例えば互いに対応するアライメントマーク同士の距離が全体として最小値となるように位置合わせされて、重ね合わされる。第１ウェハ７０３と第２ウェハ７０４が重ねあわされると、第１ウェハホルダ７０５と第２ウェハホルダ７０６は互いにクランプされ、図示されない搬送ロボットにより、重ね合わせ装置３０から搬出される。
【００５０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５１】
なお上述の各処理の実行順序は、特段明示し場合を除き任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１０  位置検出装置、２０  位置検出装置、３０  重ね合わせ装置、１０１  測定顕微鏡、１１０  光学系、１１１  対物レンズ、１１２  結像レンズ、１１３  撮像素子、１１４  照明系、１１５  照明光源、１１６  レンズ、１１７  レンズ、１１８  ハーフミラー、２０１  測定顕微鏡、２１０  光学系、２１１  対物レンズ、２１２  結像レンズ、２１３  撮像素子、２１４  照明系、２１５  照明光源、２１６  レンズ、２１７  レンズ、２１８  ハーフミラー、３０１  制御演算部、３０２  格納部、３０３  ＸＹステージ、３０４  被検査対象、３０５  格子チャート、４０３  ＸＹステージ、４０４  被検査対象、５０１  チャート、５０２  観察像、５０３  観察像、５１１  格子点、５１２  格子点、６０１  変換関数、６０２  変換関数、６０３  変換関数、７０１  第１測定顕微鏡、７０２  第２測定顕微鏡、７０３  第１ウェハ、７０４  第２ウェハ、７０５  第１ウェハホルダ、７０６  第２ウェハホルダ、７０７  第１フィディシャルマーク、７０８  第２フィディシャルマーク、７０９  第１ステージ、７１０  第２ステージ、７２１  格子チャート、７２２  チャート台、７２３  反射ミラー、７２４  干渉計、７２５  駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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