JPH0630332B2

JPH0630332B2 - 位置決め装置、及び該装置を用いた基板の位置決め方法

Info

Publication number: JPH0630332B2
Application number: JP59100247A
Authority: JP
Inventors: 和男嵐田; 喜和雄中沢; 恭一諏訪; 昭一谷元
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS60245134A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明はＩＣやＬＳＩ等の半導体装置の製造に用いられ
るマスク、レチクル、ウエハ等の位置決め装置、及び位
置決め方法に関し、特にウエハプローバやウエハスクラ
イバーに適した位置決め装置、及び位置決め方法に関す
る。

（発明の背景）ウエハ等のように複数のチツプパターンが２次元的に配
列された基板の位置合せ装置として、例えば特開昭５８
−５４６４８号公報に開示されているように、レーザ光
のスポツトをウエハ上で走査し、ウエハ上のパターンか
らの散乱光を光電検出し、その光電信号の波形データと
予め記憶しておいた基準となる波形データ（テンプレー
ト）とをパターンマツチングにより比較して、ウエハの
位置ずれを検出する装置が知られている。この装置では
テンプレートは１番目のウエハ上の所定の局所領域から
抽出して作られ、２番目以降のウエハはその１番目のウ
エハと同一位置に２次元的に位置決めされる。ところ
で、このような位置決めにあたつて、ウエハが装置に回
転して載置されると、所期の位置決め精度が得られない
ので、何らかの方法でウエハの回転を直す必要がある。
従来よりウエハは２次元移動ステージの上に回転可能な
ウエハホルダーを介して載置される。そしてウエハの回
転を直すためにそのウエハホルダーを回転するが、この
回転を補正するにはある程度のくり返しが必要であり、
時間を要していた。とくに簡単な装置ではウエハホルダ
ーの回転位置決め精度が低い場合もあり、回転補正の時
間は全体の位置決め時間の中でかなりの割合をしめ、ス
ループツトを低下させるという欠点があつた。

（発明の目的）本発明はウエハやマスク等のチツプパターンを有する基
板の回転補正の時間を短縮するとともに、精度を向上す
る位置決め装置、及び該装置による基板の位置決め方法
を提供することを目的とする。

（発明の概要）本発明は、所定の大きさのチツプを所定のピツチで２次
元的に複数配列した基板（ウエハやマスク等）を直交座
標系ｘｙに沿つて位置決めする装置において、基板上の
第１局所領域中のパターンに応じた第１情報と、この第
１局所領域からチツプの配列方向にピツチの略整数倍の
距離だけ離れた第２局所領域中のパターンに応じた第２
情報とを抽出するパターン情報抽出手段と、第１情報と
第２情報の相関性に基づいて基板の座標系ｘｙに関する
回転誤差を検出し、その回転誤差を補正するように基板
を回転する回転誤差補正手段と、その回転補正された基
板の残存回転誤差を検出する手段と、この残存回転誤差
に応じて基板を座標系ｘｙのｘ方向とｙ方向に関して補
正して位置決めする手段とを設けることを技術的要点と
している。

次に本発明の実施例による位置決め装置の構成を第１図
及び第２図に基づいて説明する。ウエハ６はレーザ干渉
測長器等の位置センサ１２を備えたステージ７に載置さ
れる。このステージ７はモータ等を含む駆動機構８によ
つて２次元的に移動する。一方レーザ発振器１とシリン
ドリカルレンズ２を含む光源からは断面形状が楕円形の
収束したレーザ光束が射出し、このレーザ光束は反射ミ
ラー３によつて折り曲げられ、ウエハ６の表面に細長い
スリツト状のスポツト光１３として結像する。そしてウ
エハ６表面の凹凸状のパターンで散乱されたレーザ光は
光電素子４に達する。この光電素子４の光電信号は増幅
器９によつて所定量増幅されて、次のＡ／Ｄ変換器（以
下、ＡＤＣとする。）１０に印加される。従つてＡＤＣ
１０から出力されるデジタル信号Ｄ_２はウエハ６から生
じる散乱光の強さ又は光量に比例したものとなる。ま
た、ウエハ６上のパターンを観察するための顕微鏡１４
が設けられ、位置合わせされた位置が正しいか否かを確
認する。前述の位置センサ１２は、例えばスポツト光１
３の照射位置を基準としたステージ１７の２次元的な位
置に関する位置信号Ｄ_１を発生し、ＡＤＣ１０の信号Ｄ
_２と共に、演算処理部１１に入力する。演算処理部１１
は信号Ｄ₁,Ｄ_２に基づいて位置合わせに必要な演算を行
なうと共に、その結果に応じて駆動機構８を制御して、
ウエハ６を所定の位置まで移動させる。

この演算処理部１１については詳しくは特開昭５８−５
４６４８号公報に開示されているので、ここでは説明を
省略するが、ウエハ６から生じた散乱光を位置に対応し
て記憶し、予め記憶してある基準パターンと、その散乱
光パターンとのマツチングをとり、もつともマツチング
がよい位置を検出するものである。

さて、スポツト光１３の長手方向の大きさは、位置合わ
せの対象物がウエハやマスクのように、同一のチツプパ
ターンが周期的に配列されている場合、標準的な１チツ
プの一辺の大きさとほぼ等しくする。このように定める
と、第１図で示したステージ７をスポツト光１３の長手
方向と直交する方向に移動したとき、光電素子４は、ス
ポツト光１３の照射部内に存在する細かいパターンのエ
ツジ（凹凸の段差部）から全方向に生じる散乱光をほぼ
全体に渡つて受光するから、光電信号はパターンの細か
い変化に対してはほとんど変化しない。このことを第３
図によりさらに詳しく説明する。この図はウエハ６上の
隣接する２つのチツプ５０とスポツト光１３の関係を示
したものである。先にも述べたように、スポツト光１３
はウエハ６に対して長手方向と直交する方向に移動す
る。このとき図中に示すようにその移動はチツプ５０の
配列の方向に沿つて行なわれる。従つてスポツト光１３
はその長手方向がチツプ５０の間に設けられた通常スト
リートライン５３と呼ばれる５０〜１００μｍ程度の帯
幅部分と平行を保ちつつ移動する。またチツプ５０の内
部には実際の回路パターンが形成された領域５１と、そ
の周囲に位置した複数のボンデイング用のパツト５２と
が設けられる。今、チツプ５０寸法を５×５mm、スポツ
ト光１３寸法を５mm×５０μｍとすると、スポツト光１
３が領域５１を照射すると、回路パターンは二次元的に
は複雑な形状をしており、散乱光は全方向に生じる。従
つて光電素子４の光電信号はスポツト光１３が領域５１
内を移動している間は平均的に大きな値になる。また、
スポツト光１３がパツト５２の近傍を照射すると、パツ
ト５２が並ぶパツト列の幅は通常１００μｍ程度である
ので、スポツト光１３の移動に伴つて光電信号の大きさ
は変動する。さらにスポツト光１３がストリートライン
５３を照射すると、ストリートライン５３は通常光を全
反射する特性、すなわち、ほとんど散乱しない特性を有
しているので、光電信号は極めて小さな値になる。以上
述べた光電信号の変化状態は、スポツト光１３の長手方
向がチツプ５０の一辺の長さよりも大きい限り、ウエハ
６上のいかなる位置においてもほぼ同じように再現され
る。このようにスポツト光１３をスリツト状に細長くす
ることによつて、ウエハ６上のパターン密度(例えばス
ポツト光１３で照射される範囲内に存在する微細な線パ
ターンの本数等)の変化を平滑化して検出することがで
きる。

また、第３図に示したように、スポツト光１３はストリ
ートライン５３と平行を保ちつつ、チツプ５０の配列方
向に沿つて移動するが、このときスポツト光１３とウエ
ハ１６との関係は第４図のようになる。ウエハ１６には
同一のパターンを有する複数のチツプ５０がマトリツク
ス状に形成されるが、その一方の列、すなわち紙面で左
右方向のチツプ５０は、一般にウエハ６の周囲の一部を
直線的に切欠いたフラツトＦと平行に並ぶ。このフラツ
トＦはウエハ６の粗い位置決め（プリアライメントと呼
ばれる。）のための基準端となるものである。そして、
ステージ７にはウエハ６を載置して回転する回転補正機
構が組み込まれており、プリアライメント時にフラツト
Ｆはステージ７の一方の移動方向、例えば第４図に示す
ｘ方向と平行に定められる。これにより、ステージ７の
互いに直交する２つの移動方向ｘ，ｙと、ウエハ６上の
互いに直交する２つのストリートライン５３とがそれぞ
れ平行になる。このようにプリアライメントされた状態
で、スポツト光１３をウエハ６に照射しつつ、ステージ
７をｘ方向、又はｙ方向に移動すれば、ウエハ６の表面
はスポツト光１３によつて走査されることになる。この
際第４図に示すように、ステージ７をｘ方向に移動する
ときはスポツト光１３は、ｙ方向に細長く延びたスリツ
ト状とし、ｙ方向に移動するときは、ｘ方向に細長く延
びたスリツト状とする。これは例えばシリンドシリカル
レンズ２の母線方向を９０゜回転されることによつて行
なわれる。

さて、ウエハ６はステージ７の座標系ｘｙに回転ずれな
く載置しなければならない。そこでこの回転ずれの検出
についての原理的な説明を第５図、第６図に基づき述べ
る。第５図はウエハ６をプリアライメントで概ね回転な
く座標系ｘｙに位置決めした状態を示し、さらにウエハ
６上でｘ方向に距離Ｌだけ離れ、かつｙ方向に一列に並
んだ２つのチツプ５０を示す。ここで距離Ｌはチツプ５
０のｘ方向の配列ピツチの整数倍で、なるべく大きな値
になるように定められている。まず、スポツト光１３を
ｘ方向に伸びたスリツト状にし、このスポツト光１３が
ウエハ６の左側のチツプ５０に重なるようにステージ７
を位置決めする。このとき信号処理部１１はステージ７
の座標値を位置センサー１２から読み込み記憶する。そ
の値を位置ｘ_０，ｙ_０とする。次に信号処理部１１はス
テージ７をチツプ５０のｙ方向の配列ピツチ分よりも長
い距離だけｙ方向に走査し、スポツト光１３の移動に伴
う散乱光の強度分布を抽出して記憶する。第６図（ａ）
はこのときの強度分布Ａを表わした図であり、縦軸に散
乱光の強度Ｉ、横軸にｙ方向の位置を表わす。ウエハ６
の左側のチツプ５０と５０の間にあるｘ方向に伸びたス
トリートライン５３のところでは、スポツト光１３がチ
ツプ５０を走査しているときの散乱光強度よりもかなり
低くなる。このため、位置ｙ_０からｙ_２まで走査する間
の位置ｙ_１で、強度Ｉはボトム（最小値）になる。次に
信号処理部１１はステージ７は座標値（ｘ_０，ｙ_０）に
戻し、その位置からｙ座標値を変化させることなくｘ方
向に距離Ｌだけステージ７を移動させ、スポツト光１３
がウエハ６の右側に位置するチツプ５０と重なるように
制御する。ここで再びステージ７を位置ｙ_２までｙ方向
に走査し、散乱光の強度分布を抽出する。第６図(ｂ)は
このときの強度分布Ｂを表わす図であり、縦軸と横軸は
それぞれ第６図（ａ）と同一である。ここでウエハ６の
右側のチツプ間のストリートライン５３は位置ｙ_０から
ｙ_２までの間の位置ｙ_３にあることがわかる。そして信
号処理部１１は２つの強度分布ＡとＢとの相関演算を行
ない、ストリートライン５３による波形上のボトムがも
つともマツチングしたときの両強度分布Ａ，Ｂのｙ方向
のずれ量、すなわちｙ_１−ｙ_３を演算する。

尚、このずれ量を検出する方法として、例えばストリー
トライン５３を含む前後の一定距離（配列ピツチよりも
小さな値）から予め散乱光の強度分布を抽出し、この分
布の波形を基準パターンとして記憶し、強度分布Ａ，Ｂ
のそれぞれについて、基準パターンとの相関度を演算し
て位置ｙ₁とｙ₃を求めた後ｙ_１−ｙ_３の演算を行なつて
もよい。以上のようにしてずれ量が求まつたら、ウエハ
６の回転量θは次の式（１）により近似演算される。

θ＝（ｙ_１−ｙ_３）／Ｌ ……（１）従つて、原理的には、この回転量θだけウエハ６を回転
補正すればよい訳だが、この方法のみに頼つていると次
のような問題が生じる。まず第１の問題は、上記のよう
に回転量θが算出されたとしても、ウエハ６を回転する
機構の精度がそれに伴なわない場合、ウエハ６を回転補
正した後、再びウエハ６の回転量を検出する動作を繰り
返す必要があり、回転補正に長時間を要することが起り
得る点である。そして第２の問題は、距離Ｌに対してチ
ツプ５０の大きさが極端に小さい場合、ステージ７をｘ
方向に距離Ｌだけ送つたとき、ウエハ６の回転によつ
て、スポツト光１３がｘ方向に並んだ同一列上の左右の
チツプを走査しないことが生じる点である。この第２の
問題点は重大な誤差の原因になる。すなわち、ウエハ６
上の左側のチツプと右側のチツプとでｙ方向に配列ピツ
チの整数倍（零を含まず）だけずれたチツプ同志をパタ
ーンマツチングしてしまい、距離Ｌに対して配列ピツチ
の整数倍の回転誤差が残存してしまうことである。

そこで上記第２の問題点を解決する本発明の実施例を第
７図を用いて説明する。第７図は座標系ｘｙに対してウ
エハ６がθだけ回転しているのを極端に表わしたもので
あり、座標系αβはウエハ６上のチツプの配列座標であ
る。そしてまずウエハ６の右側の１つのチツプとｘ方向
のストリートラインとが走査できるようにスポツト光１
３ａを位置決めする。そしてステージ７をｙ方向に所定
距離だけ走査して散乱光の強度分布のデータを抽出し、
基準パターン（テンプレート）とのパターンマツチング
により、そのチツプに付随したストリートラインの位置
ｙ_５を検出する。次に、チツプのβ軸（ｙ軸）方向の配
列ピツチ（又はチツプの大きさ）をＣＰ、プリアライメ
ント等の精度に応じて起り得るウエハ６の回転誤差をε
_０、０よりも大きく０．５以下の係数をａ、１以上の整
数をｎとしたとき、信号処理部１１は、次の式(２)，
(３)を同時に満足する距離ｄを算出する。

ｄ＜ａ・ＣＰ／ε_０ …… (２) ｄ＝ｎ・ＣＰ …… (３) 距離ｄは次に散乱光の強度分布を抽出するために位置す
べきスポツト光１３ｂのスポツト光１３ａからのｘ方向
の距離を表わす。こうしてスポツト光１３ａから距離ｄ
の位置にスポツト光１３ｂを位置決めしてから、ｙ方向
にステージ７を走査して、散乱光の強度分布のデータを
抽出する。このとき、上記式(２)，(３)により距離ｄを
定めたので、スポツト光１３ｂの走査範囲中に存在する
ストリートラインは、スポツト光１３ａの走査範囲中に
存在したストリートラインと同一のものである。すなわ
ち、座標系αβのα軸に沿つて一列に並んだ複数のチツ
プに関して距離ｄだけ離れた２つの位置で散乱光のｙ方
向の強度分布を抽出したことになる。さて、スポツト光
１３ｂの走査により抽出したデータから、パターンマツ
チングによりストリートラインの位置ｙ_６を検出する。

次に信号処理部１１は位置ｙ_５とｙ_６のずれ量と距離ｄ
とに基づいて式(４)により回転量θ_０を算出する。

θ_０＝（ｙ_５−ｙ_６）／ｄ …… (４) さて、この回転量θ_０には距離ｄがウエハ６上で、距離
Ｌよりも短かいために誤差分が含まれている。そこで、
この距離ｄで回転量θ_０を検出した位置におけるｙ方向
の誤差分（検出精度）を第８図に示すようにδ_０とす
る。また第８図において、スポツト光１３ａのｘ方向の
位置をＰ_１、スポツト光１３ｂのｘ方向の位置をＰ_２と
する。そして位置Ｐ_１から距離Ｌだけｘ方向に離れ、か
つｘ軸に対して回転量θ_０で決まる角度方向の位置Ｐ_３
にスポツト光１３ｃを位置決めして散乱光のｙ方向の強
度分布を抽出し、基準パターンとのマツチングを行な
い、その強度分布と基準パターンとのずれ量を求めたと
き、その起り得るずれ量をδ_１とすると距離Ｌは第８図
に示すような幾何学的な関係から式(５)によつて表わさ
れる。

Ｌ＝ｄ・（δ_１／δ_０） …… (５) さらに、ずれ量δ_１もｙ方向の配列ピツチ（又はチツプ
の大きさ）ＣＰの１／２よりも小さいものにするとすれ
ば、 δ_１＜ａ・ＣＰ …… (６) で表わされる。

そこで上記式(５)，(６)から信号処理部１１は次の式
(７)，(８)を同時に満足するような最適な距離Ｌを算出
する。

Ｌ＜（ａ・ＣＰ・ｄ）／δ_０ …… (７) Ｌ＝ｎ・ＣＰ …… (８) 次に信号処理部１１は、位置Ｐ_１（スポツト光１３ａの
位置）からｘ方向に距離Ｌだけステージ７を移動させる
とともに、さらにｙ方向に回転量θ_０で決まる量（Ｌ・
θ_０）だけ移動させた位置Ｐ_３に停止させる。ここでス
ポツト光１３ｃをｙ方向に走査して散乱光の強度分布を
抽出し、パターンマツチングによりチツプに付随したス
トリートラインのｙ方向の位置ｙ_７を検出する。ここで
検出したストリートラインはスポツト光１３ａの走査で
検出したストリートラインと同一のものであり、スポツ
ト光１３ａと１３ｃの走査が同一列中の左右のチツプに
関して行なわれたことになる。そして信号処理部１１は
先にスポツト光１３ａの走査で求めた位置ｙ_５と、スポ
ツト光１３ｃの走査で求めた位置ｙ_７とに基づいて、次
の近似式(9)でウエハ６の正確な回転量θを算出する。

θ＝（ｙ_５−ｙ_７）／Ｌ …… (９) 以上のような方法で回転量θを求めれば、距離Ｌに対し
てチツプの大きさが極単に小さい場合でも、同一列中の
左右のチツプに関してパターンマツチングを行なうこと
ができるので、先に述べた第２の問題点は解決される。
そして信号処理部11によつて回転量θだけウエハ６を回
転補正すればよい訳であるが、１度の回転補正だけでは
回転補正機構の精度によつて誤差を補正しきれずに、回
転誤差Δθが残存する。この回転誤差Δθを繰り返し回
転補正して誤差Δθを零まで追い込むことは可能である
が、そうすると先に述べた第１の問題点が生じてしま
う。そこで第１の問題点を解決する本発明の実施例を引
き続き説明する。

まずウエハ６を算出した回転量θに応じて１度だけ回転
補正する。そして信号処理部１１は再びウエハ６上でｘ
方向に距離Ｌ（ただしＬ＝ｎ・ＣＰ）だけ離れて位置す
る２つのチツプとそれに付随したストリートラインとを
含む局所部分を、それぞれスポツト光１３でｙ方向に例
えば第５図のように走査して、その局所部分から生じた
散乱光の強度分布を抽出し、パターンマツチングにより
両局所部分のｙ方向の位置ずれ量Δｙを演算する。そし
て距離Ｌとの関係から、残存回転誤差Δθを次の式(１
０)によつて求める。

Δθ＝Δｙ／Ｌ …… (１０) 次に信号処理部１１は第９図に示すように位置ずれ量Δ
ｙを求めた２つの位置Ｐ_４，Ｐ_５に対して予め決められ
た位置Ｐ_６を含む局所部分をｘ方向に伸びたスポツト光
１３ｄとｙ方向に伸びたスポツト光１３ｅとでそれぞれ
ｙ方向とｘ方向に走査し、その局所部分から生じた散乱
光の２次元的な強度分布を抽出する。尚、位置Ｐ_６の位
置Ｐ_４，Ｐ_５に対する相対位置は位置合せすべき全ての
ウエハに関して同一に定められている。そして、信号処
理部１１は予め１枚目のウエハの位置Ｐ_６に相当する局
所部分から抽出しておいた散乱光の２次元的な強度分布
のデータを、テンプレートとして、このテンプレートと
ウエハ６の位置Ｐ_６の局所部分の強度分布データとをパ
ターンマツチングし、テンプレートに対するずれ量を求
める。このずれ量を補正するようにステージ７を位置決
めすれば、１枚目のウエハの位置Ｐ_６に相当する位置
に、２枚目以降のウエハ６の位置Ｐ_６がスポツト光１３
に関して位置合せされたことになる。すなわち、１枚の
ウエハの２次元的な位置が、２枚目以降のウエハ６につ
いて再現されたことになる。そして、この再現された位
置Ｐ_６のチツプを原点としてステージ７を２次元移動す
れば、ウエハ６上の所望のチツプを顕微鏡１４の観察視
野内、又はプローバーのプローブ針の直下に位置決めで
きる。しかしながら位置Ｐ_６から離れる程、残存回転誤
差Δθのために位置ずれが大きくなつてくる。ところで
ウエハ６上の各チツプのｘ方向とｙ方向の大きさ（ある
いは配列ピツチ）をそれぞれα_０，β_０とすれば、例え
ば位置Ｐ_６のチツプ中心を原点とするように配列座標系
αβを定めたとき、各チツプの中心は座標系αβにおい
て、ｍ、ｎをそれぞれ整数としたとき（ｍα_０、ｎ
β_０）の座標値にマトリツクス状に分布する。そこで残
存回転誤差Δθを考慮して、座標系αβにおける位置を
座標系ｘｙにおける位置に変換してみると、次の式（１
１），（１２）で表わされる。

ｘ＝ｍ・α₀・cos(Δθ)＋ｎ・β₀・sin(Δθ)……（１
１）ｙ＝ｎ・β₀・cos(Δθ)−ｍ・α₀・sin(Δθ)……（１
２）誤差Δθは極めて小さいので、cos （Δθ）≒１、sin
（Δθ）≒Δθとすると、式（１１），（12）はそれぞ
れ式（１３），（１４）のように近似される。

ｘ＝ｍ・α_０＋ｎ・β_０・Δθ …（１３）ｙ＝ｎ・β_０−ｍ・α_０・Δθ …（１４）この式（１３），（１４）によつて決まる座標値（ｘ，
ｙ）に従えば、座標系αβで（ｍ・α_０、ｎ・β_０）の
位置にあるチツプを顕微鏡１４やプローブ針の直下に位
置合せするようにステージ７を位置決めするとき、その
チツプに対してはステージ７の位置が（ｎ・β_０・Δ
θ、−ｍ・α_０・Δθ）だけ補正されることになる。

この様子を第１０図、第１１図に示す。第１０図は残存
回転誤差Δθの補正を行なわずに、ステージ７を位置決
めしたときの様子を表わし、第11図は残存回転誤差Δθ
を補正してステージ７を位置決めたときの様子を表わ
す。第１０図、第１１図で点線で示した矩形は、プロー
ブ針が位置する領域３０を各チツプに対応させて表わし
たものである。補正しないでステージ７を位置決めする
と、位置Ｐ_６のチツプＣ_１はそれ自身の回転誤差のみが
あるだけで、よく位置合せされているが、チツプＣ_１か
らｘ方向（α方向）に離れたチツプＣ_２，Ｃ_３について
は領域３０との位置ずれが誤差Δθに対して順次増大し
ていく。ところが第11図のように補正することによつ
て、各チツプＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_３の中心はｘ軸上に位置
し、各チツプＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_３と領域３０とを位置合せ
したとき、チツプと領域３０の相対的な回転誤差が残る
のみで、ウエハ６上の全てのチツプに対して同等の位置
合せ精度が得られる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、ウエハ等の基板の回転誤
差を検出した後、一回だけ基板を回転補正すればよいの
で、極めて高速である。しかも回転補正後に再度基板の
残存回転誤差を検出して、座標系ｘｙに沿つた位置決め
の際、その残存回転誤差に応じて位置決めすべき位置を
ｘｙ方向に補正するようにしたので、例えばプローブ針
を基板上の全チツプに対して同等の高精度で位置合せで
きるという効果が得られる。

また本発明の位置決め方法において、基板上の３つのチ
ップ位置を検出する方法によれば、基板上で大きく離れ
た２ヶ所のチップの各位置を検出して基板の回転誤差を
求める際、その２ヶ所のチップが同一列上に存在しない
と言う問題点が解決され、チップが極端に小さい場合で
あっても基板の回転誤差を常に精密に検出することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に好適な位置合せ装置の概略的
な構成図、第２図はスポツト光を形成する光学系の斜視
図、第３図はスポツト光とチツプの関係を示す平面図、
第４図はウエハとスポツト光の２次元的な関係を示す平
面図、第５図は本発明の原理を説明するための図、第６
図はパターンマツチングに使われる散乱光の強度分布を
示す波形図、第７図は本発明の実施例を説明するための
図、第８図はウエハの回転量の算出方法を説明する図、
第９図は、位置合せのための動作を説明する図、第１０
図、第１１図は残存回転誤差の補正動作を説明する図で
ある。〔主要部分の符号の説明〕５……レーザ光束、６……ウエハ、７……ステージ、１
１……信号処理部、１２……位置センサー、１３……ス
ポツト光、５０，Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃……チツプ、５３……ス
トリートライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形状のチップの複数個が所定のピッチで
２次元的に配列された基板を載置して、直交座標系ｘｙ
に沿って２次元移動するステージを有し、該直交座標系
ｘｙ内の所定の位置に前記基板上の任意のチップを位置
決めする装置において、前記直交座標系ｘｙ内の定められた位置に検出中心を有
し、前記基板上に形成された特徴的なパターン形状を含
む第１の局所領域を光電走査することによって該第１の
局所領域内のパターンに応じた第１の信号を発生すると
ともに、前記第１の局所領域から前記チップの配列方向
に前記ピッチの略整数倍の距離だけ離れた第２の局所領
域を光電走査することによって該第２の局所領域内のパ
ターンに応じた第２の信号を発生するパターン情報発生
手段と；前記第１の信号と第２の信号との相関性に基づいて前記
基板の前記直交座標系ｘｙ内での全体的な回転誤差を算
出する演算手段と；該算出された全体的な回転誤差を補正するために、前記
基板を前記ステージ上で回転させる回転機構と；前記基板の全体的な回転誤差の補正の後、前記基板上の
２ヶ所の局所領域の夫々から得られた２つの信号の相関
性に基づいて、前記基板の全体的な回転誤差の残差を算
出する残差算出手段と；前記基板上の任意のチップを前記所定位置に順次位置決
めする際、前記基板の全体的な回転誤差の残差に応じて
前記ステージを直交座標系ｘｙのｘ方向とｙ方向とに関
して補正して移動させる制御手段とを設けたことを特徴
とする位置決め装置。
【請求項２】前記パターン情報発生手段は、前記基板上
の複数個のチップの配列方向に関する周期的なパターン
構造のうち、光電走査によって特徴的な光強度分布を発
生する部分を前記第１、第２の局所領域として設定し、
該第１、第２の局所領域の夫々の光強度分布を検出する
光電素子を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の装置。
【請求項３】矩形状のチップの複数個がほぼ一定のピッ
チで２次元的に配列された半導体素子製造用の基板を載
置して、直交座標系ｘｙに沿って２次元移動するステー
ジと、該ステージ上で前記基板を回転させる回転機構
と、前記直交座標系ｘｙ上の所定位置に検出中心を有
し、前記基板上の一部に形成された特徴的なパターン形
状を含む局所範囲を、前記座標系ｘｙのｘ方向、又はｙ
方向に走査したとき、該パターン形状に応じて強度変化
する光電信号を出力する光電検出手段と、該光電信号に
基づいて、前記直交座標系ｘｙに対する前記基板上のチ
ップの位置を算出する演算手段と、該算出された値に基
づいて前記ステージの駆動を制御する制御手段とを備え
た位置決め装置を用いた基板の位置決め方法において、前記基板上の特性の位置におけるチップの位置を、前記
光電検出手段と前記演算手段とを用いて複数のチップに
関して検出する段階と；検出された複数のチップの各位置から前記基板の全体的
なθ方向の回転誤差を求める段階と；求められた前記基板の全体的なθ方向の回転誤差を補正
するために前記基板を前記回転機構によりθ方向に回転
させる段階と；前記ステージによって前記基板上の各チップを前記直交
座標系ｘｙ上の予め定められた位置に順次位置決めする
際、前記基板の全体的なθ方向の回転誤差の残存誤差に
応じて前記制御手段によるｘｙ方向の移動量を補正する
段階とを有することを特徴とする位置決め方法。
【請求項４】矩形状のチップの複数個が所定のピッチで
２次元的に配列された基板を載置して、直交座標系ｘｙ
に沿って２次元移動するステージと、該ステージ上で前
記基板を回転させる回転機構と、前記直交座標系ｘｙ上
の所定位置に検出中心を有し、前記基板上に形成された
特徴的なパターン形状を含む局所範囲を走査したとき、
該パターン形状に応じて変化する光強度分布を出力する
光電検出手段と、該光強度分布に基づいて前記直交座標
系ｘｙ上における前記チップの位置を算出する演算手段
と、該算出された位置に基づいて前記ステージの駆動を
制御する制御手段とを備えた位置決め装置を用いた基板
の位置決め方法において、前記基板上にｘ方向に配列された一列のチップ群のう
ち、前記基板の周辺に位置する第１チップを指定し、該
第１チップの一部を含む第１の局所範囲内のｙ方向のパ
ターン形状に応じた第１の光強度分布を前記光電検出手
段により検出する段階と；前記一列のチップ群のうち、前記第１チップからｘ方向
に距離ｄだけ離れ、かつ前記基板の中央側に位置する第
２チップを指定し、該第２チップの一部を含む第２の局
所範囲内のｙ方向のパターン形状に応じた第２の光強度
分布を前記光電検出手段により検出する段階と；前記第１の光強度分布と第２の光強度分布とに基づい
て、前記第１チップと第２チップのｙ方向の各位置を求
め、それら各位置と前記距離ｄとに基づいて座標系ｘｙ
の座標軸に対する前記一列のチップ群の配列軸の回転量
θ_０を算出する段階と；該算出された回転量θ_０に基づいて、前記一列のチップ
群のうち前記距離ｄよりも大きな距離Ｌだけ離れた第３
チップを指定し、該第３チップの一部を含む第３の局所
範囲内のｙ方向のパターン形状に応じた第３の光強度分
布を前記光電検出手段により検出する段階と；該第３の光強度分布に基づいて前記第３チップのｙ方向
の位置を求め、その位置と前記第１チップのｙ方向の位
置との差、及び前記距離Ｌとに基づいて前記基板の前記
直交座標系ｘｙ内での正確な回転誤差を算出する段階と
を含むことを特徴とする位置決め方法。