JP4389871B2 - 基準パターン抽出方法とその装置、パターンマッチング方法とその装置、位置検出方法とその装置及び露光方法とその装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造する際のリソグラフィー工程における露光方法に関し、特に、露光装置でウエハやレチクル等の位置決めに使用して好適な基準パターンの抽出方法とその装置、抽出した基準パターンを用いてマーク等の画像を検出するパターンマッチング方法とその装置、検出したマーク等に基づいて露光位置を検出する位置検出方法とその装置、及び、検出した位置に基づいて露光を行う露光方法とその装置に関する。
半導体素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造する際には、露光装置を用いて、マスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を感光剤が塗布された半導体ウエハやガラスプレート等の基板上に繰り返し投影露光する。この際、露光装置においては、基板の位置と投影されるパターンの像の位置とを高精度に合わせる必要がある。特に半導体素子の製造においては、近年の集積度の向上に伴って形成するパターンが非常に微細になっている。従って、所望の性能を有する半導体素子を製造するためには、非常に高精度な位置合わせが要求される。
露光装置におけるこの位置合わせは、基板やレチクルに形成されたアライメントマーク（以下、単にマークあるいはパターンと称する場合もある。）をアライメントセンサにより検出し、基板等の位置を検出し、その位置を制御することにより行う。マークの位置を検出する方法としては種々の方法が用いられているが、近年、画像処理によりマークの位置を検出するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサが用いられるようになっている。これは、マーク付近の基板表面を撮像した信号（パターン信号、ｎ次元信号）を画像処理して、マークの位置情報を検出する方法である。そして画像処理の一方法として、予め用意したマーク信号に対応する基準パターン（テンプレート）と撮像した画像とを照合（マッチング）することにより、マークを検出するテンプレートマッチングの方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−２１０５７７号公報
ところで、そのようなテンプレートマッチングにおいては、テンプレートの生成が重要である。
通常、テンプレートは、実際のデータの中から抽出したパターンをテンプレートとして指定するか、あるいは、アライメントマーク等のテンプレートとすべき既知のパターンの情報（マークの設計データやウエハ上での配置情報等）に基づいて作成するのが一般的である。そのため、テンプレートの作成用に実際のデータが得られていない場合や得られない場合、又は、テンプレートとすべきパターンが特定されていない場合等には、テンプレートを設定することができない。そのような場合には、作業者がテンプレートを選択する方法が考えられるが、そのような方法では、ロバスト性が無い、精度が悪い、探すのが困難、作業者の個人差に性能が依存する等の問題があり適切ではない。
通常、テンプレートは、実際のデータの中から抽出したパターンをテンプレートとして指定するか、あるいは、アライメントマーク等のテンプレートとすべき既知のパターンの情報（マークの設計データやウエハ上での配置情報等）に基づいて作成するのが一般的である。そのため、テンプレートの作成用に実際のデータが得られていない場合や得られない場合、又は、テンプレートとすべきパターンが特定されていない場合等には、テンプレートを設定することができない。そのような場合には、作業者がテンプレートを選択する方法が考えられるが、そのような方法では、ロバスト性が無い、精度が悪い、探すのが困難、作業者の個人差に性能が依存する等の問題があり適切ではない。
また、アライメント時に撮像される基板表面の画像の範囲（観察視野）は、ウエハの投入動作に関わる誤差及びパターンの製造に係る誤差等により、常に一定の位置とはならず、所定の範囲内でばらつく。そのような条件の下で、テンプレートとするパターンは、観察視野に必ず含まれるパターンである必要がある。観察視野内にそもそもそのパターンが存在しなければ、検出することが不可能であるからである。一方で、テンプレートとするパターンは、観察視野となり得る最大の範囲（以後、観察視野最大範囲あるいは入力データ最大範囲と称する。）に唯一存在するユニークなパターンである必要がある。複数存在するパターンを検出したとしても、その位置を特定できないからである。
しかしながら、観察視野のばらつき（誤差）が大きくなると、観察視野となり得る最大範囲は広くなり、逆に観察視野に常に含まれる領域は小さくなる。場合によっては、観察視野に常に含まれる領域が存在しない場合も生じ得る。そのような状況では、テンプレートとするパターンを選定するのが難しく、あるいは困難となり、実質的にテンプレートマッチングをすることができなくなる。
テンプレートとなり得るパターンの情報を増やすためには、観察視野に常に含まれる領域を大きくする必要がある。しかしながら、そのためには観察視野として取得する領域のばらつき（誤差）を小さくする必要があり、新たな困難性が生じる。
しかしながら、観察視野のばらつき（誤差）が大きくなると、観察視野となり得る最大範囲は広くなり、逆に観察視野に常に含まれる領域は小さくなる。場合によっては、観察視野に常に含まれる領域が存在しない場合も生じ得る。そのような状況では、テンプレートとするパターンを選定するのが難しく、あるいは困難となり、実質的にテンプレートマッチングをすることができなくなる。
テンプレートとなり得るパターンの情報を増やすためには、観察視野に常に含まれる領域を大きくする必要がある。しかしながら、そのためには観察視野として取得する領域のばらつき（誤差）を小さくする必要があり、新たな困難性が生じる。
本発明の目的は、テンプレートマッチングのために有効な基準パターン（テンプレート）を適切に効率良く抽出することのできる基準パターン抽出方法とその装置を提供することにある。具体的には、観察視野に常に含まれる領域に依存せずに、観察視野最大範囲から有効な基準パターンを抽出することのできる基準パターン抽出方法とその装置を提供することにある。また、有効にテンプレートマッチングを行うことができるテンプレートを、テンプレート作成用の実際のデータを要しないで生成することのできる基準パターン抽出方法とその装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのように抽出された有効な基準パターン（テンプレート）を用いて、適切にテンプレートマッチングを行い所望のマーク等を検出することのできるパターンマッチング方法を提供することにある。具体的には、観察視野のばらつきがある程度生じていても、本発明に関わる方法により観察視野最大範囲全域から抽出されたテンプレートを用いて、適切に所望のパターンの検出ができるパターンマッチング方法を提供することにある。また、実際のデータを要しないで作成された本発明に関わるテンプレートを用いて適切に所望のパターンの検出ができるパターンマッチング方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような本発明に関わるテンプレートマッチング方法を用いて、位置決めに用いる所望のパターンを検出し、その位置を適切に検出することのできる位置検出方法とその装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような本発明に関わる位置検出方法を用いて、基板等の露光位置を検出し、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことのできる露光方法とその装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような本発明に関わる位置検出方法を用いて、基板等の露光位置を検出し、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことのできる露光方法とその装置を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の基準パターン抽出方法は、物体上の所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内に任意に配置される前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）よりも小さい面積を有する被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内において、ユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報を得る第１工程と（ステップＳ４１０）、前記第１工程で得られた前記パターン信号情報の中から、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内で前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）が取り得る全ての位置において、各位置ごとに被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内でユニークであると認識可能であり、そのユニークさが互いに異なる複数のユニークパターンを抽出する第２工程と（ステップＳ４３０〜ステップＳ４７０）、前記第２工程で抽出された前記複数のユニークパターンの全てを、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）が前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内で取り得る位置とは無関係に、前記基準パターンとして抽出する第３工程と（ステップＳ４８０）を有する（図１１Ａ〜図１１Ｃ及び図１２参照）。
このような基準パターン抽出方法によれば、第１工程で得たパターン信号情報に基づいて、第２工程において、例えば観察視野（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）となり得る最大の範囲等である所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内において、ユニークさが互いに異なり、かつ、その所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内に任意に配置される被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内においてもユニークであると認識されるユニークなパターンを複数抽出している。そして、第３工程において、抽出されたユニークなパターンの全てを、被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）が取り得る範囲とは無関係に、基準パターン（テンプレート）として設定している。すなわち、観察視野に常に含まれる領域に依存せずに、観察視野最大範囲から複数の基準パターンを抽出している。
従って、テンプレートマッチング時等に観察視野（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）を設定して画像を取り込んだ場合、その観察視野（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内には、設定した複数のユニークパターンのいずれかであって、観察視野内においても所定領域内においてもユニークパターンを検出することができ、このユニークパターンの位置に基づいて位置計測を適切に行うことができる。
従って、テンプレートマッチング時等に観察視野（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）を設定して画像を取り込んだ場合、その観察視野（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内には、設定した複数のユニークパターンのいずれかであって、観察視野内においても所定領域内においてもユニークパターンを検出することができ、このユニークパターンの位置に基づいて位置計測を適切に行うことができる。
好適には、前記第２工程では、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）よりも小さい面積の特定領域（エレメント）単位で、個々の前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第２工程では、パターン形状特徴に関する情報を前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第２工程では、前記パターン形状特徴に関する情報に加えて、互いに異なるパターン形状特徴を有する各パターンの個数及びそれらの配置関係の少なくともいずれか一方をも前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第２工程では、パターン形状特徴に関する情報を前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第２工程では、前記パターン形状特徴に関する情報に加えて、互いに異なるパターン形状特徴を有する各パターンの個数及びそれらの配置関係の少なくともいずれか一方をも前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第２工程では、互いに同一のパターン形状特徴を備えたパターンの個数及びそれらの配置関係の少なくともいずれか一方を、前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記パターン間の配置関係を前記ユニークさの指標として使用する場合には、配置関係に関する設計値情報を使用する。
また好適には、前記パターン形状特徴に関する情報を、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対する、個々の前記特定領域内のパターン信号情報ごとの相関演算処理又はＳＳＤＡ法を用いた演算処理を行うことによって求める。
また好適には、前記パターンの形状特徴に関する情報を、個々の前記特定領域内のパターン信号情報におけるＳＮ比、エッジの量、エントロピー量、分散値、モーメント量の内の少なくともいずれか１つの情報量を用いて求める。
また好適には、前記パターン間の配置関係を前記ユニークさの指標として使用する場合には、配置関係に関する設計値情報を使用する。
また好適には、前記パターン形状特徴に関する情報を、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対する、個々の前記特定領域内のパターン信号情報ごとの相関演算処理又はＳＳＤＡ法を用いた演算処理を行うことによって求める。
また好適には、前記パターンの形状特徴に関する情報を、個々の前記特定領域内のパターン信号情報におけるＳＮ比、エッジの量、エントロピー量、分散値、モーメント量の内の少なくともいずれか１つの情報量を用いて求める。
また好適には、前記第１工程では、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）を一度に撮像可能な撮像手段を用いて、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報を求める。
また好適には、前記第１工程では、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内を撮像可能な撮像手段を用い、撮像手段に対する前記物体の位置を変化させながら複数位置での前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報をそれぞれ求め、前記求められた複数のパターン信号情報を合成することにより、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報を求める。
また好適には、前記第１工程では、前記物体上に形成されたパターンに関する設計値情報を用いて、前記撮像手段に対する前記物体の位置決めを行う。
また好適には、前記第１工程では、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内を撮像可能な撮像手段を用い、撮像手段に対する前記物体の位置を変化させながら複数位置での前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報をそれぞれ求め、前記求められた複数のパターン信号情報を合成することにより、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報を求める。
また好適には、前記第１工程では、前記物体上に形成されたパターンに関する設計値情報を用いて、前記撮像手段に対する前記物体の位置決めを行う。
また、本発明に係るパターンマッチング方法は、前述した基準パターン抽出方法により求められた前記基準パターンを用いて、前記物体上の前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う。
好適には、前記複数のユニークパターンの全てを順次用いて、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う。
好適には、前記複数のユニークパターンの全てを順次用いて、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う。
また、本発明に係る基準パターン抽出装置は、物体上の所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内に任意に配置される前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）よりも小さい面積を有する被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内において、ユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報を得るパターン信号情報取得手段と、前記得られた前記パターン信号情報の中から、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内で前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）が取り得る全ての位置において、各位置ごとに被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内でユニークであると認識可能であり、かつそのユニークさが互いに異なる複数のユニークパターンを抽出するユニークパターン抽出手段と、
前記抽出された前記複数のユニークパターンの全てを、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）が前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内で取り得る位置とは無関係に、前記基準パターンとして抽出する基準パターン抽出手段とを有する。
前記抽出された前記複数のユニークパターンの全てを、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）が前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内で取り得る位置とは無関係に、前記基準パターンとして抽出する基準パターン抽出手段とを有する。
また、本発明に係るパターンマッチング装置は、前述した基準パターン抽出装置により求められた前記基準パターンを用いて、前記物体上の前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対して、前記複数のユニークパターンの全てを順次用いて相関演算処理を行う相関演算処理手段を有する。
また、本発明に係る他の基準パターン抽出方法は、物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、前記物体上に形成されたパターンの形状及びその配置情報の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る第１工程と、前記設計値情報をパターン信号情報に変換する第２工程と、前記パターン信号情報の中から、ユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出する第３工程と、前記第３工程で抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する第４工程とを有する。
このような基準パターン抽出方法によれば、第１工程で物体上に形成されたパターンに関する設計値情報を獲得し、第２工程においてその設計値情報より物体上に形成されたパターンのパターン信号データを生成している。そして、そのパターン信号データより、第３工程においてユニークなパターンを抽出し、第４工程においてこれをテンプレート（基準パターン）として設定している。このように、この基準パターン抽出方法では、実際の物体上から撮像したパターン信号データを一切使用せずに、基準パターンを生成している。また、自動的にユニークなパターン、すなわち、パターン検出領域内に単一的に存在しそのパターンを検出することにより位置が特定できるようなパターンを検出してこれをテンプレートとしている。従って、パターン信号データが得られない場合や、テンプレートとすべきパターンが明示されていない場合等においても、有効なテンプレートを適切に生成することができる。
好適には、前記第３工程では、前記パターン信号情報に対する、前記パターン信号情報内の部分パターン信号情報ごとの相関演算処理、又はＳＳＤＡ法を用いた演算処理を行うことによって、前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第３工程では、前記部分パターン信号情報から得られる領域の大きさを変更しながら前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第４工程では、前記第３工程において前記ユニークパターンが複数抽出された場合には、前記パターン信号情報内の他のパターンに対して特徴差が最も大きいユニークパターンを前記基準パターンとして決定する。
また好適には、前記第３工程では、前記部分パターン信号情報から得られる領域の大きさを変更しながら前記ユニークパターンを抽出する。
また好適には、前記第４工程では、前記第３工程において前記ユニークパターンが複数抽出された場合には、前記パターン信号情報内の他のパターンに対して特徴差が最も大きいユニークパターンを前記基準パターンとして決定する。
また、本発明に係る基準パターン抽出装置は、物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、前記物体上に形成されたパターンの形状及びその配置情報の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る設計値情報取得手段と、前記設計値情報をパターン信号情報に変換する情報変換手段と、前記パターン信号情報の中から、ユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出するユニークパターン抽出手段と、前記抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する基準パターン決定手段とを有する。
また、本発明に係る基準パターン抽出方法は、物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、物体上を撮像してパターン信号情報を求める第１工程と、前記物体上に形成されたパターンの形状及び配置状態の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る第２工程と、前記第１工程で得られたパターン信号情報と、前記第２工程で得られた設計値情報とに基づいて、前記パターン信号情報の中の一部分を、前記基準パターンに関する情報として抽出する第３工程とを有する。
このような基準パターン抽出方法によれば、まず、第１工程において物体上に形成されたパターンを撮像してパターン信号データを得ている。そして、第２工程で物体上に形成されたパターンに関する設計値情報を獲得し、第３工程においてその設計値情報と撮像パターン信号データとに基づいて、基準パターンを生成している。すなわち、テンプレートとすべきパターン信号の検出や、そのパターンの領域の検出は設計値情報に基づいて行い、実際にテンプレートとすべきパターン信号を獲得する点のみ、実際の撮像データを用いている。従って、テンプレートとして実際のパターンと相関の高いパターンを設定することができる。また、設計値情報を用いた処理と適宜並列に処理を行うことができるので、効率良く、また性能を相互にチェックしたり確認するなどしながらテンプレートを設定することができ有効である。
好適には、前記第３工程は、前記設計値情報をパターン信号情報に変換する工程と、前記変換されたパターン信号情報の中から、ユニークな信号特徴を有する部分の位置に関するユニークパターン位置情報を求める工程と、前記ユニークパターン位置情報に基づいて、前記第１工程で得られたパターン信号情報の中の一部分を特定する工程と、前記特定された一部分を、前記基準パターンに関する情報として抽出する工程とを有する。
また、本発明に係る基準パターン抽出装置は、物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、物体上を撮像してパターン信号情報を求めるパターン信号情報取得手段と、前記物体上に形成されたパターンの形状及び配置状態の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る設計値情報取得手段と、前記パターン信号情報取得手段により得られたパターン信号情報と、前記設計値情報取得手段で得られた設計値情報とに基づいて、前記パターン信号情報の中の一部分を、前記基準パターンに関する情報として抽出する基準パターン抽出手段とを有する。
また、本発明に係るパターンマッチング方法は、物体上の所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内に形成された所定パターンを識別するパターンマッチング方法であって、前記基準パターンとして、互いにユニークさの異なる複数の基準パターンを用意する第１工程と、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内を撮像してパターン信号情報を求める第２工程と、前記複数の基準パターンの全てを順次用いて、前記第２工程で得られたパターン信号情報に対する相関演算処理を行う第３工程とを有する。
好適には、前記複数の基準パターンは、パターン形状特徴が互いに異なっている。
また好適には、前記複数の基準パターンは、特定形状を有するパターンの個数及び配置関係の少なくともいずれか一方が互いに異なっている。
また好適には、前記複数の基準パターンは、特定形状を有するパターンの個数及び配置関係の少なくともいずれか一方が互いに異なっている。
また、本発明に係るパターンマッチング装置は、物体上の所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内に形成された所定パターンを識別するパターンマッチング装置であって、前記基準パターンとして、互いにユニークさの異なる複数の基準パターンを用意する基準パターン用意手段と、前記所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内を撮像してパターン信号情報を求めるパターン信号情報取得手段と、前記複数の基準パターンの全てを順次用いて、前記得られたパターン信号情報に対する相関演算処理を行う相関演算処理手段とを有する。
また、本発明に係る基準パターン抽出方法は、物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、前記物体上を、第１の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、第１のパターン信号情報を得る第１工程と、前記第１工程で得られた前記第１のパターン信号情報に基づいて、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンが存在すると推測される前記物体上の所定領域を特定する第２工程と、前記第２工程で特定された前記所定領域を、前記第１の検出倍率よりも高倍な第２の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、前記所定領域内の第２のパターン信号情報を得る第３工程と、前記第３工程で得られた前記第２のパターン信号情報に基づいて、前記基準パターンとすべき前記ユニークパターンを抽出する第４工程とを有する。
また、本発明に係る基準パターン抽出装置は、物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、前記物体上を、第１の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、第１のパターン信号情報を得る第１情報取得手段と、前記第１のパターン信号情報に基づいて、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンが存在すると推測される前記物体上の所定領域を特定する所定領域特定手段と、前記特定された前記所定領域を、前記第１の倍率よりも高倍な第２の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、前記所定領域内の第２のパターン信号情報を得る第２情報取得手段と、前記第２のパターン信号情報に基づいて、前記基準パターンとすべき前記ユニークパターンを抽出し決定する基準パターン決定手段とを有する。
また、本発明に係る基準パターン抽出方法は、物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、前記物体上の所定領域のパターン信号情報を得る第１工程と、前記第１工程で得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域よりも小さい面積を有し当該所定領域内の任意の位置に配置される被計測領域に必ず含まれる特定領域に存在するパターンであって、前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する第２工程と、前記第２工程において前記特定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、前記第１工程で得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域内の任意の位置に配置され、面積が前記特定領域の面積以下のパターンであって、前記所定領域内においてユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出する第３工程と、前記第３工程において前記ユニークパターンが抽出された場合に、前記ユニークパターンを含むように前記特定領域が規定されるように、前記所定領域を再設定する第４工程とを有し、前記再設定された前記所定領域に対して、前記第１工程及び前記第２工程を施し、前記ユニークパターンを抽出する。
また、本発明に係る基準パターン抽出装置は、物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、前記物体上の所定領域のパターン信号情報を得るパターン信号情報取得手段と、前記得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域よりも小さい面積を有し当該所定領域内の任意の位置に配置される被計測領域に必ず含まれる特定領域に存在するパターンであって、前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する基準パターン決定手段と、前記基準パターン決定手段において前記特定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、前記パターン信号情報取得手段で得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域内の任意の位置に配置され、面積が前記特定領域の面積以下のパターンであって、前記所定領域内においてユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出するユニークパターン抽出手段と、前記ユニークパターン抽出手段において前記ユニークパターンが抽出された場合に、前記ユニークパターンを含むように前記特定領域が規定されるように、前記所定領域を再設定する所定領域再設定手段とを有し、前記再設定された前記所定領域に対して、前記パターン信号情報取得手段において前記パターン信号情報を取得し、前記基準パターン決定手段において前記基準パターンを決定する。
また、本発明に係る基準パターン抽出方法は、物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、前記物体上の所定領域のパータン信号情報を取得し、当該取得したパターン信号情報に基づいて前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する第１工程と、前記第１工程において前記所定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、当該所定領域付近の領域であって、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンの存在する可能性の高い領域に、前記所定領域を再設定する第２工程とを有し、前記再設定された前記所定領域に対して前記第１工程を施し前記基準パターンを決定する。
また、本発明に係る基準パターン抽出装置は、物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、前記物体上の所定領域のパータン信号情報を取得し、当該取得したパターン信号情報に基づいて前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する基準パターン決定手段と、前記基準パターン決定手段において前記所定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、当該所定領域付近の領域であって、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンの存在する可能性の高い領域に、前記所定領域を再設定する所定領域再設定手段とを有し、前記再設定された前記所定領域に対して、前記基準パターン決定手段において再度前記基準パターンの決定を行う。
また、本発明に係るパターンマッチング方法は、前述の基準パターン抽出方法により抽出された前記基準パターンを用いて、前記物体上の被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う。
また、本発明に係るパターンマッチング装置は、前述の基準パターン抽出装置により抽出された前記基準パターンを用いて、前記物体上の被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う。
また、本発明に係るパターンマッチング装置は、前述の基準パターン抽出装置により抽出された前記基準パターンを用いて、前記物体上の被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う。
また、本発明に係る位置検出方法は、前述のパターンマッチング方法を用いて、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内における前記ユニークパターンの位置情報を求める。
また、本発明に係る位置検出装置は、前述のパターンマッチング装置を用いて、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内における前記ユニークパターンの位置情報を求める位置情報検出手段を有する。
また、本発明に係る位置検出装置は、前述のパターンマッチング装置を用いて、前記被計測領域（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）内における前記ユニークパターンの位置情報を求める位置情報検出手段を有する。
また、本発明に係る露光装置は、前述の位置検出方法を用いて前記物体としての基板上に形成されたユニークパターンの、前記物体の移動座標系上での位置情報を求め、前記位置情報に基づいて前記基板を位置合わせし、前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する。
また、本発明に係る露光装置は、前記物体としての基板上に形成されたユニークパターンの、前記物体の移動座標系上での位置情報を求める前述の位置検出装置と、前記位置情報に基づいて前記基板を位置合わせする位置合わせ手段と、前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する露光手段とを有する。
また、本発明に係る露光装置は、前記物体としての基板上に形成されたユニークパターンの、前記物体の移動座標系上での位置情報を求める前述の位置検出装置と、前記位置情報に基づいて前記基板を位置合わせする位置合わせ手段と、前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する露光手段とを有する。
また、本発明に係る他の基準パターン抽出方法は、パターンが形成された物体上からユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、所定面積の被計測領域が配置され得る、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域の中でユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法において、前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出する。
また、本発明に係る他のパターンマッチング方法は、パターンが形成された物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出するパターンマッチング方法であって、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域の中から前記特定パターンを検出するパターンマッチング方法において、前記基準パターンとして、前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出し、前記物体上に前記被計測領域を設定し、前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致するパターンを検出する。
また、本発明に係る他の位置検出方法は、パターンが形成された物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、前記物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出することによって前記特定パターンと前記被計測領域との相対位置情報を検出する位置検出方法において、前記基準パターンとして、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域内で第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出し、前記物体上に前記被計測領域を設定し、前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致する特定パターンを検出し、前記特定パターンと前記被計測領域との相対位置情報を検出する。
また、本発明に係る他の基準パターン抽出装置は、パターンが形成された物体上からユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、所定面積の被計測領域が配置され得る前記被計測領域よりも広い範囲の前記物体上の所定領域において、前記被計測領域が第１位置に位置する際に前記被計測領域に含まれるパターンからユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２準パターンを抽出するユニークパターン抽出装置を有する。
また、本発明に係る他のパターンマッチング装置は、パターンが形成された物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出するパターンマッチング装置であって、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域の中から前記特定パターンを検出するパターンマッチング装置において、前記基準パターンとして、前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出するユニークパターン抽出装置と、前記物体上に前記被計測領域を設定する設定手段と、前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致するパターンを検出する検出手段とを有する。
また、本発明に係る他の位置検出装置は、パターンが形成された物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出して、前記物体と前記被計測領域との相対位置情報を検出する位置検出装置であって、前記基準パターンとして、前記被計測領域よりも広い所定領域内において前記被計測領域が第１位置に位置する際に、前記第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出するユニークパターン抽出装置と、前記物体上に前記被計測領域を設定する設定手段と、前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致するパターンを検出し前記物体と前記被計測領域との相対位置情報を検出する検出装置とを有する。
なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施の形態の態様に限定されることを示すものではない。
本発明によれば、テンプレートマッチングのために有効な基準パターン（テンプレート）を適切に効率良く抽出することのできる基準パターン抽出方法とその装置を提供することができる。具体的には、観察視野に常に含まれる領域に依存せずに、観察視野最大範囲から有効な基準パターンを抽出することのできる基準パターン抽出方法とその装置を提供することができる。また、有効にテンプレートマッチングを行うことができるテンプレートを、テンプレート作成用の実際のデータを要しないで生成することのできる基準パターン抽出方法とその装置を提供することができる。
また、そのように抽出された有効な基準パターン（テンプレート）を用いて、適切にテンプレートマッチングを行い所望のマーク等を検出することのできるパターンマッチング方法を提供することができる。具体的には、観察視野のばらつきがある程度生じていても、観察視野最大範囲全域から抽出されたテンプレートを用いて、適切に所望のパターンの検出ができるパターンマッチング方法を提供することができる。また、実際のデータを要しないで作成された本発明に関わるテンプレートを用いて適切に所望のパターンの検出ができるパターンマッチング方法を提供することができる。
また、そのようなテンプレートマッチング方法を用いて、位置決めに用いる所望のパターンを検出し、その位置を適切に検出することのできる位置検出方法とその装置を提供することができる。
また、そのような位置検出方法を用いて、基板等の露光位置を検出し、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことのできる露光方法とその装置を提供することができる。
また、そのような位置検出方法を用いて、基板等の露光位置を検出し、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことのできる露光方法とその装置を提供することができる。
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
本実施の形態においては、画像処理によりウエハの所定の基準となるパターンを検出するオフアクシス方式のアライメント光学系を有する露光装置、この露光装置においてテンプレートマッチングによりアライメントを行う場合のテンプレート（基準パターン）の作成方法、及び、この露光装置におけるそのテンプレートを用いたアライメント方法等について説明する。
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
本実施の形態においては、画像処理によりウエハの所定の基準となるパターンを検出するオフアクシス方式のアライメント光学系を有する露光装置、この露光装置においてテンプレートマッチングによりアライメントを行う場合のテンプレート（基準パターン）の作成方法、及び、この露光装置におけるそのテンプレートを用いたアライメント方法等について説明する。
まず、その露光装置の全体構成について図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。
なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係等について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定される。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
図１は、本実施の形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。
なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係等について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定される。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
図１に示すように、図示しない照明光学系から出射された露光光ＥＬは、コンデンサレンズ１を介してレチクルＲに形成されたパターン領域ＰＡに均一な照度分布で照射される。露光光ＥＬとしては、例えばｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）、又は、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）又はＦ２レーザ光（１５７ｎｍ）等が用いられる。
レチクルＲはレチクルステージ２上に保持され、レチクルステージ２はベース３上の２次元平面内において移動及び微小回転ができるように支持される。装置全体の動作を制御する主制御系１５が、ベース３上の駆動装置４を介してレチクルステージ２の動作を制御する。このレチクルＲは、その周辺に形成された図示しないレチクルアライメントマークがミラー５、対物レンズ６、マーク検出系７からなるレチクルアライメント系で検出されることによって、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに関して位置決めされる。
レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した露光光ＥＬは、例えば両側（片側でもよい。）テレセントリックな投影レンズＰＬに入射され、ウエハ（基板）Ｗ上の各ショット領域に投影される。投影レンズＰＬは、露光光ＥＬの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互いに共役になっている。また、照明光ＥＬは、ケラー照明であり、投影レンズＰＬの瞳ＥＰ内の中心に光源像として結像される。
なお、投影レンズＰＬはレンズ等の光学素子を複数有する。その光学素子の硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料が使用される。
なお、投影レンズＰＬはレンズ等の光学素子を複数有する。その光学素子の硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料が使用される。
ウエハＷは、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に載置される。ウエハホルダー８上には、ベースライン計測等で使用する基準マーク１０が設けられている。ウエハステージ９は、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にウエハＷを位置決めするＺステージ、ウエハＷを微小回転させるステージ、及び、Ｚ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウエハＷの傾きを調整するステージ等を有する。
ウエハステージ９の上面の一端にはＬ字型の移動ミラー１１が取り付けられ、移動ミラー１１の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１２が配置される。図１では簡略化して図示しているが、移動鏡１１はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成される。
また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ９のＸＹ平面内における回転角が計測される。
また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ９のＸＹ平面内における回転角が計測される。
レーザ干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標及び回転角を示す位置計測信号ＰＤＳは、ステージコントローラ１３に供給される。ステージコントローラ１３は、主制御系１５の制御の下、この位置計測信号ＰＤＳに応じて、駆動系１４を介してウエハステージ９の位置を制御する。
また、位置計測情報ＰＤＳは主制御系１５へ出力される。主制御系１５は、供給された位置計測信号ＰＤＳをモニターしつつ、ウエハステージ９の位置を制御する制御信号をステージコントローラ１３へ出力する。
さらに、レーザ干渉系１２から出力された位置計測信号ＰＤＳは後述するレーザステップアライメント（ＬＳＡ）演算ユニット２５へ出力される。
また、位置計測情報ＰＤＳは主制御系１５へ出力される。主制御系１５は、供給された位置計測信号ＰＤＳをモニターしつつ、ウエハステージ９の位置を制御する制御信号をステージコントローラ１３へ出力する。
さらに、レーザ干渉系１２から出力された位置計測信号ＰＤＳは後述するレーザステップアライメント（ＬＳＡ）演算ユニット２５へ出力される。
また、露光装置１００は、レーザ光源１６、ビーム整形光学系１７、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１、対物レンズ２２、ミラー２３、受光素子２４、ＬＳＡ演算ユニット２５及び投影レンズＰＬを構成部材とするＴＴＬ方式のアライメント光学系を有する。
レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の光源であり、赤色光（例えば波長６３２．８ｎｍ）であってウエハＷ上に塗布されたフォトレジストに対して非感光性のレーザビームＬＢを出射する。このレーザビームＬＢは、シリンドリカルレンズ等を含むビーム整形光学系１７を透過し、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１を介して対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２を透過したレーザビームＬＢは、レチクルＲの下方であってＸＹ平面に対して斜め方向に設けられたミラー２３で反射され、投影レンズＰＬの視野の周辺に光軸ＡＸと平行に入射され、投影レンズＰＬの瞳ＥＰの中心を通ってウエハＷを垂直に照射する。
レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の光源であり、赤色光（例えば波長６３２．８ｎｍ）であってウエハＷ上に塗布されたフォトレジストに対して非感光性のレーザビームＬＢを出射する。このレーザビームＬＢは、シリンドリカルレンズ等を含むビーム整形光学系１７を透過し、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１を介して対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２を透過したレーザビームＬＢは、レチクルＲの下方であってＸＹ平面に対して斜め方向に設けられたミラー２３で反射され、投影レンズＰＬの視野の周辺に光軸ＡＸと平行に入射され、投影レンズＰＬの瞳ＥＰの中心を通ってウエハＷを垂直に照射する。
レーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１７の働きで対物レンズ２２と投影レンズＰＬとの間の光路中の空間にスリット状のスポット光ＳＰ０となって集光している。
投影レンズＰＬは、このスポット光ＳＰ０をウエハＷ上にスポットＳＰとして再結像する。
ミラー２３は、レチクルＲのパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、かつ投影レンズＰＬの視野内にあるように固定される。従って、ウエハＷ上に形成されるスリット状のスポット光ＳＰは、パターン領域ＰＡの投影像の外側に位置する。
投影レンズＰＬは、このスポット光ＳＰ０をウエハＷ上にスポットＳＰとして再結像する。
ミラー２３は、レチクルＲのパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、かつ投影レンズＰＬの視野内にあるように固定される。従って、ウエハＷ上に形成されるスリット状のスポット光ＳＰは、パターン領域ＰＡの投影像の外側に位置する。
このスポット光ＳＰによってウエハＷ上のマークを検出するには、ウエハステージ９をＸＹ平面内においてスポット光ＳＰに対して水平移動させる。スポット光ＳＰがマークを相対走査すると、マークからは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークとスポット光ＳＰの相対位置により光量が変化して行く。こうした光情報は、レーザビームＬＢの送光路に沿って逆進し、投影レンズＰＬ、ミラー２３、対物レンズ２２及びビームスプリッタ２１を介して、受光素子２４に達する。受光素子２４の受光面は投影レンズＰＬの瞳ＥＰとほぼ共役な瞳像面ＥＰ′に配置され、マークからの正反射光に対して不感領域を持ち、散乱光や回折光のみを受光する。
図２は、瞳ＥＰ（又は瞳像面ＥＰ′）上におけるウエハＷ上のマークからの光情報の分布を示す図である。瞳ＥＰの中心にＸ軸方向にスリット状に伸びた正反射光Ｄ０の上下（Ｙ軸方向）には、それぞれ正の１次回折光＋Ｄ１、２次回折光＋Ｄ２と、負の１次回折光−Ｄ１、２次回折光−Ｄ２が並び、正反射光Ｄ０の左右（Ｘ軸方向）にはマークエッジからの散乱光±Ｄｒが位置する。これは例えば特開昭６１−１２８１０６号公報に詳しく述べられているので詳しい説明は省略するが、回折光±Ｄ１、±Ｄ２はマークが回折格子マークの時にのみ生じる。
図２に示した分布を有するマークからの光情報を受光するために、受光素子２４は、図３に示すように、瞳像面ＥＰ′内で４つの独立した受光面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄに４分割され、受光面２４ａ，２４ｂが散乱光±Ｄｒを受光し、受光面２４ｃ，２４ｄが回折光±Ｄ１、±Ｄ２を受光するように配列される。
図３は受光素子２４の受光面を示す図である。なお、投影レンズＰＬのウエハＷ側の開口数（Ｎ．Ａ．）が大きく、回折格子マークから発生する３次回折光も瞳ＥＰを通過する場合には、受光面２４ｃ，２４ｄはその３次回折光も受光するような大きさにするとよい。
図３は受光素子２４の受光面を示す図である。なお、投影レンズＰＬのウエハＷ側の開口数（Ｎ．Ａ．）が大きく、回折格子マークから発生する３次回折光も瞳ＥＰを通過する場合には、受光面２４ｃ，２４ｄはその３次回折光も受光するような大きさにするとよい。
受光素子２４からの各光電信号はレーザ干渉計１２から出力される位置計測信号ＰＤＳとともに、ＬＳＡ演算ユニット２５に入力され、マーク位置の情報ＡＰ１が作られる。ＬＳＡ演算ユニット２５は、スポット光ＳＰに対してウエハマークを走査した時の受光素子２４からの光電信号波形を位置計測信号ＰＤＳに基づいてサンプリングして記憶し、その波形を解析することによってマークの中心がスポット光ＳＰの中心と一致した時のウエハステージ９の座標位置として、マーク位置の情報ＡＰ１を出力する。
なお、図１に示した露光装置においては、ＴＴＬ方式のアライメント系（１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３及び２４）は、１組しか示していないが、紙面と直交する方向（Ｙ軸方向）にもう１組が設けられ、同様のスポット光が投影像面内に形成される。これら２つのスポット光の長手方向の延長線は光軸ＡＸに向かっている。
また、図１中のＴＴＬ方式のアライメント光学系の光路中に示した実線は、ウエハＷとの結像関係を表し、破線は瞳ＥＰとの共役関係を表す。
また、図１中のＴＴＬ方式のアライメント光学系の光路中に示した実線は、ウエハＷとの結像関係を表し、破線は瞳ＥＰとの共役関係を表す。
また、露光装置１００は、オフ・アクシス方式のアライメント光学系（以下、アライメントセンサと称する）を投影光学系ＰＬの側方に備える。このアライメントセンサは、基板表面のアライメントマーク付近を撮像した信号（ｎ次元信号）を信号処理（画像処理を含む）して、マークの位置情報を検出するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサである。
露光装置１００においては、このアライメントセンサにより、サーチアライメント計測やファインアライメント計測を行う。
サーチアライメント計測（以降では、単に「サーチアライメント」と称する場合もある）は、ウエハ上に形成されている複数個のサーチアライメント用のマークを検出し、ウエハのウエハホルダーに対する回転量やＸＹ面内での位置ずれを検出する処理である。本実施の形態においてサーチアライメントの信号処理方法としては、予め設定した基準パターン（テンプレート）を用いて、そのテンプレートに対応する所定のパターンを検出する手法（テンプレートマッチング手法）を用いる。
サーチアライメント計測（以降では、単に「サーチアライメント」と称する場合もある）は、ウエハ上に形成されている複数個のサーチアライメント用のマークを検出し、ウエハのウエハホルダーに対する回転量やＸＹ面内での位置ずれを検出する処理である。本実施の形態においてサーチアライメントの信号処理方法としては、予め設定した基準パターン（テンプレート）を用いて、そのテンプレートに対応する所定のパターンを検出する手法（テンプレートマッチング手法）を用いる。
また、ファインアライメント計測（以降では、単に「ファインアライメント」と称する場合もある）は、ショット領域に対応して形成されているファインアライメント用のアライメントマークを検出し、最終的に各露光ショットの位置決めを行うための処理である。本実施の形態においてファインアライメントの画像処理方法としては、マークのエッジを抽出してその位置を検出する手法（エッジ計測手法）を用いる。
なお、サーチアライメント及びファインアライメントのいずれにおいても、その画像処理方法は本実施の形態の手法に限られるものではなく、各々、テンプレートマッチング手法でもエッジ計測手法でも、あるいはまたその他の画像処理方法であってもよい。
上記サーチアライメント計測時の観察倍率とファインアライメント計測時の観察倍率とは、互いに等しい観察倍率としてもよいし、あるいは、ファインアライメント時の倍率をサーチアライメント時の倍率よりも高倍に設定するようにしてもよい。
なお、サーチアライメント及びファインアライメントのいずれにおいても、その画像処理方法は本実施の形態の手法に限られるものではなく、各々、テンプレートマッチング手法でもエッジ計測手法でも、あるいはまたその他の画像処理方法であってもよい。
上記サーチアライメント計測時の観察倍率とファインアライメント計測時の観察倍率とは、互いに等しい観察倍率としてもよいし、あるいは、ファインアライメント時の倍率をサーチアライメント時の倍率よりも高倍に設定するようにしてもよい。
このアライメントセンサは、ウエハＷを照明するための照射光を出射するハロゲンランプ２６、ハロゲンランプ２６から出射された照明光を光ファイバー２８の一端に集光するコンデンサレンズ２７、及び、照明光を導波する光ファイバー２８を有する。
照明光の光源としてハロゲンランプ２６を用いるのは、ハロゲンランプ２６から出射される照明光の波長域は５００〜８００ｎｍであり、ウエハＷ上面に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、及び、波長帯域が広く、ウエハＷ表面における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。
照明光の光源としてハロゲンランプ２６を用いるのは、ハロゲンランプ２６から出射される照明光の波長域は５００〜８００ｎｍであり、ウエハＷ上面に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、及び、波長帯域が広く、ウエハＷ表面における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。
光ファイバー２８から出射された照明光は、ウエハＷ上に塗布されたフォトレジストの感光波長（短波長）域と赤外波長域とをカットするフィルタ２９を通渦して、レンズ系３０を介してハーフミラー３１に達する。ハーフミラー３１によって反射された照明光は、ミラー３２によってＸ軸方向とほぼ平行に反射された後、対物レンズ３３に入射し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レンズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム（ミラー）３４で反射されてウエハＷを垂直に照射する。
なお、図示を省略しているが、光ファイバー２８の出射端から対物レンズ３３までの光路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ３３に関してウエハＷと共役な位置に設けられる。また、対物レンズ３３はテレセントリック系に設定され、その開口絞り（瞳と同じ）の面３３ａには、光ファイバー２８の出射端の像が形成され、ケラー照明が行われる。対物レンズ３３の光軸は、ウエハＷ上では垂直となるように定められ、マーク検出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないようになっている。
ウエハＷからの反射光は、プリズム３４、対物レンズ３３、ミラー３２、ハーフミラー３１を介して、レンズ系３５によって指標板３６上に結像される。この指標板３６は、対物レンズ３３とレンズ系３５とによってウエハＷと共役に配置され、図４に示すように矩形の透明窓内に、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに伸びた直線状の指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを有する。図４は、指標板３６の断面図である。従って、ウエハＷのマークの像は、指標板３６の透明窓３６ｅ内に結像され、このウエハＷのマークの像と指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとは、リレー系３７，３９及びミラー３８を介してイメージセンサ４０に結像する。
イメージセンサ４０（光電変換手段、光電変換素子）は、その撮像面に入射する像を光電信号（画像信号、画像データ、データ、信号）に変換するものであり、例えば２次元ＣＣＤが用いられる。イメージセンサ４０から出力された信号（ｎ次元信号）は、ＦＩＡ演算ユニット４１に、レーザ干渉計１２からの位置計測信号ＰＤＳとともに入力される。
なお、本実施の形態では、イメージセンサ４０において２次元画像信号を得て、これをＦＩＡ演算ユニット４１に入力し使用する。また、サーチアライメント処理の時に行うテンプレートマッチングの際には、２次元ＣＣＤで得た信号を非計測方向に積算（投影）して１次元投影信号として、計測方向への計測に使用する。
しかしながら、イメージセンサ４０で得る信号やその後段の信号処理の際に処理対象とする信号の形式は、本実施の形態のこのような例に限られるものではない。テンプレートマッチングの際に、２次元画像処理を行うように構成して２次元信号を計測に用いるようにしてもよい。また、３次元画像信号を得て、３次元画像処理を行うように構成してもよい。さらに言えば、ＣＣＤの信号をｎ次元（ｎは、ｎ≧１の整数）に展開して、例えば、ｎ次元の余弦成分信号、ｎ次元正弦信号、あるいはｎ次周波数信号等を生成し、そのｎ次元信号を用いて位置計測を行うものに対しても本発明は適用可能である。
なお、本明細書の説明において画像、画像信号、画像情報、パターン信号等と称する時も同様に、２次元の画像のみならず、このようなｎ次元信号（ｎ次元の画像信号や、上述のごとく画像信号から展開された信号等）をも含むものとする。
しかしながら、イメージセンサ４０で得る信号やその後段の信号処理の際に処理対象とする信号の形式は、本実施の形態のこのような例に限られるものではない。テンプレートマッチングの際に、２次元画像処理を行うように構成して２次元信号を計測に用いるようにしてもよい。また、３次元画像信号を得て、３次元画像処理を行うように構成してもよい。さらに言えば、ＣＣＤの信号をｎ次元（ｎは、ｎ≧１の整数）に展開して、例えば、ｎ次元の余弦成分信号、ｎ次元正弦信号、あるいはｎ次周波数信号等を生成し、そのｎ次元信号を用いて位置計測を行うものに対しても本発明は適用可能である。
なお、本明細書の説明において画像、画像信号、画像情報、パターン信号等と称する時も同様に、２次元の画像のみならず、このようなｎ次元信号（ｎ次元の画像信号や、上述のごとく画像信号から展開された信号等）をも含むものとする。
ＦＩＡ演算ユニット４１は、入力された画像信号からアライメントマークを検出し、そのアライメントマークの指標マーク３６ａ〜３６ｄに対するマーク像のずれを求める。そして、位置計測信号ＰＤＳによって表されるウエハステージ９の停止位置から、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心検出位置に関する情報ＡＰ２を出力する。
次に、本発明に係るＦＩＡ演算ユニット４１は、サーチアライメント及びファインアライメントの各アライメント処理時に、各々、所定のアライメントマーク像の位置検出及びそのずれの検出を行う。本実施の形態においては、サーチアライメントの時にはテンプレートマッチング手法を利用し、また、ファインアライメントの時にはエッジ検出処理手法を利用して、マークの位置検出及びずれの検出を行う。
なお、ＦＩＡ演算ユニット４１の構成及びこれらの処理については、本発明に係るサーチアライメントの処理（テンプレートマッチング処理）を中心に、次段においてより詳細に説明する。
以上、露光装置１００の全体の概略の構成である。
なお、ＦＩＡ演算ユニット４１の構成及びこれらの処理については、本発明に係るサーチアライメントの処理（テンプレートマッチング処理）を中心に、次段においてより詳細に説明する。
以上、露光装置１００の全体の概略の構成である。
ＦＩＡ演算ユニット４１の構成及び動作について、図５を参照して詳細に説明する。
図５は、ＦＩＡ演算ユニット４１の内部構成を示すブロック図である。
図５に示すように、ＦＩＡ演算ユニット４１は、画像信号（パターン信号）記憶部５０、テンプレートデータ記憶部５２、データ処理部５３及び制御部５４を有する。
図５は、ＦＩＡ演算ユニット４１の内部構成を示すブロック図である。
図５に示すように、ＦＩＡ演算ユニット４１は、画像信号（パターン信号）記憶部５０、テンプレートデータ記憶部５２、データ処理部５３及び制御部５４を有する。
画像信号記憶部５０は、イメージセンサ４０から入力される画像信号（パターン信号）を記憶する。画像信号記憶部５０には、イメージセンサ４０により取り込まれた画像（パターン信号）が記憶される。
テンプレートデータ記憶部５２は、例えばサーチアライメントの際に行うテンプレートマッチング処理で用いるテンプレートデータを記憶する。テンプレートデータは、ウエハ上のマークを検出するために画像信号記憶部５０に記憶されている画像信号（パターン信号）とパターンマッチングを行うための基準のパターンデータである。
なお、本明細書中で用いるマークとは、アライメントのために特に形成されたマークパターンの他に、回路や配線の一部であって基準パターンとして設定されたパターン等を広く含む概念である。
テンプレートデータは、露光装置１００とは別の計算機システム等で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよいし、アライメントセンサで撮像された画像情報（パターン信号）に基づいてＦＩＡ演算ユニット４１で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよい。
本発明に関わるこのテンプレート（基準パターン）の作成方法については、後に詳細に説明する。
なお、本明細書中で用いるマークとは、アライメントのために特に形成されたマークパターンの他に、回路や配線の一部であって基準パターンとして設定されたパターン等を広く含む概念である。
テンプレートデータは、露光装置１００とは別の計算機システム等で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよいし、アライメントセンサで撮像された画像情報（パターン信号）に基づいてＦＩＡ演算ユニット４１で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよい。
本発明に関わるこのテンプレート（基準パターン）の作成方法については、後に詳細に説明する。
データ処理部５３は、画像信号（パターン信号）記憶部に記憶されている画像信号（パターン信号）に対してテンプレートマッチング及びエッジ検出処理等の所望の画像処理（信号処理）を行い、マークの検出、位置情報の検出、及び、ずれ情報の検出等を行う。
例えば、データ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶される画像信号（パターン信号）とテンプレートデータ記憶部５２に記憶するテンプレートとのマッチングを行い、画像信号（パターン信号）中のマークの有無を検出する。その場合データ処理部５３は、検出対象のパターンの大きさに相当する探索領域で視野領域を順次走査し、各位置においてその領域の画像信号（パターン信号）とテンプレートデータとを比較照合する。そして、それらのパターン間（画像（パターン信号）間）の類似度、相関度等を評価値として検出し、類似度が所定の閾値以上の場合に、その領域にマークが存在する、すなわち、その箇所の画像（パターン信号）中にマークの像が含まれているものと判断する。
そして、最終的にデータ処理部５３は、そのマークが視野内のどの位置にあるかを求める。これによって、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心位置に関する情報ＡＰ２を得る。
例えば、データ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶される画像信号（パターン信号）とテンプレートデータ記憶部５２に記憶するテンプレートとのマッチングを行い、画像信号（パターン信号）中のマークの有無を検出する。その場合データ処理部５３は、検出対象のパターンの大きさに相当する探索領域で視野領域を順次走査し、各位置においてその領域の画像信号（パターン信号）とテンプレートデータとを比較照合する。そして、それらのパターン間（画像（パターン信号）間）の類似度、相関度等を評価値として検出し、類似度が所定の閾値以上の場合に、その領域にマークが存在する、すなわち、その箇所の画像（パターン信号）中にマークの像が含まれているものと判断する。
そして、最終的にデータ処理部５３は、そのマークが視野内のどの位置にあるかを求める。これによって、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心位置に関する情報ＡＰ２を得る。
制御部５４は、画像信号記憶部５０における画像信号の記憶及び読み出し、テンプレートデータ記憶部５２におけるテンプレートデータの記憶及び読み出し、及び、データ処理部５３における前述したマッチングやエッジ検出等の処理が各々適切に行われるように、ＦＩＡ演算ユニット４１全体の動作を制御する。
次に、テンプレートデータ記憶部５２に予め記憶され、前述したサーチアライメントの際のテンプレートマッチング処理で使用されるテンプレートデータの作成方法について説明する。
図６は、そのテンプレート作成処理を示すフローチャートである。
なお、以下に説明するテンプレートデータの作成処理は、露光装置１００とは別の外部の計算機装置等において、図６にフローチャートを示すような、以下に説明する処理を行うプログラムを実行させることにより行うのが好適である。しかし、これに限定されるものではなく、露光装置１００内で行うようにしてもよい。より具体的には、例えばＦＩＡ演算ユニット４１内のデータ処理部５３で行うようにしてもよい。
図６は、そのテンプレート作成処理を示すフローチャートである。
なお、以下に説明するテンプレートデータの作成処理は、露光装置１００とは別の外部の計算機装置等において、図６にフローチャートを示すような、以下に説明する処理を行うプログラムを実行させることにより行うのが好適である。しかし、これに限定されるものではなく、露光装置１００内で行うようにしてもよい。より具体的には、例えばＦＩＡ演算ユニット４１内のデータ処理部５３で行うようにしてもよい。
本実施の形態のテンプレート作成方法は、ウエハを撮像して得た画像データ（パターン信号）を用いずに、設計データよりテンプレートデータを生成する。
まず、設計値データ（設計値情報）を２次元画像（パターン信号）に変換し、そのデータを２値化し、２値画像データ（パターン信号）を生成する（ステップＳ１１０）。設計値データのほとんどは、例えば白と黒と言った二色の組み合わせで表現されているので、２値化は容易に行える。
次に、２値化された設計値データに対して、入力データの範囲を設定する（ステップＳ１２０）。サーチアライメントの際には、ウエハの投入動作に起因する誤差やパターンの製造処理に起因する誤差等により、撮像される範囲は所定の範囲内でばらつく。そのようなばらつきがあっても、必ず撮像範囲に含まれる領域を、入力データの範囲として設定するのが好ましい。撮像画像（パターン信号）中に必ず基準パターンが含まれることとなるからである。しかし、サーチアライメント時に撮像画像中に基準パターンが含まれていない場合の処理が設定してある場合には、入力データ範囲を広げることも可能である。入力データ範囲は、そのような状況に応じて任意に設定してよい。
本実施の形態においては、２値化画像（パターン信号）データ上に、例えば図７Ａに示すような領域ＡｒｅａＩを設定する。
まず、設計値データ（設計値情報）を２次元画像（パターン信号）に変換し、そのデータを２値化し、２値画像データ（パターン信号）を生成する（ステップＳ１１０）。設計値データのほとんどは、例えば白と黒と言った二色の組み合わせで表現されているので、２値化は容易に行える。
次に、２値化された設計値データに対して、入力データの範囲を設定する（ステップＳ１２０）。サーチアライメントの際には、ウエハの投入動作に起因する誤差やパターンの製造処理に起因する誤差等により、撮像される範囲は所定の範囲内でばらつく。そのようなばらつきがあっても、必ず撮像範囲に含まれる領域を、入力データの範囲として設定するのが好ましい。撮像画像（パターン信号）中に必ず基準パターンが含まれることとなるからである。しかし、サーチアライメント時に撮像画像中に基準パターンが含まれていない場合の処理が設定してある場合には、入力データ範囲を広げることも可能である。入力データ範囲は、そのような状況に応じて任意に設定してよい。
本実施の形態においては、２値化画像（パターン信号）データ上に、例えば図７Ａに示すような領域ＡｒｅａＩを設定する。
入力データ範囲を設定したら、その範囲内に、予め定められているテンプレートの大きさと同じサイズの領域を設定し、仮のテンプレート（第１の部分画像情報）とする（ステップＳ１３０）。
図７Ａに示す例においては、テンプレートと同じサイズＳｉｚｅＴの領域ＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）が入力データ範囲ＡｒｅａＩ内に設定される。なお、（ｘｉ，ｙｉ）は、領域ＡｒｅａＴの基準点の座標値である（図７Ａの例では、領域ＡｒｅａＴの左上角点の座標値）。
図７Ａに示す例においては、テンプレートと同じサイズＳｉｚｅＴの領域ＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）が入力データ範囲ＡｒｅａＩ内に設定される。なお、（ｘｉ，ｙｉ）は、領域ＡｒｅａＴの基準点の座標値である（図７Ａの例では、領域ＡｒｅａＴの左上角点の座標値）。
次に、入力データ範囲の全域について、仮のテンプレートとの相関サーチ計算行い、相関値が所定の閾値を越え、なおかつピークとなる位置を検出する（ステップＳ１４０）。
すなわち、図７Ｂに示すように、入力データ範囲ＡｒｅａＩをテンプレート（仮のテンプレートＡｒｅａＴ）と同じサイズＳｉｚｅＴの窓で走査し、各位置における窓内の領域ＡｒｅａＳ（ｘｊ、ｙｊ）の画像（パターン信号）（第２の部分画像（パターン信号）情報）と仮のテンプレートＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）の画像（パターン信号）との相関値を順次求める。そして、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する。
この時、相関サーチ計算は、次式（１）又は次式（２）に基づいて行う。
なお、式（１）及び式（２）のいずれの式を用いるかは、場合によって使い分ける。
すなわち、図７Ｂに示すように、入力データ範囲ＡｒｅａＩをテンプレート（仮のテンプレートＡｒｅａＴ）と同じサイズＳｉｚｅＴの窓で走査し、各位置における窓内の領域ＡｒｅａＳ（ｘｊ、ｙｊ）の画像（パターン信号）（第２の部分画像（パターン信号）情報）と仮のテンプレートＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）の画像（パターン信号）との相関値を順次求める。そして、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する。
この時、相関サーチ計算は、次式（１）又は次式（２）に基づいて行う。
なお、式（１）及び式（２）のいずれの式を用いるかは、場合によって使い分ける。
このような仮のテンプレートの設定（ステップＳ１３０）及び相関値ピークの検出（ステップＳ１４０）を、入力データ範囲内に設定し得る全ての領域（テンプレートと同じサイズの領域）に対して行い、各領域に対する相関値ピークを示す領域を検出する（ステップＳ１５０）。
同一の仮のテンプレートに対して相関値ピークを示す領域は、各々、同一の画像、すなわち同一のパターンにより構成された領域と見ることができる。従って、相関値ピークを示す領域の検出により、同一のパターンにより構成される領域が各パターンごとに検出される。例えば、図８Ａに示すように、領域ＡｒｅａＩ中に、パターンＡで構成される領域が５ヶ所、パターンＢで構成される領域が２ヶ所、パターンＣで構成される領域が１ヶ所存在することが検出される。
同一の仮のテンプレートに対して相関値ピークを示す領域は、各々、同一の画像、すなわち同一のパターンにより構成された領域と見ることができる。従って、相関値ピークを示す領域の検出により、同一のパターンにより構成される領域が各パターンごとに検出される。例えば、図８Ａに示すように、領域ＡｒｅａＩ中に、パターンＡで構成される領域が５ヶ所、パターンＢで構成される領域が２ヶ所、パターンＣで構成される領域が１ヶ所存在することが検出される。
このように入力データ範囲内に存在するパターンの構成が検出されたら、その中から、実際にテンプレートとするパターンを選択する（ステップＳ１６０）。
具体的には、まず、入力データ範囲ＡｒｅａＩ内に存在するパターンの中から、自分自身以外にピークを持たず単一的に（ユニークに）存在するパターンを検出し、すなわち、自分自身以外にピークを持たないユニークな領域ＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）（＝ＡｒｅａＳ（ｘｊ、ｙｊ））を検出し、これをテンプレートとする。
例えば、図８Ａに示す例においては、１ヶ所にのみ存在するパターンＣ（パターンＣで表す領域ＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）の画像データ）を、テンプレートして選択する。
具体的には、まず、入力データ範囲ＡｒｅａＩ内に存在するパターンの中から、自分自身以外にピークを持たず単一的に（ユニークに）存在するパターンを検出し、すなわち、自分自身以外にピークを持たないユニークな領域ＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）（＝ＡｒｅａＳ（ｘｊ、ｙｊ））を検出し、これをテンプレートとする。
例えば、図８Ａに示す例においては、１ヶ所にのみ存在するパターンＣ（パターンＣで表す領域ＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）の画像データ）を、テンプレートして選択する。
ところで、自分自身以外にピークを持たない仮のテンプレートＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）が複数検出された場合には、最も相関値が高いもの（相関値ピークとして検出された自分自身）と２番目に高いもの（相関値ピークとして検出されなかった領域の中で最も相関値の高いもの）との相関値の差（特徴値の差）が、最も大きい仮のテンプレートＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）をテンプレートとして選択する。この相関値の差がＳＮ比に相当することになるので、差が大きいほど安定したテンプレートと言うことができるからである。このことについて、図８Ｂを用いて具体的に説明する。
例えば、図８Ｂに示すように、領域ＡｒｅａＩ中に、パターンＡ、Ｂ，Ｃに加えて、パターンＣと形状が似ているパターンＯが存在していたとする。（この場合、パターンＯは、パターンＯ自身に対して相関ピークとして検出されていてもいなくてもよい。）このような場合、入力データ範囲ＡｒｅａＩ内には、パターンＢとパターンＣという２つのユニークなパターンが存在する。しかし、パターンＣには、これに形状が類似しているパターンＯが存在するため、パターンＣを仮のテンプレートとした時のパターンＣとパターンＯに対する相関値の差は小さくなる。従って、図８Ｂのような場合には、パターンＢをテンプレートとして選択する。
本実施の形態においては、このようにしてサーチアライメントの際のテンプレートマッチングで使用するテンプレートデータを作成する。作成したテンプレートデータは、その領域の位置情報とともに、ＦＩＡ演算ユニット４１のテンプレートデータ記憶部５２に記憶される。
なお、前述した方法においては、設計データを変換して得られた画像データを２値化して使用したが、予めパターンの高さ方向が設計段階で複数（Ｎ個）あるとわかっている場合には、Ｎ値化するようにすればよい。
また、前述した方法においては、式（１）又は式（２）に基づいて相関値を求めたが、ＳＳＤＡ法等を適用してもよい。
なお、前述した方法においては、設計データを変換して得られた画像データを２値化して使用したが、予めパターンの高さ方向が設計段階で複数（Ｎ個）あるとわかっている場合には、Ｎ値化するようにすればよい。
また、前述した方法においては、式（１）又は式（２）に基づいて相関値を求めたが、ＳＳＤＡ法等を適用してもよい。
また、前述した方法においては、テンプレートのサイズＳｉｚｅＴを予め所定のサイズとして、このサイズで仮のテンプレートを設定したり、あるいは相関値サーチを行ったりしていた。しかし、このサイズ（部分画像情報のサイズ）も可変パラメータとしてよい。すなわち、サイズの範囲、あるいは、サイズの種類を予め決めておき、その範囲内でテンプレートのサイズを順次変更する。そして、その各サイズについて入力データ範囲内を走査して前述した方法により順次仮のテンプレートを検出し、最終的に最もユニークな仮のテンプレートをテンプレートとするようにする。
このような方法によれば、テンプレートサイズも自動的に決定することができ、また、テンプレートサイズをも考慮した適切なテンプレートを検出することができる。
このような方法によれば、テンプレートサイズも自動的に決定することができ、また、テンプレートサイズをも考慮した適切なテンプレートを検出することができる。
次に、本発明に係る露光装置１００の動作について、図９を参照して説明する。
露光装置１００においては、まず、レチクルＲ及びウエハＷを、各々レチクルステージ２及びウエハステージ９上に搬送し、各ステージ上に載置し支持する。この際、ウエハＷは、ウエハに形成されたオリエンテーション・フラット又はノッチ等を用いて、ウエハステージ９に対して位置合わせ（プリアライメント処理）をした後、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に保持される（ステップＳ２１０）。
露光装置１００においては、まず、レチクルＲ及びウエハＷを、各々レチクルステージ２及びウエハステージ９上に搬送し、各ステージ上に載置し支持する。この際、ウエハＷは、ウエハに形成されたオリエンテーション・フラット又はノッチ等を用いて、ウエハステージ９に対して位置合わせ（プリアライメント処理）をした後、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に保持される（ステップＳ２１０）。
次に、アライメントセンサにより、ウエハホルダー８に搭載されたウエハＷのウエハホルダー８に対する回転量やＸＹずれを求めるサーチアライメントを行う（ステップＳ２２０）。サーチアライメントにおいては、一般的には、ウエハＷ上の離れた複数箇所において基準パターンを検出し、その各基準パターンの位置関係に基づいてウエハの回転量やＸＹずれ等を求める。
サーチアライメントにおいては、まず、基準パターンの設計上の位置情報に基づいて、ウエハＷ上のその基準パターンを含む所定の領域の画像（視野画像、パターン信号）を取り込む（ステップＳ２２１）。
具体的には、主制御系１５が、ステージコントローラ１３及び駆動系１４を介して、基準パターンがアライメントセンサの視野領域内に入るようにウエハステージ９を駆動する。
具体的には、主制御系１５が、ステージコントローラ１３及び駆動系１４を介して、基準パターンがアライメントセンサの視野領域内に入るようにウエハステージ９を駆動する。
移動処理が完了すると、アライメントセンサの照明光がウエハＷ上に照明される。すなわち、ハロゲンランプ２６から出射された照明光が、コンデンサレンズ２７によって光ファイバー２８の一端に集光されて光ファイバー２８内に入射される。入射された照明光は、光ファイバー２８内を伝搬して他端から出射され、フィルタ２９を通過して、レンズ系３０を介してハーフミラー３１に達する。
ハーフミラー３１によって反射された照明光は、ミラー３２によってＸ軸方向に対してほぼ水平に反射された後、対物レンズ３３に入射し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レンズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム３４で反射されてウエハＷに垂直に照射される。
ハーフミラー３１によって反射された照明光は、ミラー３２によってＸ軸方向に対してほぼ水平に反射された後、対物レンズ３３に入射し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レンズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム３４で反射されてウエハＷに垂直に照射される。
ウエハＷからの反射光は、プリズム３４、対物レンズ３３、ミラー３２、ハーフミラー３１を介して、レンズ系３５によって指標板３６上に結像される。ウエハＷのマークの像と指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとは、リレー系３７，３９及びミラー３８を介してイメージセンサ４０に結像する。
イメージセンサ４０に結像した画像データは、視野領域内の画像として、ＦＩＡ演算ユニット４１の画像信号記憶部５０に記憶される。
なお、サーチアライメント時のこの画像（パターン信号）の取り込みを、アライメントセンサの倍率を後述するファインアライメントの時よりも低倍率に設定して行った場合には、ファインアライメント時よりもウエハＷ上のより広い領域の画像が取り込まれることとなる。なお、通常は、検出対象の基準パターンも、後述するファインアライメント時のアライメントマークよりも大きなものが設定されている。
イメージセンサ４０に結像した画像データは、視野領域内の画像として、ＦＩＡ演算ユニット４１の画像信号記憶部５０に記憶される。
なお、サーチアライメント時のこの画像（パターン信号）の取り込みを、アライメントセンサの倍率を後述するファインアライメントの時よりも低倍率に設定して行った場合には、ファインアライメント時よりもウエハＷ上のより広い領域の画像が取り込まれることとなる。なお、通常は、検出対象の基準パターンも、後述するファインアライメント時のアライメントマークよりも大きなものが設定されている。
次に、ＦＩＡ演算ユニット４１のデータ処理部５３は、テンプレートデータ記憶部５２に記憶されているテンプレートと同じサイズの窓により画像信号記憶部５０に記憶されている視野画像（パターン信号）を走査し、テンプレートデータとの照合（マッチング）を行う（ステップＳ２２２）。具体的には、走査され所定の位置に設定された窓内の画像とテンプレートデータとの相関の評価値を前述した式（１）又は式（２）により求める。そして、評価値が所定の閾値よりも大きい場合に、そのテンプレートの基準パターンがその位置に存在すると判断し、その基準パターンの位置情報を取得する。
サーチアライメントのために予め設定されたウエハＷ上の所定の数ヶ所の領域に対して、これら画像の取り込み（ステップＳ２２１）及びマッチング（ステップＳ２２２）の処理を各々繰り返し行う（ステップＳ２２１〜ステップＳ２２３）。
そして、数ヶ所の領域の基準パターンの位置の検出が全て終了したら（ステップＳ２２３）、その各基準パターンの位置関係に基づいて所定の演算を行い、ウエハＷの回転量やＸＹずれ等を求める（ステップＳ２２４）。
サーチアライメントのために予め設定されたウエハＷ上の所定の数ヶ所の領域に対して、これら画像の取り込み（ステップＳ２２１）及びマッチング（ステップＳ２２２）の処理を各々繰り返し行う（ステップＳ２２１〜ステップＳ２２３）。
そして、数ヶ所の領域の基準パターンの位置の検出が全て終了したら（ステップＳ２２３）、その各基準パターンの位置関係に基づいて所定の演算を行い、ウエハＷの回転量やＸＹずれ等を求める（ステップＳ２２４）。
サーチアライメントが終了したら、次に、アライメントセンサにより、ウエハＷ上の各露光ショットの位置ずれを検出するファインアライメントを行う（ステップＳ２３０）。ファインアライメントにおいては、ウエハＷ上の露光ショットに対応して形成されたファインアライメント用のアライメントマークを検出し、そのアライメントマークの位置を求めて、各ショット領域の回転量や位置ずれを検出する。
本実施の形態においては、検出した画像（パターン信号）の波形信号に対してエッジ計測手法による信号処理を施すことにより、アライメントマークの検出及びその位置情報の検出を行う。なお、エッジ計測手法は、例えば特開平４−６５６０３号公報等に開示されており、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、検出した画像（パターン信号）の波形信号に対してエッジ計測手法による信号処理を施すことにより、アライメントマークの検出及びその位置情報の検出を行う。なお、エッジ計測手法は、例えば特開平４−６５６０３号公報等に開示されており、その詳細な説明は省略する。
このファインアライメントは、ウエハＷ上の各ショット領域に対応して設けられたアライメントマークの全てを検出して行ってもよいし、いくつかのショット領域を選択し、その選択されたショット領域に対応するアライメントマークを検出して行ってもよい。但し、一部のショット領域に対応するアライメントマークを選択して行う場合には、後述するショット領域の位置算出の際に統計演算処理（ＥＧＡ処理）を施し、各ショット領域の位置を検出することとなる。
なお、ファインアライメント時のこの画像の取り込みを、アライメントセンサの倍率を前述したサーチアライメントの時よりも高倍率に設定して行うようにしてもよい。また、検出対象のアライメントマークは、通常、前述したサーチアライメント時に用いた基準パターンよりも小さい、すなわち高精細なマークである。
なお、ファインアライメント時のこの画像の取り込みを、アライメントセンサの倍率を前述したサーチアライメントの時よりも高倍率に設定して行うようにしてもよい。また、検出対象のアライメントマークは、通常、前述したサーチアライメント時に用いた基準パターンよりも小さい、すなわち高精細なマークである。
ファインアライメントが終了したら、データ処理部５３は、サーチアライメントの結果及びファインアライメントの結果に基づいて、例えばＥＧＡ処理等の処理を行い、ウエハＷ上の各ショット領域の位置を算出する（ステップＳ２４０）。
ショット領域の位置が算出されたら、主制御系１５は、予め管理されているベースライン量及び算出したショット領域に基づいてレチクルＲとウエハＷのショット領域との位置合わせを行う。そして、ショット領域にレチクルＲのパターン像を正確に重ね合わせ、露光を行う（ステップＳ２５０）。
このように、本実施の形態によれば、設計データを２次元画像データ（パターン信号）に変換し、得られた画像データ（パターン信号）よりユニークなパターンを抽出してテンプレート作成領域を特定し、さらにその領域の画像データ（パターン信号）を抽出してテンプレートを生成している。従って、実際のデータが得られない場合や、テンプレートとすべきマークが形成されてない場合等においても、有効なテンプレートを生成することができる。また、このテンプレートを用いて、適切にテンプレートマッチングやサーチアライメントを行うことができる。
また、このテンプレートは、設計データから自動的に生成することができる。従って、オペレータの負荷を軽減することができる。
また、設計データからテンプレートを生成しているので、ウエハ製造前にテンプレートを作成することができ、露光処理を効率良く行うことができる。
また、このテンプレートは、設計データから自動的に生成することができる。従って、オペレータの負荷を軽減することができる。
また、設計データからテンプレートを生成しているので、ウエハ製造前にテンプレートを作成することができ、露光処理を効率良く行うことができる。
なお、本実施の形態においては、サーチアライメントの際のテンプレートマッチングにおいて使用するテンプレートを作成する方法を例示したが、ファインアライメントの際にテンプレートマッチングを行う場合のテンプレート作成にも適用可能である。
第２の実施の形態
前述した第１の実施の形態においては、設計値データから基準パターン（テンプレート）を作成する領域を特定し、設計値データを変換して生成した２次元画像（パターン信号）データのその領域の画像（パターン信号）データよりテンプレートを生成した。しかしこの方法は、実際に製造されたウエハの画像（パターン信号）データが存在する場合にも適用可能であり有効である。実際に製造されたウエハのデータが存在する場合の同様の方法によるテンプレート生成方法について、本発明の第２の実施の形態として説明する。
なお、本実施の形態において、露光装置の構成、及び、サーチアライメント時のテンプレートマッチングを含む一連の露光処理の方法は、第１の実施の形態と同一である。従って、その説明は省略する。また、露光装置の構成を参照する場合には、第１の実施の形態で使用した符号と同一の符号を用いる。
前述した第１の実施の形態においては、設計値データから基準パターン（テンプレート）を作成する領域を特定し、設計値データを変換して生成した２次元画像（パターン信号）データのその領域の画像（パターン信号）データよりテンプレートを生成した。しかしこの方法は、実際に製造されたウエハの画像（パターン信号）データが存在する場合にも適用可能であり有効である。実際に製造されたウエハのデータが存在する場合の同様の方法によるテンプレート生成方法について、本発明の第２の実施の形態として説明する。
なお、本実施の形態において、露光装置の構成、及び、サーチアライメント時のテンプレートマッチングを含む一連の露光処理の方法は、第１の実施の形態と同一である。従って、その説明は省略する。また、露光装置の構成を参照する場合には、第１の実施の形態で使用した符号と同一の符号を用いる。
図１０は、本発明の第２の実施の形態のテンプレート作成処理を示すフローチャートである。
実際の画像（パターン信号）データを用いるこの方法においては、まず、製造されたウエハ表面を撮像し、画像（パターン信号）データを得る（ステップＳ３１０）。
次に、設計値データよりユニークパターンを抽出し、その位置情報を検出する。ユニークパターンを抽出するまでの処理は、前述した第１の実施の形態の処理とほぼ同一である。
すなわち、設計値データ（設計値情報）を２次元画像（パターン信号）に変換し、２次元画像（パターン信号）データを生成する（ステップＳ３２０）。
実際の画像（パターン信号）データを用いるこの方法においては、まず、製造されたウエハ表面を撮像し、画像（パターン信号）データを得る（ステップＳ３１０）。
次に、設計値データよりユニークパターンを抽出し、その位置情報を検出する。ユニークパターンを抽出するまでの処理は、前述した第１の実施の形態の処理とほぼ同一である。
すなわち、設計値データ（設計値情報）を２次元画像（パターン信号）に変換し、２次元画像（パターン信号）データを生成する（ステップＳ３２０）。
次に、設計値の２次元画像（パターン信号）データ上に入力データ範囲を設定する（ステップＳ３３０）。
入力データ範囲を設定したら、その範囲内に予め定められているテンプレートの大きさと同じサイズの領域を設定し、仮のテンプレートとする（ステップＳ３４０）。
次に、入力データ範囲の全域について、前述した式（１）又は式（２）に基づいて仮のテンプレートとの相関サーチ計算行い、相関値が所定の閾値を越え、なおかつピークとなる位置を検出する（ステップＳ３５０）。
入力データ範囲を設定したら、その範囲内に予め定められているテンプレートの大きさと同じサイズの領域を設定し、仮のテンプレートとする（ステップＳ３４０）。
次に、入力データ範囲の全域について、前述した式（１）又は式（２）に基づいて仮のテンプレートとの相関サーチ計算行い、相関値が所定の閾値を越え、なおかつピークとなる位置を検出する（ステップＳ３５０）。
入力データ範囲内の全域について、順次、仮のテンプレートの設定（ステップＳ３４０）及び相関値ピークの検出（ステップＳ３５０）を行い、各領域に対する相関値ピークを示す領域を検出する（ステップＳ３６０）。
ステップＳ３２０〜ステップＳ３６０の処理により入力データ範囲内に存在するパターンが検出されたら、その中から、自分自身以外にピークを持たず単一的に（ユニークに）存在するパターンを検出し、その位置情報（領域情報）を得る（ステップＳ３７０）。ユニークなパターンが複数存在する場合には、次に相関値が高いパターンとの相関値の差が最も多いパターンを検出し、その位置情報を得る。
ステップＳ３２０〜ステップＳ３６０の処理により入力データ範囲内に存在するパターンが検出されたら、その中から、自分自身以外にピークを持たず単一的に（ユニークに）存在するパターンを検出し、その位置情報（領域情報）を得る（ステップＳ３７０）。ユニークなパターンが複数存在する場合には、次に相関値が高いパターンとの相関値の差が最も多いパターンを検出し、その位置情報を得る。
このようにして、ユニークなパターンが存在する領域の位置情報を得たら、ステップＳ３１０で取得した実際に撮像した画像（パターン信号）データの対応する領域のパターンを抽出し、テンプレートとする（ステップＳ３８０）。
抽出されたテンプレートは、その領域の位置情報とともにＦＩＡ演算ユニット４１のテンプレートデータ記憶部５２に記憶され、サーチアライメントの際のテンプレートマッチングで使用される。
抽出されたテンプレートは、その領域の位置情報とともにＦＩＡ演算ユニット４１のテンプレートデータ記憶部５２に記憶され、サーチアライメントの際のテンプレートマッチングで使用される。
なお、上述したテンプレート作成処理において、ステップＳ３１０のウエハを撮像し画像（パターン信号）データを取得する処理、ステップＳ３２０〜ステップＳ３７０のユニークパターンの領域を検出する処理、及び、ステップＳ３８０のテンプレートを抽出する処理は、一連の処理でなくとも、各々別個に行ってもよい。例えば、ウエハを撮像する処理及びユニークパターンの領域検出の処理は、各々別個に予め行っておいてよい。また、各処理は、露光装置１００を用いて行ってもよいし、外部の計算機装置や撮像装置等を用いて行ってもよく、各々別個の装置で行ってよい。
このように、本実施の形態のテンプレート作成方法によれば、実際のウエハの撮像画像（パターン信号）データを用いて有効なテンプレートを自動生成することができる。従って、オペレータの負荷を軽減することができる。また、実際のウエハ上に形成されるパターンと相関の高い有効なテンプレートを生成することができる。
また、テンプレートとすべきユニークパターンの領域の検出は、設計データに基づいて行っているので事前に行うことができ、テンプレート生成処理、ひいては露光処理を効率良く行うことができる。
また、テンプレートとすべきユニークパターンの領域の検出は、設計データに基づいて行っているので事前に行うことができ、テンプレート生成処理、ひいては露光処理を効率良く行うことができる。
第３の実施の形態
前述したように、サーチアライメントの際にアライメントセンサにより撮像される観察視野の範囲は、ウエハ投入時の位置の誤差やウエハ処理時のパターン形成位置の誤差等により変動し、一定の領域とはならない。テンプレートマッチングで用いる基準パターン（テンプレート）は、観察視野に常に含まれる範囲から抽出する必要があるが、観察視野の変動が大きい場合には、観察視野に常に含まれる領域が非常に小さくなったり存在しない状況となり、基準パターンを抽出することが不可能となる。
具体的には、例えば図１１Ａに示すように、観察視野をＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ、観察視野となり得る最大の範囲をＯＲ＿Ａｒｅａ、必ず観察視野に含まれる共通領域をＡＮＤ＿Ａｒｅａとすると、図１１Ｂに示すように、共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内にユニークなパターンＢが存在している場合には、これをテンプレートとして抽出することができる。しかしながら、図１１Ｃに示すように、共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内にユニークなパターンが存在しない場合には、テンプレートを生成することができない。
前述したように、サーチアライメントの際にアライメントセンサにより撮像される観察視野の範囲は、ウエハ投入時の位置の誤差やウエハ処理時のパターン形成位置の誤差等により変動し、一定の領域とはならない。テンプレートマッチングで用いる基準パターン（テンプレート）は、観察視野に常に含まれる範囲から抽出する必要があるが、観察視野の変動が大きい場合には、観察視野に常に含まれる領域が非常に小さくなったり存在しない状況となり、基準パターンを抽出することが不可能となる。
具体的には、例えば図１１Ａに示すように、観察視野をＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ、観察視野となり得る最大の範囲をＯＲ＿Ａｒｅａ、必ず観察視野に含まれる共通領域をＡＮＤ＿Ａｒｅａとすると、図１１Ｂに示すように、共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内にユニークなパターンＢが存在している場合には、これをテンプレートとして抽出することができる。しかしながら、図１１Ｃに示すように、共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内にユニークなパターンが存在しない場合には、テンプレートを生成することができない。
第３の実施の形態においては、このように共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内にユニークなパターンが存在しない場合にも、適切にテンプレートマッチングを行うことができる方法として、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの全域からユニークな、あるいはほぼユニークなパターンを検出し、それらを組み合わせ、あるいは補い合わせることによりテンプレートとして利用する方法について説明する。
なお、本実施の形態の説明中においては、テンプレートを構成する個々の要素のパターンをエレメントと称する。
また、露光装置の構成及び露光処理の全体の流れ等は、前述した第１及び第２の実施の形態とほぼ同一なので、その説明は省略する。また、露光装置の構成を参照する場合には、第１の実施の形態で使用した符号と同一の符号を用いる。
また、露光装置の構成及び露光処理の全体の流れ等は、前述した第１及び第２の実施の形態とほぼ同一なので、その説明は省略する。また、露光装置の構成を参照する場合には、第１の実施の形態で使用した符号と同一の符号を用いる。
図１２は、本発明の第３の実施の形態のテンプレート作成処理を示すフローチャートである。
以下、図１２に示すフローチャートを参照して、本実施の形態のテンプレート作成方法について説明する。
まず、画像（パターン信号）データを取り込む（ステップＳ４１０）。画像（パターン信号）データは、第１及び第２の実施の形態のように設計値データ（設計値情報）を２次元画像（パターン信号）に変換して生成してもよいし、実際に製造したウエハを撮像して取得してもよい。
次に、取り込んだ画像（パターン信号）データに対して、入力データの範囲を設定する（ステップＳ４２０）。前述したように、サーチアライメントの際に撮像される範囲は所定の範囲内で変動する。ここでは、そのようなばらつきを考慮して、図１１Ａに示したような撮像され得る領域の最大の範囲（最大視野範囲、最大入力データ最大範囲）ＯＲ＿Ａｒｅａを入力データの範囲として設定する。
以下、図１２に示すフローチャートを参照して、本実施の形態のテンプレート作成方法について説明する。
まず、画像（パターン信号）データを取り込む（ステップＳ４１０）。画像（パターン信号）データは、第１及び第２の実施の形態のように設計値データ（設計値情報）を２次元画像（パターン信号）に変換して生成してもよいし、実際に製造したウエハを撮像して取得してもよい。
次に、取り込んだ画像（パターン信号）データに対して、入力データの範囲を設定する（ステップＳ４２０）。前述したように、サーチアライメントの際に撮像される範囲は所定の範囲内で変動する。ここでは、そのようなばらつきを考慮して、図１１Ａに示したような撮像され得る領域の最大の範囲（最大視野範囲、最大入力データ最大範囲）ＯＲ＿Ａｒｅａを入力データの範囲として設定する。
最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを入力データ範囲に設定したら、その範囲内に、テンプレート構成要素（エレメント）の大きさと同じサイズＥｌｅｍｅｎｔＳｉｚｅの領域を設定し、仮のテンプレートとする（ステップＳ４３０）。
次に、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの全域について、仮のテンプレートとの相関サーチ計算行い、相関値が所定の閾値を越え、なおかつピークとなる位置を検出する（ステップＳ４４０）。なお、相関サーチ計算の評価計算式は、式（１）又は式（２）に示した相関係数計算やＳＳＤＡ法等を含む任意に式を用いてよい。
次に、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの全域について、仮のテンプレートとの相関サーチ計算行い、相関値が所定の閾値を越え、なおかつピークとなる位置を検出する（ステップＳ４４０）。なお、相関サーチ計算の評価計算式は、式（１）又は式（２）に示した相関係数計算やＳＳＤＡ法等を含む任意に式を用いてよい。
１つのエレメントに対して相関サーチ計算が行われたら、その検出結果に基づいて、ユニークなエレメント又はある程度ユニークなエレメントの選択を行う（ステップＳ４５０）。
エレメントの選択は、まず、検出したピークの数が、所定の閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋ以下であるか否かをチェックすることにより行う。ピークの数が閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋより多いものは、ユニークさが少ないものとして、テンプレート用の構成要素としては使用しないものとする。
エレメントの選択は、まず、検出したピークの数が、所定の閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋ以下であるか否かをチェックすることにより行う。ピークの数が閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋより多いものは、ユニークさが少ないものとして、テンプレート用の構成要素としては使用しないものとする。
また、ＳＮ比、検出されたエッジ量、エントロピー、分散値、モーメント等の特徴を用いて、エレメントの絞込みを行う。ＳＮ比は、最も相関値が高いものと２番目に高いものとの相関値の差（特徴値の差）で表す。この差が大きいほど安定した特徴パターンと言うことができるからである。また、エッジの量は、エッジの本数、あるいは、２ＣＣＤのエッジを検出したＣＣＤの数（エッジが占める２ＣＣＤ上の画素面積））で表す。
このような特徴量を使用することにより、類似したエレメントより最も位置決め情報が多いパターンを選択することができる。
このような特徴量を使用することにより、類似したエレメントより最も位置決め情報が多いパターンを選択することができる。
具体的に説明すると、例えば図１３Ａに示すように、１つのパターンＢに関連して、図示のごとく、ずれた（はみ出した）パターンを含む複数のパターンが検出される場合がある。このような場合、相関係数やＳＳＤＡ法の評価値は、どのパターンも自分自身に対して同様に高い値を示す。しかし、前述したようなＳＮ比、エッジ量、エントロピー、分散値あるいはモーメント等の特徴を用いることにより、最も位置決め情報が多いパターンを選択することができる。図１３Ａに示した例においては、図１３Ｂに示すようなパターンＢが適切に切り出されたエレメントが選択される。
なお、これらＳＮ比、検出されたエッジ量、エントロピー、分散値、モーメント等の特徴によるエレメントの絞込みは、ステップＳ４４０の相関サーチ計算の処理の際に、評価値の計算と組み合わせてやるようにしてもよい。
なお、これらＳＮ比、検出されたエッジ量、エントロピー、分散値、モーメント等の特徴によるエレメントの絞込みは、ステップＳ４４０の相関サーチ計算の処理の際に、評価値の計算と組み合わせてやるようにしてもよい。
このような仮のテンプレートの設定（ステップＳ４３０）、相関値ピークの検出（ステップＳ４４０）、及びユニークエレメントの選択（ステップＳ４５０）の各処理を、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内に設定し得る全てのエレメント、すなわちエレメントサイズＥｌｅｍｅｎｔＳｉｚｅの領域に対して行う（ステップＳ４６０）。その結果、最大視野範囲ＯＡ＿Ａｒｅａ内に含まれる比較的ユニークなエレメント（パターン）が検出される。
このように最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内に存在する比較的ユニークなエレメントが検出されたら、それらを組み合わせて、実際にテンプレートを構成して行く（ステップＳ４７０）。
このエレメントを選択してテンプレートを構成する処理について、具体的なエレメントの検出結果及び選択結果を例示して説明する。
このエレメントを選択してテンプレートを構成する処理について、具体的なエレメントの検出結果及び選択結果を例示して説明する。
まず、ステップＳ４５０において、閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋ＝１としてユニークエレメントの選択処理を行うことにより、例えば図１４に示すエレメントＢ及びＣのように、自分自身以外にピークを持たないユニークなエレメント（パターン）が検出される。
このような場合、仮に、このエレメントＢ又はエレメントＣのいずれかが、視野領域の共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに存在していた場合には、そのエレメントを従来の方法によりそのままテンプレートとすればよい。しかし、図１４に示す例のようにこれらのエレメントＢ及びＣが共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに含まれない場合には、選択したこの両方のパターンＢ及びＣを、各々テンプレートとして登録する。
このような場合、仮に、このエレメントＢ又はエレメントＣのいずれかが、視野領域の共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに存在していた場合には、そのエレメントを従来の方法によりそのままテンプレートとすればよい。しかし、図１４に示す例のようにこれらのエレメントＢ及びＣが共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに含まれない場合には、選択したこの両方のパターンＢ及びＣを、各々テンプレートとして登録する。
テンプレートマッチングを行う時には、この両方のエレメントでマッチングを行う。エレメントＢ及びエレメントＣのいずれかが検出できれば、いずれのエレメントもユニークなパターンなので、このエレメントの位置計測結果からウエハ上のパターンの位置計測が可能となる。図１４に示す例においては、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが紙面中で左側にある時にはエレメントＢが検出され、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが紙面中で右側にある時にはエレメントＣが検出され、各々位置計測が行われる。
なお、図１４に示す例において、ステップＳ４４０で検出された相関ピーク値を示したエレメントＡが示されているが、これは最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ中に４個存在するため、そのいずれかを検出したとしても位置を検出できない。このようなエレメントは、ユニークエレメントでないものとしてステップＳ４５０において選択されず、テンプレートとならない。
なお、図１４に示す例において、ステップＳ４４０で検出された相関ピーク値を示したエレメントＡが示されているが、これは最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ中に４個存在するため、そのいずれかを検出したとしても位置を検出できない。このようなエレメントは、ユニークエレメントでないものとしてステップＳ４５０において選択されず、テンプレートとならない。
ステップＳ４５０において、閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋ＝２としてユニークエレメントの選択処理を行うことにより、例えば図１５に示すエレメントＢのように、完全にユニークではないが、ある程度ユニークな特徴的なパターンが検出される。
このような場合、通常であれば、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに複数の同一パターンがあるので、テンプレートとすることはできないが、この２つのパターンを組み合わせて考えることにより、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内で一意に特定できるパターンを構成できる。従って、これら２つのパターンＢの位置関係の情報をも含む形式で、このエレメントＢをテンプレートとして登録する。
このような場合、通常であれば、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに複数の同一パターンがあるので、テンプレートとすることはできないが、この２つのパターンを組み合わせて考えることにより、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内で一意に特定できるパターンを構成できる。従って、これら２つのパターンＢの位置関係の情報をも含む形式で、このエレメントＢをテンプレートとして登録する。
テンプレートマッチングを行う時には、このエレメントＢを基準パターンとしてマッチングを行うとともに、検出されたエレメントＢの個数を検出する。図１５に示す例においては、仮に、エレメントＢが２個検出された場合は、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが紙面中で左側にあることがわかり、各エレメントＢの位置情報に基づいて位置計測が可能となる。また、エレメントＢが１個しか検出されない場合は、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが紙面中で右側であり、観察されているエレメントＢは紙面中の右側に位置するエレメントＢであることがわかる。従って、このエレメントＢの位置情報に基づいて、位置計測ができる。
ステップＳ４５０において、閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋ＝３としてユニークエレメントの選択処理を行うことにより、例えば図１６Ａに示すエレメントＡ，Ｂ及びＣのように、完全にユニークではないが同じパターンが最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに３つまでしか存在しない特徴的なパターンが検出される。
このような場合であっても、各エレメントの位置関係の情報をも含む形式でテンプレートを作成することにより、エレメントのテンプレートマッチング結果に基づいて位置検出を行うことができる。すなわち、このような各パターンの位置関係の情報をも含む形式で、これらのエレメントＡ，Ｂ及びＣをテンプレートとして登録する。
このような場合であっても、各エレメントの位置関係の情報をも含む形式でテンプレートを作成することにより、エレメントのテンプレートマッチング結果に基づいて位置検出を行うことができる。すなわち、このような各パターンの位置関係の情報をも含む形式で、これらのエレメントＡ，Ｂ及びＣをテンプレートとして登録する。
テンプレートマッチングを行う時には、まず、これらのエレメントＡ，Ｂ及びＣのパターン全てでマッチングを行う。そして、視野領域内で検出された各エレメントの相対的位置関係に基づいて、位置計測を行う。
例えば、図１６Ａの最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに対して、図１６Ｂに示すように左上に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが配置された場合と、図１６Ｃに示すように右下に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが配置された場合を考える。この場合、いずれの観察視野においても、エレメントＢ及びエレメントＣが同様の位置関係で配置されている。しかしながら、図１６Ｂに示す左上の観察視野においては、他にマッチングにより検出されたエレメントが存在しないのに対して、図１６Ｃに示す右下の観察視野においては、さらなるエレメントＡが検出されている。従って、このエレメントＡの検出の有無及びその位置関係を用いることにより、位置を検出することができる。
すなわち、各々位置情報とともに登録されることにより、エレメントＢとエレメントＣの組み合わせ、及び、エレメントＡ，エレメントＢ及びエレメントＣの組み合わせが、各々実質的に１つのテンプレートとして機能するようにテンプレート化されていることとなる。
例えば、図１６Ａの最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに対して、図１６Ｂに示すように左上に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが配置された場合と、図１６Ｃに示すように右下に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが配置された場合を考える。この場合、いずれの観察視野においても、エレメントＢ及びエレメントＣが同様の位置関係で配置されている。しかしながら、図１６Ｂに示す左上の観察視野においては、他にマッチングにより検出されたエレメントが存在しないのに対して、図１６Ｃに示す右下の観察視野においては、さらなるエレメントＡが検出されている。従って、このエレメントＡの検出の有無及びその位置関係を用いることにより、位置を検出することができる。
すなわち、各々位置情報とともに登録されることにより、エレメントＢとエレメントＣの組み合わせ、及び、エレメントＡ，エレメントＢ及びエレメントＣの組み合わせが、各々実質的に１つのテンプレートとして機能するようにテンプレート化されていることとなる。
このように、ステップＳ４７０においては、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内に検出された比較的ユニークなエレメントを適宜組み合わせて、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内のどの位置に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが配置されたとしても観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ内に必ずテンプレートが含まれるように、テンプレートを構成して行く。
実際にテンプレートを構成するエレメントを選択する際には、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの大きさ、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａの大きさ、エレメントの大きさＥｌｅｍｅｔＳｉｚｅ、及び、ステップＳ４４０で検出されたエレメントの配置とそのユニークさ等の情報に基づいて、選択するピーク数の閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋを１から徐々に大きくし、テンプレートを構成するエレメントを順次選択して行くこととなる。
実際にテンプレートを構成するエレメントを選択する際には、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの大きさ、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａの大きさ、エレメントの大きさＥｌｅｍｅｔＳｉｚｅ、及び、ステップＳ４４０で検出されたエレメントの配置とそのユニークさ等の情報に基づいて、選択するピーク数の閾値ＴＨ＿Ｐｅａｋを１から徐々に大きくし、テンプレートを構成するエレメントを順次選択して行くこととなる。
このようにしてテンプレートの構成が抽出されたら、それらテンプレートを構成する各エレメントを、それらの位置情報をも含んだ形式で登録し、これによりテンプレートを作成する（ステップＳ４８０）。なお、テンプレートには、各エレメントのパターン（画像データ、形状データ）、エレメント間相互の位置関係の情報に加えて、そのエレメントのユニークさの情報や個数の情報、あるいは、さらに他の情報を記憶するようにしてよい。
なお、テンプレートのデータ形式等は、任意の形式でよい。
なお、テンプレートのデータ形式等は、任意の形式でよい。
次にこのように作成されたテンプレートを用いて、テンプレートマッチングを行ってサーチアライメントを行う方法について、図１７のフローチャートを参照して説明する。
なお、サーチアライメントの前工程及び後工程の処理内容は、図９を参照して前述した第１の実施の形態の場合の処理と同じである。
サーチアライメントにおいては、ウエハＷ上の離れた２ヶ所又は３ヶ所の所定の領域において所望のパターンについて位置計測を行い、各箇所の位置関係に基づいてウエハＷの回転量やＸＹずれ等を求める。
なお、サーチアライメントの前工程及び後工程の処理内容は、図９を参照して前述した第１の実施の形態の場合の処理と同じである。
サーチアライメントにおいては、ウエハＷ上の離れた２ヶ所又は３ヶ所の所定の領域において所望のパターンについて位置計測を行い、各箇所の位置関係に基づいてウエハＷの回転量やＸＹずれ等を求める。
サーチアライメントにおいては、まず、設計値データに基づいて、ウエハＷの位置計測箇所の画像（視野画像、パターン信号）を取り込む（ステップＳ５２１）。
次に、テンプレートを構成しているエレメントのサイズＥｌｅｍｅｎｔＳｉｚｅと同じ大きさの窓により、取り込んだ視野画像を走査し、エレメントデータとの照合（マッチング）を行う（ステップＳ５２２）。具体的には、走査され所定の位置に設定された窓内の画像（パターン信号）とエレメントデータとの相関の評価値を前述した式（１）又は式（２）により求める。そして、評価値が所定の閾値よりも大きい場合に、そのエレメントのパターンがその位置に存在すると判断し、エレメントを識別する情報とその位置とを記憶する。
前述したように、本実施の形態のテンプレートは複数のエレメントにより構成されている。従って、このマッチング処理は、全エレメントについて、順次行う（ステップＳ５２３）。
次に、テンプレートを構成しているエレメントのサイズＥｌｅｍｅｎｔＳｉｚｅと同じ大きさの窓により、取り込んだ視野画像を走査し、エレメントデータとの照合（マッチング）を行う（ステップＳ５２２）。具体的には、走査され所定の位置に設定された窓内の画像（パターン信号）とエレメントデータとの相関の評価値を前述した式（１）又は式（２）により求める。そして、評価値が所定の閾値よりも大きい場合に、そのエレメントのパターンがその位置に存在すると判断し、エレメントを識別する情報とその位置とを記憶する。
前述したように、本実施の形態のテンプレートは複数のエレメントにより構成されている。従って、このマッチング処理は、全エレメントについて、順次行う（ステップＳ５２３）。
そして、視野画像（パターン信号）内に存在するエレメントが全て検出できたら、それら各エレメントの相対位置関係を検出し、これをテンプレートに記憶されているエレメント相互の位置関係の情報と比較照合し、その視野画像（パターン信号）の位置を検出する（ステップＳ５２４）。この際、テンプレートに各エレメントのユニークさの情報や個数の情報、あるいは、さらにその他の情報が記憶されていれば、それらの情報を参照して、ユニークなエレメントから優先的に処理を行ったり、誤差やエラーが少なくより確実に位置を検出できるエレメントを優先的に処理したりするのが好適である。具体的には、図１２を参照して前述したテンプレートの構成方法に関する説明の際に既に説明したのでここでは説明を省略する。
このような画像（パターン信号）の取り込み（ステップＳ５２１）、各エレメントごとのマッチング（ステップＳ５２２及びＳ５２３）及び検出したエレメントの相対位置関係等に基づく視野画像（パターン信号）の位置検出（ステップＳ５２４）の処理を、サーチアライメントのために予め設定されたウエハＷ上の所定の複数箇所の領域に対して繰り返し行う（ステップＳ５２５）。
そして、各領域の位置が検出できたら、その各領域の位置関係に基づいて所定の演算を行い、ウエハＷの回転量やＸＹずれ等を求める（ステップＳ５２６）。
そして、各領域の位置が検出できたら、その各領域の位置関係に基づいて所定の演算を行い、ウエハＷの回転量やＸＹずれ等を求める（ステップＳ５２６）。
このように、第３の実施の形態にテンプレート生成方法によれば、入力データが取り得る全ての範囲（最大視野画像ＯＲ＿Ａｒｅａ）から、比較的ユニークな特徴的なパターンを抽出して、そのパターンを組み合わせることにより実質的にテンプレートを生成している。従って、入力データの取得位置（視野画像ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）が大きく変化する場合や、入力データに位置決め情報があまり含まれない時であっても、テンプレートを生成することができ、その結果、テンプレートマッチングを可能とする。
第４の実施の形態
図１１Ａを参照して前述したように、サーチアライメントの際には、ウエハの投入動作に起因する誤差やパターンの製造処理に起因する誤差等により、撮像される範囲（観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）は所定範囲（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内でばらつく。このような条件の下でアライメントに用いるテンプレート（基準パターン）を作成するためには、観察視野がばらついたとしても必ず観察視野に含まれる共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内のパターンであって、観察視野となり得る最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内においてユニークなパターンをテンプレートとして抽出する必要がある。しかしながら、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａから、必ず、ユニークで位置計測に必要な情報を十分に持つパターンが検出できるとは限らない。
第４の実施の形態においては、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａからユニークパターンが検出できなかった場合に、テンプレート作成の対象領域を変更する（共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａや視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａをずらす）ことにより、ユニークパターンを検出できる可能性を高めたテンプレート作成方法について、図１８〜図２２を参照して説明する。
図１１Ａを参照して前述したように、サーチアライメントの際には、ウエハの投入動作に起因する誤差やパターンの製造処理に起因する誤差等により、撮像される範囲（観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）は所定範囲（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内でばらつく。このような条件の下でアライメントに用いるテンプレート（基準パターン）を作成するためには、観察視野がばらついたとしても必ず観察視野に含まれる共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内のパターンであって、観察視野となり得る最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内においてユニークなパターンをテンプレートとして抽出する必要がある。しかしながら、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａから、必ず、ユニークで位置計測に必要な情報を十分に持つパターンが検出できるとは限らない。
第４の実施の形態においては、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａからユニークパターンが検出できなかった場合に、テンプレート作成の対象領域を変更する（共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａや視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａをずらす）ことにより、ユニークパターンを検出できる可能性を高めたテンプレート作成方法について、図１８〜図２２を参照して説明する。
図１８は、本発明に係る第４の実施の形態のテンプレート作成処理の流れを示すフローチャートである。
本実施の形態のテンプレート作成方法においては、まず、ユニークパターンの検出処理の対象領域を設定する（ステップＳ６０１）。まず、ウエハ上のショット領域の配置やサーチアライメント計測の処理条件等に基づいて、図１９Ａに示すように、サーチアライメント計測によりパターン検出及びその位置計測を行うウエハ上の目標計測領域ＡｒｅａＶ０を設定する。目標計測領域ＡｒｅａＶ０を設定したら、予め検出されているウエハ投入誤差やウエハ製造誤差等の情報に基づいて、ウエハを露光装置１００に投入しアライメントセンサによりこの領域ＡｒｅａＶ０を目標として画像を取り込んだ場合の、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを検出する。そして、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内の任意の領域を、ユニークパターンを探索する領域ＡｒｅａＡとして設定し、検出された視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを含む任意の領域を、パターンのユニークさを検証する領域ＡｒｅａＩとして設定する。本実施の形態においては、ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡは視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに等しく設定し、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩは視野最大領域ＯＲ＿Ａｒｅａに等しく設定する。
本実施の形態のテンプレート作成方法においては、まず、ユニークパターンの検出処理の対象領域を設定する（ステップＳ６０１）。まず、ウエハ上のショット領域の配置やサーチアライメント計測の処理条件等に基づいて、図１９Ａに示すように、サーチアライメント計測によりパターン検出及びその位置計測を行うウエハ上の目標計測領域ＡｒｅａＶ０を設定する。目標計測領域ＡｒｅａＶ０を設定したら、予め検出されているウエハ投入誤差やウエハ製造誤差等の情報に基づいて、ウエハを露光装置１００に投入しアライメントセンサによりこの領域ＡｒｅａＶ０を目標として画像を取り込んだ場合の、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを検出する。そして、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内の任意の領域を、ユニークパターンを探索する領域ＡｒｅａＡとして設定し、検出された視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを含む任意の領域を、パターンのユニークさを検証する領域ＡｒｅａＩとして設定する。本実施の形態においては、ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡは視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに等しく設定し、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩは視野最大領域ＯＲ＿Ａｒｅａに等しく設定する。
ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ及びユニークさ検証領域ＡｒｅａＩの設定が終了したら、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）の画像データ（パターン信号情報）を取得する（ステップＳ６０３）。画像データは、設計値データ（設計情報）を画像信号に変換して取得してもよいし、製造されたウエハの表面を撮像して取得してもよい。
次に、取得した画像データを用いて、ユニークパターンの検出を行う。
まず、図１９Ｂに示すように、ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ内に予め定められているテンプレートと同じサイズの領域ＡｒｅａＴを設定し、これを仮のテンプレートとする（ステップＳ６０５）。
次に、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩの全域を、仮のテンプレートＡｒｅａＴと同じサイズ（テンプレートと同じサイズ）の領域ＡｒｅａＳでサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＳの画像（パターン信号情報）と仮のテンプレートＡｒｅａＴの画像（パターン信号情報）との相関値を、前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する（ステップＳ６０７）。
まず、図１９Ｂに示すように、ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ内に予め定められているテンプレートと同じサイズの領域ＡｒｅａＴを設定し、これを仮のテンプレートとする（ステップＳ６０５）。
次に、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩの全域を、仮のテンプレートＡｒｅａＴと同じサイズ（テンプレートと同じサイズ）の領域ＡｒｅａＳでサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＳの画像（パターン信号情報）と仮のテンプレートＡｒｅａＴの画像（パターン信号情報）との相関値を、前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する（ステップＳ６０７）。
ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ内の全域について、仮のテンプレートＡｒｅａＴを順次設定し、各仮のテンプレートに対する相関値ピーク領域を検出したら（ステップＳ６０９）、その中から、ユニークなパターン（領域）を抽出する（ステップＳ６１１）。すなわち、仮のテンプレートの中で、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ内に自分自身以外にピークを持たない単一的な（ユニークな）仮のテンプレートを抽出する。
そして、そのようなユニークな仮のテンプレートが抽出された場合には（ステップＳ６１３）、その仮のテンプレートの画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出し（ステップＳ６１５）、テンプレート作成処理は終了する。
抽出されたテンプレートは、これを抽出するためにステップＳ６０１で設定された目標計測領域ＡｒｅａＶ０の位置情報とともに、露光装置１００のＦＩＡ演算ユニット４１のテンプレートデータ記憶部５２（図１及び図５参照）に記憶され、サーチアライメントの際のテンプレートマッチングで使用される。
なお、ユニークな仮のテンプレートが複数存在した場合には、第１の実施の形態と同様に、自分自身に対する相関値と２番目に高い相関値との差が最も大きい仮のテンプレートをテンプレートとして選択する。
抽出されたテンプレートは、これを抽出するためにステップＳ６０１で設定された目標計測領域ＡｒｅａＶ０の位置情報とともに、露光装置１００のＦＩＡ演算ユニット４１のテンプレートデータ記憶部５２（図１及び図５参照）に記憶され、サーチアライメントの際のテンプレートマッチングで使用される。
なお、ユニークな仮のテンプレートが複数存在した場合には、第１の実施の形態と同様に、自分自身に対する相関値と２番目に高い相関値との差が最も大きい仮のテンプレートをテンプレートとして選択する。
ステップＳ６１１において、仮のテンプレートの中からユニークな仮のテンプレートが抽出されなかった場合には（ステップＳ６１３）、ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ及びユニークさ検証領域ＡｒｅａＩの再設定（変更）を行う（ステップＳ６２０）。
そのために、既にステップＳ６０３において取得している視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内の画像データであって未だユニークなパターンの探索を行っていない領域、すなわち、現在のユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）の内部でユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ（視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ）の外部である領域（図１９Ａ参照）から、ユニークなパターンを検出する。
そのために、既にステップＳ６０３において取得している視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内の画像データであって未だユニークなパターンの探索を行っていない領域、すなわち、現在のユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）の内部でユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ（視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ）の外部である領域（図１９Ａ参照）から、ユニークなパターンを検出する。
ユニークパターンの抽出処理においては、まず、図２０Ａに示すように、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ内にテンプレートと同じサイズの領域ＡｒｅａＹを設定し、これを仮のユニークパターン領域とする（ステップＳ６２１）。
次に、図２０Ｂに示すように、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩの全域を、仮のユニークパターン領域ＡｒｅａＹ（図２０Ａ）と同じサイズ（テンプレートと同じサイズ）の領域ＡｒｅａＺでサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＺの画像（パターン信号情報）と仮のユニークパターン領域ＡｒｅａＹの画像（パターン信号情報）との相関値を、前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する（ステップＳ６２３）。
次に、図２０Ｂに示すように、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩの全域を、仮のユニークパターン領域ＡｒｅａＹ（図２０Ａ）と同じサイズ（テンプレートと同じサイズ）の領域ＡｒｅａＺでサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＺの画像（パターン信号情報）と仮のユニークパターン領域ＡｒｅａＹの画像（パターン信号情報）との相関値を、前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する（ステップＳ６２３）。
このような、仮のユニークパターン領域の設定（ステップＳ６２１）、及び、その仮のユニークパターンに対するユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ内の相関値ピーク領域の検出（ステップＳ６２３）の処理を、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ内において設定可能な仮のユニークパターン領域ＡｒｅａＹから、全範囲がユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡに含まれるような仮のユニークパターン領域ＡｒｅａＹ（図２０Ａ中のＹ１及びＹ２のような領域を示す。Ｙ３のような領域は、これには含まれない）を除いた残りの全ての仮のユニークパターン領域ＡｒｅａＹに対して行う（ステップＳ６２５）。
次に、ステップＳ６２１〜ステップＳ６２５の処理により検出された仮のユニークパターン及びそれに対する相関値ピーク領域から、自分自身以外にピークを持たないユニークなパターンを抽出する（ステップＳ６２７）。
次に、ステップＳ６２１〜ステップＳ６２５の処理により検出された仮のユニークパターン及びそれに対する相関値ピーク領域から、自分自身以外にピークを持たないユニークなパターンを抽出する（ステップＳ６２７）。
このようにして、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩとユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡの間の領域からユニークなパターンが検出されたら、そのユニークなパターンが、新たなユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ＿Ｎｅｗ（視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗ）内に配置されるように、ユニークパターン探索領域（ＡｒｅａＡ）及びユニークさ検証領域（ＡｒｅａＩ）を新たに設定する（ステップＳ６２９）。
本実施形態においては、図２１に示すように、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ内にユニークパターンＱが検出されたとすると、そのユニークパターンＱの中心を観察視野（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）の中心とするように新たな目標撮像範囲ＡｒｅａＶを設定し、これに基づいて、新たな視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗを検出する。
本実施形態においては、図２１に示すように、ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ内にユニークパターンＱが検出されたとすると、そのユニークパターンＱの中心を観察視野（ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ）の中心とするように新たな目標撮像範囲ＡｒｅａＶを設定し、これに基づいて、新たな視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗを検出する。
そして、このように新たに視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗ（ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ＿Ｎｅｗ）及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗ（ユニークさ検証領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗ）を設定したら、ステップＳ６０３に戻って、再度、これらの領域に対して、前述したテンプレート作成の処理を繰り返す（ステップＳ６０３〜Ｓ６０９）。
このような処理により、ステップＳ６１１においてユニークな仮のテンプレートが抽出された場合には（ステップＳ６１３）、その仮のテンプレートの画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出し（ステップＳ６１５）、テンプレート作成処理を終了する。
このような処理により、ステップＳ６１１においてユニークな仮のテンプレートが抽出された場合には（ステップＳ６１３）、その仮のテンプレートの画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出し（ステップＳ６１５）、テンプレート作成処理を終了する。
本実施の形態のテンプレート作成方法を、図２２に示す具体的なパターン例を参照してまとめて説明する。
図２２に示すように、例えば、サーチアライメント計測の初期目標計測領域がＡｒｅａＶ０のように設定されている場合、これに対して、ウエハ投入誤差等が考慮されて、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａが図示のように設定される。この視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内を、テンプレートと同じサイズの領域ＡｒｅａＴでサーチし、各領域を仮のテンプレートとし、その各仮のテンプレートが視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内においてユニークか否かを検証する。これにより、ユニークな仮のテンプレートが検出された場合には、そのパターンをそのままテンプレートとして登録する。
図２２に示すように、例えば、サーチアライメント計測の初期目標計測領域がＡｒｅａＶ０のように設定されている場合、これに対して、ウエハ投入誤差等が考慮されて、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａが図示のように設定される。この視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ内を、テンプレートと同じサイズの領域ＡｒｅａＴでサーチし、各領域を仮のテンプレートとし、その各仮のテンプレートが視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内においてユニークか否かを検証する。これにより、ユニークな仮のテンプレートが検出された場合には、そのパターンをそのままテンプレートとして登録する。
図２２に示す例のように、そのようなユニークなパターンが検出されかなった場合には、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内の未だユニークさを検出していない領域ＡｒｅａＲ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの内部で視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａの外部の領域）をテンプレートと同じサイズの領域ＡｒｅａＴでサーチし、各領域を仮のユニークパターンとし、その各仮のユニークパターンが視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内でユニークか否かを検出する。
この処理により、例えばユニークなパターンＱが検出されたとすると、このパターンＱが視野共通領域（ＡＮＤ＿Ａｒｅａ）内に含まれるように、サーチアライメント計測の目標領域ＡｒｅａＶを再設定する。また、これに伴って視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗを再検出する。（当然、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗは、パターンＱを含むように検出される。）
そして、新たに設定した領域を用いて、テンプレート作成を行う。
この処理により、例えばユニークなパターンＱが検出されたとすると、このパターンＱが視野共通領域（ＡＮＤ＿Ａｒｅａ）内に含まれるように、サーチアライメント計測の目標領域ＡｒｅａＶを再設定する。また、これに伴って視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗを再検出する。（当然、視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗは、パターンＱを含むように検出される。）
そして、新たに設定した領域を用いて、テンプレート作成を行う。
この場合、パターンＱが直ちにテンプレートとして検出されるとは言えないが、少なくとも新たな視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ＿Ｎｅｗの中の前回の視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａと重複する領域においてはユニークなパターンなので、最終的にパターンＱがユニークパターン（テンプレート）として検出される可能性はある。
また、新たに設定した領域において、ユニークパターンが検出されなかったとしても、引き続き同様の処理を繰り返すことにより、ユニークパターンの探索処理を継続することができる。
また、新たに設定した領域において、ユニークパターンが検出されなかったとしても、引き続き同様の処理を繰り返すことにより、ユニークパターンの探索処理を継続することができる。
このように、本実施の形態のテンプレート作成方法によれば、予め設定したサーチアライメント計測の計測位置において、テンプレートとするのに適切なユニークなパターンが検出されなかった時には、ユニークパターン探索領域を少しずつ変更しながら（ずらしながら）、ユニークパターンの検出を繰り返し継続する。従って、適切なテンプレートを自動作成できる可能性が高くなり、テンプレート作成に関わるオペレータの負担を軽減することができる。
また、ユニークパターン探索領域を変更する際には、ユニークパターン（テンプレート）となる可能性の高いパターンを視野最大範囲内で探索し、探索したパターンが含まれるように探索領域を変更をしている。従って、ユニークパターン探索領域を変更した後に適切なテンプレートが検出できる可能性が高く、一層効率良くテンプレート作成を行うことができる。
また、ユニークパターン探索領域を変更する際のユニークパターンの探索の処理は、既に取得している画像データを用いて行っているので、新たに画像データを取得する必要が無く、この点においても効率良く処理が行える。
また、本実施の形態の方法によれば、設計データからも、実際のウエハからの撮像データからもテンプレートを作成することができるので、利便性が向上する。
また、このようにサーチ範囲（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）を変更してテンプレート作成及びそのテンプレートを用いたサーチアライメントを行うことができる構成においては、サーチ可能領域を拡大することができる。従って、露光装置においてプリアライメント精度、ウエハ投入精度が若干低下しても、サーチアライメントによりこれに対応することができることとなり、結果的により高性能な露光装置を提供できる。
また、本実施の形態の方法によれば、設計データからも、実際のウエハからの撮像データからもテンプレートを作成することができるので、利便性が向上する。
また、このようにサーチ範囲（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）を変更してテンプレート作成及びそのテンプレートを用いたサーチアライメントを行うことができる構成においては、サーチ可能領域を拡大することができる。従って、露光装置においてプリアライメント精度、ウエハ投入精度が若干低下しても、サーチアライメントによりこれに対応することができることとなり、結果的により高性能な露光装置を提供できる。
なお、前述した方法においては、ステップＳ６１１における実際のテンプレートを作成するためにユニークパターンを抽出する際のユニークさの基準と、ステップＳ６２７におけるユニークパターン探索領域を変更するためにユニークパターンを抽出するためのユニークさの基準とが同一であったが、例えば後者の基準を前者に比べて緩和する等、異なる基準としてもよい。
なお、ユニークパターン探索領域の変更を行っても適切なテンプレートが検出できない場合には、領域の変更回数に制限を設ける等の任意の条件により処理を終了するものとする。
なお、ユニークパターン探索領域の変更を行っても適切なテンプレートが検出できない場合には、領域の変更回数に制限を設ける等の任意の条件により処理を終了するものとする。
第５の実施の形態
本発明に係る第５の実施の形態として、第４の実施の形態と同様に、最初に設定したテンプレート作成領域（ユニークパターン探索領域）において適切なテンプレートが抽出できない場合に、テンプレート作成領域を再設定してテンプレート作成を再度試みる他の方法について、図２３〜図２６を参照して説明する。
本発明に係る第５の実施の形態として、第４の実施の形態と同様に、最初に設定したテンプレート作成領域（ユニークパターン探索領域）において適切なテンプレートが抽出できない場合に、テンプレート作成領域を再設定してテンプレート作成を再度試みる他の方法について、図２３〜図２６を参照して説明する。
図２３は、本発明の第５の実施の形態のテンプレート作成処理の流れを示すフローチャートである。
本実施の形態のテンプレート作成方法においては、まず、テンプレートを作成する領域の設定を行う（ステップＳ６５１）。具体的には、第４の実施の形態と同様に、サーチアライメント計測の目標計測領域に対してウエハ投入誤差やウエハ製造誤差を考慮して目標計測領域に対する視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを検出し、その上で、本実施の形態においては、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを、テンプレート作成領域として設定する。
本実施の形態のテンプレート作成方法においては、まず、テンプレートを作成する領域の設定を行う（ステップＳ６５１）。具体的には、第４の実施の形態と同様に、サーチアライメント計測の目標計測領域に対してウエハ投入誤差やウエハ製造誤差を考慮して目標計測領域に対する視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ及び視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを検出し、その上で、本実施の形態においては、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを、テンプレート作成領域として設定する。
次に、その視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの画像データ（パターン信号情報）を取得する（ステップＳ６５２）。本実施の形態においても、この画像データは設計情報から生成してもよいし、実際のウエハ上のパターンを撮像して取得してもよい。
画像データを取得したら、そのテンプレート作成領域からテンプレートを抽出する（ステップＳ６５３）。テンプレートの抽出方法は、任意の方法でよく、例えば前述した第１の実施の形態〜第３の実施の形態を各々適用することも可能である。本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の方法を用いる。すなわち、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したように、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）内にテンプレートと同じサイズの領域ＡｒｅａＴを仮のテンプレートとして設定し、探索領域（ＡｒｅａＩ）の全域を仮のテンプレートＡｒｅａＴと同じサイズの窓ＡｒｅａＳでサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＳの画像（パターン信号情報）と仮のテンプレートＴの画像（パターン信号情報）との相関値を前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する。そして、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩ内に設定される全ての仮のテンプレートＡｒｅａＴについて相関ピーク値を検出したら、その中から、自分自身以外にピークを持たないユニークな仮のテンプレートを抽出する。
ステップＳ６５３において、ユニークな仮のテンプレートが１つ以上抽出されたら（ステップＳ６５５）、最もユニークな仮のテンプレートを実際のテンプレートとして選択し、その画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出し（ステップＳ６５７）、テンプレート作成処理は終了する。
ステップＳ６５３において、ユニークな仮のテンプレートが全く抽出されなかった場合は（ステップＳ６５５）、本実施形態においても、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩの設定の変更を行う。
本実施の形態においては、現在のテンプレート作成領域ＡｒｅａＩに対して、その周縁部の画像データ（イメージ信号情報）から、パターン特徴の特徴量が多くユニークパターンが存在する可能性が高いと推定される領域を検出し（ステップＳ６６１）、その方向に所望の量だけテンプレート作成領域ＡｒｅａＩをずらし、新たなテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗとする（ステップＳ６６３）。
本実施の形態においては、現在のテンプレート作成領域ＡｒｅａＩに対して、その周縁部の画像データ（イメージ信号情報）から、パターン特徴の特徴量が多くユニークパターンが存在する可能性が高いと推定される領域を検出し（ステップＳ６６１）、その方向に所望の量だけテンプレート作成領域ＡｒｅａＩをずらし、新たなテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗとする（ステップＳ６６３）。
テンプレート作成領域ＡｒｅａＩに対して、その周縁部のイメージ信号情報のパターン特徴の特徴量を求める処理について、図２４Ａ及び図２４Ｂを参照して説明する。
現在のテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）が図２４Ａに示すように設定されているとすると、この視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの周囲の４辺に沿って視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの内側に幅Ｌ１の帯状の領域を規定し、これにより視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの周縁部に図示のごとく８つの領域Ｅ１〜Ｅ８を設定する。
次に、各領域Ｅ１〜Ｅ８ごとに、所定のパターン特徴を検出し、その特徴量を求める。パターン特徴としては、例えば、２値化パターンにおけるパターンの量（所定の画素値の画素量）、パターン密度、周波数成分検出結果、エッジ検出されたパターンにおけるエッジ線分の量、エッジの本数、エッジの密度、エッジ線分の周波数成分検出結果等を用いることができる。
現在のテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）が図２４Ａに示すように設定されているとすると、この視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの周囲の４辺に沿って視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの内側に幅Ｌ１の帯状の領域を規定し、これにより視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの周縁部に図示のごとく８つの領域Ｅ１〜Ｅ８を設定する。
次に、各領域Ｅ１〜Ｅ８ごとに、所定のパターン特徴を検出し、その特徴量を求める。パターン特徴としては、例えば、２値化パターンにおけるパターンの量（所定の画素値の画素量）、パターン密度、周波数成分検出結果、エッジ検出されたパターンにおけるエッジ線分の量、エッジの本数、エッジの密度、エッジ線分の周波数成分検出結果等を用いることができる。
そして、各周縁領域Ｅ１〜Ｅ８の特徴量を求めたら、その最も特徴量が多い領域を検出する。
例えば図２４Ａに示したテンプレート作成領域ＡｒｅａＩに、図２４Ｂに示すようなパターンが配置されていたとする。この場合、領域Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ５及びＥ７にパターンが配置されているが、特に、領域Ｅ１に複雑なパターンが配置されており、例えば周波数分析やエッジ検出を行いパターン特徴を抽出した場合には、領域Ｅ１の特徴量が最も多くなる。
例えば図２４Ａに示したテンプレート作成領域ＡｒｅａＩに、図２４Ｂに示すようなパターンが配置されていたとする。この場合、領域Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ５及びＥ７にパターンが配置されているが、特に、領域Ｅ１に複雑なパターンが配置されており、例えば周波数分析やエッジ検出を行いパターン特徴を抽出した場合には、領域Ｅ１の特徴量が最も多くなる。
最も特徴量の多い周縁部の領域が求められたら、その周縁部の領域に対応付けて予め設定されている所定の領域にテンプレート作成領域ＡｒｅａＩをずらし、新たなテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗを設定する。図２４Ｂに示す例においては、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩを、領域Ｅ１の方向である紙面内上辺方向に所定量ずらし、新たなテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗが設定される。
なお、テンプレート作成領域の移動に伴って、その領域が視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａとなるようなサーチアライメント時の目標計測領域も移動することとなる。
また、新たなテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗは、パターン特徴の特徴量が多い領域の方向へ設定するのであれば、元の領域ＡｒｅａＩに対して任意の方向、任意の距離に設定してよい。例えば、例えば図２５Ａに示すように元のテンプレート作成領域ＡｒｅａＩと一部が重なるように設定してもよいし、図２５Ｂに示すように全く重ならないように設定してもよい。
また、新たなテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗは、パターン特徴の特徴量が多い領域の方向へ設定するのであれば、元の領域ＡｒｅａＩに対して任意の方向、任意の距離に設定してよい。例えば、例えば図２５Ａに示すように元のテンプレート作成領域ＡｒｅａＩと一部が重なるように設定してもよいし、図２５Ｂに示すように全く重ならないように設定してもよい。
そして、このようにして新たなテンプレート作成領域が設定されたら、ステップＳ６５２に戻って、このテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗの画像データを取得し、この新たなテンプレート作成領域ＡｒｅａＩ＿Ｎｅｗに対して、前述したテンプレート作成の処理を繰り返す（ステップＳ６５３〜Ｓ６５５）。
このような処理により、ステップＳ６５３においてユニークな仮のテンプレートが抽出された場合には（ステップＳ６５５）、その仮のテンプレートの画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出し（ステップＳ６５７）、テンプレート作成処理を終了する。
このような処理により、ステップＳ６５３においてユニークな仮のテンプレートが抽出された場合には（ステップＳ６５５）、その仮のテンプレートの画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出し（ステップＳ６５７）、テンプレート作成処理を終了する。
このように、本実施の形態のテンプレート作成方法によれば、予め設定したテンプレート作成領域（本実施の形態においては視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）においてテンプレートとするのに適切なユニークなパターンが検出されなかった時には、テンプレート探索位置をずらして再設定し、再度テンプレート作成を行っている。従って、自動的にテンプレートを作成できる可能性が高くなり、テンプレート作成に関わるオペレータの負担を軽減することができる。
また、テンプレート作成の処理対象領域を変更する際には、テンプレート作成領域の周縁のパターン特徴に基づいて、ユニークなパターンが検出される可能性が高い領域あるいは方向を推定し、これに基づいてテンプレート作成領域を変更をしている。従って、少なくとも、全くパターンが存在しないような領域にテンプレート作成領域を再設定するような状態を避けることができ、テンプレートを適切に抽出できる可能性の高い領域にテンプレート作成領域を再設定することができる。
また、そのようなテンプレート作成領域の移動のためのパターン特徴の検出は、既に画像データを取得している領域の画像データを用いて行っているため、新たに画像データを取得する必要が無く、効率良く処理が行える。
また、本実施の形態の方法によれば、設計データからも、実際のウエハからの撮像データからもテンプレートを作成することができるので、利便性が向上する。
また、本実施の形態においても、サーチ範囲（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）を変更してテンプレート作成を行うことができるため、サーチ可能領域を拡大することができ、露光装置におけるプリアライメント精度やウエハ投入精度が低下にもサーチアライメントにより対応することができる。その結果、より高性能な露光装置を提供できる。
また、本実施の形態の方法によれば、設計データからも、実際のウエハからの撮像データからもテンプレートを作成することができるので、利便性が向上する。
また、本実施の形態においても、サーチ範囲（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）を変更してテンプレート作成を行うことができるため、サーチ可能領域を拡大することができ、露光装置におけるプリアライメント精度やウエハ投入精度が低下にもサーチアライメントにより対応することができる。その結果、より高性能な露光装置を提供できる。
なお、前述した方法においては、ステップＳ６５１において視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａをテンプレート作成領域として設定した後、ステップＳ６５２において、その視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａと同じ領域の画像データを取得していた。しかしながら、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａよりも広い領域の画像データを取得し、後のパターン特徴の検出の際に利用するようにしてもよい。すなわち、例えば図２６に示すように、ステップＳ６５２において画像データを取得する際には、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの各辺から４方向に各々距離Ｌ２だけ拡張した領域ＡｒｅａＥの画像を取得しておく。そして、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａからテンプレートが抽出できず、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩをずらすために視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ周囲のパターン特徴を検出する時に、この拡張した部分の画像データ（イメージ信号情報）を用いる。
図２６に示す例においては、例えば、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの４辺から各々距離Ｌ２だけ外側に規定したラインと、４辺から各々距離Ｌ３だけ内側に規定したラインとにはさまれる帯状の領域において、図２４Ａ及び図２４Ｂと同様に領域Ｅ１〜Ｅ８を設定し、各領域のパターン特徴の特徴量を検出し、これに基づいてテンプレート作成領域の移動方向を決定する。このような方法によれば、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａとして利用した領域のさらに外部の領域のパターン特徴を参照することができるため、テンプレートとして利用できるユニークパターンが存在する可能性をより適切に推定することができ、より効率良くテンプレート作成領域を再設定することができる。
また、本実施の形態の方法においては、テンプレート作成領域をずらす方向及び距離も任意に設定してよい。本実施の形態のように、予め複数の再設定位置を用意しておいてもよいし、例えば周縁部のパターン特徴に応じて、テンプレート作成領域をずらす方向やずらす距離を決定するようにしてもよい。例えば、一連のパターン特徴の重心を検出し、その重心の方向にテンプレート作成領域をずらすようにしてもよい。
第６の実施の形態
第４の実施の形態及び第５の実施の形態においては、テンプレート作成領域から適切なテンプレートが作成できない場合に、そのテンプレート作成領域を移動して再設定するようにしていた。しかし、テンプレート作成を行う当初の段階より、テンプレート作成に適した情報が多数ある領域を選択して、テンプレート作成領域と設定するようにしてもよい。テンプレート作成に好適な領域を目標計測領域の周辺の広範な領域から選択し、その領域の画像データを利用してテンプレートを作成する処理について、本発明に係る第６の実施の形態として、図２７及び図２８を参照して説明する。
第４の実施の形態及び第５の実施の形態においては、テンプレート作成領域から適切なテンプレートが作成できない場合に、そのテンプレート作成領域を移動して再設定するようにしていた。しかし、テンプレート作成を行う当初の段階より、テンプレート作成に適した情報が多数ある領域を選択して、テンプレート作成領域と設定するようにしてもよい。テンプレート作成に好適な領域を目標計測領域の周辺の広範な領域から選択し、その領域の画像データを利用してテンプレートを作成する処理について、本発明に係る第６の実施の形態として、図２７及び図２８を参照して説明する。
図２７は、本発明の第６の実施の形態のテンプレート作成処理の流れを示すフローチャートである。
本実施の形態のテンプレート作成方法においては、まず、低倍率（第１の検出倍率）の撮像カメラにより広域な画像データ（イメージ信号情報）を取得する（ステップＳ７０１）。画像データを取得する範囲は、サーチアライメント計測時の目標計測領域（サーチ計測視野領域）を含み、さらに複数のテンプレート作成領域を含むような領域であり、サーチアライメント計測時の撮像倍率（広域の画像データを取得する本ステップにおける撮像倍率（第１の検出倍率）よりも高倍率で、かつファインアライメント計測時に設定される検出倍率よりは低い倍率。以下、便宜上中倍率（第２の検出倍率）と称する）の下での観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ、及び、ウエハ投入誤差やウエハ製造誤差を考慮して、予め固定的に決定しておく。本実施形態においては、サーチアライメント計測時に中倍率で観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａを撮像した場合の視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに対して、図２８に示すように、この視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを縦横各４倍、面積で１６倍にした領域であって、サーチアライメント計測時の目標計測領域（サーチ計測視野領域）ＡｒｅａＶ０をほぼ中心とする領域ＡｒｅａＸの画像データ（低倍率（第１の検出倍率）の画像データ）を取得する。
本実施の形態のテンプレート作成方法においては、まず、低倍率（第１の検出倍率）の撮像カメラにより広域な画像データ（イメージ信号情報）を取得する（ステップＳ７０１）。画像データを取得する範囲は、サーチアライメント計測時の目標計測領域（サーチ計測視野領域）を含み、さらに複数のテンプレート作成領域を含むような領域であり、サーチアライメント計測時の撮像倍率（広域の画像データを取得する本ステップにおける撮像倍率（第１の検出倍率）よりも高倍率で、かつファインアライメント計測時に設定される検出倍率よりは低い倍率。以下、便宜上中倍率（第２の検出倍率）と称する）の下での観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ、及び、ウエハ投入誤差やウエハ製造誤差を考慮して、予め固定的に決定しておく。本実施形態においては、サーチアライメント計測時に中倍率で観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａを撮像した場合の視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに対して、図２８に示すように、この視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを縦横各４倍、面積で１６倍にした領域であって、サーチアライメント計測時の目標計測領域（サーチ計測視野領域）ＡｒｅａＶ０をほぼ中心とする領域ＡｒｅａＸの画像データ（低倍率（第１の検出倍率）の画像データ）を取得する。
なお、このような画像データを露光装置１００とは別の装置で取得する場合には、そのように専用に設けられた低倍率の光学系を有する撮像システムによりウエハ表面を撮像し取得する。
また、露光装置においてこのようなデータを取得する場合には、例えば、複数の受光系（低倍率、中倍率、高倍率）を有するＦＩＡ方式のアライメントセンサを用いる。そのような考え方のアライメントセンサは、例えば特開２００２−２５７５１２号公報等に開示されている。そのアライメントセンサは、図示を省略するが、対物レンズ（対物光学系）は共通的に設けられているものの、比較的高倍率で視野の狭い受光系（高倍系）と比較的中倍率で視野の広い受光系（中倍系）との２つの受光系を具備しており、ウエハ表面で反射された光ビームをビームスプリッタ等で分岐して各受光系に入射させている。このようなアライメントセンサに上述したような低倍系の受光系（センサを含む）を付加してやって、ステップＳ７０１における低倍率の画像データを、露光装置に具備される例えばこのようなアライメントセンサにより撮像する。
また、露光装置においてこのようなデータを取得する場合には、例えば、複数の受光系（低倍率、中倍率、高倍率）を有するＦＩＡ方式のアライメントセンサを用いる。そのような考え方のアライメントセンサは、例えば特開２００２−２５７５１２号公報等に開示されている。そのアライメントセンサは、図示を省略するが、対物レンズ（対物光学系）は共通的に設けられているものの、比較的高倍率で視野の狭い受光系（高倍系）と比較的中倍率で視野の広い受光系（中倍系）との２つの受光系を具備しており、ウエハ表面で反射された光ビームをビームスプリッタ等で分岐して各受光系に入射させている。このようなアライメントセンサに上述したような低倍系の受光系（センサを含む）を付加してやって、ステップＳ７０１における低倍率の画像データを、露光装置に具備される例えばこのようなアライメントセンサにより撮像する。
低倍率の画像データを取得したら、次に、この画像データよりユニークパターンを検出する。
まず、図２８に示すように、低倍画像データ領域ＡｒｅａＸ内に、検出対象のユニークパターンのサイズに相当する領域ＡｒｅａＹを設定し、これを仮のユニークパターンとする（ステップＳ７０３）。なお、本実施の形態においては、ここで検出するユニークパターンのサイズは、最終的に生成しようとするテンプレートのサイズと同じものとするが、これに限られるものではなく、任意のサイズに設定してよい。
まず、図２８に示すように、低倍画像データ領域ＡｒｅａＸ内に、検出対象のユニークパターンのサイズに相当する領域ＡｒｅａＹを設定し、これを仮のユニークパターンとする（ステップＳ７０３）。なお、本実施の形態においては、ここで検出するユニークパターンのサイズは、最終的に生成しようとするテンプレートのサイズと同じものとするが、これに限られるものではなく、任意のサイズに設定してよい。
次に、この領域ＡｒｅａＹと同じサイズの窓ＡｒｅａＺで、低倍画像データ（低倍画像データ領域ＡｒｅａＸ）をサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＺ内の画像（パターン信号情報）と仮のユニークパターンＡｒｅａＹの画像（パターン信号情報）との相関値を前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する（ステップＳ７０５）。
低倍画像データ領域ＡｒｅａＸ内に設定される全ての仮のユニークパターンＡｒｅａＹについて相関ピーク値を検出したら（ステップＳ７０７）、その中から、自分自身以外にピークを持たない真にユニークな仮のユニークパターンを抽出する（ステップＳ７０９）。図２８に示す例においては、例えば領域ＡｒｅａＵにおいて、真にユニークなパターンが検出されたものとする。
低倍画像データ領域ＡｒｅａＸ内に設定される全ての仮のユニークパターンＡｒｅａＹについて相関ピーク値を検出したら（ステップＳ７０７）、その中から、自分自身以外にピークを持たない真にユニークな仮のユニークパターンを抽出する（ステップＳ７０９）。図２８に示す例においては、例えば領域ＡｒｅａＵにおいて、真にユニークなパターンが検出されたものとする。
なお、このユニークパターンの検出処理においては、処理対象の領域（領域ＡｒｅａＸ）は広いものの、画像データは低倍率の画像データであるため、データ量は少なく、ステップＳ７０３〜ステップＳ７０９の処理に実用上問題となるような長時間を費やすことは無い。
低倍画像データ領域ＡｒｅａＸにおいてユニークパターンを含む領域ＡｒｅａＵを検出したら、次に、実際にテンプレートを作成するための中倍の画像データ（イメージ信号情報）を取得する領域ＡｒｅａＩを設定する（ステップＳ７１１）。中倍画像を取得する領域ＡｒｅａＩは、図２８に示すように、サーチアライメント計測（中倍率計測）の際の視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａと同じサイズの領域であって、その中心がユニークパターンを有する領域ＡｒｅａＵの中心と同一になるような領域に設定する。この時、視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａがそのような領域となるように、サーチアライメント計測時の目標視野領域ＡｒｅａＶも変更する。
そして、ウエハ上のそのテンプレート作成領域ＡｒｅａＩを中倍率の光学系を介して撮像し、画像データ（イメージ信号情報）を取得する（ステップＳ７１３）。
そして、ウエハ上のそのテンプレート作成領域ＡｒｅａＩを中倍率の光学系を介して撮像し、画像データ（イメージ信号情報）を取得する（ステップＳ７１３）。
テンプレート作成領域ＡｒｅａＩの画像データを取得したら、この画像データよりテンプレートとするユニークパターンを検出する。
まず、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩ内のユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ（視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ）に、テンプレートのサイズに相当する領域ＡｒｅａＴを設定し、これを仮のテンプレートとする（ステップＳ７１５）。次に、この領域ＡｒｅａＴと同じサイズの窓ＡｒｅａＳで、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩをサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＳの画像（パターン信号情報）と仮のテンプレートＡｒｅａＴの画像（パターン信号情報）との相関値を前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する（ステップＳ７１７）。そして、ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ内に設定される全ての仮のテンプレートＡｒｅａＴについて相関ピーク値を検出したら（ステップＳ７１９）、その中から、自分自身以外にピークを持たないユニークなパターンを抽出する（ステップＳ７２１）。そして、そのユニークパターンの画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出する（ステップＳ７２３）。
まず、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩ内のユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ（視野共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａ）に、テンプレートのサイズに相当する領域ＡｒｅａＴを設定し、これを仮のテンプレートとする（ステップＳ７１５）。次に、この領域ＡｒｅａＴと同じサイズの窓ＡｒｅａＳで、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩをサーチし、各位置における領域ＡｒｅａＳの画像（パターン信号情報）と仮のテンプレートＡｒｅａＴの画像（パターン信号情報）との相関値を前述した式（１）又は式（２）に基づいて順次求め、相関値が十分に高く、ピークとなっている領域を検出する（ステップＳ７１７）。そして、ユニークパターン探索領域ＡｒｅａＡ内に設定される全ての仮のテンプレートＡｒｅａＴについて相関ピーク値を検出したら（ステップＳ７１９）、その中から、自分自身以外にピークを持たないユニークなパターンを抽出する（ステップＳ７２１）。そして、そのユニークパターンの画像データ（イメージ信号情報）をテンプレートとして抽出する（ステップＳ７２３）。
このように、本実施の形態のテンプレート作成方法によれば、テンプレート作成領域となる領域に対して十分に広範な画像データを用いて、ユニークパターンが存在する可能性の高い領域を推定し、その領域をテンプレート作成領域としてテンプレート作成処理を施している。従って、１度目に設定した領域からテンプレート作成が可能なユニークパターンが検出される可能性が非常に高く、効率良いテンプレート作成処理ができる。
またその結果、ユニークパターンが検出されないためにテンプレート作成領域を再設定し画像データを取得しなおす等の処理が発生する頻度を低減することができ、テンプレート作成、露光装置に係る種々の装置の運用、及び、露光処理を効率良く行うことができる。
またその結果、ユニークパターンが検出されないためにテンプレート作成領域を再設定し画像データを取得しなおす等の処理が発生する頻度を低減することができ、テンプレート作成、露光装置に係る種々の装置の運用、及び、露光処理を効率良く行うことができる。
また、本実施の形態においては、広範な領域に対してユニークパターンを検出してテンプレート作成を行っているので、ユニークさの強いパターンをテンプレートにすることができる。すなわち、ユニークさが強く識別性の強い質の高いテンプレートを作成することができる。
また、本実施の形態においても、サーチ範囲（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）を変更してテンプレート作成を行うことができるため、サーチ可能領域を拡大することができ、露光装置におけるプリアライメント精度やウエハ投入精度が低下にもサーチアライメントにより対応することができる。その結果、より高性能な露光装置を提供できる。
また、本実施の形態においても、サーチ範囲（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）を変更してテンプレート作成を行うことができるため、サーチ可能領域を拡大することができ、露光装置におけるプリアライメント精度やウエハ投入精度が低下にもサーチアライメントにより対応することができる。その結果、より高性能な露光装置を提供できる。
なお、ステップＳ７０３〜ステップＳ７１１においては、ユニークパターンを検出することにより、低倍画像データ領域ＡｒｅａＸよりテンプレート作成に好適なユニークパターンが存在する可能性の高い領域を検出し、実際にテンプレート作成を行うための領域として設定した。しかし、ユニークパターンが存在する可能性の高い領域を推定する方法は、これに限られるものではない。例えば、第５の実施の形態で視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを移動させるために検出したパターン特徴の特徴量、すなわち、２値化パターンにおけるパターンの量（所定の画素値の画素量）、パターン密度、周波数成分検出結果、エッジ検出されたパターンにおけるエッジ線分の量、エッジの本数、エッジの密度、エッジ線分の周波数成分検出結果等を用いて、ユニークパターンが存在する可能性の高い領域を推定するようにしてもよい。
また、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩ（視野最大範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ）を設定した後のテンプレート作成処理（基準データ抽出処理）は、前述したステップＳ７１３〜ステップＳ７２３の処理の限られるものではない。例えば、前述した第１の実施の形態〜第３の実施の形態のような各処理を適用して、テンプレートを作成してもよい。
また、本実施の形態においては、ウエハ上の実際の画像データに基づいてテンプレートを作成したが、設計データに基づいて作成するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、ウエハ上の実際の画像データに基づいてテンプレートを作成したが、設計データに基づいて作成するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、低倍画像データ領域ＡｒｅａＸより、唯一のユニークパターンを有する領域ＡｒｅａＵを検出し、これに基づいてテンプレート作成領域ＡｒｅａＩを設定したが、ユニークパターンを有する領域を複数検出するようにし、順次テンプレート作成領域に設定して各領域よりテンプレートを作成するようにしてもよい。
また、検出した複数の領域をユニークさに基づいて順位付けし、その順に各領域に対してテンプレート作成を行うようにしてもよい。
また、検出した複数の領域をユニークさに基づいて順位付けし、その順に各領域に対してテンプレート作成を行うようにしてもよい。
デバイス製造方法
次に、前述したようなアライメントセンサ等を具備する露光装置１００を用いて行うデバイスの製造方法について図２９を参照して説明する。
図２９は、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
図２９に示すように、電子デバイスの製造工程においては、まず、電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行い（工程Ｓ８１０）、次に、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する（工程Ｓ８２０）。
一方、シリコン等の材料を用いてウエハ（シリコン基板）を製造する（工程Ｓ８３０）。
次に、前述したようなアライメントセンサ等を具備する露光装置１００を用いて行うデバイスの製造方法について図２９を参照して説明する。
図２９は、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
図２９に示すように、電子デバイスの製造工程においては、まず、電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行い（工程Ｓ８１０）、次に、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する（工程Ｓ８２０）。
一方、シリコン等の材料を用いてウエハ（シリコン基板）を製造する（工程Ｓ８３０）。
次に、工程Ｓ８２０で製作したレチクル及び工程Ｓ８３０で製造したウエハを使用して、リソグラフィー技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する（工程Ｓ８４０）。
具体的には、まず、ウエハ表面に、絶縁膜、電極配線膜あるいは半導体膜との薄膜を成膜し（工程Ｓ８４１）、次に、この薄膜の全面にレジスト塗布装置（コータ）を用いて感光剤（レジスト）を塗布する（工程Ｓ８４２）。
次に、このレジスト塗布後の基板をウエハホルダー上にロードするとともに、工程Ｓ８３０において製造したレチクルをレチクルステージ上にロードして、そのレチクルに形成されたパターンをウエハ上に縮小転写する（工程Ｓ８４３）。この時、露光装置においては、上述した本発明に係る位置合わせ方法によりウエハの各ショット領域を順次位置合わせし、各ショット領域にレチクルのパターンを順次転写する。
具体的には、まず、ウエハ表面に、絶縁膜、電極配線膜あるいは半導体膜との薄膜を成膜し（工程Ｓ８４１）、次に、この薄膜の全面にレジスト塗布装置（コータ）を用いて感光剤（レジスト）を塗布する（工程Ｓ８４２）。
次に、このレジスト塗布後の基板をウエハホルダー上にロードするとともに、工程Ｓ８３０において製造したレチクルをレチクルステージ上にロードして、そのレチクルに形成されたパターンをウエハ上に縮小転写する（工程Ｓ８４３）。この時、露光装置においては、上述した本発明に係る位置合わせ方法によりウエハの各ショット領域を順次位置合わせし、各ショット領域にレチクルのパターンを順次転写する。
露光が終了したら、ウエハをウエハホルダーからアンロードし、現像装置（デベロッパ）を用いて現像する（工程Ｓ８４４）。これにより、ウエハ表面にレチクルパターンのレジスト像が形成される。
そして、現像処理が終了したウエハに、エッチング装置を用いてエッチング処理を施し（工程Ｓ８４５）、ウエハ表面に残存するレジストを、例えばプラズマアッシング装置等を用いて除去する（工程Ｓ８４６）。
これにより、ウエハの各ショット領域に、絶縁層や電極配線等のパターンが形成される。そして、この処理をレチクルを変えて順次繰り返すことにより、ウエハ上に実際の回路等が形成される。
そして、現像処理が終了したウエハに、エッチング装置を用いてエッチング処理を施し（工程Ｓ８４５）、ウエハ表面に残存するレジストを、例えばプラズマアッシング装置等を用いて除去する（工程Ｓ８４６）。
これにより、ウエハの各ショット領域に、絶縁層や電極配線等のパターンが形成される。そして、この処理をレチクルを変えて順次繰り返すことにより、ウエハ上に実際の回路等が形成される。
ウエハ上に回路等が形成されたら、次に、デバイスとしての組み立てを行う（工程Ｓ８５０）。具体的には、ウエハをダイシングして個々のチップに分割し、各チップをリードフレームやパッケージに装着し電極を接続するボンディングを行い、樹脂封止等パッケージング処理を行う。
そして、製造したデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行い（工程Ｓ８６０）、デバイス完成品として出荷する。
そして、製造したデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行い（工程Ｓ８６０）、デバイス完成品として出荷する。
以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、前述した実施の形態においては、ウエハＷのサーチアライメントを行うためのテンプレート生成を例示して本発明を説明したが、例えばレチクルＲの位置合わせを行うためのテンプレート生成や、ファインアライメントを行うためのテンプレート生成等にも本発明を適用することができる。
また、前述した実施の形態においては、本発明をオフ・アクシス方式のアライメントセンサに適用した場合を例に挙げて説明したが、撮像素子で撮像したマークの画像（パターン信号）を処理してマーク位置を検出する装置であれば、その全てに本発明を適用することができる。
また、前述した実施の形態においては、本発明をオフ・アクシス方式のアライメントセンサに適用した場合を例に挙げて説明したが、撮像素子で撮像したマークの画像（パターン信号）を処理してマーク位置を検出する装置であれば、その全てに本発明を適用することができる。
また、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型露光装置、ミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置に適用することが可能である。
また、半導体素子、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド及び撮像素子（ＣＣＤ等）の製造にも用いられる露光装置、及び、レチクルを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハ等に回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。すなわち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。
また、半導体素子、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド及び撮像素子（ＣＣＤ等）の製造にも用いられる露光装置、及び、レチクルを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハ等に回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。すなわち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。
また、本実施の形態の露光装置１００の露光光ＥＬとしては、ｇ線やｉ線、又は、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２エキシマレーザから出射される光を用いていたが、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）から出射される光のみならず、Ｘ線や電子線等の荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。
また、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は、可視域の単一波長レーザを、エルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、さらに非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。
また、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は、可視域の単一波長レーザを、エルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、さらに非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。
なお、前述した本発明の実施の形態による露光装置（図１）は、基板Ｗを精度よく高速に位置制御することができ、スループットを向上しつつ高い露光精度で露光が可能となるように、照明光学系、レチクルＲのアライメント系（不図示）、ウエハステージ９、移動鏡１１及びレーザ干渉計１２を含むウエハアライメント系、投影レンズＰＬ等の図１に示された各要素が電気的、機械的又は光学的に連結して組み上げられた後、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造される。なお、露光装置の製造は、温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、本発明は、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、前述した全ての公報の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
本開示は、２００３年６月２７日に提出された日本国特許出願第２００３−１８５３９２号及び２００４年５月２０日に提出された日本国特許出願第２００４−１５０４９９号に含まれた主題に関連し、その開示の全てはここに参照事項として明白に組み込まれる。
本開示は、２００３年６月２７日に提出された日本国特許出願第２００３−１８５３９２号及び２００４年５月２０日に提出された日本国特許出願第２００４−１５０４９９号に含まれた主題に関連し、その開示の全てはここに参照事項として明白に組み込まれる。
Claims (84)
- 物体上の所定領域内に任意に配置される前記所定領域よりも小さい面積を有する被計測領域内において、ユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、
前記所定領域内のパターン信号情報を得る第１工程と、
前記第１工程で得られた前記パターン信号情報の中から、前記所定領域内で前記被計測領域が取り得る全ての位置において、各位置ごとに該被計測領域内でユニークであると認識可能であり、そのユニークさが互いに異なる複数のユニークパターンを抽出する第２工程と、
前記第２工程で抽出された前記複数のユニークパターンの全てを、前記被計測領域が前記所定領域内で取り得る位置とは無関係に、前記基準パターンとして抽出する第３工程と
を有することを特徴とする基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、前記被計測領域よりも小さい面積の特定領域単位で、個々の前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項１に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、パターン形状特徴に関する情報を前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、前記パターン形状特徴に関する情報に加えて、互いに異なるパターン形状特徴を有する各パターンの個数及びそれらの配置関係の少なくともいずれか一方をも前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項３に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、互いに同一のパターン形状特徴を備えたパターンの個数及びそれらの配置関係の少なくともいずれか一方を、前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項２に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記パターン間の配置関係を前記ユニークさの指標として使用する場合には、該配置関係に関する設計値情報を使用する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記パターン形状特徴に関する情報を、前記所定領域内のパターン信号情報に対する、個々の前記特定領域内のパターン信号情報ごとの相関演算処理又はＳＳＤＡ法を用いた演算処理を行うことによって求める
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の基準パターン抽出方法。 - 前記パターンの形状特徴に関する情報を、個々の前記特定領域内のパターン信号情報におけるＳＮ比、エッジの量、エントロピー量、分散値、モーメント量の内の少なくともいずれか１つの情報量を用いて求める
ことを特徴とする請求項７に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第１工程では、前記所定領域を一度に撮像可能な撮像手段を用いて、前記所定領域内のパターン信号情報を求める
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第１工程では、
前記被計測領域内を撮像可能な撮像手段を用い、該撮像手段に対する前記物体の位置を変化させながら複数位置での前記被計測領域内のパターン信号情報をそれぞれ求め、
前記求められた複数のパターン信号情報を合成することにより、前記所定領域内のパターン信号情報を求める
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第１工程では、前記物体上に形成されたパターンに関する設計値情報を用いて、前記撮像手段に対する前記物体の位置決めを行う
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の基準パターン抽出方法。 - 請求項１〜１１のいずれかに記載の基準パターン抽出方法により求められた前記基準パターンを用いて、前記物体上の前記被計測領域内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う
ことを特徴とするパターンマッチング方法。 - 前記複数のユニークパターンの全てを順次用いて、前記被計測領域内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う
ことを特徴とする請求項１２に記載のパターンマッチング方法。 - 物体上の所定領域内に任意に配置される前記所定領域よりも小さい面積を有する被計測領域内において、ユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、
前記所定領域内のパターン信号情報を得るパターン信号情報取得手段と、
前記得られた前記パターン信号情報の中から、前記所定領域内で前記被計測領域が取り得る全ての位置において、各位置ごとに該被計測領域内でユニークであると認識可能であり、かつそのユニークさが互いに異なる複数のユニークパターンを抽出するユニークパターン抽出手段と、
前記抽出された前記複数のユニークパターンの全てを、前記被計測領域が前記所定領域内で取り得る位置とは無関係に、前記基準パターンとして抽出する基準パターン抽出手段と
を有することを特徴とする基準パターン抽出装置。 - 前記ユニークパターン抽出手段は、前記被計測領域よりも小さい面積の特定領域単位で、個々の前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項１４に記載の基準パターン抽出装置。 - 前記ユニークパターン抽出手段は、パターン形状特徴に関する情報を前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の基準パターン抽出装置。 - 前記ユニークパターン抽出手段は、前記パターン形状特徴に関する情報に加えて、互いに異なるパターン形状特徴を有する各パターンの個数及びそれらの配置関係の少なくともいずれか一方をも前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項１６に記載の基準パターン抽出装置。 - 前記ユニークパターン抽出手段は、互いに同一のパターン形状特徴を備えたパターンの個数及びそれらの配置関係の少なくともいずれか一方を、前記ユニークさの指標として用いながら、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項１５に記載の基準パターン抽出装置。 - 請求項１４〜１８のいずれかに記載の基準パターン抽出装置により求められた前記基準パターンを用いて、前記物体上の前記被計測領域内のパターン信号情報に対して、前記複数のユニークパターンの全てを順次用いて相関演算処理を行う相関演算処理手段
を有することを特徴とするパターンマッチング装置。 - 物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、
前記物体上に形成されたパターンの形状及びその配置情報の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る第１工程と、
前記設計値情報をパターン信号情報に変換する第２工程と、
前記パターン信号情報の中から、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出する第３工程と、
前記第３工程で抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する第４工程と
を有することを特徴とする基準パターン抽出方法。 - 前記第３工程では、
前記パターン信号情報に対する、前記パターン信号情報内の部分パターン信号情報ごとの相関演算処理、又はＳＳＤＡ法を用いた演算処理を行うことによって、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項２０に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第３工程では、前記部分パターン信号情報から得られる領域の大きさを変更しながら前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項２１に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第４工程では、前記第３工程において前記ユニークパターンが複数抽出された場合には、前記パターン信号情報内の他のパターンに対して特徴差が最も大きいユニークパターンを前記基準パターンとして決定する
ことを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の基準パターン抽出方法。 - 物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、
前記物体上に形成されたパターンの形状及びその配置情報の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る設計値情報取得手段と、
前記設計値情報をパターン信号情報に変換する情報変換手段と、
前記パターン信号情報の中から、ユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出するユニークパターン抽出手段と、
前記抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する基準パターン決定手段と
を有することを特徴とする基準パターン抽出装置。 - 前記ユニークパターン抽出手段では、前記部分パターン信号情報から得られる領域の大きさを変更しながら前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項２４に記載の基準パターン抽出装置。 - 物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、
物体上を撮像してパターン信号情報を求める第１工程と、
前記物体上に形成されたパターンの形状及び配置状態の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る第２工程と、
前記第１工程で得られたパターン信号情報と、前記第２工程で得られた設計値情報とに基づいて、前記パターン信号情報の中の一部分を、前記基準パターンに関する情報として抽出する第３工程と
を有することを特徴とする基準パターン抽出方法。 - 前記第３工程は、
前記設計値情報をパターン信号情報に変換する工程と、
前記変換されたパターン信号情報の中から、ユニークなパターン信号特徴を有する部分の位置に関するユニークパターン位置情報を求める工程と、
前記ユニークパターン位置情報に基づいて、前記第１工程で得られたパターン信号情報の中の一部分を特定する工程と、
前記特定された一部分を、前記基準パターンに関する情報として抽出する工程と
を有することを特徴とする請求項２６に記載の基準パターン抽出方法。 - 物体上に形成された所定パターンを識別する際に使用される基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、
物体上を撮像してパターン信号情報を求めるパターン信号情報取得手段と、
前記物体上に形成されたパターンの形状及び配置状態の少なくともいずれか一方に関する設計値情報を得る設計値情報取得手段と、
前記パターン信号情報取得手段により得られたパターン信号情報と、前記設計値情報取得手段で得られた設計値情報とに基づいて、前記パターン信号情報の中の一部分を、前記基準パターンに関する情報として抽出する基準パターン抽出手段と
を有することを特徴とする基準パターン抽出装置。 - 前記基準パターン抽出手段は、
前記設計値情報をパターン信号情報に変換するパターン信号情報変換手段と、
前記変換されたパターン信号情報の中から、ユニークなパターン信号特徴を有する部分の位置に関するユニークパターン位置情報を求めるユニークパターン位置情報取得手段と、
前記ユニークパターン位置情報に基づいて、前記第１工程で得られたパターン信号情報の中の一部分を特定するパターン信号特定手段と、
前記特定された一部分を、前記基準パターンに関する情報として抽出する基準パターン抽出手段と
を有することを特徴とする請求項２８に記載の基準パターン抽出装置。 - 物体上の所定領域内に形成された所定パターンを識別するパターンマッチング方法であって、
前記基準パターンとして、互いにユニークさの異なる複数の基準パターンを用意する第１工程と、
前記所定領域内を撮像してパターン信号情報を求める第２工程と、
前記複数の基準パターンの全てを順次用いて、前記第２工程で得られたパターン信号情報に対する相関演算処理を行う第３工程と
を有することを特徴とするパターンマッチング方法。 - 前記複数の基準パターンは、パターン形状特徴が互いに異なっている
ことを特徴とする請求項３０に記載のパターンマッチング方法。 - 前記複数の基準パターンは、特定形状を有するパターンの個数及び配置関係の少なくともいずれか一方が互いに異なっている
ことを特徴とする請求項３０又は３１に記載のパターンマッチング方法。 - 物体上の所定領域内に形成された所定パターンを識別するパターンマッチング装置であって、
前記基準パターンとして、互いにユニークさの異なる複数の基準パターンを用意する基準パターン用意手段と、
前記所定領域内を撮像してパターン信号情報を求めるパターン信号情報取得手段と、
前記複数の基準パターンの全てを順次用いて、前記得られたパターン信号情報に対する相関演算処理を行う相関演算処理手段と
を有することを特徴とするパターンマッチング装置。 - 物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、
前記物体上を、第１の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、第１のパターン信号情報を得る第１工程と、
前記第１工程で得られた前記第１のパターン信号情報に基づいて、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンが存在すると推測される前記物体上の所定領域を特定する第２工程と、
前記第２工程で特定された前記所定領域を、前記第１の検出倍率よりも高倍な第２の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、前記所定領域内の第２のパターン信号情報を得る第３工程と、
前記第３工程で得られた前記第２のパターン信号情報に基づいて、前記基準パターンとすべき前記ユニークパターンを抽出する第４工程と
を有することを特徴とする基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、
前記物体上の前記第１工程でパターン信号情報が得られた範囲内において複数の候補領域を設定し、
前記設定した各候補領域の前記第１のパターン信号情報に基づいて、当該候補領域内においてユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、
前記複数の候補領域の各々から得られた前記ユニークパターンのユニークさの大きい順に１又は複数の前記候補領域を前記所定領域として特定する
ことを特徴とする請求項３４に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第４工程で適切な前記基準パターンが決定されるまで、前記ユニークさの大きいユニークパターンが抽出された前記候補領域から順に当該候補領域を前記所定領域とみなして、当該所定領域内の前記第２のパターン信号情報を得て、当該第２のパターン信号情報に基づいて前記ユニークパターンを抽出し、当該ユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する
ことを特徴とする請求項３５に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第３工程及び第４工程における前記所定領域からの前記基準パターンの抽出の処理は、請求項１〜１１、２６又は２７のいずれかに記載の基準パターン抽出方法により、当該所定領域の前記第２のパターン信号情報に基づいて行う
ことを特徴とする請求項３４〜３６のいずれかに記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、前記第１のパターン信号情報に基づいて、前記候補領域よりも小さい面積を有し当該候補領域内の任意の位置に配置される被計測領域に必ず含まれる前記候補領域内の領域に存在するパターンであって、前記候補領域内においてユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、
前記第４工程では、前記第２のパターン信号情報に基づいて、前記所定領域内の任意の位置に配置される前記被計測領域に必ず含まれる前記所定領域内の領域に存在するパターンであって、前記所定領域内においてユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする請求項３５又は３６に記載の基準パターン抽出方法。 - 物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、
前記物体上を、第１の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、第１のパターン信号情報を得る第１情報取得手段と、
前記第１のパターン信号情報に基づいて、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンが存在すると推測される前記物体上の所定領域を特定する所定領域特定手段と、
前記特定された前記所定領域を、前記第１の倍率よりも高倍な第２の検出倍率を持つ光学系を介して光電検出して、前記所定領域内の第２のパターン信号情報を得る第２情報取得手段と、
前記第２のパターン信号情報に基づいて、前記基準パターンとすべき前記ユニークパターンを抽出し決定する基準パターン決定手段と
を有することを特徴とする基準パターン抽出装置。 - 前記所定領域から前記基準パターンを抽出する前記第２情報取得手段及び前記基準パターン決定手段は、請求項１４〜１８、２８又は２９のいずれかに記載の基準パターン抽出装置を用いて、前記所定領域の前記第２のパターン信号情報に基づいて行う
ことを特徴とする請求項３９に記載の基準パターン抽出装置。 - 物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、
前記物体上の所定領域のパターン信号情報を得る第１工程と、
前記第１工程で得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域よりも小さい面積を有し当該所定領域内の任意の位置に配置される被計測領域に必ず含まれる特定領域に存在するパターンであって、前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する第２工程と、
前記第２工程において前記特定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、前記第１工程で得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域内の任意の位置に配置され、面積が前記特定領域の面積以下のパターンであって、前記所定領域内においてユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出する第３工程と、
前記第３工程において前記ユニークパターンが抽出された場合に、前記ユニークパターンを含むように前記特定領域が規定されるように、前記所定領域を再設定する第４工程と
を有し、前記再設定された前記所定領域に対して、前記第１工程及び前記第２工程を施し、前記ユニークパターンを抽出する
ことを特徴とする基準パターン抽出方法。 - 物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、
前記物体上の所定領域のパターン信号情報を得るパターン信号情報取得手段と、
前記得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域よりも小さい面積を有し当該所定領域内の任意の位置に配置される被計測領域に必ず含まれる特定領域に存在するパターンであって、前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する基準パターン決定手段と、
前記基準パターン決定手段において前記特定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、前記パターン信号情報取得手段で得られたパターン信号情報に基づいて、前記所定領域内の任意の位置に配置され、面積が前記特定領域の面積以下のパターンであって、前記所定領域内においてユニークな信号特徴を有するユニークパターンを抽出するユニークパターン抽出手段と、
前記ユニークパターン抽出手段において前記ユニークパターンが抽出された場合に、前記ユニークパターンを含むように前記特定領域が規定されるように、前記所定領域を再設定する所定領域再設定手段と
を有し、前記再設定された前記所定領域に対して、前記パターン信号情報取得手段において前記パターン信号情報を取得し、前記基準パターン決定手段において前記基準パターンを決定する
ことを特徴とする基準パターン抽出装置。 - 物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、
前記物体上の所定領域のパータン信号情報を取得し、当該取得したパターン信号情報に基づいて前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する第１工程と、
前記第１工程において前記所定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、当該所定領域付近の領域であって、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンの存在する可能性の高い領域に、前記所定領域を再設定する第２工程と
を有し、前記再設定された前記所定領域に対して前記第１工程を施し前記基準パターンを決定する
ことを特徴とする基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、前記再設定前の前記所定領域のパターン信号情報及び当該所定領域付近のパターン信号情報の少なくともいずれか一方に基づいて、パターン特徴量の多い領域を検出し、当該領域方向に前記所定領域を再設定する
ことを特徴とする請求項４３に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、前記パターン信号情報に基づいてパターンを２値化又はエッジ検出し得られた特徴パターンに基づいて、前記パターン特徴量の多い領域を検出し、当該領域方向に前記所定領域を再設定する
ことを特徴とする請求項４４に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第２工程では、前記特徴パターンの重心位置を計測し、当該重心位置が前記ユニークパターンの抽出対象の領域となるように、前記所定領域を再設定する
ことを特徴とする請求項４５に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記第１工程では、請求項１〜１１、２０〜２３、２６又は２７のいずれかに記載の基準パターン抽出方法により前記基準パターンを決定する
ことを特徴とする請求項４３〜４６のいずれかに記載の基準パターン抽出方法。 - 物体上に形成されたパターンを識別する際に使用する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、
前記物体上の所定領域のパータン信号情報を取得し、当該取得したパターン信号情報に基づいて前記所定領域内においてユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンを抽出し、当該抽出されたユニークパターンに基づいて前記基準パターンを決定する基準パターン決定手段と、
前記基準パターン決定手段において前記所定領域から前記ユニークパターンが抽出できなかった場合に、当該所定領域付近の領域であって、ユニークなパターン信号特徴を有するユニークパターンの存在する可能性の高い領域に、前記所定領域を再設定する所定領域再設定手段と
を有し、前記再設定された前記所定領域に対して、前記基準パターン決定手段において再度前記基準パターンの決定を行う
ことを特徴とする基準パターン抽出装置。 - 前記所定領域再設定手段においては、前記再設定前の前記所定領域のパターン信号情報及び当該所定領域付近のパターン信号情報の少なくともいずれか一方に基づいて、パターン特徴量の多い領域を検出し、当該領域方向に前記所定領域を再設定する
ことを特徴とする請求項４８に記載の基準パターン抽出装置。 - 前記所定領域再設定手段においては、前記パターン信号情報に基づいてパターンを２値化又はエッジ検出し得られた特徴パターンに基づいて、前記パターン特徴量の多い領域を検出し、当該領域方向に前記所定領域を再設定する
ことを特徴とする請求項４９に記載の基準パターン抽出装置。 - 前記所定領域再設定手段においては、前記特徴パターンの重心位置を計測し、当該重心位置が前記ユニークパターンの抽出対象の領域となるように、前記所定領域を再設定する
ことを特徴とする請求項５０に記載の基準パターン抽出装置。 - 請求項２０〜２３，２６，２７，３４〜３８，４１又は４３〜４７のいずれかに記載の基準パターン抽出方法により抽出された前記基準パターンを用いて、前記物体上の被計測領域内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う
ことを特徴とするパターンマッチング方法。 - 請求項２４，２５，２８，２９，３９，４０，４２又は４８〜５１のいずれかに記載の基準パターン抽出装置により抽出された前記基準パターンを用いて、前記物体上の被計測領域内のパターン信号情報に対して相関演算処理を行う
ことを特徴とするパターンマッチング装置。 - 請求項１２，１３、３０〜３２又は５２のいずれかに記載のパターンマッチング方法を用いて、前記被計測領域内における前記ユニークパターンの位置情報を求める
ことを特徴とする位置検出方法。 - 請求項１９，３３又は５３いずれかに記載のパターンマッチング装置を用いて、前記被計測領域内における前記ユニークパターンの位置情報を求める位置情報検出手段
を有することを特徴とする位置検出装置。 - 請求項５３に記載の位置検出方法を用いて前記物体としての基板上に形成されたユニークパターンの、前記物体の移動座標系上での位置情報を求め、
前記位置情報に基づいて前記基板を位置合わせし、
前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する
ことを特徴とする露光方法。 - 前記物体としての基板上に形成されたユニークパターンの、前記物体の移動座標系上での位置情報を求める請求項５５に記載の位置検出装置と、
前記位置情報に基づいて前記基板を位置合わせする位置合わせ手段と、
前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する露光手段と
を有することを特徴とする露光装置。 - パターンが形成された物体上からユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法であって、所定面積の被計測領域が配置され得る、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域の中でユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出方法において、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする基準パターン抽出方法。 - 前記被計測領域が前記所定領域内の第１位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲と、前記被計測領域が前記第２位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲との一部が重複する場合に、前記第１基準パターンは、前記第１位置にある前記被計測領域のうち前記重複範囲を除く範囲から抽出されたパターンであり、前記第２基準パターンは、前記第２位置にある前記被計測領域のうち前記重複範囲を除く範囲から抽出されたパターンである
ことを特徴とする請求項５８に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記被計測領域が前記所定領域内の第１位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲と、前記被計測領域が前記第２位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲とが重複する範囲は存在しない
ことを特徴とする請求項５８に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記物体上にパターンを形成するための設計値情報に基づいて、前記第１基準パターン及び前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項５８に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する基準パターン複数個で構成される前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項５８に記載の基準パターン抽出方法。 - 前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、前記ユニークな信号特徴を有するパターンに対して所定位置に配置された特定パターンと前記ユニークな信号特徴を有するパターンとで構成された第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項５８に記載の基準パターン抽出方法。 - パターンが形成された物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出するパターンマッチング方法であって、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域の中から前記特定パターンを検出するパターンマッチング方法において、
前記基準パターンとして、前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出し、
前記物体上に前記被計測領域を設定し、
前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致するパターンを検出する
ことを特徴とするパターンマッチング方法。 - 前記被計測領域が前記所定領域内の第１位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲と、前記被計測領域が前記第２位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲との一部が重複する場合に、前記第１基準パターンは、前記第１位置にある前記被計測領域のうち前記重複範囲を除く範囲から抽出し、前記第２基準パターンは、前記第２位置にある前記被計測領域のうち前記重複範囲を除く範囲から抽出する
ことを特徴とする請求項６４に記載のパターンマッチング方法。 - 前記被計測領域が前記所定領域内の第１位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲と、前記被計測領域が前記第２位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲とで重複する範囲が存在しない
ことを特徴とする請求項６４に記載のパターンマッチング方法。 - 。
前記物体上にパターンを形成するための設計値情報に基づいて、前記第１基準パターン及び前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項６４に記載のパターンマッチング方法。 - 前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する基準パターン複数個で構成される前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項６４に記載のパターンマッチング方法。 - 前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、前記ユニークな信号特徴を有するパターンに対して所定位置に配置された特定パターンと前記ユニークな信号特徴を有するパターンとで構成された第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項６４に記載のパターンマッチング方法。 - パターンが形成された物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、前記物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出することによって前記特定パターンと前記被計測領域との相対位置情報を検出する位置検出方法において、
前記基準パターンとして、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域内で第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出し、
前記物体上に前記被計測領域を設定し、
前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致する特定パターンを検出し、前記特定パターンと前記被計測領域との相対位置情報を検出する
ことを特徴とする位置検出方法。 - 前記被計測領域が前記所定領域内の第１位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲と、前記被計測領域が前記第２位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲との一部が重複する場合に、前記第１基準パターンは、前記第１位置にある前記被計測領域のうち前記重複範囲を除く範囲から抽出し、前記第２基準パターンは、前記第２位置にある前記被計測領域のうち前記重複範囲を除く範囲から抽出する
ことを特徴とする請求項７０に記載の位置検出方法。 - 前記被計測領域が前記所定領域内の第１位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲と、前記被計測領域が前記第２位置にある際に前記被計測領域に含まれる範囲とで重複する範囲が存在しない
ことを特徴とする請求項７０に記載の位置検出方法。 - 。
前記物体上にパターンを形成するための設計値情報に基づいて、前記第１基準パターン及び前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項７０に記載の位置検出方法。 - 前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する基準パターン複数個で構成される前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項７０に記載の位置検出方法。 - 前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、前記ユニークな信号特徴を有するパターンに対して所定位置に配置された特定パターンと前記ユニークな信号特徴を有するパターンとで構成された第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項７０に記載の位置検出方法。 - パターンが形成された物体上からユニークな信号特徴を有する基準パターンを抽出する基準パターン抽出装置であって、
所定面積の被計測領域が配置され得る前記被計測領域よりも広い範囲の前記物体上の所定領域において、前記被計測領域が第１位置に位置する際に前記被計測領域に含まれるパターンからユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２準パターンを抽出するユニークパターン抽出装置
を有することを特徴とする基準パターン抽出装置。 - 前記ユニークパターン抽出装置は、前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する基準パターン複数個で構成される前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項７６に記載の基準パターン抽出装置。 - 前記ユニークパターン抽出装置は、前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、前記ユニークな信号特徴を有するパターンに対して所定位置に配置された特定パターンと前記ユニークな信号特徴を有するパターンとで構成された第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項７６に記載の基準パターン抽出装置。 - パターンが形成された物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出するパターンマッチング装置であって、前記被計測領域よりも広い範囲の所定領域の中から前記特定パターンを検出するパターンマッチング装置において、
前記基準パターンとして、前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出するユニークパターン抽出装置と、
前記物体上に前記被計測領域を設定する設定手段と、
前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致するパターンを検出する検出手段と
を有することを特徴とするパターンマッチング装置。 - 前記ユニークパターン抽出装置は、前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する基準パターン複数個で構成される前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項７９に記載のパターンマッチング装置。 - 前記ユニークパターン抽出装置は、前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、前記ユニークな信号特徴を有するパターンに対して所定位置に配置された特定パターンと前記ユニークな信号特徴を有するパターンとで構成された第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項７９に記載のパターンマッチング装置。 - パターンが形成された物体上に所定面積の被計測領域を配置し、前記被計測領域に含まれるパターンから予め定めた基準パターンと一致する特定パターンを検出して、前記物体と前記被計測領域との相対位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記基準パターンとして、前記被計測領域よりも広い所定領域内において前記被計測領域が第１位置に位置する際に、前記第１位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第１基準パターンを抽出するとともに、前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する第２基準パターンを抽出するユニークパターン抽出装置と、
前記物体上に前記被計測領域を設定する設定手段と、
前記被計測領域内の前記物体の像から前記第１基準パターン又は第２基準パターンと一致するパターンを検出し前記物体と前記被計測領域との相対位置情報を検出する検出装置と
を有することを特徴とする位置検出装置。 - 前記ユニークパターン抽出装置は、前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する基準パターン複数個で構成される前記第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項８２に記載の位置検出装置。 - 前記ユニークパターン抽出装置は、前記基準パターンとして、
前記所定領域内の第１位置に位置する前記被計測領域内に含まれるパターンから、ユニークな信号特徴を有する前記第１基準パターンを抽出するとともに、
前記所定領域内の前記第１位置とは異なる第２位置に位置する前記被計測領域であって、前記第１位置に位置する前記被計測領域とは異なるパターンを少なくとも一部含む当該第２位置に位置する前記被計測領域に含まれるパターンから、前記ユニークな信号特徴を有するパターンに対して所定位置に配置された特定パターンと前記ユニークな信号特徴を有するパターンとで構成された第２基準パターンを抽出する
ことを特徴とする請求項８２に記載の位置検出装置。
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