(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上のパターンの画像を順次取り込む画像取込手段と、
前記パターンの画像に対するテンプレートマッチング用のテンプレート画像を記憶する記憶手段と、
前記パターンに応じた前記テンプレート画像を用いて前記パターンの画像に対するテンプレートマッチングを行い、前記テンプレートマッチングの結果が類似性に関する第１の相関閾値に基づいて前記パターンの画像の中で前記テンプレート画像に合致する部分であるターゲット部分の位置を求める演算手段と、
前記テンプレートマッチングの結果が前記第１の相関閾値よりも類似性の高い第２の相関閾値を越えたときに、前記演算手段によって前記ターゲット部分の位置が求められた前記パターンの画像を用いて新しいテンプレート画像を作成し、該新しいテンプレート画像を前記テンプレート画像と置き換えて前記記憶手段に記憶させるテンプレート更新手段とを備え、
前記第２の相関閾値は可変であり、
前記テンプレート更新手段は、複数の前記パターンの画像それぞれの類似性を求めた後に該類似性の最も高い画像を用いて前記新しいテンプレート画像を作成する第１のモードと、前記複数のパターンの画像の類似性を求め、類似性が前記第２の相関閾値を越える度にその画像を用いて前記新しいテンプレート画像を作成する第２のモードとを有する
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記画像取込手段は、複数の前記パターンの画像を取り込み、
前記演算手段は、同じ前記テンプレート画像を用いて前記複数のパターンの画像それぞれに対するテンプレートマッチングを行い、
前記テンプレート更新手段は、前記演算手段によって前記ターゲット部分の位置が求められた前記パターンの画像のうち、前記ターゲット部分と前記テンプレート画像との類似性が最も高い画像を用いて、前記新しいテンプレート画像を作成する
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の位置検出装置において、
前記テンプレート更新手段は、前記パターンの画像から前記ターゲット部分を切り出すことにより、該ターゲット部分を前記新しいテンプレート画像として作成する
ことを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理のテンプレートマッチングによって物体上のパターンの位置を検出する位置検出装置に関し、特に、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において基板(半導体ウエハや液晶基板など)に形成されたパターンの高精度な位置検出に好適な位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、周知の露光工程と現像工程とを経てレジスト層に回路パターンが転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、下地の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。そして、上記のパターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板（半導体ウエハや液晶基板）の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。
【０００３】
さらに、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため（製品の歩留まり向上を図るため）、各々のパターン形成工程のうち露光工程の前に、基板のアライメントを行い、現像工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行っている。なお、基板のアライメントには、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成されたアライメントマークが用いられる。レジストパターンの重ね合わせ検査には、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成された重ね合わせマークと、現在のパターン形成工程でレジスト層に形成された重ね合わせマークとが用いられる。
【０００４】
また、基板のアライメントを行う装置や、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置には、上記のアライメントマークや重ね合わせマーク（総じて単に「マーク」という）の位置を検出する装置が組み込まれている。
位置検出装置では、ＣＣＤカメラなどの撮像素子を用いてマークの画像を取り込み、この入力画像に対するテンプレートマッチングにより、マークの位置検出を行う（例えば特許文献１を参照）。具体的に説明すると、テンプレートマッチング用のテンプレート画像を用い、入力画像の中でテンプレート画像に合致するターゲット部分を探索し、ターゲット部分を「マークの像」と認識して、その位置を求める。位置検出装置による検出位置は、入力画像における「マークの像」の位置である。
【０００５】
従来の位置検出装置において、テンプレートマッチング用のテンプレート画像は、レシピ作成時に例えばテスト基板を用いて作成される。そして、検出対象となる基板が変わってもロットが変わっても同じテンプレート画像を継続的に使用することが一般的である。
【特許文献１】特開２００２−１９８２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、その途中段階に（例えばロットが変わるときに）、製造条件を微調整することがある。そして、このようなプロセス変動によって、基板上のマーク（例えばアライメントマーク）が変形することもある。基板上のマークが変形すると、当然、位置検出時の入力画像における「マークの像」も変形する。このため、従来の位置検出装置のように、同じテンプレート画像を継続的に使用してテンプレートマッチングを行う場合、時間の経過と共にマッチング誤差が大きくなり、位置検出の精度が低下することがあった。
【０００７】
上記のような問題は、基板上のマーク（アライメントマークや重ね合わせマークなど）の位置を検出する場合に限らず、基板上の回路パターンの位置を検出する場合にも起こり得る。本件では、マーク（アライメントマークや重ね合わせマークなど）や回路パターンなどを総じて単に「パターン」という。
本発明の目的は、物体上のパターンの位置をテンプレートマッチングによって常に精度よく検出できる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の位置検出装置は、物体上のパターンの画像を順次取り込む画像取込手段と、前記パターンの画像に対するテンプレートマッチング用のテンプレート画像を記憶する記憶手段と、前記パターンに応じた前記テンプレート画像を用いて前記パターンの画像に対するテンプレートマッチングを行い、前記テンプレートマッチングの結果が類似性に関する第１の相関閾値に基づいて前記パターンの画像の中で前記テンプレート画像に合致する部分であるターゲット部分の位置を求める演算手段と、前記テンプレートマッチングの結果が前記第１の相関閾値よりも類似性の高い第２の相関閾値を越えたときに、前記演算手段によって前記ターゲット部分の位置が求められた前記パターンの画像を用いて新しいテンプレート画像を作成し、該新しいテンプレート画像を前記テンプレート画像と置き換えて前記記憶手段に記憶させるテンプレート更新手段とを備えたものである。また、前記第２の相関閾値は可変であり、前記テンプレート更新手段は、複数の前記パターンの画像それぞれの類似性を求めた後に該類似性の最も高い画像を用いて前記新しいテンプレート画像を作成する第１のモードと、前記複数のパターンの画像の類似性を求め、類似性が前記第２の相関閾値を越える度にその画像を用いて前記新しいテンプレート画像を作成する第２のモードとを有する。
【０００９】
また、前記画像取込手段は、複数の前記パターンの画像を取り込み、前記演算手段は、同じ前記テンプレート画像を用いて前記複数のパターンの画像それぞれに対するテンプレートマッチングを行い、前記テンプレート更新手段は、前記演算手段によって前記ターゲット部分の位置が求められた前記パターンの画像のうち、前記ターゲット部分と前記テンプレート画像との類似性が最も高い画像を用いて、前記新しいテンプレート画像を作成しても良い。
【００１１】
また、前記テンプレート更新手段は、前記パターンの画像から前記ターゲット部分を切り出すことにより、該ターゲット部分を前記新しいテンプレート画像として作成しても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の位置検出装置によれば、物体上のパターンの位置をテンプレートマッチングによって常に精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
ここでは、半導体素子の製造工程において、露光工程の前に半導体ウエハのアライメントを行う装置（つまり露光装置のアライメント系）に組み込まれた位置検出装置を例に説明する。半導体ウエハは請求項の「物体」に対応し、以下では単に「ウエハ」という。
【００１４】
第１実施形態の位置検出装置１０は、図１に示す通り、ウエハ１０Ａを支持するステージ１１と、光学系１２と、カメラ１３と、画像処理部１４と、記憶部１５とで構成されている。このうち、ステージ１１,光学系１２,カメラ１３,画像処理部１４は総じて請求項の「画像取込手段」に対応する。画像処理部１４は「演算手段」,「テンプレート更新手段」に対応する。記憶部１５は「記憶手段」に対応する。
【００１５】
ウエハ１０Ａの下地層には、図２に例示した３個のアライメントマーク２１〜２３と、図示省略した多数のアライメントマークとが形成されている。これらのアライメントマーク２１,２２,…は、第１実施形態の位置検出装置１０による位置検出の対象である。なお、ウエハ１０Ａの最上層はレジスト層である。このレジスト層には回路パターンがまだ形成されていない。レジスト層に回路パターンが形成されるのは、露光工程と現像工程とを経た後である。
【００１６】
位置検出装置１０のステージ１１は、不図示の搬送系によってウエハカセットから搬送されてきたウエハ１０Ａを上面に載置し、例えば真空吸着により固定保持する。ステージ１１は、少なくとも水平面内で２次元的に移動可能であり、位置検出の際にウエハ１０Ａのアライメントマーク２１,２２,…を１つずつ順に所定の視野(カメラ１３の撮像視野)内に位置決めする。このステージ１１は、露光装置のステージと共通である。
【００１７】
なお、第１実施形態の位置検出装置１０によるアライメントマーク２１,２２,…の位置検出（後述）が終わると、ウエハ１０Ａのアライメントが行われ、レジスト層に対する露光工程に進む。そして露光工程が終わると、そのウエハ１０Ａはステージ１１から回収され、別のウエハ１０Ａがステージ１１に載置され、同様の処理（位置検出→アライメント→露光工程）が繰り返される。
【００１８】
位置検出装置１０の光学系１２は、ステージ１１上のウエハ１０Ａの局所領域（例えば図２のアライメントマーク２１）の光像を形成する。カメラ１３は、不図示の撮像素子によりウエハ１０Ａの局所領域（アライメントマーク２１）の光像を撮像し、撮像信号を画像処理部１４に出力する。画像処理部１４は、カメラ１３から撮像信号を取り込むと、これを所定ビットのディジタル画像に変換し、得られた入力画像に対して後述のテンプレートマッチングなどの画像処理を行う。
【００１９】
記憶部１５は、入力画像に対するテンプレートマッチング用のテンプレート画像を記憶する。記憶部１５が予め(位置検出前に)記憶しているテンプレート画像３０（図３(ａ)）は、レシピ作成と同時に作成したものである。テンプレート画像３０の作成は、例えばテストウエハ上に形成されたアライメントマークの画像を位置検出装置１０の画像処理部１４によって取り込み、その画像からマニュアルでマーク部分を切り出すことにより行われる。そして、記憶部１５の記憶内容（テンプレート画像）は、半導体素子の製造工程の途中段階で必要に応じて（画像処理部１４の指示により）自動的に更新されていく。
【００２０】
次に、第１実施形態の位置検出装置１０によるアライメントマーク２１,２２,…の位置検出方法について説明する。この位置検出方法は、図４のフローチャートの手順（ステップＳ１〜Ｓ９）にしたがって行われる。また、この位置検出は、半導体素子の製造工程において、ウエハ１０Ａのレジスト層に対する露光工程の前に行われる。
ステージ１１の上に１枚目のウエハ１０Ａが載置されると、このウエハ１０Ａに形成されたアライメントマーク２１,２２,…の位置検出をテンプレートマッチングによって行うため、画像処理部１４は、図４のステップＳ１において、記憶部１５からテンプレート画像３０（図３(ａ)）を読み出す。このテンプレート画像３０は、レシピと同時に作成されたものである。
【００２１】
また、ステージ１１の移動により、１枚目のウエハ１０Ａの１番目のアライメントマーク（以下の説明ではアライメントマーク２１とする）が、カメラ１３の撮像視野内に位置決めされると、画像処理部１４は、ステップＳ２において、そのアライメントマーク２１の画像（図３(ｂ)の入力画像３１）を取り込む。この入力画像３１には、アライメントマーク２１の像（以下「マーク像２１Ａ」という）が現れている。
【００２２】
次に（ステップＳ３）、画像処理部１４は、テンプレート画像３０を用いて入力画像３１に対するテンプレートマッチングを行う。そして、入力画像３１の中でテンプレート画像３０に合致するターゲット部分３１Ａ（図３(ｃ)）を探索し、ターゲット部分３１Ａをマーク像２１Ａと認識して、その位置(Ｘ1,Ｙ1)を求める。位置(Ｘ1,Ｙ1)は、入力画像３１における位置である。テンプレートマッチングの演算には、例えば周知の相互相関法が用いられる（以下この例で説明する）。
【００２３】
上記のテンプレートマッチングが成功して位置(Ｘ1,Ｙ1)が求められると、画像処理部１４は、１枚目のウエハ１０Ａの１番目のアライメントマーク２１の位置検出の結果として、ターゲット部分３１Ａ（つまりマーク像２１Ａ）の位置(Ｘ1,Ｙ1)に関する情報を記憶部１５に保存する（ステップＳ４）。また、現在のステージ１１の位置に関する情報も併せて保存する。これらの位置情報は、ウエハ１０Ａのアライメントに用いられる。
【００２４】
さらに、画像処理部１４は、同じステップＳ４において、テンプレートマッチングの際に算出した「テンプレート画像３０とターゲット部分３１ＡとのマッチングスコアＭ31」を記憶部１５に保存する。このマッチングスコアＭ31は、テンプレート画像３０とターゲット部分３１Ａとの類似性に関する指標（つまり類似度）である。
テンプレートマッチングの演算を周知の相互相関法により行った場合、マッチングスコアＭ31は正規化された相互相関係数であり、類似性が高いほど大きな値を示す。また、マッチングスコアＭ31が大きいほど、マッチング誤差が小さく、位置検出の精度が高い（つまり位置検出の結果である位置(Ｘ1,Ｙ1)が正確）と考えられる。ちなみに、テンプレートマッチングが成功した場合、マッチングスコアＭ31は所定の基準値Ｍ1より大きな値を示す。このようなマッチングスコアＭ31は、テンプレート画像３０を更新するか否かの判断（後述のステップＳ６,Ｓ７）で用いられる。
【００２５】
次に（ステップＳ５）、画像処理部１４は、同じ１枚目のウエハ１０Ａの他のアライメントマーク（ここではアライメントマーク２２,２３,…）の位置検出を行うか否かを判断する。そして位置検出を行う場合（Ｓ５がＹｅｓ）、画像処理部１４は、ステップＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返す。
つまり、１枚目のウエハ１０Ａの２番目のアライメントマーク（以下の説明ではアライメントマーク２２とする）が視野内に位置決めされると、アライメントマーク２２の画像（図３(ｄ)の入力画像３２）を取り込み、同じテンプレート画像３０を用いてテンプレートマッチングを行う。そして、テンプレートマッチングが成功した場合、入力画像３２におけるターゲット部分３２Ａ（つまりマーク像２２Ａ）の位置(Ｘ2,Ｙ2)と、現在のステージ１１の位置に関する情報を記憶部１５に保存する。また、テンプレート画像３０とターゲット部分３２ＡとのマッチングスコアＭ32も保存する。
【００２６】
さらに、１枚目のウエハ１０Ａの３番目のアライメントマーク（以下の説明ではアライメントマーク２３とする）についても同様の位置検出を行う場合、アライメントマーク２３が視野内に位置決めされると、その画像（図３(ｅ)の入力画像３３）を取り込み、同じテンプレート画像３０を用いてテンプレートマッチングを行う。そして、テンプレートマッチングが成功した場合、入力画像３３におけるターゲット部分３３Ａ（つまりマーク像２３Ａ）の位置(Ｘ3,Ｙ3))と、現在のステージ１１の位置に関する情報を保存する。また、テンプレート画像３０とターゲット部分３３ＡとのマッチングスコアＭ33も保存する。
【００２７】
このようにしてステップＳ２〜Ｓ５の処理を繰り返し、１枚目のウエハ１０Ａにおけるアライメントマーク２１,２２,…の位置検出が全て終了すると（Ｓ５がＮｏ）、画像処理部１４は、次のステップＳ６の処理に進む。この時点で、記憶部１５には、テンプレートマッチングが成功した場合の位置情報(ウエハアライメント用)とマッチングスコア(テンプレート更新用)とが保存されている。
【００２８】
このため、露光装置のアライメント系では、位置検出装置１０の記憶部１５に記憶されている位置情報(ウエハアライメント用)、例えば、アライメントマーク２１,２２,…の入力画像３１,３２,…における位置(Ｘ1,Ｙ1)(Ｘ2,Ｙ2)…と、入力画像３１,３２,…を取り込んだ際のステージ１１の位置とに基づいて、ステージ１１上の１枚目のウエハ１０Ａのアライメントを行う。
【００２９】
一方、位置検出装置１０の画像処理部１４は、記憶部１５に記憶されているマッチングスコア(テンプレート更新用)、例えば、現在のテンプレート画像３０とターゲット部分３１Ａ,３２Ａ,…とのマッチングスコアＭ31,Ｍ32,…に基づいて、ステップＳ６以降の処理を行う。概略、ステップＳ６,Ｓ７ではテンプレート画像３０を更新するか否かの判断を行い、ステップＳ８,Ｓ９ではテンプレート画像３０を実際に更新する。以下、ステップＳ６〜Ｓ９の処理について順に説明する。
【００３０】
ステップＳ６では、現在のテンプレート画像３０とターゲット部分３１Ａ,３２Ａ,…とのマッチングスコアＭ31,Ｍ32,…を大小比較する。これらのマッチングスコアＭ31,Ｍ32,…は、何れもテンプレートマッチングが成功した場合の相互相関係数であり、所定の基準値Ｍ1より大きな値を示している。また、ターゲット部分３１Ａ,３２Ａ,…のうち、現在のテンプレート画像３０との類似性が高いものほど、マッチングスコアＭ31,Ｍ32,…が大きな値を示している。そして、マッチングスコアＭ31,Ｍ32,…の大小比較により、その中での最高スコアＭmaxを選択する。
【００３１】
次のステップＳ７では、選択した最高スコアＭmaxを予め定めた閾値Ｍ2と大小比較する。閾値Ｍ2は、上記の基準値Ｍ1と同じ値に設定しても良いし、基準値Ｍ1より大きい値に設定しても良い。つまり、テンプレートマッチングが成功した場合にマッチングスコア（相互相関係数）が取り得る値の範囲内で、閾値Ｍ2を設定すればよい。なお、最高スコアＭmaxは、常に基準値Ｍ1より大きな値を示す。
【００３２】
そして、最高スコアＭmaxが閾値Ｍ2より大きい場合には（Ｓ７がＹｅｓ）、テンプレート画像３０を更新するために、ステップＳ８,Ｓ９の処理に進む。ここで、閾値Ｍ2が基準値Ｍ1と同じ値の場合、最高スコアＭmaxは常に閾値Ｍ2より大きくなる（Ｓ７がＹｅｓ）ため、テンプレート画像３０の更新（Ｓ８,Ｓ９）が必ず行われる。また、基準値Ｍ1に対して閾値Ｍ2を大きくするほど、最高スコアＭmaxが閾値Ｍ2を上回る頻度が減少し、テンプレート画像３０の更新（Ｓ８,Ｓ９）の頻度も減少する。
【００３３】
テンプレート画像３０の更新（Ｓ８,Ｓ９）について説明する。一例として、最高スコアＭmaxが「現在のテンプレート画像３０と３番目のターゲット部分３３Ａ(図３(ｅ))とのマッチングスコアＭ33」である場合を説明する。
ステップＳ８では、最高スコアＭmaxに対応する入力画像３３(図３(ｅ))から、ターゲット部分３３Ａを切り出すことにより、ターゲット部分３３Ａを新しいテンプレート画像３４（図３(ｆ)）として作成する。そして、次のステップＳ９において、新しいテンプレート画像３４を記憶部１５に記憶させる（保存する）。
【００３４】
このタイミングで記憶部１５に記憶させた新しいテンプレート画像３４は、２枚目のウエハ１０Ａ（後述）の入力画像に対するテンプレートマッチングの際に用いられる。新しいテンプレート画像３４を記憶させたため、レシピと同時に作成された以前のテンプレート画像３０（図３(ａ)）が、今後のテンプレートマッチングに用いられることはない。
新しいテンプレート画像３４（図３(ｆ)）は、テンプレートマッチングが成功して位置(Ｘ1,Ｙ1)(Ｘ2,Ｙ2)…が求められた入力画像３１,３２,…のターゲット部分３１Ａ,３２Ａ,…のうち、以前のテンプレート画像３０（図３(ａ)）とのマッチングスコアＭ31,Ｍ32,…が最も大きな値（最高スコアＭmax）を示し、つまり、以前のテンプレート画像３０との類似性が最も高く、且つ、その類似性が予め定めたレベルよりも高い（最高スコアＭmax＞閾値Ｍ2）ものに相当する。すなわち、新しいテンプレート画像３４（図３(ｆ)）は、以前のテンプレート画像３０（図３(ａ)）と非常に良く似たものである。
【００３５】
位置検出装置１０の画像処理部１４は、以上で図４のフローチャートの全処理（ここでは１枚目のウエハ１０Ａに関わる全処理）を終了する。なお、ステップＳ７の判断処理において最高スコアＭmaxが閾値Ｍ2以下となった場合には（Ｓ７がＮｏ）、テンプレート画像３０の更新（Ｓ８,Ｓ９）を行わずに、図４のフローチャートの全処理（ここでは１枚目のウエハ１０Ａに関わる全処理）を終了する。
【００３６】
その後、露光装置のアライメント系による１枚目のウエハ１０Ａのアライメントが終了し、１枚目のウエハ１０Ａのレジスト層に対する露光工程が終了し、１枚目のウエハ１０Ａがステージ１１から回収され、２枚目のウエハ１０Ａがステージ１１の上に載置されると、画像処理部１４は、２枚目のウエハ１０Ａに対して図４のステップＳ１〜Ｓ９の処理を順に実行する。
【００３７】
上記した１枚目のウエハ１０Ａに対する図４の処理の中でテンプレート画像３０（図３(ａ)）を新しいテンプレート画像３４（図３(ｆ)）に更新した場合、２枚目のウエハ１０Ａに対するステップＳ１の処理では、記憶部１５から新しいテンプレート画像３４を読み出す。そして、この新しいテンプレート画像３４を用いて、２枚目のウエハ１０Ａのアライメントマーク２１,２２,…の入力画像３１,３２,…に対するテンプレートマッチングを行う。
【００３８】
また、１枚目のウエハ１０Ａに対する図４の処理の中でテンプレート画像３０の更新を行わなかった場合、２枚目のウエハ１０Ａに対するステップＳ１の処理では、記憶部１５から同じテンプレート画像３０を読み出す。そして、同じテンプレート画像３０を用いて、２枚目のウエハ１０Ａのアライメントマーク２１,２２,…の入力画像３１,３２,…に対するテンプレートマッチングを行う。
【００３９】
このように、２枚目のウエハ１０Ａでは、テンプレート画像３０またはテンプレート画像３４を用いて入力画像３１,３２,…に対するテンプレートマッチングを行った後、１枚目のウエハ１０Ａのときと同様に、テンプレートマッチングが成功した場合の位置情報(ウエハアライメント用)とマッチングスコア(テンプレート更新用)とを記憶部１５に保存する。そして、テンプレート更新を行うか否かの判断（Ｓ６,Ｓ７）を行い、必要に応じてテンプレート更新（Ｓ８,Ｓ９）を行う。
【００４０】
さらに、２枚目のウエハ１０Ａに代えて３枚目のウエハ１０Ａがステージ１１の上に載置された場合も同様であり、画像処理部１４は、３枚目のウエハ１０Ａに対して図４の処理（Ｓ１〜Ｓ９）を順に実行する。つまり、記憶部１５から読み出したテンプレート画像を用いて入力画像に対するテンプレートマッチングを行い、テンプレートマッチングが成功した場合の位置情報(ウエハアライメント用)とマッチングスコア(テンプレート更新用)とを記憶部１５に保存する。そして、テンプレート更新を行うか否かの判断（Ｓ６,Ｓ７）を行い、必要に応じてテンプレート更新（Ｓ８,Ｓ９）を行う。
【００４１】
４枚目以降のウエハ１０Ａに対する処理も上記の繰り返しであり、テンプレート画像の更新（Ｓ８,Ｓ９）が必要に応じて行われていく。新しいテンプレート画像は、常に、テンプレートマッチングが成功した入力画像のターゲット部分のうち、以前のテンプレート画像とのマッチングスコアが最も大きな値(Ｍmax)を示し、以前のテンプレート画像との類似性が最も高く、且つ、その類似性が予め定めたレベルよりも高い(Ｍmax＞Ｍ2)ものである。すなわち、以前のテンプレート画像と非常に良く似たものである。
【００４２】
上記のように、第１実施形態の位置検出装置１０では、ステージ１１の上に載置された各々のウエハ１０Ａに対する図４の処理の中で、位置検出の際のテンプレートマッチングが成功した入力画像（つまりターゲット部分の位置が求められた入力画像）を用いて、テンプレート画像を自動的に更新していく。
このため、半導体素子の製造工程の途中段階に（例えばロットが変わるときに）、製造条件の微調整（プロセス変動）によりアライメントマークが少しずつ変形しても、テンプレート画像をその変形に追従させることができ、マッチング誤差の増大を確実に防ぐことができる。したがって、半導体素子の製造工程において時間が経過しても、各々のウエハ１０Ａに形成されたアライメントマーク２１,２２,…の位置をテンプレートマッチングによって常に精度よく検出することができる。
【００４３】
また、上記した従来の位置検出装置では、時間の経過と共にマッチング誤差が大きくなることがあり、マッチング誤差の増大による位置検出精度の低下に対処するため、製造工程を一時的に停止させて人手によりテンプレート画像を作り直さなければならなかった。しかし、第１実施形態の位置検出装置１０によれば、マッチング誤差の増大を確実に防ぐことができるため、製造工程を一時的に停止させる事態が発生しない。したがって、装置の稼働率が上がり、スループットが向上する。さらに、人手によるテンプレート画像の作り直し作業そのものが必要なくなるため、作業コストを削減できる。
【００４４】
また、第１実施形態の位置検出装置１０では、図４のステップＳ６〜Ｓ９の処理（テンプレート画像の自動更新処理）を、露光装置のアライメント系によるウエハ１０Ａのアライメントやウエハ１０Ａのレジスト層に対する露光工程と並行して行うため、スループットが確実に向上する。
さらに、第１実施形態の位置検出装置１０では、ウエハ１０Ａに形成された多数のアライメントマーク２１,２２,…の入力画像のうち、ターゲット部分と現在のテンプレート画像との類似性が最も高い画像（つまり最高スコアＭmaxの画像）を用いて、新しいテンプレート画像を作成するため、製造工程における突発的なプロセス変動によってアライメントマークが極端に変形した場合でも、その影響を受けずに安定したテンプレート自動更新が可能となる。その結果、マッチング誤差の経時的な変動幅が小さくなり、位置検出精度の変動幅も小さくなる。
【００４５】
また、第１実施形態の位置検出装置１０によれば、ウエハ１０Ａに形成された多数のアライメントマークの入力画像のうち、ターゲット部分と現在のテンプレート画像との類似性が予め定めたレベルよりも高い画像（最高スコアＭmax＞閾値Ｍ2）を用いて、新しいテンプレート画像を作成するため、そのレベル（閾値Ｍ2）の設定に応じて、テンプレート自動更新の頻度を調節できる。閾値Ｍ2を大きく設定するほど、更新頻度は少なくなる。閾値Ｍ2は、アライメントマークの変形の傾向に追従可能で、細かい変形には影響されないような適切な値に設定することが好ましい。
【００４６】
さらに、第１実施形態の位置検出装置１０によれば、位置検出の際のテンプレートマッチングが成功した画像（つまりターゲット部分の位置が求められた画像）からターゲット部分を切り出すことにより、そのターゲット部分を新しいテンプレート画像として作成するため、簡単にテンプレート自動更新を行える。
また、第１実施形態の位置検出装置１０によれば、各ウエハ１０Ａの位置検出後に（図４のステップＳ６,Ｓ７で）テンプレート更新を行うか否かを判断するため、テンプレート自動更新を効率よく行える。
（第２実施形態）
ここでは、ウエハ１０Ａに形成されたアライメントマーク２１,２２,…(図２)の位置検出方法について他の例を説明する。第２実施形態の位置検出方法は、既に説明した図４のフローチャートの手順（ステップＳ１〜Ｓ９）のうち、ステップＳ６〜Ｓ９の処理を省略し、その代わりにステップＳ４,Ｓ５の処理の間で、新たに図５のステップＳ１０〜Ｓ１２の処理を実行するものである。また、第２実施形態の位置検出方法では、ステップＳ５の判断が“Ｙｅｓ”の場合、ステップＳ１の処理に戻る。
【００４７】
ステージ１１の上に１枚目のウエハ１０Ａが載置されると、図１の画像処理部１４は、図５のステップＳ１で記憶部１５からテンプレート画像を読み出し、ステップＳ２で１番目のアライメントマーク２１の画像を取り込み、ステップＳ３でテンプレートマッチングを行う。そして、テンプレートマッチングが成功した場合、ステップＳ４で位置情報(ウエハアライメント用)とマッチングスコアＭ(テンプレート更新用)とを保存し、ステップＳ１０の処理に進む。
【００４８】
ステップＳ１０では、上記のマッチングスコアＭを予め定めた閾値Ｍ4と大小比較する。テンプレートマッチングが成功した場合、マッチングスコアＭは、所定の基準値Ｍ1より大きな値を示す。閾値Ｍ4は、基準値Ｍ1と同じ値に設定しても良いし、基準値Ｍ1より大きい値に設定しても良い。つまり、テンプレートマッチングが成功した場合にマッチングスコア（相互相関係数）が取り得る値の範囲内で、閾値Ｍ4を設定すればよい。
【００４９】
そして、マッチングスコアＭが閾値Ｍ4より大きい場合には（Ｓ１０がＹｅｓ）、テンプレート画像を更新するために、ステップＳ１１,Ｓ１２の処理に進む。ここで、閾値Ｍ4が基準値Ｍ1と同じ値の場合、マッチングスコアＭは常に閾値Ｍ4より大きくなる（Ｓ１０がＹｅｓ）ため、テンプレート画像の更新（Ｓ１１,Ｓ１２）が必ず行われる。また、基準値Ｍ1に対して閾値Ｍ4を大きくするほど、マッチングスコアＭが閾値Ｍ4を上回る頻度が減少し、テンプレート画像の更新（Ｓ１１,Ｓ１２）の頻度も減少する。
【００５０】
ステップＳ１１では、マッチングスコアＭに対応する入力画像からターゲット部分を切り出すことにより、このターゲット部分を新しいテンプレート画像として作成する。マッチングスコアＭに対応する入力画像とは、ステップＳ２で取り込まれ、テンプレートマッチングが成功してターゲット部分の位置が求められ、ターゲット部分と以前のテンプレート画像との類似性が予め定めたレベルよりも高い画像である（マッチングスコアＭ＞閾値Ｍ4）。このため、新しいテンプレート画像は、以前のテンプレート画像と非常に良く似たものである。そして、次のステップＳ１２において、新しいテンプレート画像を記憶部１５に記憶させる（保存する）。
【００５１】
このタイミングで記憶部１５に記憶させた新しいテンプレート画像は、２番目のアライメントマーク２２の画像に対するテンプレートマッチングの際に用いられる。新しいテンプレート画像を記憶させたため、レシピと同時に作成された以前のテンプレート画像が、今後のテンプレートマッチングに用いられることはない。
画像処理部１４は、以上で１つのアライメントマーク（ここでは１番目のアライメントマーク２１）に関わる全処理を終了する。なお、ステップＳ１０の判断処理においてマッチングスコアＭが閾値Ｍ4以下となった場合には（Ｓ１０がＮｏ）、テンプレート画像の自動更新（Ｓ１１,Ｓ１２）を行わずに、１つのアライメントマーク（ここでは１番目のアライメントマーク２１）に関わる全処理を終了する。
【００５２】
そして次に、画像処理部１４は、ステップＳ５の処理に進み、同じ１枚目のウエハ１０Ａの他のアライメントマーク（ここではアライメントマーク２２,２３,…）の位置検出を行うか否かを判断する。そして位置検出を行う場合（Ｓ５がＹｅｓ）、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ１０→（Ｓ１１→Ｓ１２）→Ｓ５の処理を繰り返す。
２番目のアライメントマーク２２が視野内に位置決めされると、記憶部１５からテンプレート画像を読み出し、２番目のアライメントマーク２２の画像を取り込み、テンプレートマッチングを行う。上記した１番目のアライメントマーク２１に関わる処理の中でテンプレート画像を更新した場合、新しいテンプレート画像によるテンプレートマッチングが行われる。また、テンプレート画像を更新しなかった場合、同じテンプレート画像によるテンプレートマッチングが行われる。そして、テンプレートマッチングが成功した場合、位置情報(ウエハアライメント用)とマッチングスコアＭ(テンプレート更新用)とを保存し、テンプレート更新を行うか否かの判断（Ｓ１０）を行い、必要に応じてテンプレート更新（Ｓ１１,Ｓ１２）を行う。
【００５３】
さらに、３番目のアライメントマーク２３が視野内に位置決めされた場合も同様であり、記憶部１５からテンプレート画像を読み出し、３番目のアライメントマーク２３の画像を取り込み、テンプレートマッチングを行う。そして、テンプレートマッチングが成功した場合、位置情報(ウエハアライメント用)とマッチングスコアＭ(テンプレート更新用)とを保存し、テンプレート更新を行うか否かの判断（Ｓ１０）を行い、必要に応じてテンプレート更新（Ｓ１１,Ｓ１２）を行う。
【００５４】
４番目以降のアライメントマークに対する処理も上記の繰り返しであり、テンプレート画像の更新（Ｓ１１,Ｓ１２）が必要に応じて行われていく。新しいテンプレート画像は、常に、以前のテンプレート画像との類似性が予め定めたレベルよりも高いものである（ターゲット部分のマッチングスコアＭ＞閾値Ｍ4）。すなわち、以前のテンプレート画像と非常に良く似たものである。
【００５５】
このようにしてステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ１０→（Ｓ１１→Ｓ１２）→Ｓ５の処理を繰り返し、１枚目のウエハ１０Ａにおけるアライメントマーク２１,２２,…の位置検出が全て終了すると（Ｓ５がＮｏ）、画像処理部１４は、１枚目のウエハ１０Ａに代えて２枚目のウエハ１０Ａがステージ１１に載置されるまで待機状態となる。その間、露光装置のアライメント系では、記憶部１５に記憶されている位置情報(ウエハアライメント用)に基づいて、ステージ１１上の１枚目のウエハ１０Ａのアライメントを行う。
【００５６】
そして、１枚目のウエハ１０Ａのアライメントが終了し、１枚目のウエハ１０Ａのレジスト層に対する露光工程が終了し、１枚目のウエハ１０Ａがステージ１１から回収され、２枚目のウエハ１０Ａがステージ１１の上に載置されると、画像処理部１４は、２枚目のウエハ１０Ａに対してステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ１０→（Ｓ１１→Ｓ１２）→Ｓ５の処理を順に実行する。
【００５７】
上記のように、第２実施形態の位置検出装置では、ステージ１１の上に載置された各々のウエハ１０Ａに対する図５の処理の中で、位置検出の際のテンプレートマッチングが成功した入力画像（つまりターゲット部分の位置が求められた入力画像）を用いて、テンプレート画像を自動的に更新していく。
このため、半導体素子の製造工程の途中段階に（例えばロットが変わるときに）、製造条件の微調整（プロセス変動）によりアライメントマークが少しずつ変形しても、テンプレート画像をその変形に追従させることができ、マッチング誤差の増大を確実に防ぐことができる。したがって、半導体素子の製造工程において時間が経過しても、各々のウエハ１０Ａに形成されたアライメントマーク２１,２２,…の位置をテンプレートマッチングによって常に精度よく検出することができる。
【００５８】
さらに、第２実施形態の位置検出装置では、マッチング誤差の増大を確実に防ぐことができるため、製造工程を一時的に停止させる事態が発生しない。したがって、装置の稼働率が上がり、スループットが向上する。さらに、人手によるテンプレート画像の作り直し作業そのものが必要なくなるため、作業コストを削減できる。
また、第２実施形態の位置検出装置によれば、アライメントマークの画像のターゲット部分と現在のテンプレート画像との類似性が予め定めたレベルよりも高い画像（マッチングスコアＭ＞閾値Ｍ4）を用いて、新しいテンプレート画像を作成するため、そのレベル（閾値Ｍ4）の設定に応じて、テンプレート自動更新の頻度を調節できる。閾値Ｍ4を大きく設定するほど、更新頻度は少なくなる。閾値Ｍ4は、アライメントマークの変形の傾向に追従可能で、細かい変形には影響されないような適切な値に設定することが好ましい。
【００５９】
さらに、第２実施形態の位置検出装置によれば、位置検出の際のテンプレートマッチングが成功した画像（つまりターゲット部分の位置が求められた画像）からターゲット部分を切り出すことにより、そのターゲット部分を新しいテンプレート画像として作成するため、簡単にテンプレート自動更新を行える。
また、レシピと共にテンプレート画像を装置間で移動させる場合のように、視野倍率の異なる別の装置でアライメントマークの画像を取り込み、その画像からテンプレート画像を作成して、本装置の記憶部１５に予め(位置検出前に)記憶させる場合には、機差起因の画像の倍率誤差により初期段階からマッチング誤差が大きく位置検出の精度が低いことが有り得る。しかし、第２実施形態の位置検出装置によれば、１枚目のウエハ１０Ａの１番目のアライメントマーク２１の位置検出時に、本装置で取り込んだアライメントマークの画像に基づいてテンプレート画像を自動更新できるため、初期段階から精度よくアライメントマークの位置を検出することができる。この場合、テンプレート自動更新を行うか否かの閾値Ｍ4は、初期段階のみ小さく（例えば上記の基準値Ｍ1と同程度の値に）設定することが好ましい。
【００６０】
さらに、テンプレート画像をＣＡＤデータなどの寸法値（設計情報）から人工的に作成して、本装置の記憶部１５に予め(位置検出前に)記憶させる場合にも、画像の倍率誤差により初期段階からマッチング誤差が大きく位置検出の精度が低いことが有り得る。しかし、第２実施形態の位置検出装置によれば、１枚目のウエハ１０Ａの１番目のアライメントマーク２１の位置検出時に、本装置で取り込んだアライメントマークの画像に基づいてテンプレート画像を自動更新できるため、初期段階から精度よくアライメントマークの位置を検出することができる。テンプレート自動更新を行うか否かの閾値Ｍ4は、初期段階のみ小さく（例えば上記の基準値Ｍ1と同程度の値に）設定することが好ましい。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、各ウエハ１０Ａごとにテンプレート更新の有無を判断する例（第１実施形態）と、ウエハ１０Ａの各アライメントマークごとにテンプレート更新の有無を判断する例（第２実施形態）とを説明したが、本発明はこれに限定されない。第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、初期段階では各アライメントマークごとに判断し、その後に各ウエハ１０Ａごとに判断するように、途中で切り替えてもよい。判断のタイミングは、アライメントマークごとやウエハ１０Ａごとに限らない。例えば１ロットごとや１日ごとに判断しても構わない。
【００６１】
また、上記した実施形態では、アライメントマークの画像のターゲット部分とテンプレート画像との類似性が予め定めたレベルよりも高い場合（最高スコアＭmax＞閾値Ｍ2の場合)(マッチングスコアＭ＞閾値Ｍ4の場合）にテンプレート更新を行ったが、本発明はこれに限定されない。最高スコアＭmaxやマッチングスコアＭと閾値Ｍ2,Ｍ4との大小比較（図４のステップＳ７または図５のステップＳ１０の処理）を省略した場合にも本発明を適用できる。
【００６２】
さらに、上記した実施形態では、新しいテンプレート画像を作成する場合、アライメントマークの画像からターゲット部分を切り出したが、ターゲット部分を含む任意の領域を切り出してもよい。
また、上記した実施形態では、周知の相互相関法によりテンプレートマッチングの演算を行ったが、本発明はこれに限定されない。テンプレートマッチングの演算は、残差逐次検定法(ＳＳＤＡ法)により行ってもよいし、濃度ヒストグラムまたは色ヒストグラムなどの特徴量を用いて行ってもよい。
【００６３】
残差逐次検定法を用いる場合、ターゲット部分とテンプレート画像との類似性が低いほど大きな値を示す。また、マッチングスコアが小さいほど、マッチング誤差が小さく、位置検出の精度が高い（つまり位置検出の結果が正確）と考えられる。さらに、テンプレートマッチングが成功した場合、マッチングスコアは所定の基準値より小さな値を示す。このため、図４のステップＳ６の処理は、最高スコアＭmaxではなく「最低スコア」を選択するように変更し、図４のステップＳ７または図５のステップＳ１０の処理は、閾値よりも小さい場合にテンプレート更新処理に進むように変更する。
【００６４】
さらに、上記した実施形態では、露光工程の前に半導体ウエハのアライメントを行う装置（つまり露光装置のアライメント系）に組み込まれた位置検出装置の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、ウエハ１０Ａのレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置に組み込まれた位置検出装置にも本発明を適用できる。この場合の位置検出装置は、ウエハ１０Ａの下地層とレジスト層に形成された各々の重ね合わせマークの位置を同様のテンプレートマッチングによって検出し、必要に応じてテンプレート画像を自動更新する。したがって、半導体素子の製造工程において時間が経過しても、重ね合わせマークの位置を常に精度よく検出でき、下地層とレジスト層との重ね合わせ検査を継続的に精度よく行える。重ね合わせ検査装置のアライメント系に本発明の位置検出装置を組み込む場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００６５】
また、上記したアライメントマークや重ね合わせマークの位置を検出する場合に限らず、ウエハ１０Ａ上の回路パターンの位置をテンプレートマッチングによって検出する場合にも、本発明を適用できる。
さらに、上記した実施形態では、半導体素子の製造工程においてウエハ１０Ａに形成されたパターン（アライメントマーク,重ね合わせマーク,回路パターンなど）の位置をテンプレートマッチングによって検出する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。液晶表示素子の製造工程において、液晶基板（液晶ディスプレイパネル）に形成されたパターンの位置をテンプレートマッチングによって検出する場合にも、本発明を適用できる。
【００６６】
また、位置検出装置１０の画像処理部１４によりパターンの位置検出やテンプレート更新の処理を行う場合に限らず、位置検出装置に接続された外部のコンピュータを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。
さらに、１つのカメラ１３を用いてステージ１１を移動させて順にパターンの画像を取り込む構成に限らず、複数のカメラを用いて同時にパターンの画像を取り込む場合にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】位置検出装置１０の概略図である。
【図２】ウエハ１０Ａに形成されたアライメントマークの一例を示す図である。
【図３】テンプレート画像とアライメントマークの入力画像とターゲット部分について説明する図である。
【図４】第１実施形態の位置検出手順を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態の位置検出手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１０  位置検出装置
１０Ａ  ウエハ
１１  ステージ
１２  光学系
１３  カメラ
１４  画像処理部
１５  記憶部
２１，２２，２３  アライメントマーク
２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ  マーク像
３１，３２，３３  入力画像
３０  テンプレート画像
３４  新しいテンプレート画像
２３  ターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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