(57)【要約】      （修正有）【課題】位置計測処理を行う際の処理性能をも評価してマッチングに使用するテンプレートを作成する基準パターン決定方法を提供する。【解決手段】サーチアライメント時に位置計測箇所となる位置近傍のウエハ画像を取り込み（ステップＳ２００）、ユニークなパターンを検出してテンプレート候補とする（ステップＳ３００）。テンプレート候補の各々について、実際に位置計測処理を行うことにより処理時間の評価を行い、テンプレートを解析することにより位置計測精度に関わる位置決め情報量の評価を行い、ランダムノイズを加えたパターンに対する位置計測結果に基づいてノイズに対するロバスト性の評価を行い、これらの各評価の重み付け平均値を求めることにより総合評価値を求める。そして、最も評価値の高いテンプレート候補を、実際のテンプレートとして決定する（ステップＳ４００）。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の計測処理において基準のパターンとして用いる基準パターンを決定するための基準パターン決定方法であって、
物体上の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、前記所定領域内に任意に配置され前記所定領域よりも小さい面積を有する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候補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候補パターンの各々に対して、当該候補パターンを前記基準パターンとして用いて前記所定の計測処理を行うと仮定し、当該計測処理の処理性能に係る評価を行い、当該評価結果に基づいて前記候補パターンから基準パターンを決定する第３工程と
を有することを特徴とする基準パターン決定方法。
【請求項２】
前記第３工程は、
前記複数の候補パターンの各々について、当該候補パターンを前記基準パターンとして用いて前記所定の計測処理を行い、当該計測処理の処理時間を検出する工程と、
前記複数の候補パターンのうち、前記処理時間が最短となる候補パターンを前記基準パターンに決定する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の基準パターン決定方法。
【請求項３】
前記第３工程においては、前記複数の候補パターンの各々に対して、当該候補パターンに含まれる、前記所定の計測処理の際に用いられる位置決め情報の量の評価を行う
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の基準パターン決定方法。
【請求項４】
前記第３工程においては、前記複数の候補パターンの各々に対して、周波数解析、エッジ検出及びコントラスト値検出のいずれか１つ又は複数の処理を行い、当該検出結果に基づいて前記位置決め情報の量の評価を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の基準パターン決定方法。
【請求項５】
前記第３工程においては、前記複数の候補パターンの各々に対して、前記所定の計測処理の際に存在するノイズ信号に対するロバスト性の評価を行う
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の基準パターン決定方法。
【請求項６】
前記第３工程においては、前記複数の候補パターンの各々を用いて、任意の対象信号に対して行った前記所定の計測処理の結果と、前記任意の対象信号にノイズ信号を加えた対象に対して行った前記所定の計測処理の結果とを比較することにより、前記ノイズ信号に対するロバスト性の評価を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の基準パターン決定方法。
【請求項７】
前記第３工程においては、前記複数の候補パターンから、前記ノイズ信号に対するロバスト性の高い候補パターンを前記基準パターンに決定する
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の基準パターン決定方法。
【請求項８】
前記第３工程においては、前記複数の候補パターンの各々に対して、前記計測処理の処理性能に係る複数種類の評価を行い、当該複数種類の評価結果に対して重み付け演算を行って候補パターン毎に１つの総合的な評価値を算出し、当該評価値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１〜７のいずれかに記載の基準パターン決定方法。
【請求項９】
前記第２工程においては、前記被計測領域内における複数のエレメントパターンの組み合わせで構成される組み合わせパターンを、候補パターンとして抽出する
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決定方法。
【請求項１０】
所定の計測処理において基準のパターンとして用いる基準パターンを決定するための基準パターン決定装置であって、
物体上の所定領域内のパターン信号情報を得るパターン情報信号取得手段と、
前記得られたパターン信号情報の中から、前記所定領域内に任意に配置され前記所定領域よりも小さい面積を有する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候補パターンを抽出する候補パターン抽出手段と、
前記抽出された前記複数の候補パターンの各々に対して、当該候補パターンを前記基準パターンとして用いて前記所定の計測処理を行う場合の当該計測処理の処理性能に係る評価を行い、当該評価結果に基づいて前記候補パターンから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決定装置。
【請求項１１】
前記基準パターン決定手段は、
前記複数の候補パターンの各々について、当該候補パターンを前記基準パターンとして用いて前記所定の計測処理を行い、当該計測処理の処理時間を検出し、前記処理時間の評価を行う第１評価手段と、
前記複数の候補パターンの各々に対して、当該候補パターンに含まれる、前記所定の計測処理の際に用いられる位置決め情報の量の評価を行う第２評価手段と、
前記複数の候補パターンの各々に対して、前記所定の計測処理の際に存在するノイズ信号に対するロバスト性の評価を行う第３評価手段と、
のうちの少なくとも１つの評価手段を含むことを特徴とする請求項１０に記載の基準パターン決定装置。
【請求項１２】
前記基準パターン決定手段においては、前記複数の候補パターンの各々に対して、前記複数の評価手段のうちの少なくとも２つの評価手段を用いて評価を行い、当該複数の評価結果に対して重み付け演算を行って候補パターン毎に１つの総合的な評価値を算出し、当該評価値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１１に記載の基準パターン決定装置。
【請求項１３】
前記候補パターン抽出工程においては、前記被計測領域内における複数のエレメントパターンの組み合わせで構成される組み合わせパターンを、候補パターンとして抽出する
ことを特徴とする請求項１１〜１２のいずれか一項に記載の基準パターン決定装置。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の基準パターン決定方法により決定さ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をパターンマッチングし、当該被計測領域内の前記基準パターンに対応する所定の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１５】
前記基準パターンが、複数のエレメントパターンの組み合わせで構成される組み合わせパターンである場合に、当該基準パターンを用いた前記所定の計測処理の処理時間が短くなるように、当該基準パターン内の前記各エレメントパターンの処理の順番を決定する第４工程
をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の位置検出方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の基準パターン決定装置により決定さ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をパターンマッチングし、当該被計測領域内の前記基準パターンに対応する所定の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１７】
前記基準パターンが、複数のエレメントパターンの組み合わせで構成される組み合わせパターンである場合に、当該基準パターンを用いた前記所定の計測処理の処理時間が短くなるように、当該基準パターン内の前記各エレメントパターンの処理の順番を決定する処理順序決定手段
をさらに有することを特徴とする請求項１６に記載の位置検出装置。
【請求項１８】
請求項１４又は１５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所望のパターンの、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、所望のパターンを転写露光する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項１９】
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１６又は１７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、所望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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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（以下、電子デバイスと総称する）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決定方法とその装置、抽出した基準パターンを用いてマーク等を検出し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ウエハ上の所望の位置に露光を行う露光方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【特許文献１】特開２００１−２１０５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、そのようなテンプレートマッチングで使用するテンプレートは、少なくとも観察視野となり得る最大の範囲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テンプレートとして使用してパターン検出できたとしても、その位置を特定できないからである。
【０００５】
また、従来、テンプレートは、実際のデータ（実測信号）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（マークの設計値情報等）に基づいて作成されていた。
【０００６】
テンプレートの作成工程において、いかにユニークなパターンを効率良く抽出してテンプレートを作成するかと言う点に着目した出願として本出願人も出願済（特願２００３−１８５３９２）である。
【０００７】
ところで、テンプレートマッチング及びこれを用いた位置検出処理（位置計測処理）においては、例えば処理時間、位置計測精度、あるいは、ノイズに対するロバスト性等の特性も非常に重要であり、これらの各特性は使用するテンプレートの影響を受けるものである。従って、テンプレートは単にユニークで位置計測ができるという条件のみを満たせばよいものではなく、位置検出処理における処理時間、位置計測精度あるいはノイズに対するロバスト性等の観点からも、適切なテンプレートを設定する必要がある。しかしながら、上述した従来例及び先願において、テンプレートを作成する際に、そのような後の位置計測処理等の性能に関する点からテンプレートの評価を行い、適切なテンプレートを作成することについて考慮したものは存在しなかった。
【０００８】
本発明はこのような観点に鑑みてなされたものであって、その目的は、位置検出が可能なユニークなパターンであるのみならず、パターンマッチングや位置検出処理に用いた場合の処理時間、位置検出精度あるいはノイズに対するロバスト性等の処理性能に関しても最適化された基準パターンを、適切に効率良く決定することのできる基準パターン決定方法とその装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、そのような本発明に係る基準パターンを用いることにより、所望のパターンの位置を、短時間で精度よく高いノイズに対するロバスト性で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。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、そのような本発明に係る位置検出方法を用いて、基板等の露光位置を短時間で精度よく高いノイズに対するロバスト性で検出し、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明に係る基準パターン（テンプレート）決定方法は、例えばアライメント処理あるいはその際の位置計測処理等の所定の計測処理において、基準のパターンとして用いる基準パターンを決定するための基準パターン決定方法であって、ウエハ等の物体上の所定領域内のパターン信号情報を得る第１工程（Ｓ２００）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、前記所定領域内に任意に配置され前記所定領域よりも小さい面積を有する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候補パターンを抽出する第２工程（Ｓ３００）と、前記第２工程で抽出された前記複数の候補パターンの各々に対して、当該候補パターンを前記基準パターンとして用いて前記所定の計測処理を行うと仮定し、当該計測処理の処理性能に係る評価を行い、当該評価結果に基づいて前記候補パターンから基準パターンを決定する第３工程（Ｓ４００）とを有することを特徴とする。
【００１２】
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工程においてユニークなパターンを抽出し、これをテンプレートの候補パターンとしている。そして、第３工程において、その候補パターンの各々に対して、例えば実際に位置計測処理を行う等して位置計測処理の処理性能に係る評価を行い、その評価結果に基づいて最終的な基準パターンを決定している。従って、単にユニークで位置決めが可能なパターンを選択するのではなく、後の位置計測処理等の計測処理の性能の点でも適切なテンプレートを選択することができる。
【００１３】
また、本発明に係る基準パターン決定装置は、所定の計測処理において基準のパターンとして用いる基準パターンを決定するための基準パターン決定装置であって、物体上の所定領域（ＯＲ＿Ａｒｅａ）内のパターン信号情報を得るパターン情報信号取得手段（４０）と、前記得られたパターン信号情報の中から、前記所定領域内に任意に配置され前記所定領域よりも小さい面積を有する被計測領域（ＡＮＤ＿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候補パターンを抽出する候補パターン抽出手段（４１）と、前記抽出された前記複数の候補パターンの各々に対して、当該候補パターンを前記基準パターンとして用いて前記所定の計測処理を行う場合の当該計測処理の処理性能に係る評価を行い、当該評価結果に基づいて前記候補パターンから基準パターンを決定する基準パターン決定手段（４１）とを有する。
【００１４】
また、本発明に係る位置検出方法は、上述のいずれかに記載の基準パターン決定方法により決定さ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をパターンマッチングし、当該被計測領域内の前記基準パターンに対応する所定のパターンの位置情報を求める。
【００１５】
また、本発明に係る位置検出装置は、上述のいずれかに記載の基準パターン決定装置により決定さ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をパターンマッチングし、当該被計測領域内の前記基準パターンに対応する所定のパターンの位置情報を求める位置情報検出手段（４１）を有する。
【００１６】
また、本発明に係る露光方法は、上述のいずれか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所望のパターンの、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、所望のパターンを転写露光する。
【００１７】
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上述のいずれかの位置検出装置と、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望のパターンを転写露光する露光手段とを有する。
【００１８】
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形態の態様に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、位置検出が可能なユニークなパターンであるのみならず、パターンマッチングや位置検出処理に用いた場合の例えば処理時間、位置検出精度あるいはノイズに対するロバスト性等の処理性能に関しても最適化された基準パターンを、適切に効率良く決定することのできる基準パターン決定方法とその装置を提供することができる。
【００２０】
また、そのような本発明に係る基準パターンを用いることにより、所望のパターンの位置を、短時間で精度よく高いノイズに対するロバスト性で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。
【００２１】
また、そのような本発明に係る位置検出方法及び装置を用いて、基板等の露光位置を短時間で精度よく高いノイズに対するロバスト性で検出し、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態においては、画像処理によりウエハ上の所定の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方法、及び、そのアライメントの際に用いる本発明に係るテンプレート（基準パターン）の作成方法について説明する。
【００２４】
まず、その露光装置の全体構成について図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。
【００２５】
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軸が鉛直方向に設定される。
【００２６】
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（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）又はＦ２エキシマレーザ（１５７ｎｍ）から出射される光等が用いられる。
【００２７】
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。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、後述するオフアクシスアライメント系（ＦＩＡ）の演算ユニット４１へ出力される。
【００３３】
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又はＦＩＡと称する）を投影光学系ＰＬの側方に備える。このアラメントセンサ（ＦＩＡ）は、基板表面のアライメントマーク等の位置検出対象のパターン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、そのパターン（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。
【００３４】
露光装置１００においては、このアライメントセンサ（ＦＩＡ）により、サーチアライメントで使用するテンプレート（基準パターン）の作成、サーチアライメント計測、及び、ファインアライメント計測等の処理を行う。
【００３５】
テンプレート作成は、サーチアライメント計測の際にウエハ上の複数箇所において位置計測対象のマークを検出するために、そのマークの基準パターン（テンプレート）を作成し予め登録しておく処理である。露光装置１００においては、搭載されたウエハＷの各位置検出箇所から自動的にパターンを抽出、もしくは手動でパターンを指定して、テンプレートを作成する。なお、本発明に係るこのテンプレート作成処理については、後に詳細に説明する。
【００３６】
サーチアライメント計測（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位置検出対象のパターン（サーチアライメント用のマークを含む）を検出し、ウエハのウエハホルダーに対する回転量やＸＹ面内での位置ずれや露光パターンの倍率を検出する処理である。本実施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テンプレートマッチング手法（単にマッチングと称する場合もある）を用いる。
【００３７】
また、ファインアライメント計測（以下、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エッジ計測手法（エッジ検出手法と称する場合もある）を用いる。
【００３８】
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、その画像処理方法として、テンプレートマッチング手法、エッジ計測手法、あるいはその他の任意の画像処理手法を用いることができる。但し、本発明は、テンプレートマッチング手法で用いるテンプレート（基準パターン）の作成方法を特徴とするものであるので、サーチアライメント又はファインアライメントの少なくともいずれか一方は、テンプレートマッチング手法を使用するものとする。本実施形態においては、前述したように、サーチアライメントにおいてはテンプレートマッチング手法を、ファインアライメントにおいてはエッジ計測手法を用いるものとして以下の説明を行う。
【００３９】
また、テンプレート作成処理時、サーチアライメント計測時、及び、ファインアライメント計測時のアライメントセンサの観察倍率は、各々任意に設定される。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、テンプレート作成時及び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。
【００４０】
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、照明光を導波する光ファイバー２８、イメージセンサ４０及びＦＩＡ演算ユニット４１を有する。
【００４１】
アライメントセンサにおいて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できるためである。
【００４２】
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。
【００４３】
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、ケー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。
【００４４】
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２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。
【００４５】
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、光電変換信号）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。
【００４６】
なお、本実施形態では、テンプレート作成処理の際には、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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等の位置計測対象のパターンを検出し、そのパターン（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。前述したようにＦＩＡ演算ユニット４１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用い、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用いて、マークの位置検出及びずれの検出を行う。
【００４９】
図３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。
【００５０】
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）であって、検出対象のアライメントマークのサイズに比べて十分に大きい観察視野の画像（視野画像）が記憶される。
【００５１】
テンプレートデータ記憶部５２は、本発明に係るテンプレート作成処理により作成され、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で用いるテンプレートデータ（単にテンプレートと称する場合もある）を記憶する。なお、テンプレートデータは、ウエハ上の位置計測対象のパターン（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。また、本実施形態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。
【００５２】
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（エッジ計測処理）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。
【００５３】
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観察視野を順次走査し、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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、データ処理部５３は、本発明に係るテンプレート作成方法により、画像信号記憶部５０に記憶されるテンプレート作成領域の画像信号（パターン信号）を用いてテンプレート作成処理を行い、作成したテンプレートをテンプレートデータ記憶部５２に記憶する。このテンプレート作成処理については、後に詳細に説明する。
【００５６】
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、テンプレートの作成処理、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。
【００５７】
以上、露光装置１００の全体の概略構成の説明である。
【００５８】
次に、露光装置１００の動作及び露光処理の流れについて説明する。
【００５９】
まず、露光装置１００の全体の処理の流れについて、図４を参照して説明する。図４は、露光装置１００の主制御系１５によって動作制御される露光処理の全体の流れを示すフローチャートである。なお、以下の説明において露光装置１００の構成部については図１及び図３において用いた符号を付して説明する。
【００６０】
露光装置１００においては、まず、処理対象のウエハＷをプリアライメントを経てウエハホルダー８上に載置する（ステップＳ１１０）。具体的には、露光装置１００の図示せぬプリアライメント計測部及びウエハの搬送系が協働して、ウエハを搬送する際に、例えば、ウエハＷに形成されたオリエンテーション・フラットやノッチ等を用いてウエハＷの方向を検出し、回転テーブル等によりこれを所定の向きに調整する。さらに、ウエハＷを撮像した画像よりウエハＷの回転量及び中心位置を検出し、例えばウエハＷをウエハホルダー８に受け渡す際に、受け取り位置の調整、あるいは、搬送アームやウエハ受け取りピンの回転量の調整し、ウエハＷを所望の位置及び方向でウエハホルダー８上に載置する。
【００６１】
次に、ウエハホルダー８上に載置したウエハＷを対象として、サーチアライメントで用いるテンプレート（基準パターン）を作成するか否かの判定を行い（ステップＳ１２０）、テンプレート作成を行う場合にはステップＳ１３０のテンプレート作成工程に移り、テンプレートを作成しない場合には直ちにステップＳ１４０のサーチアライメント工程に移る（ステップＳ１２０）。
【００６２】
テンプレート作成の対象とするウエハは、任意の条件で選択してよい。例えば、各ロット最初のウエハをテンプレート作成ウエハとして選択してもよいし、ロット内の所定番目のウエハあるいは所定枚数ごとのウエハを選択するようにしてもよい。また、全てのウエハ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、同一プロセスを施す一連のロットに対して１枚あるいは数枚のウエハを共通的に選択してテンプレート作成を行い、各ロットごとにはテンプレート作成を行わないようにしてもよい。また、露光処理に関わる所定の処理の結果、検査結果あるいは所定の特性の計測結果等に基づいて、テンプレート作成を行うウエハを動的に決定するようにしてもよい。本実施形態においては、各ロットの最初のウエハをテンプレートの作成対象とするものとする。
【００６３】
テンプレート作成工程（ステップＳ１３０）においては、アライメントセンサ（ＦＩＡ及びＦＩＡ演算ユニット４１）により、サーチアライメントで位置計測を行うウエハＷ上の離れた複数箇所（２箇所以上）の各々から、位置計測を行うための指標となるパターン、すなわち位置計測対象のパターンを抽出し、基準パターン（テンプレート）として登録する（ステップＳ１３１）。本発明に係るこのテンプレート作成の具体的な処理内容（図７に示したＦＩＡ演算ユニット４１の動作フローチャート）については、後に詳細に説明する。
【００６４】
サーチアライメントで位置計測を行う全箇所についてテンプレート作成を行ったら（ステップＳ１３２）、テンプレート作成工程を終了し、サーチアライメント工程に移る（ステップＳ１４０）。
【００６５】
サーチアライメント工程（ステップＳ１４０）においては、アライメントセンサにより、ウエハＷ上の複数の位置計測箇所において各々特定の位置計測対象のパターンを検出し、その各パターンの位置を計測し、その各パターンの位置関係に基づいてウエハＷのステージ座標系に対する回転量やＸＹずれを求める。
【００６６】
サーチアライメント（ステップＳ１４０）においては、まず、位置計測箇所ごとに、ウエハＷ上の所定の領域の画像（視野画像、パターン信号）を取り込む（ステップＳ１４１）。すなわち、露光装置１００の主制御系１５が、ステージコントローラ１３及び駆動系１４を介して、位置計測対象のパターンがアライメントセンサの観察視野内に入るようにウエハステージ９を駆動し、その観察視野内のパターン（画像）を撮像し、そのパターン信号（画像データ）をＦＩＡ演算ユニット４１の画像信号記憶部５０に記憶する。
【００６７】
次に、記憶した画像データから、その位置計測箇所に対応する位置計測対象のパターンをパターンマッチングにより検出し、その位置情報を得る（ステップＳ１４２）。すなわち、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Ｓ１４２）。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次式（１）又は式（２）により求める。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。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。
【００６８】
【数１】
2005217325.tif 000003
【００６９】
サーチアライメントのために予め設定されたウエハＷ上の複数の位置検出箇所に対して、これら画像の取り込み（ステップＳ１４１）及びマッチング（ステップＳ１４２）の処理を順次繰り返す（ステップＳ１４１〜ステップＳ１４３）。そして、ウエハＷ上の全ての位置計測箇所において基準パターンを検出し、その位置情報を得たら（ステップＳ１４３）、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Ｓ１４４）。
【００７０】
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Ｓ１５０）。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。
【００７１】
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、次段のショット領域の位置算出処理の際に統計演算処理（ＥＧＡ処理）を施すことを前提に、いくつかのショット領域を選択し、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。
【００７２】
なお、本実施形態では、ファインアライメント時の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と、ほぼ同等の大きさのマークであり、従って、ファインアライメント時の画像の取り込み時のアライメントセンサの倍率と前述したサーチアライメントの倍率とを同倍率に設定して行う。
【００７３】
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Ｓ１６０）。
【００７４】
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Ｓ１７０）。
【００７５】
次に、図４にステップＳ１３１として示した本発明に係るテンプレート作成処理について、図５〜図１０を参照して説明する。図５は、テンプレート作成処理の全体の流れを示すフローチャートであり、図６は、テンプレート作成処理中のテンプレート候補抽出処理の流れを示すフローチャートであり、図７及び図８は、テンプレート作成処理中のテンプレート決定処理の流れを示すフローチャートである。また、図９及び図１０は、これらの各処理を説明するための図である。なお、以下の説明において、露光装置１００の構成部については図１及び図３において用いた符号を付して説明する。
【００７６】
図５に示すように、ウエハの各位置計測箇所におけるテンプレート作成処理（ステップＳ１３１（図４））は、画像取り込み工程（ステップＳ２００）、テンプレート候補抽出工程（ステップＳ３００）及びテンプレート決定工程（ステップＳ４００）の各工程を経て達成される。
【００７７】
画像取り込み工程（ステップＳ２００）においては、ウエハＷ上の位置計測箇所がアライメントセンサの視野内となるようにウエハステージ９を移動し、当該位置計測箇所周辺のウエハＷ上の画像を撮像し、さらにその画像データ中の所定の範囲の画像をテンプレート作成領域の画像データとして取り込む。
【００７８】
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範囲は、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所定の範囲内でばらつく。本実施形態においては、撮像領域として、そのようなばらつきを考慮し、撮像される可能性のある最大範囲（最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａと称する）を設定する。また、テンプレートを作成する領域は、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。本実施形態においては、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩとして、そのような必ず撮像範囲に含まれる領域（共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａと称する）を設定する。
【００７９】
なお、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等には、テンプレート作成領域の範囲を広げることも可能である。すなわち、位置計測条件や基準パターンの配置条件等に応じて、ウエハＷ上の撮像範囲及びテンプレート作成領域は、各々任意の範囲に設定してよい。
【００８０】
本実施形態においては、例えば図９（Ａ）に示すような最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの画像が撮像され、その中の共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａの画像データがテンプレート作成領域ＡｒｅａＩの画像として取り込まれる。テンプレート作成領域ＡｒｅａＩの画像データは２値画像データとして取り込まれ、露光装置１００のＦＩＡ演算ユニット４１の画像信号記憶部５０に記憶される。
【００８１】
テンプレート作成領域の画像を取り込んだら、次にテンプレート候補抽出処理を行う（ステップＳ３００（図５））。テンプレート候補抽出処理の詳細な処理の流れを図６に示す。
【００８２】
テンプレート候補抽出処理においては、まず、図９（Ｂ）に示すように、取り込んだテンプレート作成領域ＡｒｅａＩの画像データ中に、予め定められているテンプレートのサイズ（ＳｉｚｅＴ）と同じサイズの領域を設定し、仮のテンプレートＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）とする（ステップＳ３１０（図６））。なお、（ｘｉ，ｙｉ）は、領域ＡｒｅａＴの基準点の座標値である（図９（Ｂ）の例では、領域ＡｒｅａＴの左上角点の座標値）。
【００８３】
なお、テンプレートのサイズ（ＳｉｚｅＴ）は予め定められているものとしているが、このサイズを可変としても良い。また、そのようにテンプレートサイズを可変とした場合には、このサイズ自体も、図５のステップＳ４００において行うテンプレート決定の際の評価項目の１つとして用いるようにしても良い。
【００８４】
次に、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩの全域について、仮のテンプレートＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）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Ｓ３２０）。すなわち、図９（Ｂ）に示すように、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩを仮のテンプレートＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）と同じサイズ（ＳｉｚｅＴ）の窓で走査し、各位置において、窓内の領域ＡｒｅａＳ（ｘｊ、ｙｊ）の画像（パターン信号）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、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、前述したサーチアライメント処理の際と同じ式（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。
【００８５】
このような仮のテンプレートの設定（ステップＳ３１０）及び相関値ピークの検出（ステップＳ３２０）を、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩ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Ｓ３１０〜Ｓ３３０）。
【００８６】
特定の仮のテンプレートに対して各々相関値ピークを示す異なる領域は、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９（Ａ）に示したテンプレート作成領域ＡｒｅａＩの画像については、図１０（Ａ）に示すように、パターンＡで構成される領域が５箇所、パターンＢ、Ｃ、Ｄ及びＥで構成される領域が各々１箇所存在することが検出される。
【００８７】
テンプレート作成領域ＡｒｅａＩの全領域に対して相関値ピークを示す領域の検出を終了したら（ステップＳ３３０（図６）、その中から、ユニークなパターンを抽出することにより、テンプレート候補とするパターンを選択する（ステップＳ３４０）。具体的には、テンプレート作成領域内で検出されたパターンの中から、単一的に（ユニークに）存在するパターン、すなわち、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ＡｒｅａＴ（ｘｉ，ｙｉ）（＝ＡｒｅａＳ（ｘｊ、ｙｊ））を検出し、これをテンプレート候補とする。従って、図１０（Ａ）に示す例においては、図１０（Ｂ）に示すように、１箇所にのみ存在するパターンＣ〜Ｅがテンプレート候補として選択される。なお、図１０（Ｂ）は、理解を容易にするために図１０（Ａ）を模式的に示すとともに、ユニークなパタンとしてパターンＢ〜Ｅが選択されたことを示す図である。
【００８８】
テンプレート候補が抽出されたら、次に、最適なテンプレートを選択するテンプレート決定処理を行う（ステップＳ４００（図５））。テンプレート決定処理の詳細な処理の流れを図７及び図８に示す。
【００８９】
テンプレート決定処理においては、位置計測を行う場合の処理時間、計測精度及びノイズに対するロバスト性（単にロバスト性と称する場合もある）の観点からテンプレート候補の評価を行い、実際にアライメント処理の位置計測に適用した場合に最も適切なテンプレート候補をテンプレートとして決定する。なお、計測精度については、これに密に関係する位置決め情報の情報量を尺度として評価を行う。
【００９０】
テンプレート決定処理においては、まず、各テンプレート候補について処理時間の評価を行う（ステップＳ４１０（図７））。処理時間の評価は、各テンプレート候補について、そのテンプレート候補を実際のテンプレート（基準パターン）と仮定してパターンマッチング処理を含む位置計測処理行い、その処理時間を実測することにより行う。
【００９１】
そのために、まず、その位置計測処理を行うための処理対象のパターンを作成する（ステップＳ４１１）。処理対象のパターンは任意に設定してよい。例えば、そのサイズはテンプレートのサイズ以上であれば任意の大きさでよい。また、実際にウエハＷを撮像して得たパターンから作成してもよいし、設計データ等を用いて作成してもよいし、例えば予め評価用として作成したような特定のパターンを用いるようにしてもよい。また、処理対象のパターンの中に、評価対象のテンプレート候補のパターンが存在していてもよいし、存在しなくてもよい。特に評価したい条件等があれば、その条件に応じた処理対象のパターンを設定すればよい。
【００９２】
本実施形態においては、テンプレート作成処理の中の最初の工程であるステップＳ２００（図５）においてウエハＷから撮り込んだ画像データ（図９（Ａ）に例示した画像データ）から、サーチアライメント時のアライメントセンサの観察視野に相当する大きさで、評価対象のテンプレート候補のパターンを含む領域の画像データを抽出し、これを処理対象のパターンとする。
【００９３】
なお、本実施形態においては、評価対象のテンプレート候補ごとに処理対象のパターンを作成するものとしたが、例えば、複数のテンプレート候補に対して共通的に処理対象のパターンを設定するようにしてもよい。
【００９４】
処理対象のパターンを作成したら、その処理対象のパターンを観察画像、評価対象のテンプレート候補を実際のテンプレートと仮定し、サーチアライメント時に使用する位置計測アルゴリズムを適用して、実際に位置計測処理を行う（ステップＳ４１２）。
【００９５】
位置計測処理が終了したら、その位置計測処理に要した時間を検出する（ステップＳ４１３）。そして、必要に応じて検出した処理時間を所定の評価値に換算する等の処理を行い、そのテンプレート候補に対する処理時間の評価の処理を終了する。通常、この評価値は、処理時間が短いほど高くなるように算出される。
【００９６】
このようなステップＳ４１１〜Ｓ４１４の処理を、複数のテンプレート候補の全てについて、すなわち図１０（Ｂ）に示すテンプレート候補Ｂ〜Ｅについて順次行い（ステップＳ４１４）、各テンプレート候補に対する処理時間に係る評価値を算出する。
【００９７】
処理時間の評価が終了したら、次に、位置決め情報量に係る評価を行う（ステップＳ４２０）。位置決め情報量は、前述したように位置計測精度に関係する重要な評価尺度である。そこで、アライメントアルゴリズム（位置計測アルゴリズム）に対応して処理に有効な特徴をいくつか設定し、その特徴に係る情報をテンプレート候補のパターンから抽出し、その情報量を検出することにより、各テンプレート候補の位置決め情報量に係る評価を行う。
【００９８】
本実施形態においては、パターンの複雑さ、エッジの特徴及びパターンのコントラストの特徴を、各々位置計測処理に有効な特徴として設定する。そして、周波数解析によりパターンの複雑さ等に関する情報を検出し、その情報量を検出する。また、エッジ検出処理によりエッジの本数（あるいは長さ）やエッジの明瞭度合い等のエッジに関する情報を検出し、その情報量を検出する。また、コントラスト値の検出を行うことによりパターンの明瞭度合い等に関する情報を検出し、その情報量を各々検出する。
【００９９】
なお、位置計測処理に適正に作用する情報であれば、その情報量は多い方がよいが、パターン中には位置計測処理に有効でない情報も含まれていると考えられ、一概に情報量は多ければ多いほど好ましいとは言えない。従って、情報量に係る評価値は、位置計測アルゴリズムや位置計測処理の特徴、テンプレート候補の適正な複雑さ等を考慮し、さらに経験的に決定される条件、基準等も加味して、有効かつ適正な情報が十分に存在する状態が高い評価値となるように評価値を求めることが望ましい。
【０１００】
情報量の評価処理（ステップＳ４２０）においては、まず、テンプレート候補の各々に対して、所定の特徴に関して特徴抽出を行い、その情報量を検出する（ステップＳ４２１）。この処理を、設定した複数の特徴に対して順次繰り返し行い（ステップＳ４２２）、各特徴についての情報量を検出する。本実施形態においては、前述したように、周波数解析、エッジ検出及びコントラスト値検出の各処理を行い、各特徴を抽出し、各特徴ごとの特徴内容及び特徴量等に基づいて情報量を検出する。
【０１０１】
そして、全ての特徴について情報量を検出したら（ステップＳ４２２）、例えば位置計測アルゴリズム等に基づいて決定される各特徴ごとの重み係数を用いて、例えば重み付け平均値を求めることにより位置決め情報量に対する評価値、換言すれば位置計測精度に対する評価値を算出する（ステップＳ４２３）。
【０１０２】
このようなステップＳ４２１〜Ｓ４２３の処理を、複数のテンプレート候補の全てについて、すなわち図１０（Ｂ）に示すテンプレート候補Ｂ〜Ｅについて順次行い（ステップＳ４２４）、各テンプレート候補に対する位置決め情報量に係る評価値を算出する。
【０１０３】
位置決め情報量の評価が終了したら、次に、ノイズに対するロバスト性に係る評価を行う（ステップＳ４３０（図８））。ノイズに対するロバスト性の評価は、各テンプレート候補ごとに、処理対象のパターン（テンプレートマッチング処理がなされる信号パターンであって、例えばＡｒｅａＩのパターン信号）にランダムノイズを加えて作成したパターンと、ランダムノイズを加えないで作成したパターンのそれぞれに対して、各々パターンマッチング処理を含む位置計測処理を行い、その位置計測結果を比較することにより行う。
【０１０４】
そのために、まず、その位置計測処理を行うための処理対象のパターンを作成する（ステップＳ４３１）。処理対象のパターンは、処理時間の評価処理（ステップＳ４１０（図９））の場合と同様に、任意のパターンを設定してよく、例えば、その処理時間の評価に用いたパターンをそのまま使用してもよい。本実施形態においては、処理時間の評価に用いたのと同じく、テンプレート作成処理の際にウエハＷから撮り込んだ画像データから、アライメントセンサの観察視野に相当する大きさで評価対象のテンプレート候補のパターンを含む領域の画像データを処理対象のパターンとする。
【０１０５】
処理対象のパターンを作成したら、その処理対象のパターンを観察画像とし、評価対象のテンプレート候補を実際のテンプレートと仮定し、サーチアライメント時に使用する位置計測アルゴリズムを適用して、実際に位置計測処理を行う（ステップＳ４３２）。
【０１０６】
次に、位置計測処理を行ったその処理対象のパターンにランダムノイズを加えて新たなパターンを作成する（ステップＳ４３３）。そして、そのノイズの加わったパターンを観察画像とし、評価対象のテンプレート候補を実際のテンプレートと仮定し、ステップＳ４３２と同じくサーチアライメント時に使用する位置計測アルゴリズムを適用して、実際に位置計測処理を行う（ステップＳ４３４）。
【０１０７】
そして、通常のパターンに対する位置計測処理（ステップＳ４３２）の結果と、ノイズパターンに対する位置計測処理（ステップＳ４３４）の結果とを比較し、その差を求め、必要に応じて検出した差を所定の評価値に換算する等の処理を行い、そのテンプレート候補に対するロバスト性の評価を行う（ステップＳ４３５）。通常、差が小さいほどノイズに対するロバスト性が高いと考えれるので、そのような場合に評価が高くなるように評価値が算出される。
【０１０８】
このようなステップＳ４３１〜Ｓ４３５の処理を、複数のテンプレート候補の全てについて、すなわち図１２（Ｂ）に示すテンプレート候補Ｂ〜Ｅについて順次行い（ステップＳ４３６）、各テンプレート候補に対するロバスト性に係る評価値を算出する。
【０１０９】
なお、ロバスト性の評価の際にノイズが与えられるのは本実施形態では処理対象のパターンとしているが、これに限らず、テンプレート候補の方にノイズを与えたものと、そうでないものとを用いて上述と同様の評価を行うようにしても良い。
【０１１０】
ロバスト性の評価が終了したら、これまでに算出した各処理性能に係る評価、すなわちＳ４１０の処理時間の評価、Ｓ４２０の位置決め情報量の評価及びＳ４３０のロバスト性の評価に基づいて、実際に使用するテンプレートを決定する（ステップＳ４４０）。
【０１１１】
そのために、まず、それらの評価の結果に基づいて、各テンプレート候補ごとの総合評価値を算出する（ステップＳ４４１）。総合評価値は、例えば露光処理系全体の処理条件や動作条件等に基づいて、各処理性能の評価に対する重みを決定し、次式（３）により重み付け平均値を計算することにより算出する。
【０１１２】
【数２】
2005217325.tif 000004
【０１１３】
なお、式（３）において、ＥＴ、ＥＡ及びＥＮは、各々、処理時間評価値、位置決め情報量評価値及びロバスト性評価値を示し、ｗ１、ｗ２及びｗ３は各々処理時間評価値、情報量評価値及びロバスト性評価値に対する重みを示し、Ｅは総合評価値を示す。
【０１１４】
従って、露光システム全体の要求に応じた重みを設定し、式（３）を用いて各テンプレート候補に対する総合評価を行うことにより、システムの要求に応じた所望の性能の位置計測処理を行うことのできるテンプレートを選択することができる。例えば処理時間の短縮を最も高い優先度とし、以下、計測精度及びノイズに対するロバスト性の順に性能向上を行いたい場合には、重みｗ１の値を最も大きくし、以下、ｗ２、ｗ３の順に値が小さくなるように重みを付与すればよい。
【０１１５】
そして、テンプレート候補の全てについて総合評価値Ｅを求めたら（ステップＳ４４２）、その最も値の高いテンプレート候補を実際に使用するテンプレートとして選択する（ステップＳ４４３）。図９及び図１０に示した例においては、例えばパターンＣがテンプレートとして選択される。なお、選択されたテンプレート情報は、ＦＩＡ演算ユニット４１のテンプレートデータ記憶部５２（図３）に記憶され、その後のサーチアライメント処理（ステップＳ１４０（図４））等において基準パターンとして使用される。
【０１１６】
このように、本実施形態によれば、ウエハＷを撮像して得た画像データ（パターン信号）からユニークなパターンを全て抽出してテンプレートの候補とし、このテンプレート候補の各々について、実際にアライメント処理（位置計測処理）に用いた場合の処理性能に係る評価を行っている。そして、その評価結果に基づいて、複数のテンプレート候補から最終的なテンプレートを決定している。従って、単にユニークという点のみならず、位置計測処理を行う場合の処理性能という点でも最適なパターンをテンプレートとして抽出することができる。具体的には、本実施形態においては、位置計測処理において処理時間を短くでき、計測精度を向上させることができ、ノイズに対するロバスト性を向上させることができるようなテンプレートを選択することができる。
【０１１７】
また、本実施形態においては、これらの複数の評価に対して任意に重み付けを行って総合評価を行い、テンプレート決定を行っている。従って、露光処理システム全体として、最も要望される性能に適切に適合した位置計測処理を行うことができ、露光処理システム全体としての処理性能を向上させることができる。
【０１１８】
さらに、本実施形態によれば、このような処理性能の向上を、位置計測アルゴリズムを変更することなく自動的に達成することができる。従って、作業者の作業を煩雑にしたり、性能向上のために時間を費やすことなく、また、装置構成を複雑にしたり大型化することなく容易に性能を向上させることができ有効である。
【０１１９】
なお、本実施形態においては、処理時間、位置決め情報量及びノイズに対するロバスト性の３つの項目について性能評価を行い、これらに基づいてテンプレート候補を総合評価して最適なテンプレートを選択した。しかしながら、この中のいずれか１つあるいは２つの項目のみを実質的に用いて候補の各テンプレートに対する性能評価を行い、テンプレートを決定するようにしてもよい。また、これらの項目以外の任意の項目を用いて、テンプレート候補を評価するようにしてもよい。
【０１２０】
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。
【０１２１】
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態について、図１１〜図１５を参照して説明する。
【０１２２】
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、図１１（Ａ）に示すように、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａの変動が大きく、観察視野となり得る最大の範囲である最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａが広い場合には、必ず観察視野に含まれる共通領域である共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａは小さくなる。このような場合であっても、図１１（Ｂ）に示すように、共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａにユニークなパターン（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１１（Ｃ）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、テンプレートを作成することができない。
【０１２３】
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であって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が考えられる。そして、そのような構成のテンプレートを作成する際においても、第１の実施形態と同様に、実際に位置計測処理を行う場合の処理性能を考慮して最適なテンプレートを作成するのが有効である。具体的には、組み合わされる個々の要素パターン（以下、エレメントと称する）に対して、第１の実施形態と同様に、各エレメントの位置計測処理に対する評価値を検出し、テンプレートを構成するエレメントを選択する際にその評価値を参照するようにする。
【０１２４】
以下、そのような方法によるテンプレート作成処理について、本発明の第２の実施形態として説明する。なお、以下において、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の実施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の実施形態で使用した図１又は図３に記載の符号と同一の符号を用いる。
【０１２５】
図１２は、本発明の第２の実施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って、所定の位置計測箇所に対してテンプレートを作成する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、本実施形態のテンプレート作成方法について説明する。
【０１２６】
まず、画像（パターン信号）データを取り込む（ステップＳ５１０）。第１の実施形態と同様に、ウエハＷ上の位置計測箇所がアライメントセンサの視野内となるようにウエハステージ９を移動し、当該位置計測箇所周辺のウエハＷ上の画像を撮像し、その画像データ中の所定の範囲の画像をテンプレート作成領域ＡｒｅａＩの画像データとして取り込む。撮像範囲としては、第１の実施形態と同様に、アライメントセンサの観察視野となり得る最大範囲の領域である最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを設定する。また、テンプレート作成領域ＡｒｅａＩとしても、共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａにユニークなパターンが存在しない場合にもテンプレート作成が可能なように、撮像範囲と同じ最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａを設定する。
【０１２７】
画像データを取りこんだら、そのテンプレート作成領域（本実施形態においては最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに等しいので、以下、最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａとして説明する場合もある）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の領域を設定し、仮のテンプレートとする（ステップＳ５２０）。なお、この仮のテンプレートのサイズは必ずしも所定サイズ（一定サイズ）でなくても良く、適宜、変えられるようにしても良い。
【０１２８】
そして、最大視野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Ｓ５３０）。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。
【０１２９】
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Ｓ５４０）。エレメントの選択は、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。
【０１３０】
このような仮のテンプレートの設定（ステップＳ５２０）、相関値ピークの検出（ステップＳ５３０）、及びユニークエレメントの選択（ステップＳ５４０）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に対して行う（ステップＳ５５０）。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）が全て検出される。
【０１３１】
このようにエレメントが検出されたら、実際にアライメント処理の位置計測に適用した場合に好適な処理性能が得られるエレメントを選択するため、換言すれば好適な処理性能が得られるテンプレートを作成するために、検出した各エレメントに対して、位置計測処理の処理性能に係る評価を行う（ステップＳ５６０）。
【０１３２】
エレメントの評価は、第１の実施形態において図７及び図８を参照して説明したテンプレート候補のパターンの評価の処理と同じ処理により行う。すなわち、位置計測を行う場合の処理時間の評価（ステップＳ５６１）、計測精度に関係する位置決め情報量の評価（ステップＳ５６２）及びノイズに対するロバスト性の評価（ステップＳ５６３）を順に行い、これらの各評価値に対して重み付け平均値を算出することにより総合評価値を算出する（ステップＳ５６４）。なお、これらの各処理の具体的な内容は、前述した第１の実施形態の対応する各処理と同じなので、ここでは説明を省略する。
【０１３３】
最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内から検出された比較的ユニークなエレメントに対して評価値が算出されたら、各エレメントの位置情報及び評価値を参照してエレメントを適宜選択し、テンプレートを構成していく（ステップＳ５７０）。この際、組み合わされることにより最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内でユニークなテンプレートを構成するエレメントであるとともに、処理時間、計測精度及びノイズに対するロバスト性の点において位置計測処理の性能向上に寄与できるエレメント、すなわち、ステップＳ５６０における評価の評価値が高いエレメントを優先的に選択する。
【０１３４】
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、図１５及び図１６に示す具体例を参照して説明する。
【０１３５】
まず、ステップＳ５４０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１３に示すエレメントＢ〜Ｅ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〜Ｅのいずれかが、観察視野の共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに存在していれば、そのエレメントをそのままテンプレートとすることができる。しかし、例えば図１３に示す場合のようにこれらのエレメントＢ〜Ｅが共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａに含まれない場合には、複数のエレメントを用いてテンプレートを構成する。
【０１３６】
図１３に示すような場合には、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内でどのようにずれたとしても、必ずいずれかのエレメントが観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ内で検出されるように複数のユニークなエレメントを選択し、テンプレートを構成する。
【０１３７】
そのために、まず、ユニークなエレメントＢ〜Ｅの位置情報を参照して、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａがずれた場合に、各ずれた位置で観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａに含まれるユニークなエレメントを検出する。例えば、図１３に示す例においては、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの最も左上の位置にずれた場合、その観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ１にはエレメントＢ及びＤが含まれる。また、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの最も右下の位置にずれた場合、その観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ２にはエレメントＣ及びＥが含まれる。このような各エレメントの位置情報及びエレメント相互の位置関係に基づいて、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａがどのようにずれたとしてもいずれかのユニークなエレメントが観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａに含まれるようなエレメントの組み合わせを検出する。
【０１３８】
次に、検出したエレメントの組み合わせの中で、例えばほぼ同じ位置に配置されたエレメントであって、いずれか一方のみを登録すればよい複数のエレメントが存在しているか否かを検出し、そのようなエレメントが存在した場合、その中のいずれのエレメントをテンプレートとして登録するか選択する。例えば図１３に示す例において、エレメントＢとＤ、及び、エレメントＣとＥが、各々そのような複数のエレメント、すなわち、いずれか一方を登録すればよいエレメントであるとする。このような場合に、このようなエレメントを検出した上で、各々、そのいずれか一方のエレメントを選択するかを決定する。そしてその選択方法として、ステップＳ５６０で算出した各エレメントの位置計測処理の処理性能に係る評価値を参照し、評価値の高い方のエレメントを選択する。これにより、例えば図１３に示す例においては、エレメントＢ及びエレメントＣが選択される。
【０１３９】
なおこのような場合、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１３に示す例においては、観察視野が最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内の左側にある時にはエレメントＢが検出され、観察視野が最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａ内の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。
【０１４０】
なお、図１３に示す例において、ステップＳ５３０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Ｓ５４０において選択されず、テンプレートを構成するエレメントとならない。
【０１４１】
複数のエレメントを選択してテンプレートを構成する他の処理について説明する。ステップＳ５４０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１４に示すエレメントＡ〜Ｄ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場合がある。
【０１４２】
このような場合には、相対的な位置関係がユニークな複数のエレメントを、その位置関係の情報も含む形式でテンプレートとして登録することにより、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。
【０１４３】
そのために、まず、ユニークなエレメントＢ〜Ｅの位置情報を参照して、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａがずれた場合に、各ずれた位置で観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａに含まれるエレメントのユニークな組み合わせを検出する。例えば、図１４に示す例においては、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの最も左上の位置にずれた場合、その観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ３にはエレメントＢ及びＣが含まれる。また、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａが最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａの最も右下の位置にずれた場合、その観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ４にはエレメントＡ，Ｂ、Ｃ及びＤが含まれる。このような各エレメントの位置情報及びエレメント相互の位置関係に基づいて、観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａがどのようにずれたとしてもエレメントのユニークな組み合わせが含まれるようなエレメントの組み合わせを検出する。
【０１４４】
次に、検出したエレメントの組み合わせ条件の中で、ある観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａにおいて他のエレメントと組み合わされることによりユニークなエレメントの組み合わせを構成するようなエレメントが複数存在していた場合、すなわち、いずれか一方のみを登録すればよい複数のエレメントが存在していた場合、その中のいずれのエレメントをテンプレートとして登録するか選択する処理を行う。具体的には、図１４に示す例においては、例えばエレメントＡとＥは、どちらかが登録されていればエレメントＢ及びＣと組み合わされることにより右下の観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ４を示すユニークなエレメントの組み合わせとなる。そのような場合、エレメントＡかＥのいずれか一方を選択する。そしてその選択方法として、ステップＳ５６０で算出した各エレメントの位置計測処理の処理性能に係る評価値を参照し、評価値の高い方のエレメントを選択する。図１４に示す例においては、その結果、エレメントＡが選択される。
【０１４５】
なお、このような場合、テンプレートマッチングを行う時には、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、観察視野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１４の最大視野範囲ＯＲ＿Ａｒｅａに対して、左上に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ３が配置された場合と、右下に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ４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、左上の観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ３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、右下の観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａ４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、各エレメントを位置情報とともに登録することにより、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。
【０１４６】
このように、ステップＳ５７０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いく。その際、テンプレートを構成するのに同等の機能を有するエレメント、すなわち、いずれを登録しても位置を特定する機能は同じとなるようなエレメントが複数存在した場合、そのエレメントの選択は、位置計測処理の性能に係る評価値を参照し、サーチアライメントの性能として最適なエレメントを選択する。
【０１４７】
なお、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、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いくこととなる。
【０１４８】
このようにしてテンプレートとして登録する複数のエレメントが選択されたら、これらの複数のエレメントの計算順序の最適化処理を行う（ステップＳ５８０）。サーチアライメントの際のパターンマッチングを含む位置計測処理においては、例えば、処理時間を短縮するために、テンプレートとの差分（相関値）が所定の閾値を越えた場合には計算処理を途中で打ち切るような処理がしばしば行われる。例えばＳＳＤＡ法等の計算方法もこれに相当する。このような場合、テンプレートを構成する複数のエレメントの計算順序（処理順序）を適切に配置することにより、計算初期の段階で相関値等の差を見出すことができ、不要な処理を少しでも早く中断して処理時間を短縮することができる。そこで、テンプレートとして登録するエレメント各々について他のパターンとの識別性能を検出し、識別性能の高いエレメントより計算に供するよう、各エレメントの計算順序を決定する。
【０１４９】
なお、各エレメント内の要素（データ）の計算に用いる順番を最適化することによっても、前述したような計算処理を短縮化することができる。そのような要素データの計算順序の最適化をさらに行うようにしてもよい。
【０１５０】
このようにしてエレメントの計算順序が決定されたら、それらの各エレメントを、それらの位置情報をも含んだ形式で、また、決定した順序に従って計算が行われるような形式でテンプレートとして登録するする（ステップＳ５９０）。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。テンプレートのデータ形式等は任意の形式でよい。
【０１５１】
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１５のフローチャートを参照して説明する。
サーチアライメントにおいては、ウエハＷ上の離れた２箇所又は３箇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。
【０１５２】
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Ｓ６１０）。
【０１５３】
次に、取り込んだ視野画像をテンプレートを用いて走査し、エレメントデータとの照合（マッチング）を行う（ステップＳ６２０）。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Ｓ６３０）。
【０１５４】
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（エレメントの検出が終了したら）、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Ｓ６４０）。なお、本ステップでは、エレメントを全て検出するものとしているが、これに限られず、例えばテンプレートが複数（ｅｘ．４つ）のエレメントで構成されている場合にそのうちの任意の複数個のエレメント（ｅｘ．３つ）が検出できたら、それで「エレメント検出の終了」とみなして処理を進めるようにしても良い。
【０１５５】
このような画像（パターン信号）の取り込み（ステップＳ６１０）、各エレメントごとのマッチング（ステップＳ６２０及びＳ６３０）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Ｓ６４０）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Ｓ６５０）。
【０１５６】
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Ｓ６６０）。
【０１５７】
このように、第２の実施形態にテンプレート作成方法によれば、サーチアライメント時に観察視野ＶＩＥＷ＿Ａｒｅａがずれても必ず含まれる領域である共通領域ＡＮＤ＿Ａｒｅａにユニークなパターンが存在しなくても、最大視野範囲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作成している。従って、アライメントセンサの観察視野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、テンプレートを作成することができ、テンプレートマッチングを可能とする。
【０１５８】
また、テンプレートを構成する際には、エレメントを位置計測処理に用いた場合の処理性能を検出し、これを評価値としてエレメントの選択を行い、最終的なテンプレートを決定している。従って、位置計測処理を行う場合の処理性能という点でも最適なエレメントを抽出することができる。その結果、例えば位置計測処理において処理時間を短くでき、計測精度を向上させることができ、ノイズに対するロバスト性を向上させることができるテンプレートを作成することができる。
【０１５９】
また、これにより、第１の実施形態と同様に、露光処理システム全体として、最も要望される性能に適切に適合した位置計測処理を行うことができ、露光処理システム全体としての処理性能を向上させることができる。また、このような処理性能の向上を、作業者の作業を煩雑にしたり、性能向上のために時間を費やすことなく、また、装置構成を複雑にしたり大型化することなく容易に行うことができ、非常に有効である。
【０１６０】
なお、本実施形態においても、処理時間、位置決め情報量及びノイズに対するロバスト性の３つの項目の中のいずれか１つあるいは２つの項目のみを実質的に用いて候補の各テンプレートに対する性能評価を行い、テンプレートを決定するようにしてもよい。また、これらの項目以外の任意の項目を用いて、テンプレート候補を評価するようにしてもよい。
【０１６１】
デバイス製造方法
次に、本発明に係る露光装置１００をリソグラフィー工程において使用したデバイスの製造方法について図１６を参照して説明する。図１６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。
【０１６２】
図１６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）、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）。
【０１６３】
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）。
【０１６４】
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）、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）。
【０１６５】
次に、レジスト塗布後のウエハ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方法により決定したテンプレートを用いてサーチアライメントを行い、さらにファインアライメントを行って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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
変形例
以上説明した実施形態は、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。
【０１６９】
例えば、前述した実施形態においては、実際のウエハ表面を撮像して得られたパターンに基づいて、テンプレートを作成した。しかしながら、例えば設計データからテンプレートを作成するようにしてもよい。また、テンプレートの評価は設計データから作成したパターンデータを用いて行い、最終的に使用するテンプレートは、ウエハ表面の画像データから得たパターンデータを用いるようにしてもよい。
【０１７０】
また、前述した実施形態においてテンプレート作成処理は、露光装置１００内のＦＩＡ演算ユニット４１内のデータ処理部５３で行うようにした。しかしながら、露光装置１００とは別装置の例えば外部の計算機装置等において、図６〜図８あるいは図１２にフローチャートを示したのと同様の処理を行うプログラムを実行させることにより行うようにしてもよい。その場合には、露光装置あるいは他の計測装置あるいは検査装置等によりウエハ表面の画像を取り込んでテンプレート作成のために使用してもよいし、あるいは、設計データから画像データを作成しテンプレート作成のために使用してもよい。
【０１７１】
また、前述した実施形態においては、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作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作成や、ファインアライメントを行うためのテンプレート作成等にも本発明を適用することができる。
【０１７２】
また、前述した実施形態においては、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。
【０１７３】
また、前述した実施形態においては１台の露光装置に対する処理を対象として説明をしたが、図１７に示すように、複数の露光装置がネットワークにより接続されてホストコンピュータ２００により管理されているような構成のシステムに対しても、本発明は有効に適用可能である。このような構成においては、いずれかの露光装置１００において本発明に係る方法により作成したテンプレートを、ホストコンピュータ２００を介して、同一のプロセスのウエハを処理している他の露光装置に転送し、同じラインの全ての露光装置において共通的に用いるようにしてもよい。このようにすれば、最適化されたテンプレートを用いた最適化された条件でのアライメント処理を、ライン内の複数の露光装置に容易に展開することができ、より効率良く電子デバイスの製造が可能となる。
【０１７４】
また、前述した実施形態において、テンプレートを作成するウエハは任意に設定してよく、例えばロット内でも数枚ごと等に選択的に作成してよい旨説明した。そのようにロット内で適宜テンプレートを作成する場合、最終的に登録するテンプレートの選択方法としては、種々の形態が考えられる。例えば、最新のテンプレートのみを登録するようにしてもよいし、複数のテンプレートを平均して新たなテンプレートを作成し、これを登録するようにしてもよい。また、新たに作成したテンプレートと従来のテンプレートを比較してテンプレートの内容を検査するようにし、最適なテンプレートを選択したり、全く内容の異なるテンプレートが作成された場合にはアラーム等を出力するようにしてもよい。
【０１７５】
また、順次テンプレート作成を行うような場合は、ウエハの交換時間等にテンプレート作成を行えば、露光処理全体の処理時間の点で有効である。
【０１７６】
また、前述した実施形態においては、テンプレートマッチングを用いた位置計測処理を行う際のテンプレート（基準パターン）の最適化について説明を行ったが、テンプレート以外のその他のパラメータの最適化についても同様に適用可能である。従来、そのようなパラメータの設定は、単にそのパラメータの直接的な機能にのみ着目して決定されており、位置計測処理の全体性能に対する影響の評価はなされていなかった。従って、そのような任意のパラメータについて、そのパラメータの設定の方法として本発明に係る方法を適用してよい。すなわち、候補のパラメータ値を用いて実際に処理時間やロバスト性の評価を行い、あるいはそのパラメータ値を解析して情報量等の計測精度に係る特性を検出し、最適なパラメータを選択するようにしてもよい。具体的には、例えば自己相関計算をする際のサーチ窓の大きさや閾値の決定に際して、このような方法を適用してよい。
【０１７７】
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の露光装置（Ｘ線露光装置等）、あるいはコンタクト方式の露光装置等、種々の方式の露光装置にも全く同様に適用することが可能である。また、露光装置で用いる露光用照明光（エネルギビーム）は、ｇ線やｉ線、あるいは、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のみならず、Ｘ線や電子線等の荷電粒子線等を用いてもよい。
【０１７８】
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。
【０１７９】
なお、前述した本発明の実施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。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の露光装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した露光装置のオフ・アクシス方式のアライメント光学系の指票板の断面図である。
【図３】図３は、図１に示した露光装置のオフ・アクシス方式のアライメント光学系のＦＩＡ演算ユニットの構成を示す図である。
【図４】図４は、図１に示した露光装置における露光処理の全体の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る図４に示した露光処理における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。
【図６】図６は、図５に示したテンプレート作成処理におけるテンプレート候補抽出処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は、図５に示したテンプレート作成処理におけるテンプレート決定処理の流れを示す第１のフローチャートである。
【図８】図８は、図５に示したテンプレート作成処理におけるテンプレート決定処理の流れを示す第２のフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態に係るテンプレート作成処理を説明するための第１の図であり、図９（Ａ）は、その画像取り込み処理を説明する図であり、図９（Ｂ）は、そのテンプレート候補抽出処理を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態に係るテンプレート作成処理を説明するための第２の図であり、図１０（Ａ）は、その相関値ピーク検出処理を説明する図であり、図１０（Ｂ）は、そのユニークパターン抽出処理を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係るテンプレート作成方法の背景を説明するための図であり、図１１（Ａ）は最大視野範囲、共通領域及び観察視野を示す図であり、図１１（Ｂ）は共通領域にユニークパターンが存在する状態を示す図であり、図１１（Ｃ）は共通領域にユニークパターンが存在しない状態を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に係る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。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施形態に係るテンプレート作成処理を説明するための第１の図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態に係るテンプレート作成処理を説明するための第２の図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２の実施形態に係るサーチアライメントの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明に係るデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１７は、複数の露光装置を具備する露光処理システムを示す図である。
【符号の説明】
【０１８１】
１００…露光装置
１…コンデンサレンズ                  ２…レチクルステージ
３…ベース                            ４…駆動装置
５…ミラー                            ６…対物レンズ
７…マーク検出系                      ８…ウエハホルダー
９…ウエハステージ                    １０…基準マーク
１１…移動ミラー                      １２…レーザ干渉計
１３…ステージコントローラ            １４…駆動系
１５…主制御系                        ２６…ハロゲンランプ
２７…コンデンサレンズ                ２８…光ファイバー
２９…フィルタ                        ３０，３５…レンズ系
３１…ハーフミラー                    ３２，３８…ミラー
３３…対物レンズ                      ３４…プリズム（ミラー）
３６…指票マーク                      ３７，３９…リレー系
４０…イメージセンサ
４１…ＦＩＡ演算ユニット
５０…画像信号記憶部                ５２…テンプレートデータ記憶部
５３…データ処理部                  ５４…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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