(57)【要約】光学条件やプロセス条件によるパターン変形に対応したテンプレートを容易に作成し、適切にパターン位置検出を行う方法を開示する。第１の方法では、光学条件等の影響を受けない特徴成分である対称性をパターン画像情報から抽出してテンプレートとする。パターン検出時には、画像情報を対称性の特徴空間に射影し、特徴空間内でマッチングを行いパターンを検出する。パターン変形の影響を受けず適切にテンプレートマッチングを行える。第２の方法では、入力されたパターンデータからパターンのモデルを作成し、モデルを撮像して得られるパターン画像（仮想モデル）を、像変形シミュレータを用いて撮像条件ごとに複数算出し、その平均や相関を考慮してテンプレートを決定する。
2005008753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換信号に対してテンプレートマッチング処理を行う際に使用するテンプレートを作成する方法であって、
物体上を撮像して、光電変換信号を得る工程と、
前記光電変換信号を得る際の光学条件及び前記光電変換信号を得る対象となる前記物体に対して与えられたプロセス条件の少なくともいずれか一方あるいは両方の影響を受けずに所定の状態を維持する特徴成分を、前記光電変換信号から抽出する工程と、
前記抽出された特徴成分を前記テンプレートとして保持する工程と
を含むことを特徴とするテンプレート作成方法。
【請求項２】
前記特徴成分は、所定の関数で定義される対称面、対称軸又は対称中心に関する対称性を含み、
前記所定状態は、前記対称面、前記対称軸又は前記対称中心が、前記光学条件の相違及び前記プロセス条件の相違の少なくともいずれか一方あるいは両方に関わらず変動しない状態であることを特徴とする
請求項１に記載のテンプレート作成方法。
【請求項３】
前記対称性は、前記光電変換信号に対して折り返し自己相関処理を施すことにより抽出することを特徴とする
請求項２に記載のテンプレート作成方法。
【請求項４】
前記対称面、前記対称軸又は前記対称中心の近傍の所定の範囲は、前記特徴成分の抽出対象となる光電変換信号から除外し、当該範囲の前記対称面、前記対称軸又は前記対称中心の外側の所定の領域の光電変換信号から前記特徴成分を抽出する
請求項２又は３に記載のテンプレート作成方法。
【請求項５】
前記光学条件は、前記光電変換信号を得る工程において当該光電変換信号を得る際のフォーカス状態、及び、当該光電変換信号を得る際に使用する撮像装置に関する条件の少なくともいずれか一方又は両方を含む
請求項１〜５のいずれかに記載のテンプレート作成方法。
【請求項６】
前記プロセス条件は、前記物体上に塗布される薄膜に関する条件を含む
請求項１〜５のいずれかに記載のテンプレート作成方法。
【請求項７】
物体上の検出対象領域を撮像し、
前記撮像した前記検出対象領域の光電変換信号から、前記請求項１〜５のいずれかに記載のテンプレート作成方法によりテンプレートを作成する際に抽出した前記特徴成分を抽出し、
前記抽出した特徴成分と、前記請求項１〜６のいずれかに記載のテンプレート作成方法により作成したテンプレートとの相関演算処理を行い、
前記相関演算処理の結果に基づいて、前記検出対象領域における前記テンプレートに相当するパターンの存在を検出する
パターン検出方法。
【請求項８】
物体上の検出対象領域を撮像し、
前記撮像した前記検出対象領域の光電変換信号から、前記請求項１〜５のいずれかに記載のテンプレート作成方法によりテンプレートを作成する際に抽出した前記特徴成分を抽出し、
前記抽出した特徴成分と、前記請求項１〜６のいずれかに記載のテンプレート作成方法により作成したテンプレートとの相関演算処理を行い、
前記相関演算処理の結果に基づいて、前記検出対象領域において前記テンプレートに相当するパターンを検出し、
前記検出された前記テンプレートに相当するパターンの位置に基づいて、前記物体又は前記物体上の所定の領域の位置を検出する
位置検出方法。
【請求項９】
転写対象のパターンが形成されたマスク、露光対象の基板、前記マスクの所定の領域及び前記基板の所定の領域のいずれか１つ、複数又は全ての位置を、請求項８に記載の位置検出方法により検出し、
前記検出した位置に基づいて、前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行い、
前記位置合わせされた前記基板を露光し、当該基板上に前記マスクの前記パターンを転写する
露光方法。
【請求項１０】
デバイスパターンを、請求項９記載の露光方法を用いて前記基板上に露光する工程を含むデバイス製造方法。
【請求項１１】
コンピュータを用いて、光電変換信号に対してテンプレートマッチング処理を行う際に使用するテンプレートを作成するためのプログラムであって、
物体上を撮像して得られた光電変換信号から、当該光電変換信号を得る際の光学条件及び前記光電変換信号を得る対象となる前記物体に対して与えられたプロセス条件の少なくともいずれか一方あるいは両方の影響を受けずに所定の状態を維持する所定の特徴成分を抽出する機能と、
前記抽出した特徴成分に基づいて、テンプレートを決定する機能と
をコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラム。
【請求項１２】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成方法であって、
前記所望のパターンに対応するパターンデータを入力する第１工程と、
前記第１工程で入力されたパターンデータに基づいて、前記物体上に形成された前記パターンのモデルを作成する第２工程と、
前記第２工程で作成した前記パターンのモデルを撮像した場合に得られるパターン信号に相当する仮想モデルを、撮像条件を変化させながら仮想的に複数算出する第３工程と、
前記第３工程で算出した前記複数の仮想モデルに基づいて、前記テンプレートを決定する第４工程と
を含むテンプレート作成方法。
【請求項１３】
前記第１工程で入力するパターンデータは、前記物体上に形成される前記パターンに関する設計データ、前記設計データを用いることなく使用者によって入力されたパターンデータ、又は、実際に前記物体上に形成された前記パターンを撮像して得られるパターン信号のいずれかである
請求項１２に記載のテンプレート作成方法。
【請求項１４】
前記撮像条件は、撮像する際に使用される検出光学系のレンズ収差、開口数、及びフォーカス状態、又は現像する際に使用される照明光の波長、及び照明光量のうちの少なくとも１つを含む
請求項１２又は１３に記載のテンプレート作成方法。
【請求項１５】
前記撮像条件は、前記物体上の前記パターン上に塗布されるレジスト膜の膜厚、当該レジスト膜の光透過率、前記撮像前に前記物体に施された処理のうちの少なくとも１つの被撮像側の条件を含む
請求項１２〜１４のいずれかに記載のテンプレート作成方法。
【請求項１６】
前記第４工程においては、前記第３の工程で算出した前記複数の仮想モデルを平均化し、前記平均化した仮想モデルを前記テンプレートとする
請求項１２〜１５のいずれかに記載のテンプレート作成方法。
【請求項１７】
前記第４工程においては、前記第３の工程で算出した前記複数の仮想モデルを平均化し、前記平均化した仮想モデルに対して前記複数の仮想モデル間での相互の変動の大きさに応じて重みを付加し、前記重みの付加された前記平均化した仮想モデルを前記テンプレートとする
請求項１２〜１５のいずれかに記載のテンプレート作成方法。
【請求項１８】
前記第４工程においては、前記第３の工程で算出した前記複数の仮想モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関に基づいて前記テンプレートとして使用するモデルを決定する
請求項１２〜１５のいずれかに記載のテンプレート作成方法。
【請求項１９】
前記第４工程においては、前記算出した相関に基づいて、前記複数の仮想モデルから相互に相関の小さい前記仮想モデルを選択し、当該選択した仮想モデルを前記テンプレートとする
請求項１８に記載のテンプレート作成方法。
【請求項２０】
物体上を検出光学系を介して撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成方法であって、
前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する第１工程と、
前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する第２工程と、
前記第２工程で設定した複数の候補モデルを平均化し、前記平均化した候補モデルを前記テンプレートとする第３工程と
を含むテンプレート作成方法。
【請求項２１】
前記第３工程においては、前記第２工程で設定した複数の候補モデルを平均化し、前記平均化した候補モデルに対して前記複数の候補モデル間での相互の変動の大きさに応じて重みを付加し、前記重みの付加された前記平均化した候補モデルを前記テンプレートとする
請求項２０に記載のテンプレート作成方法。
【請求項２２】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成方法であって、
前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する第１工程と、
前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する第２工程と、
前記第２工程で設定した複数の候補モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関結果に基づいて前記複数の候補モデルから前記テンプレートとして使用する候補モデルを決定する第３工程と
を含むテンプレート作成方法。
【請求項２３】
前記第３工程においては、前記算出した相関に基づいて、前記複数の候補モデルから相互に相関の小さい前記候補モデルを選択し、当該選択した候補モデルを前記テンプレートとする
請求項２２に記載のテンプレート作成方法。
【請求項２４】
請求項１２〜２３のいずれかに記載のテンプレート作成方法を用いて作成されたテンプレートを用いて、前記物体上を撮像して得られた信号に対してテンプレートマッチング処理を行うことを特徴とするパターン検出方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載のパターン検出方法を用いて、前記物体上に形成された前記所望のパターンの位置情報を検出することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２６】
マスク上に形成されたパターンで、基板を露光する露光方法であって、前記マスク及び前記基板の少なくとも一方の位置情報を、請求項２５に記載の位置検出方法により検出し、
前記検出された位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板の相対的な位置合わせを行い、
前記位置合わせされた前記基板を前記マスクのパターンで露光する
露光方法。
【請求項２７】
デバイスパターンを、請求項２６に記載の露光方法を用いて基板上に露光する工程を含むデバイス製造方法。
【請求項２８】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成装置であって、
前記所望のパターンに対応するパターンデータを入力する入力手段と、
前記入力されたパターンデータに基づいて、前記物体上に形成された前記パターンのモデルを作成するモデル作成手段と、
前記作成した前記パターンのモデルを撮像した場合に得られるパターン信号に相当する仮想モデルを、撮像条件を変化させながら仮想的に複数算出する仮想モデル算出手段と、
前記算出した前記複数の仮想モデルに基づいて、前記テンプレートを決定するテンプレート決定手段と
を有するテンプレート作成装置。
【請求項２９】
前記撮像条件は、撮像する際に使用される検出光学系のレンズ収差、開口数、及びフォーカス状態、又は撮像する際に使用される照明光の波長、及び照明光量のうちの少なくとも１つを含む撮像系の条件と、前記物体上の前記パターン上に塗布されるレジスト膜の膜厚、当該レジスト膜の光透過率、前記撮像前に前記物体に施された処理のうちの少なくとも１つの被撮像側の条件とのうちのいずれか一方又は両方を含む
請求項２８に記載のテンプレート作成装置。
【請求項３０】
前記テンプレート決定手段は、前記仮想モデル算出手段で算出した前記複数の仮想モデルを平均化し、前記平均化した仮想モデルを前記テンプレートとする
請求項２８又は２９に記載のテンプレート作成装置。
【請求項３１】
前記テンプレート決定手段は、前記仮想モデル算出手段で算出した前記複数の仮想モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関に基づいて前記テンプレートとして使用するモデルを決定する
請求項２８又は２９に記載のテンプレート作成装置。
【請求項３２】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成装置であって、
前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する撮像手段と、
前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する候補モデル設定手段と、
前記第２工程で設定した複数の候補モデルを平均化し、前記平均化した候補モデルを前記テンプレートとするテンプレート決定手段と
を有するテンプレート作成装置。
【請求項３３】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成装置であって、
前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する撮像手段と、
前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する候補モデル設定手段と、
前記第２工程で設定した複数の候補モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関に基づいて前記複数の候補モデルから前記テンプレートとして使用する候補モデルを決定するテンプレート決定手段と
を有するテンプレート作成装置。
【請求項３４】
請求項２８〜３３のいずれかに記載のテンプレート作成装置と、
前記テンプレート作成装置により作成されたテンプレートを用いて、前記物体上を撮像して得られた信号に対してテンプレートマッチング処理を行い、前記物体上の前記パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出結果に基づいて、前記物体上に形成された前記パターンの位置を検出する位置検出手段と
を有する位置検出装置。
【請求項３５】
マスク上に形成されたパターンで、基板を露光する露光装置であって、前記マスク及び前記基板の少なくとも一方の位置情報を検出する請求項３４に記載の位置検出装置と、
前記検出された位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板の相対的な位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記位置合わせされた前記基板を前記マスクのパターンで露光する露光手段と
を有する露光装置。
【請求項３６】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成プログラムであって、
前記所望のパターンに対応するパターンデータを入力する機能と、
前記入力されたパターンデータに基づいて、前記物体上に形成された前記パターンのモデルを作成する機能と、
前記作成した前記パターンのモデルを撮像した場合に得られるパターン信号である仮想モデルを、撮像条件を変化させながら仮想的に複数算出する機能と、
前記算出した前記複数の仮想モデルに基づいて、前記テンプレートを決定する機能と
をコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラム。
【請求項３７】
前記テンプレートを決定する機能においては、前記算出した前記複数の仮想モデルを平均化し、前記平均化した仮想モデルを前記テンプレートとする
請求項３６に記載のテンプレート作成プログラム。
【請求項３８】
前記テンプレートを決定する機能においては、前記算出した前記複数の仮想モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関に基づいて前記複数の仮想モデルから前記テンプレートとして使用するモデルを決定する
請求項３６に記載のテンプレート作成プログラム。
【請求項３９】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成プログラムであって、
前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する機能と、
前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する機能と、
前記設定した複数の候補モデルを平均化し、前記平均化した候補モデルを前記テンプレートとする機能と
をコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラム。
【請求項４０】
物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成プログラムであって、
前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する機能と、
前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する機能と、
前記設定した複数の候補モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関に基づいて前記複数の候補モデルから前記テンプレートとして使用する候補モデルを決定する機能と
をコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラム。
【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ウエハやレチクル等の位置決めに適用して好適な、テンプレートの作成方法とその装置及びそのプログラム、作成したテンプレートを用いてマーク等のパターンを検出するパターン検出方法、検出したマーク等に基づいてウエハ等の位置を検出する位置検出方法とその装置、検出したウエハ等の位置に基づいて露光を行う露光方法とその装置、及び、そのような露光を行って電子デバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  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）の製造工程においては、露光装置を用いて、フォトマスクやレチクル（以下、これらを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、フォトレジスト等の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投影露光することが繰り返し行われる。この投影露光を行う際には、例えばステップ・アンド・リピート方式の露光装置等において、基板の位置とレチクルに形成されたパターンの像の位置とが高精度に合わせられる。【０００３】  近年、この基板とパターン像との位置合わせの精度の向上が要求されている。特に半導体素子の製造においては、半導体素子の集積度の向上に伴って、形成されるパターンが微細になっており、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ている。
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等のマークをアライメントセンサにより検出してマークの位置情報を得て、これにより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われる。【０００４】  マークを検出してその位置情報を得る方法としては種々の方法が用いられているが、近年、画像処理方式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画像信号から、マークを検出する方法である。マーク検出（マーク位置検出）を行う際に用いられる処理アルゴリズムとしては、エッジ検出処理や、相関演算処理等が知られており、相関演算処理の一手法として、予め用意したマークのテンプレート画像を用いてマークを検出し、これによりマークの位置を検出する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】  ところで、アライメントマークの多くは、例えば図２５Ａに示すような、ある線幅のラインの組み合わせで構成される。図２５Ｂは、図２５Ａに示すラインのＡ−Ａ’位置における断面図（ＸＺ面図）である。
このようなマークは、適用されるプロセス条件に応じて様々な形状に変化する。例えば、複数回の露光プロセスを経る間にマークが損傷され、設計値通りの形状、あるいは、形成当初の形状を維持することが困難となる場合がある。また、マーク上に塗布されるレジスト膜の膜厚により、観察されるマークの形状が変化する場合がある。また、基板に対してどのようなプロセス処理（コーティング処理やＣＭＰ処理等）が施されるかによって、その基板上に形成されたマークの見え方が変化する場合がある。【０００６】  また、このようなアライメントマークを撮像して画像情報として得る際に、撮像時の光学条件等（撮像時の条件を総合的に単に光学条件と称する）に応じて、同一のマークを撮像した場合であっても、例えば図２６に示すように様々のマーク像として観察される。具体的には、撮像レンズの収差、撮像系の開口数（ＮＡ）、撮像時の照度あるいはフォーカス位置等の要因に対する装置間のばらつきにより、あるいは同一の撮像装置での撮像動作ごとの変動（撮像条件の変動）により、撮像して得られるマーク像（マーク波形信号）の形状も大きく影響を受ける。
また、マーク（ラインパターン）の線幅等、マークの構造によっても撮像時のマーク像（波形信号）の形状が異なる場合がある。【０００７】  このようなマーク像の変形に対応するために、得られた画像情報にエッジ抽出や２値化等の前処理を施して変形を吸収する方法が採られる場合がある。しかしながら、エッジ抽出や２値化等の前処理を行う方法は、処理が複雑になる上にエッジ位置の検出が難しい等、処理性能の点で不十分な点もあり、また、適切なテンプレートを決定するのが難しいと言う問題も生じ、有効な対応策とはなっていない。
また、マーク像形状（波形）が極力変化しないように、フォーカスを厳密に精度良く調整して撮像処理を行ったり、レジスト膜を塗布する際に膜厚が高精度に一定となるように制御する等の対応が採られる場合もある。しかしながら、マーク像形状が変化しないように装置やマークを構成する方法は、技術的に限界がある上にコストも増大する。そして、これを実現しようとすると、結局マーク構造に制限を課するという問題に帰結する場合が多く、有効な方法とは言えない。【０００８】  一方で、このようなマーク像の変形に対応するために、撮像系の光学収差等を考慮したテンプレートを作成してマッチングを行う方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
また、そのような変形を考慮したテンプレートを複数用意する方法もしばしば用いられている。
しかしながら、適応的にテンプレートを作成しマッチングに用いる方法においては、まず、テンプレートの作成に手間がかかるという問題がある。【０００９】  従来より、テンプレートマッチングによりマークを検出する方法においては、所望のマークをテンプレートとして簡単に設定したい、換言すれば、所望のパターンをアライメントセンサによる検出対象として設定したいという要望がある。具体的には、例えば、露光対象の回路パターン（デバイスパターン）の中に含まれるパターンをアライメントマークの代用として利用したい場合がある。また、例えば露光装置のユーザが、所望の情報や識別マーク等を、直感的に理解が可能な文字等により直接に基板上に形成しこれを検出したい場合がある。また、前述したように、例えばアライメントマーク自体が大きく変形をしている場合等に、実際の基板から撮像した変形したパターンの像に基づいてテンプレートを作成し、そのような変形したパターンをも検出可能にしたい場合がある。【００１０】  しかしながら、単に、例えば設計上のパターンデータ、ユーザ等が手書きで入力した文字パターンデータ、ユーザ等がＣＡＤ等から入力したパターンデータ及び文字データ、あるいは、実際に基板等から撮像したパターンデータ等を登録したとしても、これを有効なテンプレートとすることはできない。
前述したように、アライメント系で撮像されるパターンは、実際のパターンの像と比較して変形をしている。従って、有効なテンプレートを作成するためには、少なくともそのような変形を考慮したテンプレートを作成する必要がある。従来、そのようなテンプレートは、撮像系の特性等を熟知したオペレータが経験的な処理を行って作成したり（例えば、特許文献２に開示の方法）、多数の実際の撮像パターンを解析して作成する場合が多く、露光装置の利用者が単に記憶させただけの小数のパターンから有効なテンプレートが容易に作成できるものではなかった。【００１１】  また、パターンの変形に対応するために１つのパターンに対して複数のテンプレートを作成し記憶する場合には、記憶するテンプレートを適切に選択する必要がある。すなわち、なるべく少ないテンプレートで種々の変形に対応できるように、適切にパターンを選択する必要がある。さもなくば、多数のテンプレートを記憶したにも拘わらず変形に対する耐性を発揮できない状態となる可能性があり、そのような状態においてさらにテンプレートを追加して変形に対応しようとすれば、膨大な数のテンプレートを記憶する必要が生じ、その結果、テンプレートの記憶に大容量の記憶手段が必要となる上に、テンプレートマッチングの処理時間が長くなるという問題が生じる。【００１２】  しかしながら、従来のテンプレートの作成方法及び選択方法では、例えば幾何学的な基本構造がほぼ等しく線幅が異なるアライメントマークに対しても、個々にテンプレートを用意しなくてはならず、変形に十分対応した適切なテンプレートを生成しているとは言う難く、従って、種々の変形に対応できるテンプレートを選択しているとも言い難い。
なお、このことは、例えテンプレートをユーザ等が作成する場合にも要求される条件であり、この点からもユーザ等が簡単にテンプレートを作成するのは難しい。
【特許文献１】特開２００１−２１０５７７号公報
【特許文献２】特開平１０−９７９８３号公報
【発明の開示】
【００１３】  本発明の目的は、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレート、すなわち、そのような変形に対応したテンプレートを作成するテンプレート作成方法、テンプレート作成装置及びテンプレート作成プログラムを提供することにある。さらに、そのようなテンプレートを、種々の入力ソースから容易に作成することができるテンプレート作成方法、テンプレート作成装置及びテンプレート作成プログラムを提供することにある。
【００１４】  また、本発明の他の目的は、任意の方法により設定した検出対象のパターンを、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて、それらパターン（マーク）の変形を吸収して適切に検出することのできるパターン検出方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、任意の方法により設定した検出対象のパターンを、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの形状及び像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて検出することにより、そのパターンの位置をパターンの変形に対応して適切に検出することのできる位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。
【００１５】  さらに、本発明の他の目的は、任意の方法により設定した検出対象のパターンの位置を、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて検出し、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及び露光装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、任意の方法により設定した検出対象のパターンを、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて検出し、基板等の所望の位置に適切に露光を行って電子デバイスを適切に製造することのできるデバイス製造方法を提供することにある。
【００１６】  前記目的を達成するために、本発明に係るテンプレート作成方法は、光電変換信号に対してテンプレートマッチング処理を行う際に使用するテンプレートを作成する方法であって、物体上を撮像して、光電変換信号を得る工程と（ステップＳ１０１）、前記光電変換信号を得る際の光学条件及び前記光電変換信号を得る対象となる前記物体に対して与えられたプロセス条件の少なくともいずれか一方あるいは両方の影響を受けずに所定の状態を維持する特徴成分を、前記光電変換信号から抽出する工程と（ステップＳ１０２）、前記抽出された特徴成分を前記テンプレートとして保持する工程（ステップＳ１０３）とを含む（図１０参照）。
【００１７】  このようなテンプレート作成方法によれば、マークの光電変換信号を、光学条件やプロセス条件の影響を受けない要素を成分とする所望の特徴空間に写像し、この特徴空間における特徴値としてマークを規定し、これをテンプレートデータ（単にテンプレートと称する）としている。従って、このテンプレートは、光学条件やプロセス条件の影響を受けない情報であり、光学条件やプロセス条件の影響で情報内容が変化することは無い。また、そのような条件の相違に対応して複数のテンプレートを保持する必要も無い。
そして、処理対象のウエハから得られた光電変換信号もこのテンプレート情報を規定している特徴空間に写像し、この特徴空間内においてテンプレートとの比較照合（マッチング）を行うようにすれば、光学条件やプロセス条件の影響を受けない状態で、撮像した光電変換信号とテンプレートとの照合を行うことができる。すなわち、それらの条件の影響を受けずに、マークの検出、その検出結果に基づくマークの位置の検出を行うことができる。
【００１８】  好適には、前記特徴成分は、所定の関数で定義される対称面、対称軸又は対称中心に関する対称性を含み、前記所定状態は、前記対称面、前記対称軸又は前記対称中心が、前記光学条件の相違及び前記プロセス条件の相違の少なくともいずれか一方あるいは両方に関わらず変動しない状態であることを特徴とする。
また好適には、前記対称性は、前記光電変換信号に対して折り返し自己相関処理（反転自己相関処理）を施すことにより抽出することを特徴とする。
対称性は、光学条件及びプロセス条件の影響を受け難い特徴である。また、対称性は、折り返し自己相関値を求めることにより容易に検出することができ、また特徴値としての相関値を求めることもできる。従って、対称性を用いることにより、前述した特徴空間での撮像した光電変換信号とテンプレートとのマッチングを適切かつ容易に行うことができる。
【００１９】  また好適な一具体例としては、前記光学条件は、前記光電変換信号を得る工程において当該光電変換信号を得る際のフォーカス状態、及び、当該光電変換信号を得る際に使用する撮像装置に関する条件（例えば、撮像光学系のもつ収差やＮＡ等の条件）の少なくともいずれか一方又は両方を含む。
また好適な一具体例としては、前記プロセス条件は、前記物体上に塗布される薄膜に関する条件（例えば、膜厚や膜の材質等）を含む。
【００２０】  また好適な一具体例としては、前記対称面、前記対称軸又は前記対称中心の近傍の所定の範囲は、前記特徴成分の抽出対象となる光電変換信号から除外し、当該範囲の前記対称面、前記対称軸又は前記対称中心の外側の所定の領域の光電変換信号から前記特徴成分を抽出する。
このような構成によれば、例えばマークを構成するラインの幅以下の幅のパターン等、明らかにノイズと判明できるパターンを、容易に対称性の検出処理の処理対象から除外することができる。すなわち、いわゆるノイズ除去の処理を容易に行うことができる。また、処理範囲を限定することができるので、特徴抽出の処理時間を短縮することもできる。すなわち、適切な特徴を効率よく抽出することができ、結果的に精度良く所望のマークの位置を検出することができる。
【００２１】  また、本発明に係るパターン検出方法は、物体上の検出対象領域を撮像し、前記撮像した前記検出対象領域の光電変換信号から、前述した本発明に係るテンプレート作成方法によりテンプレートを作成する際に抽出した前記特徴成分を抽出し、前記抽出した特徴成分と、前述した本発明に係るテンプレート作成方法により作成したテンプレートとの相関演算処理を行い、前記相関演算処理の結果に基づいて、前記検出対象領域における前記テンプレートに相当するパターンの存在を検出する。
【００２２】  また、本発明に係る位置検出方法は、物体上の検出対象領域を撮像し、前記撮像した前記検出対象領域の光電変換信号から、前述した本発明に係るテンプレート作成方法によりテンプレートを作成する際に抽出した前記特徴成分を抽出し、前記抽出した特徴成分と、前述した本発明に係るテンプレート作成方法により作成したテンプレートとの相関演算処理を行い、前記相関演算処理の結果に基づいて、前記検出対象領域において前記テンプレートに相当するパターンを検出し、前記検出された前記テンプレートに相当するパターンの位置に基づいて、前記物体又は前記物体上の所定の領域の位置を検出する。
【００２３】  また、本発明に係るテンプレート作成プログラムは、コンピュータを用いて、光電変換信号に対してテンプレートマッチング処理を行う際に使用するテンプレートを作成するためのプログラムであって、物体上を撮像して得られた光電変換信号から、当該光電変換信号を得る際の光学条件及び前記光電変換信号を得る対象となる前記物体に対して与えられたプロセス条件の少なくともいずれか一方あるいは両方の影響を受けずに所定の状態を維持する所定の特徴成分を抽出する機能と、前記抽出した特徴成分に基づいて、テンプレートを決定する機能とをコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラムである。
【００２４】  また、本発明に係る他のテンプレート作成方法は、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成方法であって、前記所望のパターンに対応するパターンデータを入力する第１工程（ステップＳ３０１）と、前記第１工程で入力されたパターンデータに基づいて、前記物体上に形成された前記パターンのモデルを作成する第２工程（ステップＳ３０２）と、前記第２工程で作成した前記パターンのモデルを撮像した場合に得られるパターン信号に相当する仮想モデルを、撮像条件を変化させながら仮想的に複数算出する第３工程（ステップＳ３０３）と、前記第３工程で算出した前記複数の仮想モデルに基づいて、前記テンプレートを決定する第４工程（ステップＳ３０４）とを含む（図１７参照）。
【００２５】  このような構成のテンプレート作成方法によれば、第１工程においてユーザ等が入力した所望のパターンに対応するパターンデータに対して、第３の工程において、これを撮像した場合に得られるパターン信号に相当する仮想モデルを、撮像条件を変化させながら複数算出している。そして、その仮想モデルに対して、例えば所望の選択ルールを適用する等してテンプレートを決定している。従って、種々の撮像条件に対応したテンプレートを作成することができる。また、この際に、第２の工程において、入力されたパターンデータがウエハ上に形成するマークとして適切に扱えるように、あるいは、仮想モデル算出対象として適切に扱えるように、モデル化して扱っている。従って、任意の入力手段からテンプレートとして設定する所望のパターンに係るデータを入力することができる。
【００２６】  また、本発明に係る他のテンプレート作成方法は、物体上を検出光学系を介して撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成方法であって、前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する第１工程（ステップＳ４０１）と、前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する第２工程（ステップＳ４０２）と、前記第２工程で設定した複数の候補モデルを平均化し、前記平均化した候補モデルを前記テンプレートとする第３工程（ステップＳ４０３）とを含む（図２２参照）。
【００２７】  また、本発明に係る他のテンプレート作成方法は、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成方法であって、前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する第１工程（ステップＳ４０１）と、前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する第２工程（ステップＳ４０２）と、前記第２工程で設定した複数の候補モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関結果に基づいて前記複数の候補モデルから前記テンプレートとして使用する候補モデルを決定する第３工程（ステップＳ４０３）とを含む（図２２参照）。
【００２８】  また、本発明に係る他のパターン検出方法は、前述した本発明に係るテンプレート作成方法を用いて作成されたテンプレートを用いて、前記物体上を撮像して得られた信号に対してテンプレートマッチング処理を行う。
また、本発明に係る他の位置検出方法は、前述した本発明に係るパターン検出方法を用いて、前記物体上に形成された前記所望のパターンの位置情報を検出する。
【００２９】  また、本発明に係る露光方法は、転写対象のパターンが形成されたマスク（レチクル）、露光対象の基板、前記レチクルの所定の領域及び前記基板の所定の領域のいずれか１つ、複数又は全ての位置を、前述した本発明に係る位置検出方法により検出し、前記検出した位置に基づいて、前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行い、前記位置合わせされた前記基板を露光し、当該基板上に前記マスクの前記パターンを転写する。
また、本発明に係るデバイス製造方法は、デバイスパターンを、前述した本発明に係る露光方法を用いて前記基板上に露光する工程を含むデバイス製造方法である。
【００３０】  また、本発明に係るテンプレート作成装置は、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成装置であって、前記所望のパターンに対応するパターンデータを入力する入力手段と、前記入力されたパターンデータに基づいて、前記物体上に形成された前記パターンのモデルを作成するモデル作成手段と、前記作成した前記パターンのモデルを撮像した場合に得られるパターン信号に相当する仮想モデルを、撮像条件を変化させながら仮想的に複数算出する仮想モデル算出手段と、前記算出した前記複数の仮想モデルに基づいて、前記テンプレートを決定するテンプレート決定手段とを有する。
【００３１】  また、本発明に係る他のテンプレート作成装置は、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成装置であって、前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する撮像手段と、前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する候補モデル設定手段と、前記第２工程で設定した複数の候補モデルを平均化し、前記平均化した候補モデルを前記テンプレートとするテンプレート決定手段とを有する。
【００３２】  また、本発明に係る他のテンプレート作成装置は、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成装置であって、前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する撮像手段と、前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する候補モデル設定手段と、前記第２工程で設定した複数の候補モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関に基づいて前記複数の候補モデルから前記テンプレートとして使用する候補モデルを決定するテンプレート決定手段とを有する。
【００３３】  また、本発明に係る位置検出装置は、前述した本発明に係るテンプレート作成装置と、前記テンプレート作成装置により作成されたテンプレートを用いて、前記物体上を撮像して得られた信号に対してテンプレートマッチング処理を行い、前記物体上の前記パターンを検出するパターン検出手段と、前記パターン検出結果に基づいて、前記物体上に形成された前記パターンの位置を検出する位置検出手段とを有する。
【００３４】  また、本発明に係る露光装置は、マスク上に形成されたパターンで、基板を露光する露光装置であって、前記マスク及び前記基板の少なくとも一方の位置情報を検出する前述した位置検出装置と、前記検出された位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板の相対的な位置合わせを行う位置合わせ手段と、前記位置合わせされた前記基板を前記マスクのパターンで露光する露光手段とを有する。
【００３５】  また、本発明に係る他のテンプレート作成プログラムは、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成プログラムであって、前記所望のパターンに対応するパターンデータを入力する機能と、前記入力されたパターンデータに基づいて、前記物体上に形成された前記パターンのモデルを作成する機能と、前記作成した前記パターンのモデルを撮像した場合に得られるパターン信号である仮想モデルを、撮像条件を変化させながら仮想的に複数算出する機能と、前記算出した前記複数の仮想モデルに基づいて、前記テンプレートを決定する機能とをコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラムである。
【００３６】  また、本発明に係る他のテンプレート作成プログラムは、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成プログラムであって、前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する機能と、前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する機能と、前記設定した複数の候補モデルを平均化し、前記平均化した候補モデルを前記テンプレートとする機能とをコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラムである。
【００３７】  また、本発明に係る他のテンプレート作成プログラムは、物体上を撮像し当該物体上の所望のパターンを検出する際に使用するテンプレートの作成プログラムであって、前記物体上の前記所望のパターンを、撮像条件を変化させながら撮像する機能と、前記撮像条件ごとに得られた前記所望のパターンに対応する信号情報のそれぞれを、前記テンプレートの候補モデルとして設定する機能と、前記設定した複数の候補モデルの間の相関を算出し、前記算出した相関に基づいて前記複数の候補モデルから前記テンプレートとして使用する候補モデルを決定する機能とをコンピュータに実現させるためのテンプレート作成プログラムである。
【００３８】  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。
【００３９】  本発明によれば、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレート、換言すれば、そのような変形に対応したテンプレートであって適切に選択されたテンプレートを作成するテンプレート作成方法、テンプレート作成装置及びテンプレート作成プログラムを提供することにある。さらには、そのようなテンプレートを、種々の入力ソースから容易に作成することができるテンプレート作成方法、テンプレート作成装置及びテンプレート作成プログラムを提供することができる。
また、任意の方法により設定した検出対象のパターンを、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて、それらパターン（マーク）の変形を吸収して適切に検出することのできるパターン検出方法を提供することができる。
【００４０】  また、任意の方法により設定した検出対象のパターンを、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの形状及び像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて検出することにより、そのパターンの位置をパターンの変形に対応して適切に検出することのできる位置検出方法及び位置検出装置を提供することができる。
また、任意の方法により設定した検出対象のパターンの位置を、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて検出し、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及び露光装置を提供することができる。
また、任意の方法により設定した検出対象のパターンを、光学条件やプロセス条件等の相違によるマークの像（光電変換信号）の変形によって変動しないテンプレートを用いて検出し、基板等の所望の位置に適切に露光を行って電子デバイスを適切に製造することのできるデバイス製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の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ＴＴＬ方式アライメント系の瞳像面上におけるウエハ上のマークからの光情報の分布を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した露光装置のＴＴＬ方式アライメント系の受光素子の受光面を示す図である。
【図４】図４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標板の断面図である。
【図５】図５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６】図６は、図１に示した露光装置のマークのテンプレートマッチングに用いる特徴成分としての対称性を説明するための図である。
【図７】図７Ａは、図１に示した露光装置のマークのテンプレートマッチングに用いる対称性を検出するためのサーチ窓を説明するための図であり、図７Ｂはサーチ用窓を用いて相関演算した結果を示す図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、円環パターンのマークに対する、対称性検出の処理を説明するための図である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、スペース部分も対称性の特徴点となり得ることを説明するための図である。
【図１０】図１０は、テンプレートの作成方法を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、線幅の異なるマークのテンプレートが同一になることを説明するための図である。
【図１２】図１２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演算ユニットで行うマーク検出処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１２に示したマーク検出処理の特徴抽出処理を説明するための第１の図である。
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、図１２に示したマーク検出処理の特徴抽出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の実施の形態に係り、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１６】図１６は、図１５に示したＦＩＡ演算ユニットにおけるアライメントマーク検出処理を説明するための図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施の形態に係る光学像変形シミュレータを用いたテンプレート作成方法を示すフローチャートである。
【図１８】図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃは、図１７に示したテンプレート作成方法における入力データのモデル化処理を説明するための図である。
【図１９】図１９は、図１７に示したテンプレート作成方法における仮想モデル生成処理を説明するための図である。
【図２０】図２０は、図１７に示したテンプレート作成方法におけるテンプレート決定処理における平均パターン生成処理及び重み付け平均パターン生成処理を説明するための図である。
【図２１】図２１は、図１７に示したテンプレート作成方法におけるテンプレート決定処理における仮想モデル間の相関を用いたテンプレート決定処理を説明するための図である。
【図２２】図２２は、本発明の第２の実施の形態に係る実計測像を用いたテンプレート作成方法を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、本発明の第２の実施の形態に係り、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演算ユニットで行うマーク検出処理を示すフローチャートである。
【図２４】図２４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２５】図２５は、一般的なマークの構成を示す図である。
【図２６】図２６は、光学条件及びプロセス条件の変動により観察されるマーク像が変化する様子を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】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１４Ｂを参照して説明する。
第１の実施の形態においては、光学条件やプロセス条件が相違することによりマークの像（光電変換信号）が変形したとしても変動しない特徴を用いて、テンプレート作成、そのテンプレートを用いたパターン検出、パターン検出結果に基づく位置検出及び位置検出結果に基づく露光処理を行うことについて説明する。
具体的には、本実施の形態においては、画像処理によりウエハのアライメントマーク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であって、本発明に係るテンプレート作成方法で作成したテンプレート、及び、本発明に係るパターン検出方法及び位置検出方法を適用した露光装置について説明する。【００４３】  まず、その露光装置の構成について図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、以下の説明ではこの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ている。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。【００４４】  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レーザ（１５７ｎｍ）から出射される光等が用いられる。【００４５】  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。【００４６】  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（片側でも良い。）テレセントリックな投影レンズＰＬに入射してウエハ（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は複数のレンズ等の光学素子を有し、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、蛍石等の光学材料から選択される。【００４７】  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。【００４８】  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。【００４９】  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ＰＳＤ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。
なお、主制御系１５の詳細な説明は後述する。【００５０】  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。【００５１】  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。【００５２】  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いく。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もち、散乱光や回折光のみを受光する。【００５３】  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。【００５４】  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次元も受光するような大きさにすると良い。【００５５】  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。【００５６】  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（１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４）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。【００５７】  また、露光装置１００は、本発明に係るオフ・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、本発明のテンプレート作成方法により作成したテンプレートを使用し、本発明のパターン検出方法及び位置検出方法によりアライメントマークを検出してその位置を検出するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサである。【００５８】  なお、本実施の形態では、ウエハ上のアライメントマーク（マークパターン）を検出対象パターン（テンプレートマッチングの対象パターン及びテンプレートデータの作成対象パターン）として説明を進めるが、検出対象のパターンとしては、マークパターンに限られるものではなく、ウエハ上のデバイスパターン（回路パターン）の一部分や、あるいはストリートラインの一部分等、ウエハ上に形成されている種々のパターンを検出対象パターンとして用いるようにしても構わない。【００５９】  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。【００６０】  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。【００６１】  なお、図１においては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。【００６２】  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。【００６３】  イメージセンサ（受光素子、受光手段）４０は、その撮像面に入射する光像を光電変換して光電変換信号（画像信号、画像情報、パターン信号、入力信号）を得るものであり、例えば２次元ＣＣＤが用いられる。【００６４】  なお、本実施の形態では、２次元ＣＣＤからの信号を非計測方向へ積算（投影）した１次元投影信号を位置計測に用いるものとして説明を進めるが、本発明はこれに限られず、２次元信号を２次元画像処理して位置計測を行うようにしても良い。また、３次元画像処理が可能な装置を用いて３次元画像信号で位置計測するようにしても良い。さらに言えば、受光素子（ＣＣＤ）で得た光電変換信号を、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に展開する等）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。
なお以降で画像や画像信号、パターン信号等と称する時には、２次元画像信号のみならず、上述したようなｎ次元信号（ｎ次元の画像信号や、画像信号から展開された信号等）をも含むものとする。【００６５】  イメージセンサ４０から出力された画像信号（入力信号）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。
ＦＩＡ演算ユニット４１は、入力された画像信号（入力信号）から指標マーク３６ａ〜３６ｄに対するマーク像のずれを求め、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。【００６６】  次に、ＦＩＡ演算ユニット４１について、図５〜図１４Ｂ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、イメージセンサ４０から入力される画像信号（入力信号）を記憶する画像信号記憶部５０、画像信号記憶部５０に記憶された画像信号から抽出した特徴を記憶する特徴記憶部５１、基準の特徴情報（テンプレートデータ）を記憶するテンプレートデータ記憶部５２、データ処理部５３及びＦＩＡ演算ユニット４１全体の動作を制御する制御部５４を有する。データ処理部５３は、画像信号からの特徴抽出、抽出した特徴とテンプレートとのマッチング、マッチング結果に基づくマークの有無の検出、及び、マークが含まれる場合にはその位置情報の獲得等の処理を行う。【００６７】  まず、このような構成のＦＩＡ演算ユニット４１における処理内容について説明する。
ＦＩＡ演算ユニット４１は、イメージセンサ４０を介して入力される画像よりマークを検出するために、まず最初に画像信号中にマークの像が含まれているか否かを判断し、含まれている場合には視野内のどの位置にあるかを求める。これによって初めて、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を得ることができる。【００６８】  ＦＩＡ演算ユニット４１においては、画像信号（入力信号）中に所望のマークが含まれているか否かの判断及びその位置の検出を、画像信号の波形信号（ベースバンド信号）をテンプレートと照合するのではなく、画像信号から得られた所定の特徴を、その特徴空間において予め用意された基準の特徴データ（テンプレートデータ）と比較照合（マッチング）することにより行う。
使用する特徴としては、光学条件やプロセス条件の影響を受け難い特徴が好適であり、そのような特徴であれば任意の特徴を用いてよい。なお、ここで言う光学条件とは、具体的には、撮像装置ごと、あるいは撮像動作ごとの撮像レンズ性能（収差、開口数等）、照度、フォーカス位置に関わる条件であり、特にここでは、撮像装置間のばらつき、あるいは、撮像動作ごとに変動が生じるものを言う。また、プロセス条件とは、例えばＣＭＰ等のプロセス処理後に生じる段差やレジストの膜厚変動等のマーク自体に起因するマーク像（波形信号）の変動要因を言う。【００６９】  本実施の形態においては、マーク像の波形信号の中の対称性をこの特徴として用いる。図６に示すように、元のマークパターンＰ０が、たとえ一定の幅のラインパターンであったとしても、例えば撮像時のフォーカス状態が変わると図示のようにマーク波形信号は変化する（Ｐ１〜Ｐ５）。しかしながら、ラインパターンＰ０が対称性を有するパターンであれば、たとえ光学条件やプロセス条件によって得られたマーク像が波形信号Ｐ１〜Ｐ５のように変動したとしても、その対称中心の位置（図６中の太線部）は変動せず、また、対称中心を挟む両側の信号波形の対称性も維持される。従って、対称性は、フォーカス変動等の光学条件やレジスト膜厚変動等のプロセス条件の影響を受けない特徴であると言え、マーク検出の特徴として用いるのに好適である。【００７０】  対称性の特徴値は、対称中心の両側の所定の領域（対称な領域）間の画像信号の相関を求めることにより検出する。
本実施の形態においては、図７Ａに示す直線空間（ＸＺ又はＸＩの２次元空間）Ａ０内の所定の領域Ｌ及びｒに対して、式（１）又は式（２）で定義される折り返し自己相関関数（反転自己相関関数）を適用し、得られた相関値をその直線空間の対称中心におけるその方向の特徴値とする。【００７１】
【数１】
2005008753.tif 000003
【００７２】
【数２】
2005008753.tif 000004
【００７３】  式（１）及び式（２）において、Ｒは折り返し自己相関値（反転自己相関値）であり、ｆ（ｘ）は画素ｘの輝度値である。また、Ｎは計算に使用するデータ総数であるが、不偏分散を計算に使用する時にはＮ−１を使用する。また、ａｖｅ１（ｘ）は領域Ｌに含まれる信号の平均値であり、ａｖｅ２（ｘ）は領域ｒに含まれる信号の平均値である。また、ａ，ｂは図７Ａに示すサーチ用直線空間（サーチ用窓）の範囲を規定する値である。なお、サーチ用窓とは、演算上使用される仮想的な窓のことである。
なお、式（１）で求められる相関値Ｒは、振幅を除去した結果、すなわち、振幅に対して不変な値である。また、式（２）で求められる相関値Ｒは、振幅を考慮した結果、すなわち、振幅の値を反映した値となる。いずれの式を用いて相関値を求めるかは、計測をしたい状況等により適宜決定する。【００７４】  また、サーチ用窓範囲を規定する値ａを０以上の値に設定することにより、図７Ａに示すように、自己相関計算の対象とならない領域Ｘ（不感帯Ｘ）を設定することができる。その結果、線幅が２×ａよりも細いパターンは、これを無視することが可能となり、ノイズ等を容易に除去することができる。
なお、対称性を検出するサーチ用窓範囲については、ＳＮ比検出を行いＳＮ比が大きいもののみをマーク領域と見なす処理を追加しておくことにより、マーク領域のみの特徴抽出を行うことも可能となる。【００７５】  所望の形状のマーク像を対称性という特徴空間に写像するためには、まず、マークを定義する関数に基づいて、そのマークを規定する形状を計測対象が直線空間となる関数空間へ写像する。その結果、マークを規定する形状の各位置において、各々所定の方向に対して図７Ａに示すように規定される直線空間が規定される。
この各空間に式（１）又は式（２）を適用して相関値すなわち特徴値を求める。これにより、マークを規定する形状に対応した各位置において、対称性の方向及び対称性の度合いを示す相関値Ｒを含む特徴が検出される。【００７６】  各マークは、この特徴空間において、このような特徴の集合として、換言すれば、特徴の数（特徴を検出した位置の数）分の対称性の方向及び相関値（対称度）のデータの集合として規定される（図７Ｂ）。図７Ｂは、換言すればサーチ用窓をＸ方向に移動させながら式（１）又は式（２）を用いて相関演算をした結果を示すものである。このようにして求められた相関値波形（図７Ｂ）を本実施の形態ではテンプレートとして使用する。そして、このテンプレート波形（図７Ｂの波形）を用いてテンプレートマッチングする際には、検出対象マークに対しても式（１）又は式（２）を用いて図７Ｂと同様な波形をマークごとに求め、その求められたマークごとの波形とテンプレート波形とのテンプレートマッチングを行う。そして、テンプレート波形との一致度が高いマークを抽出するよう、演算処理する。【００７７】  なお、式（１）又は式（２）により検出されたピーク相関値ＲＴそのものを特徴（テンプレート情報）としても良い。この場合には、テンプレートとしてピーク相関値ＲＴを用い、検出対象マーク像を反転自己相関した時の反転自己相関値ＲがＲＴとなるマーク像がテンプレートマッチングで抽出されるマーク像となる。【００７８】  検出対象のマークは、直線、あるいは、一見して対称性のある図形とわかるような形状のマークに限定されるものではない。関数として表現可能な形状であれば、任意の形状で良い。
例えば、検出対象のマークは、図８Ａに示すような円環形状のパターンＰ１０であっても良い。このようなマークを検出対象とする場合には、このパターンＰ１０を定義する関数Ｇ（ｚ）に基づいて、図８Ｂに示すような、半径方向の直線の計算領域Ａ１０，Ａ１１…を円周に沿って順次設定する。次に、これら設定された複数の計算領域各々に対して、式（１）又は式（２）と同様に折り返し自己相関を計算する。その結果、図８Ｂに示すような、各直線領域の対称中心を接続した円環パターンＣ１０、及び、このパターンＣ１０上のいくつかの位置における対称性の方向の情報及び特徴値（相関値）を含む円環パターンＰ１０の特徴が求められる。【００７９】  また、対称中心の位置は、対称性の方向及び特徴値が関連付けられる重要な情報であるが、ライン部分に設定されることが条件ではない。対称性の設定、すなわちマークの設定として、スペース部分を利用することもできる。例えば、図９Ａに示すラインアンドスペースのマークＰ１１の場合、図９Ｂに示す領域Ａ２０をマークとして検出することにより、ライン間のスペース部分も対称性を有するパターンと見ることができる。
そのようなマークをも考慮することにより、図９Ｃに示すように、ライン部分の対称中心Ｃ２１に加えて、スペース部分の対称中心Ｃ２０に対しても特徴値を抽出することができる。その結果、ウエハの位置決め等に必要な情報をより多く抽出でき、計測精度を向上させることができる。【００８０】  ＦＩＡ演算ユニット４１においては、このような対称性を特徴とする特徴空間において、撮像した画像信号から抽出した特徴と予め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データとをマッチングし、所望のマークの存在を検出する。【００８１】  次に、テンプレートデータ記憶部５２に予め記憶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１０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１０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良い。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良い。
なお、ここでは、前述したようにマークの形状が関数により定義されるような、ある程度複雑な形状のマークを処理対象とする場合について説明する。【００８２】  まず、検出対象の基準マークの画像信号Ｉを取得する（ステップＳ１０１）。基準マークの画像信号は、マークの設計データから生成して取得しても良いし、例えば印刷出力等されたマークの画像をスキャナ等で入力して得ても良い。また、実際にウエハ上に形成したマークを、露光装置１００のアライメントセンサで撮像して取得しても良い。ただし、解像度や階調等の条件は、アライメント処理時に露光装置１００のアライメントセンサにおいてウエハから実際に取り込むマークと同一の条件としておくのが好適である。【００８３】  画像信号が得られたら、これを走査して対称性の特徴抽出処理を行う（ステップＳ１０２）。すなわち、まず、マークの関数式に基づいて、折り返し自己相関計測用の直線空間を順次設定し（換言すれば相関用窓の走査を行うこと）、各直線空間ごとに、式（１）又は式（２）に示した折り返し自己相関値を求める。そして、設定した各直線空間ごとの直線空間の方向（対称の方向）の情報及び得られた自己相関値Ｒの情報を、その直線空間の中心を対称中心とした特徴情報Ｆ（具体的には図７Ｂに示した波形）として記憶する。【００８４】  そして、特徴情報Ｆに基づいて、最終的に露光装置１００に記憶するテンプレートデータを決定する（ステップＳ１０３）。通常の場合、すなわち基準のマークを精度良く読み込み、当初よりテンプレートとして記憶する特徴点について相関値を求めた場合には、ステップＳ１０２で抽出された特徴情報ＦをそのままテンプレートデータＴとして記憶する。しかし、例えば、相関値の低い特徴を削除する場合や、ウエハから実際に撮像したマークに基づいてテンプレートを作成する場合等には、得られた特徴情報Ｆから有効な情報のみを取捨選択してテンプレートデータＴを決定することとなる。また、各特徴点の特徴情報を統合して、マーク全体としての特徴値等を生成する場合には、得られた特徴情報Ｆに基づいてさらにそれらの情報を生成する処理を行うこととなる。ここでは、必要に応じてそのような処理を行い、最終的にテンプレートを決定する。【００８５】  そして、このようにして生成されたテンプレートデータは、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に記憶される。【００８６】  なお、対称性という特徴空間においては、前述したように、プロセス条件によりパターンの線幅が異なったり、光学条件によりマークの見え方が異なっても、対称中心の位置を一意に抽出することができる。その結果、図１１に示すように、設計段階よりそもそも線幅が異なるパターンＰ３１〜Ｐ３４であっても、プリミティブな基本構造、すなわち幾何学的な構造が同じマークであれば１つのテンプレートＰ３０のみを作成すれば良いこととなる。
従って、テンプレート作成の工程においては、使用するマークの中で、基本構造が同一のマークについては、１つのテンプレートのみを作成すれば良い。換言すれば、テンプレート作成の工程においては、基本構造が異なるマークごとに、テンプレートを作成する。【００８７】  次に、ＦＩＡ演算ユニット４１を含むアライメントセンサの動作について、ＦＩＡ演算ユニット４１におけるマークの検出動作を中心にとして説明する。
まず動作を開始すると、主制御系１５は、ステージコントローラ１３及び駆動系１４を介して、ウエハＷ上のマークがアライメントセンサの視野内に入るようにウエハステージ９を駆動する。この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。つまり、ハロゲンランプ２６から出射された照明光は、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内に入射し、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。【００８８】  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を垂直に照射する。
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、ＦＩＡ演算ユニット４１に取り込まれ、これよりマークの位置を検出し、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。【００８９】  ＦＩＡ演算ユニット４１における、画像情報からマークの位置を検出する動作について、図１２〜図１４Ｂを参照してより詳細に説明する。
まず、画像信号記憶部５０は、イメージセンサ４０から視野画像の画像信号Ｉを取り込み、記憶する（ステップＳ２０１）。
画像信号が画像信号記憶部５０に記憶されると、制御部５４からの制御信号に基づいて、データ処理部５３は特徴抽出を開始する（ステップＳ２０２）。すなわち、入力され画像信号記憶部５０に記憶されている画像信号を走査し、対称性を有する特徴点及び特徴値を検出する。
視野画像内の位置が不定で、場合によっては存在しない可能性も有り得るマークを検出する場合には、まず、視野領域の全体に渡って、直線空間の方向ごとに対称性の特徴を抽出する。【００９０】  例えば、図１３Ａに示すような視野全体の画像信号Ｉが入力された場合、この全域を、まずＸ方向（図面、水平方向）の所定の直線領域ＡＨ０で走査し、各領域ごとに式（１）又は式（２）により折り返し自己相関値を計算する。そして、例えばその相関値が所定の閾値以上である場合に、その位置（この場合は対称中心位置）はその方向（水平方向）に対称性の特徴を有する位置として検出する。また、その時の相関値を、特徴値として記憶する。【００９１】  なお、各領域ごとに検出した折り返し自己相関関数の取り扱い方法は、上述の形態に限らず任意である。
例えば、算出した相関値を閾値と比較して対称性の有無を明確にすることをせずに、相関値をそのままその位置の特徴値として登録しておくようにしても良い。対称性がほとんど無ければ相関値は０に近い値となるので、マッチングの方法によっては、特段に特徴点か否かの判定を行わなくてもマッチング処理に影響は無い。
一方、単に対称性の有無のみを判定してそれを２値の特徴値としても良い。この場合、相関値は対称性有無の判定にのみ使用される。
このようなデータの処理方法は、要求されるデータ処理速度や、実現方法等に応じて、適宜決めてよい。【００９２】  特徴の抽出は、マークの検出に必要な全方向について行う。従って、Ｘ方向の対称性の特徴抽出の後は、例えば、図１３Ｂに示すように、Ｙ方向（垂直方向）の対称性の特徴抽出を行う。すなわち、視野全体の画像信号Ｉを、Ｙ方向の所定の直線領域ＡＶ０で走査し、各領域ごとに式（１）又は式（２）の折り返し自己相関値を計算する。そして、例えばその相関値が所定の閾値以上である場合に、その位置は垂直方向に対称性の特徴を有する位置として検出する。また、その時の相関値を特徴値として記憶する。【００９３】  マークが、例えばＸ方向及びＹ方向に延伸したラインのみで形成されたパターンであれば、これらＸ方向及びＹ方向の対称性の特徴抽出を行っておけば、後段のテンプレートとのマッチングを適切に行うことができる。
しかしながら、Ｘ軸及びＹ軸のいずれにも平行でない傾斜したラインや、例えば図８Ａに示した円環パターン等を有するマークの場合には、そのマークを構成する各方向成分の対称性をさらに検出しておく必要がある。なお、どの方向成分の特徴を抽出するかは、テンプレートとしてどの方向成分の対称性が特徴として使用されているかに依存する。すなわちテンプレートと同一の方向成分について、対称性の特徴を抽出しておく必要がある。従って、これはテンプレートデータ記憶部５２に記憶されたテンプレートデータに基づいて、制御部５４からの制御信号により制御される。【００９４】  本実施の形態においては、Ｘ方向及びＹ方向の対称性の検出に続いて、図１４Ａに示す右斜め方向及び図１４Ｂの最上面に示す左斜め方向について、さらに対称性の特徴抽出を行う。
すなわち、視野全体の画像信号Ｉを、右斜め方向の所定の直線領域ＡＲ０及び左斜め方向の所定の直線領域ＡＬ０で各々走査し、各領域ごとに式（１）又は式（２）の折り返し自己相関値を計算する。そして、例えばその相関値が所定の閾値以上である場合に、その位置は右斜め方向あるいは左斜め方向の対称性の特徴のある位置として検出する。また、その時の相関値を特徴値として記憶する。【００９５】  このような処理の結果、図１４Ｂに示すように、視野画像Ｉに対して、４方向各々についての対称性の特徴抽出が行われる。そして、抽出された特徴値は、対称性の方向及び位置の情報とともに、特徴情報Ｆとして特徴記憶部５１に記憶される。
なお、この時点において、特徴記憶部５１には、視野画像の各画素位置に対応して、４方向の方向成分ごとの特徴値が設定されることとなる。【００９６】  特徴抽出が終了したら、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のマッチングを行い、視野領域からのマークの検出を行う（ステップＳ２０３）。
具体的には、データ処理部５３は、まず、マークテンプレートデータ記憶部５２から検出対象のマークのテンプレートデータを読み込む。
次に、特徴記憶部５１に記憶された視野領域全体に対する特徴情報を読み込む。
次に、読み込んだ特徴情報から、テンプレートデータの大きさと同じ範囲の領域の情報を順次抽出する。そして、その各抽出した領域について、テンプレートデータと、対応する位置同士の特徴値を比較照合を行い、その位置にマークが存在するか否かを検出する。【００９７】  比較照合は、基本的に、テンプレートと同一の相対的な位置関係にある各位置について、テンプレートと特徴が同一か否かをチェックすることにより行う。そして、テンプレートの範囲全域に渡ってその特徴が同一であれば、その位置にマークが存在すると判定する。特徴が同一とは、基本的には、得られた特徴情報とテンプレートとの間の対応する位置において、各対称方向に対する特徴値が同じかほぼ同じ状態を示す。【００９８】  ただし、具体的なこの比較照合の方法、特徴の同一性の判定方法としては、種々の方法が考えられる。
例えば、対応する各位置の特徴値に基づいて、抽出した領域の特徴情報とテンプレートデータの相関度、類似度、相違度を所定の計算式により求め、求めた相関度が所定の閾値以上で最も高い領域に対して、そこにマークが存在すると判定する方法が考えられる。その場合、類似度を求める計算式としては、対応する各特徴値の差の累積値、あるいは、特徴値の二乗差の累積値等が考えられる。
また、特徴値が、単にその位置における対称性の有無のみを示す場合には、その抽出した領域の範囲内で、その対称性の有無が一致しているか否かのみを順次チェックし、一致している位置の個数に応じて、マークの存在を判定しても良い。【００９９】  なお、この特徴情報とテンプレート情報のマッチング処理は、（特徴を検出した位置の数）×（各位置で検出した対称性の方向）の次元数の特徴ベクトルの類似度演算と見ることができる。
従って、通常のマッチング処理等で用いられているボケ処理、特徴点の位置の正規化処理、あるいは特徴値の正規化処理等の処理は、これらの特徴ベクトルに対して任意に施してよい。【０１００】  画像信号記憶部５０に記憶した視野領域の画像情報の全領域に渡るマッチング処理の結果、マークが検出された場合には、その際の抽出領域の位置に基づいて、マークの位置を検出する（ステップＳ２０３）。そしてデータ処理部５３は、抽出した特徴情報とテンプレートとが一致した旨、すなわち、マークが検出された旨を示す処理結果を制御部５４へ出力する。その結果、制御部５４は、これをマーク中心位置に関する情報ＡＰ２として主制御系１５へ出力し、一連の位置検出処理を終了する。【０１０１】  一方、ステップＳ２０３でマークが検出されなかった場合には、露光装置１００の主制御系１５の制御により、ステージコントローラ１３及び駆動系１４を介してウエハステージ９を移動させ、アライメントセンサの視野内に入るウエハＷ上の領域を変更する。そして、再度視野領域の画像をＦＩＡ演算ユニット４１に取り込み、マークの検出処理を繰り返す。【０１０２】  露光装置１００においては、このような処理によって得られたマークの中心検出位置に関する情報ＡＰ２に基づいて、主制御系１５がステージコントローラ１３及び駆動系１４を介してウエハステージ９を駆動し、レチクルＲに形成されたパターンが投影される位置とウエハＷの位置とを相対的に合わせ、ウエハＷ上にパターンを露光する。【０１０３】  このように、本実施の形態の露光装置によれば、光学条件の変化によるマーク像の変化や、プロセス条件の変動によるマークの変動等の影響を受けない特徴をマークから抽出することが可能である。そして、この特徴によりテンプレートを作成し、また、この特徴空間でマッチングを行うことにより、マークの変形に影響されずにマークを精度良く検出することができる。その結果、ウエハの位置決め、あるいはショット領域の位置決め等の処理を高精度に行うことができ、露光処理により所望のパターンを高精細に転写することができる。またその結果、高精細なパターンが形成された高品質な電子デバイスを製造することができる。【０１０４】  また、その際、本実施の形態の方法においては、マークでないスペース部分についても特徴を抽出することができる。従って、位置決めに必要な情報をより多く抽出できる。
また、本実施の形態の方法によれば、線幅の異なるパターンについて、その線幅の相違に関係なく特徴を定義することができる。従って、テンプレートの記憶領域を節約できるとともに、アルゴリズムやパラメータ等を変更する必要もなくなり、露光装置又は露光システムを効率よく運用することができる。【０１０５】第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態について、図１５〜図２３を参照して説明する。
第２の実施の形態においては、種々の入力ソースから入力されるパターンデータに対して、そのパターンをウエハ上に形成した時のパターンモデルを生成し、さらに、光学像変形シミュレータを用いることにより、そのパターンモデルを撮像した場合に得られるパターン画像（仮想モデル）を生成し、これを用いてパターンの変形に対応したテンプレートを作成する方法について説明する。また、そのテンプレートを用いたパターン検出、パターン検出結果に基づく位置検出及び位置検出結果に基づく露光処理を行うことについて説明する。【０１０６】  具体的には、本実施の形態においても、画像処理によりウエハ上に形成されたアライメントマーク（マークパターン）や回路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であって、本発明に係るテンプレート作成方法で作成したテンプレートを適用し、ウエハ等の基板の位置合わせを行う露光装置について説明する。ただし、その露光装置の基本的な構成は、図１〜図４を参照して第１の実施の形態において説明した露光装置１００とほぼ同一である。従って、露光装置の基本的な構成の説明は省略し、以下の説明においては、第１の実施の形態との相違する箇所を中心に説明する。なお、露光装置１００の構成部を参照して説明を行う場合には、図１等を参照し、第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明を行う。【０１０７】  具体的には、本実施の形態を適用する露光装置においては、ＦＩＡ演算ユニットの構成が第１の実施の形態で示した露光装置と異なる。
以下、このＦＩＡ演算ユニットの構成から説明する。
図１５は、本発明に係るテンプレートを用いてテンプレートマッチングを行うＦＩＡ演算ユニット４１ｂの内部構成を示すブロック図である。
図１５に示すように、ＦＩＡ演算ユニット４１ｂは、画像信号記憶部５０ｂ、テンプレートデータ記憶部５２ｂ、データ処理部５３ｂ及び制御部５４ｂを有する。
また、図１６は、ＦＩＡ演算ユニット４１ｂにおけるアライメントマーク検出処理を説明するための図であり、視野領域Ｉ、マーク照合領域Ｓ及びその探索状態を示す図である。【０１０８】  画像信号記憶部５０ｂは、イメージセンサ４０から入力される画像信号を記憶する。画像信号記憶部５０ｂには、図１６に示すような、照合対象のアライメントマークのサイズに相当するマーク照合領域Ｓの大きさに比して十分に大きい視野領域Ｉ全体の画像信号が記憶される。【０１０９】  テンプレートデータ記憶部５２ｂは、テンプレートデータを記憶する。テンプレートデータは、ウエハ上の検出対象の所望のマーク（あるいはパターン）を検出するために、画像信号記憶部５０ｂに記憶されている画像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。従って、テンプレートデータとしては、検出対象のマーク（あるいはパターン）の本来の形状（設計上あるいは形成時の形状）に忠実なパターンデータであることよりは、実際にウエハ上に形成されたマーク（あるいはパターン）をアライメントセンサの撮像系を介して観察した時の形状に対応したパターンのデータである方が有効である。観察された画像信号中のパターンのデータとの類似度が高くなり、適切にパターンが検出できるからである。
そのようなテンプレートデータは、露光装置とは別の計算機システム等で作成され、ＦＩＡ演算ユニット４１ｂのテンプレートデータ記憶部５２ｂに記憶される。本発明に係るこのテンプレートデータ作成方法は、後に詳細に説明する。【０１１０】  データ処理部５３ｂは、画像信号記憶部５０ｂに記憶される画像信号とテンプレートデータ記憶部５２ｂに記憶するテンプレートとのマッチングを行い、画像信号中のマークの有無を検出する。そして、画像信号中にマークが含まれる場合にはその位置情報を検出する。
データ処理部５３ｂは、図１６に示すように、検出対象のマークの大きさに相当する探索領域Ｓで視野領域Ｉを順次走査し、各位置においてその領域の画像信号とテンプレートデータとを比較照合する。そして、それらのパターンデータの類似度、相関度等を評価値として検出し、その類似度等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ものとして検出する。すなわち、その箇所の画像信号中にマークの像が含まれているものと判断する。マークが検出された場合には、その位置が視野内のどの位置にあるかを求める。これによって、最終的に、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を得ることができる。【０１１１】  制御部５４ｂは、画像信号記憶部５０ｂ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５２ｂ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５３ｂにおける前述したマッチング等の処理が各々適切に行われるように、ＦＩＡ演算ユニット４１ｂ全体の動作を制御する。【０１１２】  次に、テンプレートデータ記憶部５２ｂに予め記憶される本発明に係るテンプレートの作成方法について説明する。
所望のマーク、パターンについてテンプレートデータを作成してテンプレートデータ記憶部５２ｂに登録することにより、そのマーク、パターンはアライメントセンサにより検出可能となる。以下、本発明に関わるテンプレートの作成方法として、光学像変形シミュレータにより変形予測したパターンを用いる方法と、実計測像を直接に用いる方法について説明する。
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所定の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良い。より具体的には、例えばＦＩＡ演算ユニット４１ｂ内のデータ処理部５３ｂで行うようにしても良い。【０１１３】  まず、光学像変形シミュレータにより変形予測したパターンを用いる方法について図１７を参照して説明する。図１７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。
まず、検出対象のパターンやマークのデータを入力する（ステップＳ３０１）。
パターンやマークのデータの入力方法は任意である。例えば、回路設計データ、パターンやマークの設計データ、ＣＡＤ入力データ、あるいは、最終的なパターンレイアウトの設計データから取得しても良い。また、印刷出力等されたパターンやマークの画像、あるいは、手書きで形状を表したパターンやマークをスキャナ等で入力しても良い。また、例えばパーソナルコンピュータ等で動作するワードプロセッサや簡易作図ソフト等により作図して入力しても良い。手書き又は作図ソフト等により文字パターンを入力した際には、一度これを認識した後、ウエハに形成されるのと同じフォントを読み出し、ウエハに形成されるパターン情報を得るようにしてもい。【０１１４】  なお、後述する実計測像を直接用いる方法とは別に、この方法においても、ウエハ上に実際に形成されているパターンやマークをアライメントセンサで撮像して得られたパターン信号を用いることも可能である。その場合、その取り込んだパターンに対してさらに変形が予測されることとなる。
いずれにしてもまずこの工程においては、検出対象としたい所望のパターンの形状を規定する情報を、任意の方法により入力する。【０１１５】  次に、入力されたパターンのデータに基づいて、ウエハ上に形成するパターン像の基本モデルを作成する（ステップＳ３０２）。前述したように、ステップＳ３０１においては、種々の方法により、種々のツール・手段を介して、種々のフォーマット・データ形式にてパターンデータが入力される。ステップＳ３０２においては、必要に応じてウエハの回路設計データ、レイアウト情報等を参照し、それら入力されたパターンの形状に関わる情報を、そのパターンを実際のウエハ上に形成した状態を所定のフォーマット、データ表現形式により表した情報に変換する。【０１１６】  例えば、ステップＳ３０１において、簡易作図ソフト等を用いて図１８Ａに示すような文字パターンＬが入力されたとする。この場合、ステップＳ３０２においては、図１８Ａに示すこの文字パターンのフォント情報Ｐ４０に基づいて、このフォントがウエハ上に生成されたとした場合の画像情報を生成する。具体的には、図１８Ｂに示すようなウエハ上に形成された２次元パターンＰ４１を示す情報、及び、図１８Ｃに示すようなそのパターン部分（図１８Ｂの破線部）の輝度情報が生成される。すなわち、ステップＳ３０２の処理により、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すように、文字線部が黒の低輝度状態、スペース領域（背景領域）が白の高輝度状態となった各画素ごとの輝度情報から形成される画像信号が、入力されたパターンに対する基本モデル情報として生成される。【０１１７】  ウエハ上に形成されるパターンが所定のフォーマット、データ表現形式で規定されたら、次に、光学像変形シミュレータにより仮想的に基本モデルの像の変形パターンを複数生成し、仮想モデル情報として記憶する（ステップＳ３０３）。
撮像されるパターン像の変形の要因としては、ＣＭＰ処理によって生じるウエハ表面の段差等製造方法に関わる条件、レジスト膜の膜厚あるいはレジスト膜の光透過率（光反射率）等の撮像される側の条件、及び、アライメントセンサのレンズ収差やフォーカス条件、あるいは、照明条件（照明光量、照明波長等）等の撮像側の条件等がある（これらを全て含めて撮像条件と称する）。このうち、製造方法、パターンの線幅、光学系のパラメータ、レジスト膜等の材料の反射率等がわかれば、基本モデルのパターンに対する形状変化を予測することができる。【０１１８】  また、この時に、フォーカス、レジスト厚等のパラメータをいくつか設定することで、実用的に生じ得るパターン象（パターン信号波形）を予測することができる。
このような形状変化を予測する光学像変形シミュレータにより、前述した各要因による像の変形を求めて、発生し得る変形パターン（信号波形）を順次検出する。
例えば、図１８Ｂに示した基本モデルパターンＰ４１の図１８Ｃに示す断面１次元信号Ｐ４２に対して、アライメントセンサのフォーカス位置の変動を考慮した光学像変形シミュレーションを行うことにより、図１９に１次元信号を示すような変形パターンＰ５１〜Ｐ５５が仮想モデルとして生成される。【０１１９】  想定される変形を考慮した光学像変形シミュレーションを行い像変形を予測したら、その結果得られた信号（仮想モデル）に基づいて、テンプレートを決定する（ステップＳ３０４）。
テンプレートの決定方法としては種々の方法が考えられる。
例えば、予測された変形が、図１９に示すパターン（信号波形）Ｐ５２〜パターン（信号波形）Ｐ５４の範囲の場合には、図２０に示すように、例えば、これらのパターンＰ５２〜Ｐ５４を平均化したパターン（信号波形）Ｐ６１を算出し、これをテンプレートとするようにしても良い。【０１２０】  また、パターン（信号波形）Ｐ５２〜Ｐ５４を比較することによって得られる、例えば位置Ｘごとの信号強度Ｉの変化の大きさ（度合い）に応じて図２０のパターンＰ７１に示すような重みを設定し、算出した平均化したパターン（信号波形）をこの重みデータで重み付けしてテンプレートを求めるようにしても良い。パターンＰ７１の重みの意味は、信号波形Ｐ５２〜Ｐ５４を比較してみて、Ｘ位置ごとの信号波形の変化の度合いを抽出したものであり、位置Ｘ２では、信号波形Ｐ５２〜Ｐ５４間における信号（強度）の変化割合が最も大きいため、重みＷは最小となっており、位置Ｘ１，Ｘ３では、信号波形Ｐ５２〜Ｐ５４間における信号（強度）の変化割合が最も小さいため、重みＷは最大となっている。このような重みＷを用いて重み付けしたテンプレートを用いれば、コンスタントに像変形しない箇所に重点をおいたテンプレートマッチングが可能となる。【０１２１】  また、光学像変形シミュレーションの結果、予測された変形が例えば図１９及び図２１に示すパターンＰ５１〜Ｐ５５である場合は、テンプレートを複数用意するのが有効である。その際のパターンの選択方法としては、予測パターンＰ５１〜Ｐ５５相互の相関を計算し、相関が高いデータをまとめて１つのパターンとするのが有効である。相互に相関が低いパターンをテンプレートとして登録しておくことにより、少ない数のテンプレートで有効にマッチングをすることが可能となる。【０１２２】  例えば図２１に示す例において、パターンＰ５１〜Ｐ５５の相関を求めた結果、パターンＰ５２〜Ｐ５４の相関が高いと検出されたものとする。このような場合、相関の低いパターンＰ５１及びパターンＰ５５は、そのままテンプレートとして決定する。そして、残りの相関が高いとされたパターンＰ５２〜Ｐ５４から１つのテンプレートを決定し、これを登録する。この時のテンプレートの決定は、図２１に示すように、いずれかのパターン（図２１の例ではパターンＰ５３）をテンプレートとしても良いし、あるいは前述した方法でそれらのパターンの平均、あるいは重み付け平均等のパターンを求めて、それをテンプレートとしても良い。【０１２３】  以上のようにして生成されたテンプレートデータは、露光装置１００のＦＩＡ演算ユニット４１ｂのテンプレートデータ記憶部５２ｂに記憶される。【０１２４】  次に、実計測像を直接用いてテンプレートを作成する方法について図２２を参照して説明する。図２２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。
まず、実際に所定の工程を施して製造したウエハより、テンプレートを作成する対象のマークのパターン像を撮像条件を変えながら複数取り込む（ステップＳ４０１）。この時のウエハは、実計測像を得るために別途製造しても良いし、実際の製造工程において製造されたウエハを用いても良い。パターン像の取り込みは、テンプレートを登録する露光装置のアライメントセンサを介して取り込むのが好適である。
次に、入力された実計測像の複数のパターン（波形信号）を、所定のフォーマット、データ表現形式により表した情報に変換し、それぞれ候補モデルとして登録する（ステップＳ４０２）。【０１２５】  そして、候補モデルが得られたら、直接その得られた候補モデルに基づいて、テンプレートを決定する（ステップＳ４０３）。
ただし、テンプレートとして登録する際には、複数の候補モデルとの相関関係等に基づいて適切なものを選択して登録するのが有効である。従って、図２０あるいは図２１を参照して例示したのと同様に、平均パターン（波形信号）あるいは重み付け平均パターン（波形信号）を生成したり、相関を検出して他のモデルと相関の小さいもののみを登録する。
このようにして生成されたテンプレートデータは、露光装置１００のＦＩＡ演算ユニット４１ｂのテンプレートデータ記憶部５２ｂに記憶される。【０１２６】  次に、ＦＩＡ演算ユニット４１ｂを含むアライメントセンサの動作について、ＦＩＡ演算ユニット４１ｂにおけるマークの検出動作を中心にとして説明する。
動作開始後から画像を取り込むまでの動作は、前述した第１の実施の形態のＦＩＡ演算ユニット４１の動作と同一である。すなわち、主制御系１５が、ウエハＷ上のマークがアライメントセンサの視野内に入るようにウエハステージ９を駆動し、この状態で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。ウエハＷからの反射光は、指標板３６上に結像され、ウエハＷのマークの像と指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとがイメージセンサ４０に結像する。
イメージセンサ４０に結像した画像情報は、ＦＩＡ演算ユニット４１ｂに取り込まれ、これよりマークの位置を検出し、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。【０１２７】  ＦＩＡ演算ユニット４１ｂにおける、画像情報からマークの位置を検出する動作について、図２３のフローチャートを参照して説明する。
まず、画像信号記憶部５０ｂは、センサ４０からセンサ視野内の画像信号Ｉを取り込み、記憶する（ステップＳ５０１）。
画像信号Ｉが画像信号記憶部５０ｂに記憶されると、制御部５４ｂからの制御信号に基づいて、データ処理部５３ｂはマッチング処理を行う（ステップＳ５０２）。すなわち、図１６を参照して前述したように、データ処理部５３ｂは、検出対象のマークの大きさに相当する探索領域Ｓで画像信号記憶部５０ｂに記憶されている視野領域の画像信号Ｉを順次走査し、各位置においてその領域の画像信号とテンプレートデータとを比較照合する。テンプレートが複数登録されている場合には、その各テンプレートについてマッチングを行う。そして、テンプレートと画像信号との類似度、相関度が所定の閾値以上である場合に、その領域にマークが存在するものと判断する。そして、マークが検出された場合には、その位置が視野内のどの位置にあるかを求める。
なお、画像信号とテンプレートとの相関度、類似度を求める計算式は、相関係数計算式、ＳＳＤＡ等のように、テンプレートと画像信号が同じ時に高い評価値となる計算式であれば任意の式を用いてよい。【０１２８】  画像信号記憶部５０ｂに記憶した視野領域の画像情報の全領域に渡るマッチング処理の結果、マークが検出された場合には、その際の抽出領域の位置に基づいて、マークの位置を検出する（ステップＳ５０３）。そしてデータ処理部５３ｂは、画像信号とテンプレートとが一致した旨、すなわち、マークが検出された旨を示す処理結果を制御部５４ｂへ出力する。その結果、制御部５４ｂは、これをマーク中心位置に関する情報ＡＰ２として主制御系１５へ出力し、一連の位置検出処理を終了する。【０１２９】  一方、ステップＳ５０３でマークが検出されなかった場合には、露光装置１００の主制御系１５の制御により、ステージコントローラ１３及び１駆動系１４を介してウエハステージ９を移動させ、アライメントセンサの視野内に入るウエハＷ上の領域を変更する。そして、再度視野領域の画像をＦＩＡ演算ユニット４１ｂに取り込み、マークの検出処理を繰り返す。【０１３０】  露光装置１００においては、このような処理によって得られたマークの中心検出位置に関する情報ＡＰ２に基づいて、主制御系１５がステージコントローラ１３及び駆動系１４を介してウエハステージ９を駆動し、レチクルＲに形成されたパターンが投影される位置とウエハＷの位置とを相対的に合わせ、ウエハＷ上にパターンを露光する。【０１３１】  このように、本実施の形態の露光装置及びこれに関わるテンプレート作成方法によれば、ユーザがテンプレートデータを容易に設定することができる。すなわち、設計データ、ＣＡＤデータ、レイアウトデータ等のパターンをテンプレートとして登録したり、手書きの文字、パターン等を含む任意のパターンをスキャナ等で入力してテンプレートとして登録することもできる。また、ワードプロセッサや作図ソフト等で作成したマークやパターンをテンプレートとして登録することもできる。その結果、例えば露光対象のパターンに含まれる任意のパターンをアライメントマークとして利用することができる。また、ユーザが設定した例えば直感的に理解が可能な文字等のマークやパターンをアライメントセンサにより検出することができ、露光装置のアライメントセンサの機能を種々の用途で使用できる。【０１３２】  また、そのようにユーザが設定したマークやパターンは、光学像変形シミュレータにより撮像した時の像の形状変化を予測した上でテンプレートとして使用している。従って、手書きパターンやパターン設計値等のプリミティブな入力データから、パターン像が変化する時でも撮像条件によるパターンの像の変化に対応できるテンプレート生成が可能となり、ロバストで高精度なテンプレートマッチングが可能となる。
また、このように光学像変形シミュレータによりパターンの形状予測を行ってテンプレートを作成することにより、実際に装置を動作させてウエハを製造しなくとも形状変化に対応した適切なテンプレートを作成することができる。
一方で、本実施の形態の露光装置においては、実際に製造したウエハ上に形成されているマークやパターンの実計測像からテンプレートを作成することができる。従って、光学像変形シミュレーションでは予測できないような形状変化に対応したテンプレートを作成することができる。【０１３３】  また、それら変形を予測したパターン像に基づくテンプレート、及び、実計測したパターン像に基づくテンプレートのいずれにおいても、テンプレートとして登録する際には、例えばテンプレート相互の相関を計算する等して、適切なテンプレートのみを選択して登録している。従って、テンプレートの記憶容量やテンプレートマッチングの処理時間が著しく増大するのを防ぐことができ、適切なテンプレートマッチング、換言すればＦＩＡ方式のアライメントが行える。【０１３４】  また、前述したように、テンプレートを作成する際に、パターン像の変形を予測している。その結果、実際のアライメント処理時に、ウエハから撮像したマークに対する例えばエッジ検出や２値化等の前処理を簡略化することができる。その結果、ＦＩＡアライメント系の構成を簡単にし、また処理時間を短縮することができる。
なお、上述した実施の形態では、ＦＩＡアライメント系を用いて観察倍率を高倍にしてファイン計測（各ショットごとに向けられたファインアライメント用マーク位置を計測すること）を行う際に、本発明におけるテンプレートマッチングの手法を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、ＦＩＡアライメント系の観察倍率を低倍にしてウエハの移動座標系（ステージ移動座標系）に対するウエハの回転状態を求めるためにサーチ用アライメントマークを計測するいわゆるサーチ計測を行う際に本発明の手法を適用するようにしても良い。また、サーチ計測、ファイン計測の両方の計測に本発明を用いるようにしても良いし、サーチ計測のみに本発明を適用するようにしても良い。【０１３５】デバイス製造方法
次に、上述した露光システム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２４を参照して説明する。
図２４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２４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）。【０１３６】  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。【０１３７】  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。【０１３８】  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。【０１３９】変形例
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。【０１４０】  例えば、前述した実施の形態においては、ウエハＷ上に形成されたパターン（マーク）の位置情報を検出する場合を例示して本発明を説明したが、例えばレチクルＲ上に形成されたパターン（マーク）、ガラスプレートに形成されたパターン（マーク）の位置情報を検出する場合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パターン（マーク）の画像を処理してパターン（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。【０１４１】  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。【０１４２】  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良い。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。【０１４３】  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を精度良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。【０１４４】  なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができることは言うまでも無い。また、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５月２３日に提出された日本国特許出願第２００３−１４６４０９号、２００３年５月３０日に提出された日本国特許出願第２００３−１５３８２１号及び２００４年１月２０日に提出された日本国特許出願第２００４−１１９０１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。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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