(57)【要約】【課題】  探索対象画像におけるマーク像が変動しても正確な位置検出を行う。【解決手段】  複数のマーク像を含む入力画像から、該複数のマーク像に関わる複数のエッジ部を抽出した後、該複数のエッジ部を包含するマーク像を生成して、該マーク像を含む新たな入力画像を生成する第１処理手段と、複数のマーク像１Ｂを含むテンプレート画像２１から、該複数のマーク像に関わる複数のエッジ部５Ｂを抽出した後、該複数のエッジ部を包含するマーク像６Ｂを生成して、該マーク像を含む新たなテンプレート画像２６を生成する第２処理手段と、第２処理手段により生成されたテンプレート画像２６を用い、第１処理手段により生成された新たな入力画像を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行い、該探索対象画像の中でテンプレート画像２６に合致するターゲット部分を探索して、該ターゲット部分の位置を求める演算手段とを備える。【選択図】      図７
2007101493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマーク像を含む入力画像から、該複数のマーク像に関わる複数のエッジ部を抽出した後、該複数のエッジ部を包含するマーク像を生成して、該マーク像を含む新たな入力画像を生成する第１処理手段と、
複数のマーク像を含むテンプレート画像から、該複数のマーク像に関わる複数のエッジ部を抽出した後、該複数のエッジ部を包含するマーク像を生成して、該マーク像を含む新たなテンプレート画像を生成する第２処理手段と、
前記第２処理手段により生成された前記新たなテンプレート画像を用い、前記第１処理手段により生成された前記新たな入力画像を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行い、該探索対象画像の中で前記新たなテンプレート画像に合致するターゲット部分を探索して、該ターゲット部分の位置を求める演算手段とを備えた
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記第１処理手段は、前記複数のマーク像の各々が同一方向に細長いライン状の部位を含む場合、該部位の長手方向に平行な複数のエッジ部の抽出を行い、
前記第２処理手段は、前記複数のマーク像の各々が同一方向に細長いライン状の部位を含む場合、該部位の長手方向に平行な複数のエッジ部の抽出を行う
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置検出装置において、
前記第１処理手段は、前記複数のエッジ部を抽出した後、各エッジ部を前記長手方向とは垂直な方向に膨張させることで、前記複数のエッジ部を包含するマーク像の生成を行い、
前記第２処理手段は、前記複数のエッジ部を抽出した後、各エッジ部を前記長手方向とは垂直な方向に膨張させることで、前記複数のエッジ部を包含するマーク像の生成を行う
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置検出装置において、
前記第１処理手段は、前記複数のマーク像の前記部位の幅または間隔の何れか長い方に応じて、各エッジ部を膨張させる際の膨張量を設定し、
前記第２処理手段は、前記複数のマーク像の前記部位の幅または間隔の何れか長い方に応じて、各エッジ部を膨張させる際の膨張量を設定する
ことを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理のテンプレートマッチングによって対象物体上のマークの位置検出を行う位置検出装置にする。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤカメラなどの撮像素子を用いて対象物体上のマークの画像を取り込み、この入力画像を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行い、マークの位置検出を行う装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。テンプレートマッチング用のテンプレート画像は、通常、レシピ作成時に例えばテスト基板などを用いて作成される。また、テンプレートマッチングの前処理として探索対象画像およびテンプレート画像に所定のフィルタ処理を施し、各画像におけるマーク像の特徴を強調して、位置検出を安定化させることも提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１５５０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記した従来装置では、テンプレートマッチングの前処理を行っても探索対象画像およびテンプレート画像におけるマーク像の特徴が失われないため、何らかの要因で探索対象画像におけるマーク像が変動すると、疑似マッチングやマッチング不可能になることがあった。そして、疑似マッチングの場合は位置検出の正確な結果を得ることができず、マッチング不可能の場合には位置検出の結果を得ることができない。
【０００４】
本発明の目的は、探索対象画像におけるマーク像が変動しても正確な位置検出を行える位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の位置検出装置は、複数のマーク像を含む入力画像から、該複数のマーク像に関わる複数のエッジ部を抽出した後、該複数のエッジ部を包含するマーク像を生成して、該マーク像を含む新たな入力画像を生成する第１処理手段と、複数のマーク像を含むテンプレート画像から、該複数のマーク像に関わる複数のエッジ部を抽出した後、該複数のエッジ部を包含するマーク像を生成して、該マーク像を含む新たなテンプレート画像を生成する第２処理手段と、前記第２処理手段により生成された前記新たなテンプレート画像を用い、前記第１処理手段により生成された前記新たな入力画像を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行い、該探索対象画像の中で前記新たなテンプレート画像に合致するターゲット部分を探索して、該ターゲット部分の位置を求める演算手段とを備えたものである。
【０００６】
また、前記第１処理手段は、前記複数のマーク像の各々が同一方向に細長いライン状の部位を含む場合、該部位の長手方向に平行な複数のエッジ部の抽出を行い、前記第２処理手段は、前記複数のマーク像の各々が同一方向に細長いライン状の部位を含む場合、該部位の長手方向に平行な複数のエッジ部の抽出を行うことが好ましい。
また、前記第１処理手段は、前記複数のエッジ部を抽出した後、各エッジ部を前記長手方向とは垂直な方向に膨張させることで、前記複数のエッジ部を包含するマーク像の生成を行い、前記第２処理手段は、前記複数のエッジ部を抽出した後、各エッジ部を前記長手方向とは垂直な方向に膨張させることで、前記複数のエッジ部を包含するマーク像の生成を行うことが好ましい。
【０００７】
また、前記第１処理手段は、前記複数のマーク像の前記部位の幅または間隔の何れか長い方に応じて、各エッジ部を膨張させる際の膨張量を設定し、前記第２処理手段は、前記複数のマーク像の前記部位の幅または間隔の何れか長い方に応じて、各エッジ部を膨張させる際の膨張量を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の位置検出装置によれば、探索対象画像におけるマーク像が変動しても正確な位置検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
ここでは、半導体素子の製造工程において、露光工程の前に半導体ウエハの位置合わせを行う装置（つまり露光装置のアライメント系）に組み込まれた位置検出装置を例に説明する。半導体ウエハは、下地層に多数のアライメントマークを有し、最上層がレジスト層となっている。レジスト層にはまだ回路パターンが形成されていない。レジスト層に回路パターンが形成されるのは、露光工程と現像工程とを経た後である。
【００１０】
第１実施形態の位置検出装置１０は、図１に示す通り、ウエハ１０Ａを支持するステージ１１と、光学系１２と、カメラ１３と、画像処理部１４と、記憶部１５とで構成されている。位置検出装置１０は、画像処理のテンプレートマッチングによってウエハ１０Ａ上のアライメントマーク(不図示)の位置検出を行う装置である。
ステージ１１は、不図示の搬送系によってウエハカセットから搬送されてきたウエハ１０Ａを上面に載置し、例えば真空吸着により固定保持する。ステージ１１は、少なくとも水平面内で２次元的に移動可能であり、位置検出の際にはウエハ１０Ａ上のアライメントマークを順に所定の視野（カメラ１３の撮像視野）内に位置決めする。このステージ１１は、露光装置のステージと共通である。
【００１１】
このため、位置検出装置１０によるアライメントマークの位置検出が終わると、ウエハ１０Ａをステージ１１に載置させた状態で位置合わせが行われ、レジスト層に対する露光工程に進む。そして、露光工程が終わると、そのウエハ１０Ａはステージ１１から回収され、別のウエハ１０Ａがステージ１１に載置され、同様の処理（位置検出→位置合わせ→露光工程）が繰り返される。
【００１２】
光学系１２は、ステージ１１上のウエハ１０Ａの局所領域（例えばアライメントマークおよびその近傍領域）の光像を形成する。カメラ１３は、不図示の撮像素子によりウエハ１０Ａの局所領域（アライメントマーク）の光像を撮像し、撮像信号を画像処理部１４に出力する。画像処理部１４は、カメラ１３から撮像信号を取り込むと、これを所定ビットのディジタル画像に変換し、必要に応じて所定の前処理を行い、得られた入力画像を探索対象画像として後述のテンプレートマッチングなどの画像処理を行う。
【００１３】
記憶部１５は、探索対象画像に対するテンプレートマッチング用のテンプレート画像を記憶する。記憶部１５に予め（位置検出前に）記憶されるテンプレート画像２１（図２）は、レシピ作成時に作成したものである。テンプレート画像２１の作成は、例えばテストウエハ上に形成されたアライメントマークの画像を位置検出装置１０の画像処理部１４によって取り込み、その画像からマニュアルでマーク部分を切り出すことにより行われる。テストウエハとは設計値に近い状態のウエハである。
【００１４】
ここで、テンプレート画像２１には、図２に示す通り、高輝度の背景１Ａの中に低輝度で矩形状の複数のマーク像１Ｂが含まれる。低輝度の部分にハッチングを付した。複数のマーク像１Ｂの各々は、同一方向（図中縦方向）に細長いライン状であって各マーク像１Ｂの短手方向に沿って一定のピッチで配列されている。このように、テンプレート画像２１の複数のマーク像１Ｂは、ラインアンドスペース状のマーク像を構成している。
【００１５】
また、テンプレート画像２１を作成したとき（レシピ作成時）のロットのウエハ１０Ａをステージ１１に載置し、ウエハ１０Ａ上に形成されたアライメントマークの画像を同様に取り込むと、図３(ａ)のような入力画像２２が得られる。入力画像２２には、上記したテンプレート画像２１と同様に、高輝度の背景２Ａの中に低輝度で矩形状の複数のマーク像２Ｂが含まれる。これら複数のマーク像２Ｂも、ラインアンドスペース状のマーク像を構成し、同一方向（図中縦方向）に細長いライン状のマーク像２Ｂが、その短手方向に沿って一定のピッチで配列されている。
【００１６】
このような場合、位置検出装置１０の画像処理部１４では、テンプレート画像２１を用い、入力画像２２を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行う。つまり、入力画像２２の中から演算用の部分画像２Ｃ（図４(ａ)）を抽出して、部分画像２Ｃとテンプレート画像２１とのマッチング演算を行い、部分画像２Ｃの位置を少しずつ変化させながら同様のマッチング演算を繰り返す。そして、各マッチング演算の結果を大小比較することにより、入力画像２２の中でテンプレート画像２１に合致するターゲット部分２Ｄ（図４(ｂ)）を探索し、ターゲット部分２Ｄの位置を求める。ターゲット部分２Ｄとは、テンプレート画像２１との類似性が最も高い部分画像２Ｃである。
【００１７】
画像処理部１４は、入力画像２２におけるターゲット部分２Ｄの位置を求めると、これを記憶部１５に記憶させる。さらに、記憶部１５には、入力画像２２を取り込んだときのステージ１１の位置も併せて記憶される。そして、これらの位置情報（ターゲット部分２Ｄの位置とステージ１１の位置）に基づいて、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの位置を検出することができる。
【００１８】
上記のマッチング演算を周知の相互相関法により行った場合、マッチング演算の結果は、部分画像２Ｃとテンプレート画像２１との類似性が高いほど（すなわちターゲット部分２Ｄほど）大きな値を示す。また、ターゲット部分２Ｄとテンプレート画像２１とのマッチング演算の結果（以下「マッチングスコア」）が大きいほど、マッチング誤差は小さくなり、アライメントマークの位置を正確に検出できると考えられる。
【００１９】
テンプレート画像２１を作成したとき（レシピ作成時）のロットでは、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの入力画像２２（図３(ａ)）に、テンプレート画像２１のマーク像１Ｂと同様のマーク像２Ｂが現れるため、所定の閾値より大きな値のマッチングスコアを得ることができる。したがって、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの位置を、小さなマッチング誤差で正確に検出することができる。
【００２０】
ところが、テンプレート画像２１を作成したとき（レシピ作成時）から時間が経過したロットの場合には、半導体素子の製造工程での条件変動によって、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの画像が、レシピ作成時の入力画像２２（図３(ａ)）とは異なってしまう可能性がある。例えば、図３(ｂ)に示す入力画像２３のように輝度値が反転して低輝度の背景３Ａの中に高輝度で矩形状のマーク像３Ｂが現れる場合や、図３(ｃ)に示す入力画像２４のように高輝度の背景４Ａの中に低輝度で枠状のマーク像４Ｂが現れる場合などが考えられる。
【００２１】
例えば図３(ｂ),(ｃ)に示す入力画像２３,２４のようにマーク像３Ｂ,４Ｂの輝度や形状が変動した場合は、レシピ作成時のロットと同様に、図２に示すテンプレート画像２１を用い、入力画像２３,２４を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行う（図４参照）と、仮にテンプレートマッチングが成功しても、マッチングスコアが小さく（マッチング誤差が大きく）なってしまい、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの位置を正確に検出することが難しくなる。場合によってはマッチング不可能になる。
【００２２】
そこで、第１実施形態の位置検出装置１０では、テンプレート画像２１を作成したとき（レシピ作成時）から時間が経過したロットの場合には、図５,図６に示すフローチャートの手順（ステップＳ１〜Ｓ８）にしたがって、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの位置検出を行う。
画像処理部１４は、まず（ステップＳ１）、記憶部１５からレシピ作成時のテンプレート画像２１（図２）を取得する。テンプレート画像２１には複数の縦長のマーク像１Ｂが含まれ、高輝度の背景１Ａに対してマーク像１Ｂは低輝度となっている。また、マーク像１Ｂのサイズは、例えば、図７に示す通り、マーク像１Ｂの幅Ｄ１が３画素分、隣り合うマーク像１Ｂどうしの間隔Ｄ２が３画素分となっている。
【００２３】
次に（ステップＳ２）、テンプレート画像２１に対するエッジ抽出処理を行う。エッジ抽出処理は、マーク像１Ｂの長手方向に垂直な（つまり横方向の）３画素分のオペレータ３１を用いた畳み込み演算により行われる。その結果、複数のマーク像１Ｂに関わる複数のエッジ部として、マーク像１Ｂの長手方向に平行な（つまり縦方向の）エッジ部５Ｂが抽出される。エッジ抽出処理後のテンプレート画像２５には、低輝度の背景５Ａの中に高輝度の複数のエッジ部５Ｂが現れる。隣り合うエッジ部５Ｂどうしの間隔Ｄ３は１画素分または３画素分となる。
【００２４】
次に（ステップＳ３）、エッジ抽出処理後のテンプレート画像２５に対するモルフォロジーの膨張処理を行う。この膨張処理は、横方向の５画素分のカーネル３２を用いた演算により行われる。カーネル３２は、中心画素の両側に２画素を追加したものである。このため、カーネル３２を用いた膨張処理によって、各エッジ部５Ｂを横方向に左右２画素分ずつ膨張させることができる。
【００２５】
このような膨張処理後のテンプレート画像２６には、低輝度の背景６Ａの中に高輝度で矩形状の１つのマーク像６Ｂが現れる。マーク像６Ｂの中の点線枠は膨張処理前のテンプレート画像２５の各エッジ部５Ｂに対応し、各エッジ部５Ｂの膨張量（左右２画素分）を矢印で示した。
隣り合うエッジ部５Ｂどうしの間隔Ｄ３は３画素分以下なので、各エッジ部５Ｂを左右２画素分ずつ膨張させると、隣り合うエッジ部５Ｂどうしが部分的に重なり合い、複数のエッジ部５Ｂが互いに結合して、矩形状の１つのマーク像６Ｂとなる。
【００２６】
各エッジ部５Ｂの膨張量（左右２画素分）は、カーネル３２のサイズによって決まり、カーネル３２のサイズは、元のテンプレート画像２１におけるマーク像１Ｂの幅Ｄ１または間隔Ｄ２の何れか長い方に応じて設定される。例えば、カーネル３２の片側の追加画素数は、マーク像１Ｂの幅Ｄ１または間隔Ｄ２の何れか長い方（ここでは３画素分）の半分より多くなるように設定すればよい。
【００２７】
また、隣り合うエッジ部５Ｂどうしの間隔Ｄ３（１画素分または３画素分）は、常に、マーク像１Ｂの幅Ｄ１または間隔Ｄ２の何れか長い方（３画素分）以下となる。このため、幅Ｄ１（または間隔Ｄ２）に応じて設定したカーネル３２によって各エッジ部５Ｂを膨張させることにより、複数のエッジ部５Ｂを互いに結合し、複数のエッジ部５Ｂを包含するような矩形状の１つのマーク像６Ｂを生成することができる。
【００２８】
このようにして、低輝度の背景６Ａの中に高輝度で矩形状の１つのマーク像６Ｂを含むテンプレート画像２６の生成が終わると、画像処理部１４（図１）は、次のステップＳ４（図５）において、この新たなテンプレート画像２６を記憶部１５に保存する。
新たなテンプレート画像２６を元のテンプレート画像２１と比較すれば分かるように、ステップＳ２,Ｓ４の各フィルタ処理を行うことで、マーク像１Ｂの特徴（輝度や形状）が失われ、全く別のマーク像６Ｂに集約されたことになる。
【００２９】
そして次に、画像処理部１４は、元のテンプレート画像２１を作成したとき（レシピ作成時）から時間が経過したロットのウエハ１０Ａをステージ１１に載置し、図６のステップＳ５において、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの画像（ここでは図３(ｂ)の入力画像２３）を取り込む。
上記の通り、入力画像２３には複数の縦長のマーク像３Ｂが含まれ、低輝度の背景３Ａに対してマーク像３Ｂは高輝度となっている。このため、入力画像２３を探索対象画像としてテンプレート画像２１によるテンプレートマッチングを行っても、マッチング誤差が大きく、正確な位置検出を行えるとは限らない。
【００３０】
次に（ステップＳ６）、画像処理部１４は、入力画像２３に対するエッジ抽出処理を行う。入力画像２３におけるマーク像３Ｂの幅と間隔が共に３画素分の場合は、図７に示す横方向の３画素分のオペレータ３１を用いた畳み込み演算により、複数のマーク像３Ｂに関わる複数のエッジ部３Ｂ'を抽出することができる。この場合にも、抽出された複数のエッジ部３Ｂ'は何れも縦方向となり、低輝度の背景に対して高輝度のエッジ部となる。
【００３１】
次に（ステップＳ７）、エッジ抽出処理後の入力画像２３'に対してモルフォロジーの膨張処理を行う。エッジ抽出処理後の入力画像２３'は、図７に示すエッジ抽出処理後のテンプレート画像２５と同様の輝度パターンを有するため、上記と同様、横方向の５画素分のカーネル３２を用いた演算により、複数のエッジ部３Ｂ'を包含するような矩形状の１つのマーク像３Ｂ''を生成することができる。
【００３２】
膨張処理後の入力画像２３''は、図７に示す膨張処理後のテンプレート画像２６と同様の輝度パターンを有し、低輝度の背景の中に高輝度で矩形状の１つのマーク像３Ｂ''を含むものとなる。
したがって、この新たな入力画像２３''を元の入力画像２３（図３(ｂ)）と比較すれば分かるように、ステップＳ６,Ｓ７の各フィルタ処理を行うことで、マーク像３Ｂの特徴（輝度や形状）が失われ、全く別のマーク像３Ｂ''に集約されたことになる。
【００３３】
次に（ステップＳ８）、画像処理部１４は、新たなテンプレート画像２６（図７）を用い、新たな入力画像２３''を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行う。つまり、入力画像２３''の中から演算用の部分画像２Ｃ（図８(ａ)）を抽出して、部分画像２Ｃとテンプレート画像２６とのマッチング演算を行い、部分画像２Ｃの位置を少しずつ変化させながら同様のマッチング演算を繰り返す。そして、各マッチング演算の結果を大小比較することにより、入力画像２３''の中でテンプレート画像２６に合致するターゲット部分２Ｄ（図８(ｂ)）を探索し、ターゲット部分２Ｄの位置を求める。
【００３４】
そして、画像処理部１４は、入力画像２３''におけるターゲット部分２Ｄの位置を求めると、これを記憶部１５に記憶させる。さらに、記憶部１５には、元の入力画像２３（図３(ｂ)）を取り込んだときのステージ１１の位置も併せて記憶される。そして、これらの位置情報（ターゲット部分２Ｄの位置とステージ１１の位置）に基づいて、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの位置を検出することができる。
【００３５】
上記のように、元のテンプレート画像２１を作成したとき（レシピ作成時）から時間が経過したロットでは、ウエハ１０Ａのアライメントマークの入力画像２３に対してエッジ抽出処理と膨張処理（図６）を施し、矩形状の１つのマーク像３Ｂ''を含む新たな入力画像２３''を生成すると共に、元のテンプレート画像２１に対してエッジ抽出処理と膨張処理（図５）を施し、矩形状の１つのマーク像６Ｂを含む新たなテンプレート画像２６を生成することによって、新たな入力画像２３''のマーク像３Ｂ''と新たなテンプレート画像２６のマーク像６Ｂとを同じ形状で同じ輝度パターンとすることができる。
【００３６】
このため、新たなテンプレート画像２６を用い、新たな入力画像２３''を探索対象画像としてテンプレートマッチングを行う（図８）ことにより、ターゲット部分２Ｄとテンプレート画像２６とのマッチング演算の結果として、所定の閾値より大きな値のマッチングスコアを得ることができる。したがって、ウエハ１０Ａ上のアライメントマークの位置を、小さなマッチング誤差で正確に検出することができる。
【００３７】
また、画像処理部１４によって取り込まれたアライメントマークの画像が図３(ｂ)のような入力画像２３である場合に限らず、図３(ｃ)のような入力画像２４であっても同様の効果を得ることができる。入力画像２４の場合でも、図６のエッジ抽出処理と膨張処理を施した後の新たな入力画像２４''には、矩形状の１つのマーク像４Ｂ''が含まれ、新たなテンプレート画像２６のマーク像６Ｂとを同じ形状で同じ輝度パターンとなる。このため、アライメントマークの位置検出を小さなマッチング誤差で正確に行うことができる。
【００３８】
すなわち、第１実施形態の位置検出装置１０によれば、半導体素子の製造工程での条件変動などにより、入力画像のマーク像の輝度や形状が変動しても、入力画像およびテンプレート画像における元のマーク像の特徴が失われるような前処理（エッチング抽出処理および膨張処理）を行って、全く別の矩形状のマーク像を生成するため、疑似マッチングやマッチング不可能になることはなく、常に、正確な位置検出を行える。したがって、半導体素子の製造工程での条件変動に強いロバストな位置検出装置１０を得ることができる。
【００３９】
さらに、元のテンプレート画像２１をＣＡＤデータなどの寸法値（設計情報）から人工的に作成した場合でも、同様の効果を得ることができる。ただし、この場合には、テストウエハの画像から作成したテンプレート画像２１と比較して、マッチング誤差が大きく、レシピ作成時のロットのウエハ１０Ａでも位置検出の精度が落ちることがある。例えば、ＣＡＤデータから作成したテンプレート画像が図２のような輝度パターンのときに、入力画像が図３のような輝度パターンのとなる場合が、これに相当する。このような場合には、レシピ作成時から図５,図６の手順で位置検出を行うことが好ましい。
【００４０】
また、第１実施形態の位置検出装置１０によれば、マッチング誤差が大きくなりそうなときに図５,図６の手順で位置検出を行い、テンプレート画像と入力画像との双方のマーク像を矩形状に変化させるため、入力画像のマーク像の変動に合わせてテンプレート画像を作り直す必要がなくなる。
さらに、第１実施形態の位置検出装置１０によれば、エッジ抽出処理（図５,図６のステップＳ２,Ｓ６）の際、縦長のマーク像１Ｂ（図７）の長手方向に平行な縦方向のエッジ部５Ｂのみを抽出したので、画像中から縦方向のエッジ部以外の情報（横方向のエッジ部の情報なノイズ成分など）を取り去ることができ、縦方向のエッジ部以外の情報が主体となる疑似マッチングを確実に低減できる。
【００４１】
また、テストウエハの画像やＣＡＤデータなどから作成したテンプレート画像、および、ウエハ１０Ａの入力画像において、複数のマーク像が上記例とは９０度回転している場合には、エッジ抽出処理の際に、横長のマーク像の長手方向に平行な横方向のエッジ部のみを抽出すれば、同様の効果を得ることができる。
さらに、第１実施形態の位置検出装置１０を備えた露光装置のアライメント系では、位置検出装置１０の記憶部１５に記憶されている位置情報（入力画像におけるターゲット部分２Ｄの位置と入力画像を取り込んだときのステージ１１の位置）に基づいて、ステージ１１上のウエハ１０Ａの位置合わせを行う。このとき、半導体素子の製造工程での条件が変動しても、ＣＡＤデータなどから作成したテンプレート画像を用いる場合でも、常に、正確な位置合わせを行うことができる。
【００４２】
（第２実施形態）
ここでは、上記の位置検出処理（図５,図６）に適したアライメントマークの例を説明する。このアライメントマークの画像を図９(ａ),(ｂ)に示す。これらの画像は、テンプレート画像または入力画像である。
図９(ａ)の画像は、２つのマーク領域３１,３２を有し、マーク領域３１,３２それぞれの中に複数のマーク像３３が含まれる。マーク領域３１におけるマーク像３３の幅および間隔は、マーク領域３２におけるマーク像３３の幅および間隔と同じである。マーク領域３１,３２の間隔Ｄ４は、マーク領域３１,３２におけるマーク像３３の幅および間隔より大きく設定されている。また、図９(ａ)の画像の背景は高輝度、マーク像３３は低輝度となっている。図９(ｂ)の画像も同様のマーク像３３を含み、図９(ａ)の画像とは輝度値を反転させたものとなっている。
【００４３】
このような図９(ａ),(ｂ)の画像に対して、エッジ抽出処理（図５,図６のステップＳ２,Ｓ６）を施すと、上記と同様に（図７(ｂ)参照）、何れもエッジ部３４のみが高輝度となって現れる（図９(ｃ)）。その後、膨張処理（図５,図６のステップＳ３,Ｓ７）を施すと、マーク領域３１の中に含まれるエッジ部３４が結合され、マーク領域３２の中に含まれるエッジ部３４が結合されて、２つの矩形状のマーク像３５が得られる（図９(ｄ)）。この場合、各エッジ部３４の膨張量は、マーク領域３１,３２の間隔Ｄ４の半分より小さく設定する必要がある。
【００４４】
第２実施形態のように、複数のマーク像３３（図９(ａ),(ｂ)）が画像中の２箇所に対向して配置され、エッジ抽出処理と膨張処理とを施した後、２つの矩形状のマーク像３５が得られる場合（図９(ｄ)）には、テンプレートマッチングの際の情報量を増やすことができる。その結果、位置検出の精度が向上する。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、ラインアンドスペース状のマーク像を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１０(ａ)に示す通り、ボックス状の複数のマーク像４１,４２を含む場合にも、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。エッジ抽出処理後の画像には、図１０(ｂ)のように、長さの異なる２種類のエッジ部４３,４４が現れる。そして膨張処理後の画像には、図１０(ｃ)のように、Ｈ型の１つのマーク像４５が現れる。この場合にも、テンプレートマッチングの際の情報量を増やすことができ、位置検出の精度が向上する。
【００４５】
また、上記した実施形態では、一方向（例えば縦方向）のエッジ抽出処理を例を説明したが、その方向とは垂直な方向（横方向）にも同様のエッジ抽出処理を行ってもよい。
さらに、上記した実施形態では、膨張処理の際、エッジ部とは垂直な方向（例えば横方向）にエッジ部を膨張させたが、エッジ部に平行な方向（縦方向）にも同様の膨張処理を行ってもよい。また、膨張処理とは異なる処理によって複数のエッジ部を包含するようなマーク像を生成してもよい。
【００４６】
また、上記した実施形態では、周知の相互相関法によりテンプレートマッチングの演算を行ったが、本発明はこれに限定されない。テンプレートマッチングの演算は、残差逐次検定法(ＳＳＤＡ法)により行ってもよい。この場合、ターゲット部分とテンプレート画像との類似性が高いほど小さな値を示す。また、マッチングスコアが小さいほど、マッチング誤差が小さく、位置検出の精度が高い（つまり位置検出の結果が正確）と考えられる。
【００４７】
さらに、上記した実施形態では、露光工程の前に半導体ウエハの位置合わせを行う装置（つまり露光装置のアライメント系）に組み込まれた位置検出装置の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、ウエハ１０Ａのレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置に組み込まれた位置検出装置にも本発明を適用できる。この場合の位置検出装置は、ウエハ１０Ａの下地層とレジスト層に形成された各々の重ね合わせマークの位置を同様のテンプレートマッチングによって検出する。したがって、半導体素子の製造工程において時間が経過しても、重ね合わせマークの位置を常に精度よく検出でき、下地層とレジスト層との重ね合わせ検査を継続的に精度よく行える。重ね合わせ検査装置のアライメント系に本発明の位置検出装置を組み込む場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００４８】
さらに、上記した実施形態では、半導体素子の製造工程においてウエハ１０Ａに形成されたマーク（アライメントマーク,重ね合わせマーク）の位置をテンプレートマッチングによって検出する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。液晶表示素子の製造工程において液晶基板（液晶ディスプレイパネル）に形成されたマークの位置をテンプレートマッチングによって検出する場合にも、本発明を適用できる。
【００４９】
また、位置検出装置１０の画像処理部１４によりマークの位置検出を行う場合に限らず、位置検出装置に接続された外部のコンピュータを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施形態の位置検出装置１０の概略図である。
【図２】テンプレート画像２１を説明する図である。
【図３】入力画像におけるマーク像の変動を説明する図である。
【図４】通常のテンプレートマッチングを説明する図である。
【図５】第１実施形態の位置検出手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態の位置検出手順を示すフローチャートである。
【図７】エッジ抽出処理と膨張処理について説明する図である。
【図８】図５,図６の処理でのテンプレートマッチングを説明する図である。
【図９】第２実施形態のマーク像を説明する図である。
【図１０】変形例のマーク像を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 位置検出装置 ; １０Ａ ウエハ ; １１ ステージ ; １２ 光学系 ; １３ カメラ ;
１４ 画像処理部 ; ２１,２５,２６ テンプレート画像 ;
１Ｂ,２Ｂ,３Ｂ,４Ｂ,６Ｂ,３Ｂ'',３３,３５,４１,４２,４５ マーク像 ;
２２,２３,２４,２３'' 入力画像 ; ２Ｄ ターゲット部分
５Ｂ,３４,４３,４４  エッジ部
【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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