(57)【要約】隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域を含む画像を取得する（ステップ１１１〜１１４）。こうして得られた画像における互いに隣り合う領域の画像特徴、例えばテクスチャの相違を利用して前記画像を解析し（ステップ１１５）、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める（ステップ１１６）。そして、求められた境界情報に基づいて、画像における注目領域の形状情報や位置情報を検出することにより、対象物の形状情報、位置情報、光学特性情報等を検出する（ステップ１１７）。この結果、対象物の形状情報、位置情報、光学特性情報等が精度良く検出される。
2002045023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を処理する画像処理方法であって、
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得工程と；
前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析工程と；を備える画像処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理方法において、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析工程は、
所定の大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出工程と；
前記特徴値算出工程において算出されたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の画像処理方法において、
前記第１領域及び前記第２領域の固有パターンの少なくとも一方は既知であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ解析窓の大きさは、前記既知の固有パターンに応じて定められることを特徴とする画像処理方法。
【請求項５】
請求項２に記載の画像処理方法において、
前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知であり、
前記テクスチャ特徴値算出工程は、
前記特定領域において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を算出し、前記特定領域におけるテクスチャ特徴値の前記テクスチャ解析窓の位置による変化の様子を調査する調査工程と；
前記特定領域以外において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を算出する特定領域外特徴値算出工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項６】
請求項２に記載の画像処理方法において、
前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知であり、
前記テクスチャ特徴値算出工程は、
前記特定領域において、前記テクスチャ解析窓の位置及び大きさを変化させながら前記テクスチャ特徴値を算出する特定領域内特徴値算出工程と；
前記特定領域内で前記テクスチャ解析窓の位置が変化してもテクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを算出する解析窓算出工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
請求項２に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ特徴値は、前記テクスチャ解析窓内における画素データの平均値及び分散値の少なくとも一方であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項８】
請求項２に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ解析窓内の各画素について、前記テクスチャ解析窓の中心位置と前記各画素の位置との間の距離に応じた重み情報が予め定められ、
前記特徴値算出工程では、前記重み情報と前記各画素の画像データとに基づいて、前記テクスチャ解析窓内の画像に関するテクスチャ特徴値が算出されることを特徴とする画像処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ解析窓は正方形であり、
前記重み情報は、前記テクスチャ解析窓内領域が前記画像の個々の画素に応じて分割された矩形状小領域それぞれにおける、前記矩形状小領域の全体面積と前記テクスチャ解析窓に内接する円の内部となる面積との面積比である固有重み情報を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像処理方法において、
前記重み情報は、前記テクスチャ解析の種類に応じた付加重み情報を更に含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ特徴値は、前記テクスチャ解析窓内おける画素データの重み付け平均値及び重み付け分散値の少なくとも一方であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の画像処理方法において、
前記画像は、境界付近の画素の輝度値が互いに異なる第１領域と第２領域とを含む３以上の階調の画像であり、
前記画像解析工程は、
前記画像の輝度分布から、前記撮像結果における第１領域と第２領域とを判別する閾値を求める閾値算出工程と；
前記撮像結果の輝度分布において、輝度値が前記閾値と等しくなると推定される位置を、前記第１領域と前記第２領域との境界位置として推定する境界位置推定工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像処理方法において、
前記画像は、第１方向及び第２方向に沿って２次元的に配列された複数の画素それぞれにおける輝度値の集まりであり、
前記境界位置推定工程は、前記画像において、第１の大小関係を有する、前記第１方向で互いに隣接する第１画素及び第２画素の輝度値、並びに前記閾値に基づいて、前記第１方向に関する第１推定境界位置を推定する第１推定工程を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の画像処理方法において、
前記第１の大小関係は、前記第１画素の輝度値が閾値よりも大きく、前記第２画素の輝度値が前記閾値以下となる第１条件、及び、前記第１画素の輝度値が前記閾値以上であり、前記第２画素の輝度値が前記閾値よりも小さくなる第２条件のいずれかが成り立つ関係であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の画像処理方法において、
前記第１推定外縁位置は、前記第１画素の中心位置と前記第２画素の中心位置とを結ぶ線分を、前記第１画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値、及び、前記第２画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値で内分した位置であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の画像処理方法において、
前記境界位置推定工程は、前記画像において、第２の大小関係を有する、前記第２方向で互いに隣接する第３画素及び第４画素の輝度値、並びに前記閾値に基づいて、前記第２方向に関する第２推定境界位置を求める第２推定工程を更に含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の画像処理方法において、
前記第２の大小関係は、前記第３画素の輝度値が前記閾値よりも大きく、前記第４画素の輝度値が前記閾値以下となる第３条件、及び、前記第３画素の輝度値が閾値以上であり、前記第４画素の輝度値が前記閾値よりも小さくなる第４条件のいずれかが成り立つ関係であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の画像処理方法において、
前記第２推定境界位置は、前記第３画素の中心位置と前記第４画素の中心位置とを結ぶ線分を、前記第３画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値、及び、前記第４画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値で内分した位置であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の画像処理方法において、
前記画像は、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有し、
前記画像解析工程は、
基準点が前記特定点と一致するとき、それぞれが、前記３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって延びるとともに、前記対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有する、前記基準点から延びる少なくとも３つの線状パターン要素を含むテンプレートパターンを用意するテンプレート準備工程と；
前記画像内において前記テンプレートパターンを移動させつつ、前記画像内の各位置における前記画像と前記テンプレートパターンとの相関値を算出する相関値算出工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の画像処理方法において、
前記線状パターン要素それぞれは、前記撮像結果において前記対応領域の境界線が成すと予測される角の２等分線に沿って延びることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の画像処理方法において、
前記３本以上の境界線及び前記３つ以上の領域の数は４であり、前記４本の境界線のうち、特定の２本の境界線はほぼ第１の直線上にあり、前記特定の２本の境界線以外の２本の境界線はほぼ第２の直線上にあることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の画像処理方法において、
前記第１の直線と前記第２の直線とは直交することを特徴とする画像処理方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の画像処理方法において、
前記線状パターン要素の数は４であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の画像処理方法において、
前記画像において、前記４つの領域のうち、互いに隣り合う２つの領域のレベル値は互いに異なり、前記特定点を頂点として互い対角関係にある２つの領域のレベル値はほぼ同一であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の画像処理方法において、
前記線状パターン要素それぞれのレベル値同士は、前記画像において前記対応領域それぞれが有すると予測されるレベル値同士の大小関係と同様の大小関係を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項２６】
画像を処理する画像処理装置であって、
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得装置と；
前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析装置と；を備える画像処理装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の画像処理装置において、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析装置は、
所定の大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出装置と；
前記特徴値算出工程において算出されたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定装置と；を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の画像処理装置において、
前記第１領域及び前記第２領域の固有パターンの少なくとも一方は既知であり、
前記特徴値算出装置は、前記既知の固有パターンに応じて定められた大きさの前記テクチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ特徴値を求めることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の画像処理装置において、
前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知であり、
前記特徴値算出装置は、前記特定領域内で前記テクスチャ解析窓の位置が変化してもテクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを求め、該求められた大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ特徴値を求めることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載の画像処理装置において、
前記特徴値算出装置は、
前記テクスチャ解析窓内の各画素について、前記テクスチャ解析窓の中心位置と前記各画素の位置との間の距離に応じた重み情報を求める重み情報演算装置と；
前記重み情報と前記各画素の画像データとに基づいて、前記テクスチャ解析窓内の画像に関するテクスチャ特徴値を算出する重み付け特徴値算出装置と；を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の画像処理装置において、
前記テクスチャ解析窓は正方形であり、
前記重み演算装置は、前記テクスチャ解析窓内領域が前記画像の個々の画素に応じて分割された矩形状小領域それぞれにおける、前記矩形状小領域の全体面積と前記テクスチャ解析窓に内接する円の内部となる面積との面積比である固有重み情報を算出する固有重み算出装置を含むことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３２】
請求項２６に記載の画像処理装置において、
前記画像は、境界付近の画素の輝度値が互いに異なる第１領域と第２領域とを含む３以上の階調の画像であり、
前記画像解析装置は、
前記画像の輝度分布から、前記撮像結果における第１領域と第２領域とを判別する閾値を求める閾値算出装置と；
前記撮像結果の輝度分布において、輝度値が前記閾値と等しくなると推定される位置を、前記第１領域と前記第２領域との境界位置として推定する境界位置推定装置と；を備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項３３】
請求項２６に記載の画像処理装置において、
前記画像は、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有し、
前記画像解析装置は、
基準点が前記特定点と一致するとき、それぞれが、前記３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって延びるとともに、前記対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有する、前記基準点から延びる少なくとも３つの線状パターン要素を含むテンプレートパターンを用意するテンプレート準備装置と；
前記画像内において前記テンプレートパターンを移動させつつ、前記画像内の各位置における前記画像と前記テンプレートパターンとの相関値を算出する相関値算出装置と；を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３４】
請求項２６に記載の画像処理装置において、
画像取得装置は撮像装置であることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３５】
物体に照射され、前記物体を介した光の分布に基づいて前記物体の特性情報を検出する検出方法であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の画像処理方法によって画像処理する画像処理工程と；
前記画像処理工程における処理結果に基づいて、前記物体の特性情報を検出する特性検出工程と；を含む検出方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の検出方法において、
前記物体の特性情報は、前記物体の形状情報であることを特徴とする検出方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の検出方法において、
前記物体の特性情報は、前記物体の位置情報であることを特徴とする検出方法。
【請求項３８】
請求項３５に記載の検出方法において、
前記物体は少なくとも１つの光学素子であり、前記物体の特性情報は前記少なくとも１つの光学素子の光学特性情報であることを特徴とする検出方法。
【請求項３９】
特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するマークの位置情報を検出する検出方法であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を取得し、前記画像を、請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の画像処理方法によって画像処理する画像処理工程と；
前記画像処理工程における処理結果に基づいて、前記マークの位置情報を検出するマーク位置検出工程と；を含む検出方法。
【請求項４０】
物体に照射され、前記物体を介した光の分布に基づいて前記物体の特性を検出する検出装置であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を処理する請求項２６〜３２のいずれか一項に記載の画像処理装置と；
前記画像処理装置における処理結果に基づいて、前記物体の特性情報を検出する特性検出装置と；を備える検出装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の検出装置において、
前記物体の特性情報は、前記物体の形状情報であることを特徴とする検出装置。
【請求項４２】
請求項４０に記載の検出装置において、
前記物体の特性情報は、前記物体の位置情報であることを特徴とする検出装置。
【請求項４３】
請求項４０に記載の検出装置において、
前記物体は少なくとも１つの光学素子であり、前記物体の特性情報は前記少なくとも１つの光学素子の光学特性情報であることを特徴とする検出装置。
【請求項４４】
特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するマークの位置情報を検出する検出装置であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を取得し、前記画像を処理する請求項３３に記載の画像処理装置と；
前記画像処理装置による処理結果に基づいて、前記マークの位置情報を検出するマーク位置検出装置と；を備える検出装置。
【請求項４５】
所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、
前記基板の位置情報を請求項３７に記載の検出方法によって検出する基板位置検出工程と；
前記基板位置検出工程において検出された前記基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
【請求項４６】
光学系を介した露光用ビームを照射して、所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、
前記光学系の特性情報を請求項３８に記載の検出方法によって検出する光学特性検出工程と；
前記光学特性検出工程における検出結果に基づいて、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
【請求項４７】
所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、
前記基板及び測定用基板の少なくとも一方に形成されたマークの位置情報を請求項３９に記載の検出方法によって検出する基板マーク位置検出工程と；
前記基板マーク位置検出工程において検出された前記マークの位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行い、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
【請求項４８】
所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記基板の位置情報を検出する請求項４２に記載の検出装置と；
前記検出装置により位置情報が検出された前記基板を搭載するステージを有するステージ装置と；を備える露光装置。
【請求項４９】
露光用ビームを照射して、所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記露光用ビームを前記基板に導く光学系と；
前記光学系の特性情報を検出する請求項４３に記載の検出装置と；を備える露光装置。
【請求項５０】
所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記基板及び測定用基板の少なくとも一方を支持する基板支持装置と；
前記基板支持装置によって支持された前記基板及び前記測定用基板の少なくとも一方に形成されたマーク位置情報を検出する請求項４４に記載の検出装置と；を備える露光装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、画像処理方法、画像処理装置、検出方法、検出装置、露光方法、及び露光装置に係り、より詳しくは、撮像等によって得られた画像データを処理する画像処理方法及び画像処理装置、当該画像処理方法を使用する検出方法及び検出装置、並びに当該検出方法を使用する露光方法及び露光装置に関する。
背景技術
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「基板又はウエハ」という）上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。
こうした露光装置においては、露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行うための位置検出や、投影光学系のコヒーレンスファクタσ（以下、「照明σ」という）の検出にあたって、ウエハ（ウエハの外縁）像や、投影光学系へ入射した照明光（露光光）の入射瞳と共役な面における照明光の光源像を撮像している。そして、撮像結果の画像を解析し、ウエハ外形を抽出してウエハ位置を検出したり、光源像の外形を抽出して投影光学系の結像特性に影響する照明σの測定を行ったりしている。
また、高精度にウエハの位置検出のために、様々な技術が提案されている。これらの従来の位置検出方法のうち、エンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）が広く使われている。このＥＧＡでは、ウエハの移動を規定する基準座標系とウエハ上のショット領域の配列に関する配列座標系（ウエハ座標系）との位置関係の高精度な検出（詳細（ファイン）アライメント）を行うために、ウエハ内の数箇所のファインアライメントマーク（回路パターンとともに転写された詳細位置合わせマーク）を計測する。そして、ＥＧＡでは、最小二乗近似等で各ショット領域の配列座標を求めた後、露光に際しては、その演算結果を用い、ウエハステージの精度に任せてステッピングを行っている。
かかるＥＧＡのためには、ウエハ上の所定箇所に形成されたファインアライメントマークを高倍率で観測する必要があるが、高倍率で観測を行うには、観測視野が必然的に狭いものとなる。そこで、狭い観測視野で確実にファインアライメントマークを捉えるために、ファインアライメントに先立って、ウエハの外縁位置を観察し、その結果に基づいて、ウエハの中心位置及びウエハの中心軸回りの回転量を検出することにより、所定の精度で、基準座標系と配列座標系との位置関係を検出している。この検出を、以下では「プリアライメント」という。
こうしたプリアライメントでは、例えば、透過照明法によってウエハを照明して、ウエハの３箇所以上の外縁部を撮像する。この結果、撮像視野内に捉えられたウエハ外縁付近のウエハ領域像と背景像とが得られるが、ウエハ領域像と背景像それぞれはほぼ一様な輝度値を有するとともに、互いに異なる輝度値を有している。このことから、撮像結果における輝度値の分布に基づいて適当な輝度値の閾値を設定し、その閾値と撮像結果の各画素（ピクセル）の輝度値との大小関係によって、判定対象となった画素がウエハ像領域内にあるか、背景像領域内にあるかを判定して、ウエハ外縁位置の位置情報を検出する。そして、ウエハの３以上の外縁点の位置情報に基づいて、ウエハの中心位置及びウエハの中心軸回りの回転量を検出していた。
以上のプリアライメントの後、例えば、当該プリアライメントで求められた基準座標系と配列座標系との位置関係を考慮してウエハとサーチアライメント検出系とを相対移動させる。そして、ウエハ上に複数存在するサーチアライメントマークを比較的広い観察視野で捉え、これらのサーチアライメントマークを観察してその位置を検出する。この検出結果に基づいて、上述のファインアライメントマークの観察に必要な精度で基準座標系と配列座標系との位置関係が検出される。こうして求められた精度の基準座標系と配列座標系との位置関係を考慮してウエハとファインアライメント検出系とを相対移動させ、ウエハ上に複数存在するファインアライメントマークを観察することにより、最終的にファインアライメントが実行されている。
また、プリアライメントに際し、上述のように、少なくとも３箇所のウエハの外縁部を撮像し、画像処理を行ってウエハの外縁位置を検出することが一般的に行われている。こうしたプリアライメントにおいて、精度良く位置検出を行うためには、撮像に使用されるＣＣＤカメラ等の撮像装置の撮像特性の較正が精度良く行われることが必要である。すなわち、露光対象となるウエハの撮像前に、撮像装置の倍率（Ｘ方向倍率及びＹ方向倍率）、撮像視野の回転量等の較正を精度良く行わなければならない。
こうした撮像装置の撮像特性の較正では、２つの矩形状のパターンがその対角線方向に配列されて構成されるいわゆる十字マークが、較正撮像対象となる３箇所の外縁付近に形成された較正測定用ウエハが使用されていた。そして、この較正測定用ウエハを使用して、以下のようにして、較正作業が行われていた。
まず、較正測定用ウエハをウエハステージに搭載し、ウエハステージを移動させつつ、較正対象となる撮像装置によって較正測定用ウエハ上の十字マークを撮像する。引き続き、十字マークにおける矩形状パターンに応じた第１の輝度値を有する矩形状の領域がその対角線方向に配列されるとともに、他の領域が第１の輝度値と異なる第２の輝度値を有する、全体として矩形状のテンプレートパターンを使用して、撮像結果についてテンプレートマッチングを行い、撮像視野内における十字マークの位置情報を検出する。そして、検出された十字マークの位置情報の変化量とウエハステージの移動量との関係から、撮像視野の回転量、撮像装置の倍率等の較正を行っていた。
上述のようにウエハ位置の検出や照明σの測定を撮像されたウエハ像や光源像の画像処理により行う場合、ウエハ像領域や光源像領域が第１の固有のパターン（一様な明度分布を含む）を有し、かつ、背景領域が第１の固有パターンとは異なる第２の固有のパターン（一様な明度分布を含む）を有するときであっても、撮像結果の画像全体の明度分布から直接的にウエハ像又は光源像の外縁を推定することが困難となることがあった。例えば、ウエハ像領域や光源像領域に固有のパターンにおいて明るい部分あるいは暗い部分の明度が、背景領域の一様な明度とほぼ同一の場合には、ウエハ像又は光源像の外縁付近において同一の明度がウエハ像領域や光源像領域と背景領域との双方に存在することになる。この結果、撮像結果の画像全体の明度分布から直接的にウエハ像又は光源像の外縁を連続的な線として推定することが困難であった。
このため、ウエハ像領域や光源像領域のような外縁推定対象領域と背景領域とがそれぞれ固有のパターンを有する場合には、精度の良いウエハ位置検出や照明σの検出を行うことができない場合があった。
また、撮像された画像データを生のまま使用した場合には、ウエハ像又は光源像の外縁付近の画素データにノイズが重畳すると、ウエハ位置の検出や照明σの測定を精度良く行うことができなかった。
また、上述した閾値を用いる従来のプリアライメントでは、閾値と撮像結果の各画素の輝度値との大小関係、例えば、各画素の輝度値が閾値よりも大きいか、あるいは閾値以下か（又は、閾値以上か、あるいは閾値よりも小さいか）という２種類の状態のいずれかに各画素の輝度値がなっているかに基づいて、ウエハの外縁点の位置情報を検出していた。すなわち、撮像結果の３以上の階調を有する多階調像を、閾値を用いて２値像に変換し、変換された２値像からウエハの外縁点の位置情報を検出していた。こうして、ウエハの外縁点の位置情報を、撮像結果における画素の大きさの精度で検出していた。
かかる従来の位置検出方法は簡易であり、高速処理の観点から優れたものである。しかしながら、近年において、プリアライメントに求められる精度向上の要請は急であり、上述した従来の位置検出方法によって検出されたウエハの外縁の位置情報に基づくプリアライメントでは、要求される精度の達成が困難となってきている。
また、上述したプリアライメント用撮像装置の較正方法では、撮像視野内における十字マークの位置情報を検出するために、矩形状領域という画素を多く含むテンプレートパターンを使用し、撮像視野という２次元領域内の各画素位置ごとに相関値を算出していた。このため、相関値算出の計算量は膨大なものとなっていた。撮像装置の較正の精度を維持しつつ、その較正を迅速に行うことには限界があった。
また、撮像装置の視野座標系に対して較正測定用ウエハが回転している可能性があるため、一つのテンプレートパターンを用意してテンプレートマッチングを行うだけでは、十字マークの位置情報の検出精度を必ずしも確保できなくなってしまう。
本発明は、上記の事情のもとでなされたものであり、その第１の目的は、精度良く領域境界を推定することが可能な画像処理方法及び画像処理装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、精度良く測定対象物の特性情報である測定対象物の位置情報を検出することが可能な検出方法及び検出装置を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、高精度の露光が可能な露光方法及び露光装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、第１の観点からすると、画像を処理する画像処理方法であって、隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得工程と；前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析工程と；を備える画像処理方法である。
本発明の画像処理方法では、前記画像が、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、前記画像解析工程が、所定の大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出工程と；前記特徴値算出工程において算出されたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定工程と；を含むことができる。
この場合には、特徴値算出工程において、テクスチャ解析窓内に第１領域の固有パターンのみがある場合のテクスチャ特徴値、テクスチャ解析窓内に第２領域の固有パターンのみがある場合、及びテクスチャ解析窓内に第１領域及び第２領域の固有パターンが混在する場合のテクスチャ特徴値が求められる。こうして求められたテクスチャ特徴値は、上記のそれぞれの場合において変化の態様（変化がないことを含む）が異なっている。したがって、境界推定工程において、テクスチャ特徴値の分布を解析することにより、連続した線として第１領域と前記第２領域との境界を精度良く推定することができる。
ここで、前記第１領域及び前記第２領域の固有パターンの少なくとも一方が既知であることとすることができる。かかる場合には、既知の固有パターンの領域において、テクスチャ特徴値が所望の態様で変化をする（変化しないことを含む）ようにテクスチャ解析窓の大きさを設定し、テクスチャ特徴値が当該所望の態様の変化をしていない領域を特定することにより、連続した線として第１領域と第２領域との境界を精度良く推定することができる。
この場合、前記テクスチャ解析窓の大きさを、前記既知の固有パターンに応じて定めることができる。
本発明の画像処理方法においてテクスチャ解析を行う場合には、前記画像において特定領域が前記第１領域の一部であることが既知であるとき、前記テクスチャ特徴値算出工程が、前記特定領域において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を算出し、前記特定領域におけるテクスチャ特徴値の前記テクスチャ解析窓の位置による変化の様子を調査する調査工程と；前記特定領域以外において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を算出する特定領域外特徴値算出工程と；を含むことができる。
かかる場合には、調査工程において、特定領域でテクスチャ解析窓の位置を変化させながらテクスチャ特徴値を求め、特定領域におけるテクスチャ特徴値の前記テクスチャ解析窓の位置による変化の様子を調査する。この調査の結果として求められるテクスチャ特徴値の特定領域内での変化の態様は、特定領域を含む第１領域の固有パターンを反映したものとなっている。したがって、特定領域外特徴値算出工程において、特定領域以外において、テクスチャ解析窓の位置を変化させながらテクスチャ特徴値を求めた後に、上述の境界推定工程において、特定領域とは異なる変化をする領域を特定することにより、第１領域と第２領域との境界を精度良く推定することができる。
また、本発明の画像処理方法においてテクスチャ解析を行う場合には、前記画像において特定領域が前記第１領域の一部であることが既知であるとき、前記テクスチャ特徴値算出工程が、前記特定領域において前記テクスチャ解析窓の位置及び大きさを変化させながら前記テクスチャ特徴値を算出する特定領域内特徴値算出工程と；前記特定領域内で前記テクスチャ解析窓の位置が変化してもテクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを算出する解析窓算出工程と；を含むことができる。
かかる場合には、特定領域内特徴値算出工程において、特定領域で、テクスチャ解析窓の位置及び大きさを変化させながらテクスチャ特徴値を求める。引き続き、解析窓算出工程において、テクスチャ解析窓の大きさごとに、テクスチャ解析窓の位置変化に応じたテクスチャ特徴値の変化の態様を調査して、テクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを算出する。こうして求められたテクスチャ解析窓の大きさは、特定領域を含む第１領域の固有パターンを反映したものとなっている。したがって、求められた大きさのテクスチャ解析窓を特定領域以外の領域を移動しつつ、テクスチャ解析窓の位置を変化させながらテクスチャ特徴値を求めた後、上述の境界推定工程において、テクスチャ特徴値が大きく変化する領域を特定することにより、第１領域と前記第２領域との境界を精度良く推定することができる。
また、本発明の画像処理方法においてテクスチャ解析を行う場合には、前記テクスチャ特徴値を、前記テクスチャ解析窓内における画素データの平均値及び分散値の少なくとも一方とすることができる。
また、本発明の画像処理方法においてテクスチャ解析を行う場合には、前記テクスチャ解析窓内の各画素について、前記テクスチャ解析窓の中心位置と前記各画素の位置との間の距離に応じた重み情報が予め定められているとき、前記特徴値算出工程において、前記重み情報と前記各画素の画像データとに基づいて、前記テクスチャ解析窓内の画像に関するテクスチャ特徴値を算出することができる。
この場合には、特徴値算出工程において、既知の重み情報とテクスチャ解析窓内の各画素の画像データとに基づいて、当該テクスチャ解析窓内の画像に関するテクスチャ特徴値を求める。この結果、テクスチャ解析窓の中心位置から見たときの方向による感度依存性がない若しくは非常に低くして、テクスチャ特徴値を求めることができる。なお、重み情報の設定にあたっては、テクスチャ解析窓の中心位置を中心とする円がテクスチャ解析窓内にある場合には、その円周上の各画素にその円の半径によって定まる同一の重みを適宜設定する。一方、テクスチャ解析窓の中心位置を中心とする円がテクスチャ解析窓からはみ出す場合には、はみ出しの程度が大きいときには小さな重み（「０」が下限値）を、その円周上の各画素に対して設定することとすることができる。
ここで、前記テクスチャ解析窓を正方形とし、前記重み情報を、前記テクスチャ解析窓内領域が前記画像の個々の画素に応じて分割された矩形状小領域それぞれにおける、前記矩形状小領域の全体面積と前記テクスチャ解析窓に内接する円の内部となる面積との面積比である固有重み情報を含むこととすることができる。
かかる場合には、テクスチャ解析窓の中央部がほぼ「１」の重みとなり、四隅部がほぼ「０」の重みとなり、かつ、各辺部が「１」と「０」との中間の重みという等方的な固有重み情報によって重み付けがなされる。すなわち、テクスチャ特徴値を算出する際に、テクスチャ解析窓の中心から遠く離れた画素であって、テクスチャ解析窓の中心位置からの距離がテクスチャ解析窓の一辺の長さの１／２より大きな画素の寄与は小さなものとなる。この結果、テクスチャ解析窓のに収まりきらない円周上の画素データのテクスチャ特徴値への寄与が、等方性の観点から合理的に低減される。したがって、簡易かつ迅速に、等方的な感度でテクスチャ解析を行うことができる。
この場合、前記重み情報が、前記テクスチャ解析の種類に応じた付加重み情報を更に含むことができる。かかる場合には、等方的な感度を維持しつつ、テクスチャ解析の種類に応じたテクスチャ解析を行うことができる。
なお、本発明の画像処理方法においてテキスチャ解析窓内の位置に応じた重み情報を考慮する場合には、前記テクスチャ特徴値を、前記テクスチャ解析窓内における画素データの重み付け平均値及び重み付け分散値の少なくとも一方とすることができる。
また、本発明の画像処理方法では、前記画像が、境界付近の画素の輝度値が互いに異なる第１領域と第２領域とを含む３以上の階調の画像であるとき、前記画像解析工程が、前記画像の輝度分布から、前記撮像結果における第１領域と第２領域とを判別する閾値を求める閾値算出工程と；前記撮像結果の輝度分布において、輝度値が前記閾値と等しくなると推定される位置を、前記第１領域と前記第２領域との境界位置として推定する境界位置推定工程と；を含むことができる。
これによれば、撮像工程で得られた撮像視野内における撮像結果の輝度分布から、閾値算出工程において、物体領域と背景領域とを判別する閾値が求められる。こうした閾値は、例えば、撮像結果における１つの画素の輝度値を１つのデータとし、撮像結果として得られた全体データ群の物体領域データ群と背景領域データ群とへの分割をしたときに、分割されたデータ群それぞれにおける乱雑度の和を最小とするデータ値として求められる（以下、この手法を「最小エントロピ法」と呼ぶ）。なお、閾値を求めるのにあたっては、物体領域や背景領域の撮像結果の態様に応じて、最小エントロピ法以外の判別分析の手法や、確実に物体領域となる領域及び確実に背景領域となる領域それぞれの平均輝度値の平均値を求める手法等の統計的な手法を用いることができる。
こうして閾値が算出された後、外縁位置算出工程において、撮像結果の離散的な輝度分布から、輝度値が閾値と等しくなると推定される位置を、物体の外縁位置の推定位置として求める。この結果、ピクセル・レベルの精度よりもはるかに高いサブピクセル・レベルの精度で、物体の外縁位置情報を求めることができる。
ここで、前記画像が、第１方向及び第２方向に沿って２次元的に配列された複数の画素それぞれにおける輝度値の集まりであるとき、前記境界位置推定工程が前記画像において、第１の大小関係を有する、前記第１方向で互いに隣接する第１画素及び第２画素の輝度値、並びに前記閾値に基づいて、前記第１方向に関する第１推定境界位置を推定する第１推定工程を含むことができる。
この場合、前記第１の大小関係を、前記第１画素の輝度値が閾値よりも大きく、前記第２画素の輝度値が前記閾値以下となる第１条件、及び、前記第１画素の輝度値が前記閾値以上であり、前記第２画素の輝度値が前記閾値よりも小さくなる第２条件のいずれかが成り立つ関係とすることができる。
ここで、前記第１推定外縁位置を、前記第１画素の中心位置と前記第２画素の中心位置とを結ぶ線分を、前記第１画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値、及び、前記第２画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値で内分した位置とすることができる。
また、本発明の画像処理方法において上述の第１の大小関係を用いる場合には、前記境界位置推定工程が、前記画像において、第２の大小関係を有する、前記第２方向で互いに隣接する第３画素及び第４画素の輝度値、並びに前記閾値に基づいて、前記第２方向に関する第２推定境界位置を求める第２推定工程を更に含むことができる。
ここで、前記第２の大小関係を、前記第３画素の輝度値が前記閾値よりも大きく、前記第４画素の輝度値が前記閾値以下となる第３条件、及び、前記第３画素の輝度値が閾値以上であり、前記第４画素の輝度値が前記閾値よりも小さくなる第４条件のいずれかが成り立つ関係とすることができる。
この場合、前記第２推定境界位置を、前記第３画素の中心位置と前記第４画素の中心位置とを結ぶ線分を、前記第３画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値、及び、前記第４画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値で内分した位置とすることができる。
また、本発明の画像処理方法では、前記画像が、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するとき、前記画像解析工程が、基準点が前記特定点と一致するとき、それぞれが、前記３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって延びるとともに、前記対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有する、前記基準点から延びる少なくとも３つの線状パターン要素を含むテンプレートパターンを用意するテンプレート準備工程と；前記画像内において前記テンプレートパターンを移動させつつ、前記画像内の各位置における前記画像と前記テンプレートパターンとの相関値を算出する相関値算出工程と；を含むことができる。
この場合には、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域がある場合における領域境界の推定にあたって、まず、テンプレート準備工程において、基準点が特定点とが一致するとき、それぞれが、マークが有する３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって基準点から延びる少なくとも３つの線状パターン要素を含むテンプレートパターンを用意する。ここで、各線状パターン要素は、その対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有するように設定されている。例えば、対応領域が有することが予測されるレベル値間における大小関係と同様の大小関係となるように、線状パターン要素それぞれのレベル値を設定する。すなわち、一の対応領域が有することが予測されるレベル値が他の対応領域が有することが予測されるレベル値よりも大きい（、等しい、あるいは小さい）ときには、その一の対応領域に対応する一の線状パターンのレベル値を他の線状パターンのレベル値よりも大きく（等しく、あるいは小さく）なるように設定される。
引き続き、相関値算出工程において、用意された上述のテンプレートパターンを移動させながら、移動位置ごとに画像とテンプレートパターンとの相関値を算出する。かかる移動位置ごとの相関値の算出においては、テンプレートパターンが複数の１次元的な線状パターンから構成されているので、面状のテンプレートパターンを使用する場合と比べて、計算量が著しく少なくて済む。また、物体が少々回転していても、マークの特定点とテンプレートパターンの基準点とが一致したときにおける、線状パターンと対応領域との対応関係を確保することができる。このため、従来と比べて、相関値の算出を迅速に行うことができる。
ここで、前記線状パターン要素それぞれを、前記撮像結果において前記対応領域の境界線が成すと予測される角の２等分線に沿って延びるものとすることができる。
また、前記３本以上の境界線及び前記３つ以上の領域の数は４であり、前記４本の境界線のうち、特定の２本の境界線はほぼ第１の直線上にあり、前記特定の２本の境界線以外の２本の境界線はほぼ第２の直線上にあることとすることができる。
この場合、前記第１の直線と前記第２の直線とを互いに直交する２直線とすることができる。
また、前記線状パターン要素の数を４とすることができる。
ここで、前記画像において、前記４つの領域のうち、互いに隣り合う２つの領域のレベル値は互いに異なり、前記特定点を頂点として互い対角関係にある２つの領域のレベル値をほぼ同一とすることができる。
なお、前記線状パターン要素それぞれのレベル値同士が、前記画像において前記対応領域それぞれが有すると予測されるレベル値同士の大小関係と同様の大小関係を有することとすることができる。
本発明は、第２の観点からすると、画像を処理する画像処理装置であって、隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得装置と；前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析装置と；を備える画像処理装置である。
本発明の画像処理装置では、前記画像が、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含むとき、前記画像解析装置が、所定の大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出装置と；前記特徴値算出工程において算出されたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定装置と；を備えることができる。
この場合には、特徴値算出装置が、テクスチャ解析窓内に第１領域の固有パターンのみがある場合のテクスチャ特徴値、テクスチャ解析窓内に第２領域の固有パターンのみがある場合、及びテクスチャ解析窓内に第１領域及び第２領域の固有パターンが混在する場合のテクスチャ特徴値を求める。そして、境界推定装置が、テクスチャ特徴値の分布を解析することにより、第１領域と第２領域との境界を推定する。すなわち、本発明の画像処理装置は、本発明の画像処理方法を使用して、第１領域と第２領域との境界を推定する。したがって、連続した線として第１領域と第２領域との境界を精度良く推定することができる。
ここで、前記第１領域及び前記第２領域の固有パターンの少なくとも一方が既知であるとき、前記特徴値算出装置が、前記既知の固有パターンに応じて定められた大きさの前記テクチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ特徴値を求める構成とすることができる。かかる場合には、特徴値算出装置が、既知の固有パターンの領域においてテクスチャ特徴値が所望の態様で変化をする大きさに設定されたテクスチャ解析窓を移動させつつ、テクスチャ特徴値を求める。こうして求められたテクスチャ特徴値分布において、上記の所望の変化態様とは異なる変化をする領域を、境界推定装置が特定することにより、第１領域と第２領域との境界を精度良く推定することができる。
また、前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知であるとき、前記特徴値算出装置が、前記特定領域内で前記テクスチャ解析窓の位置が変化してもテクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを求め、該求められた大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ特徴値を求める構成とすることができる。
かかる場合には、特徴値算出装置が、特定領域において、テクスチャ解析窓の位置及び大きさを変化させながらテクスチャ特徴値を求める。引き続き、第４工程において、テクスチャ解析窓の大きさごとに、テクスチャ解析窓の位置変化に応じたテクスチャ特徴値の変化の態様を調査して、テクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを求める。引き続き、特徴値算出装置が、求められた大きさのテクスチャ解析窓を特定領域以外の領域を移動しつつ、テクスチャ解析窓の位置を変化させながらテクスチャ特徴値を求める。そして、上述の境界推定装置が、テクスチャ特徴値が大きく変化する領域を特定することにより、第１領域と第２領域との境界を精度良く推定することができる。
また、前記特徴値算出装置が、前記テクスチャ解析窓内の各画素について、前記テクスチャ解析窓の中心位置と前記各画素の位置との間の距離に応じた重み情報を求める重み情報演算装置と；前記重み情報と前記各画素の画像データとに基づいて、前記テクスチャ解析窓内の画像に関するテクスチャ特徴値を算出する重み付け特徴値算出装置と；を備える構成とすることができる。
これによれば、重み情報演算装置が、テクスチャ解析窓の中心位置から同一距離にある画素については全て同一の重みとなるような重み情報を求める。そして、特徴値算出装置が、重み情報演算装置によって求められた重み情報とテクスチャ解析窓内の各画素の画像データとに基づいて、当該テクスチャ解析窓内の画像に関するテクスチャ特徴値を求める。すなわち、本発明の画像処理装置は、上記の本発明の画像処理方法を使用して、画像処理を行う。したがって、等方的な感度でテクスチャ解析を行うことができ、様々な方向に関する解析が必要な画像処理を、ノイズ耐性が高くかつ精度良く行うことができる。
ここで、前記テクスチャ解析窓を正方形とし、前記重み演算装置が、前記テクスチャ解析窓内領域が前記画像の個々の画素に応じて分割された矩形状小領域それぞれにおける、前記矩形状小領域の全体面積と前記テクスチャ解析窓に内接する円の内部となる面積との面積比である固有重み情報を算出する固有重み算出装置を含む構成とすることができる。かかる場合には、固有重み算出装置が、等方的な感度のテクスチャ解析を行うための重み情報として簡易かつ合理的な固有重み情報を算出する。したがって、簡易かつ迅速に、等方的な感度でテクスチャ解析を行うことができる。
本発明の画像処理装置では、前記画像が、境界付近の画素の輝度値が互いに異なる第１領域と第２領域とを含む３以上の階調の画像であるとき、前記画像解析装置が、前記画像の輝度分布から、前記画像における第１領域と第２領域とを判別する閾値を求める閾値算出装置と；前記撮像結果の輝度分布において、輝度値が前記閾値と等しくなると推定される位置を、前記第１領域と前記第２領域との境界位置として推定する境界位置推定装置と；を備える構成とすることができる。
これによれば、画像の輝度分布から、閾値算出算出装置が、第１領域と第２領域とを判別する閾値が求める。そして、境界位置推定装置が、撮像結果の輝度値の離散的な分布から輝度値についての連続的な分布を推定し、該連続的分布において輝度値が算出された閾値と等しくなると推定される位置を第１領域と第２領域の境界位置として推定する。したがって、ピクセル・レベルの精度よりもはるかに高いサブピクセル・レベルの精度で、境界位置を推定することができる。
本発明の画像処理装置では、前記画像が、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するとき、前記画像解析装置が、基準点が前記特定点と一致するとき、それぞれが、前記３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって延びるとともに、前記対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有する、前記基準点から延びる少なくとも３つの線状パターン要素を含むテンプレートパターンを用意するテンプレート準備装置と；前記画像内において前記テンプレートパターンを移動させつつ、前記画像内の各位置における前記画像と前記テンプレートパターンとの相関値を算出する相関値算出装置と；を備える構成とすることができる。
これによれば、画像について、相関値算出装置が、記憶装置に格納されたテンプレートパターンを使用して、このテンプレートパターンを移動させながら、移動位置ごとに画像とテンプレートパターンとの相関値を算出する。ここで、マークは、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するものであり、また、テンプレートパターンとしては、基準点がマークの特定点とが一致するとき、それぞれがマークの３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって延びるとともに、マークが撮像されたときに前記対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有する少なくとも３つの線状パターン要素を含むものが用いられる。したがって、従来と比べて、相関値の算出を迅速に行うことができる。
なお、本発明の画像処理装置では、画像取得装置を撮像装置とする構成とすることができる。
本発明は、第３の観点からすると、物体に照射され、前記物体を介した光の分布に基づいて前記物体の特性情報を検出する検出方法であって、前記物体を介した光の形成する像の画像を、本発明の画像処理方法によって画像処理する画像処理工程と；前記画像処理工程における処理結果に基づいて、前記物体の特性情報を検出する特性検出工程と；を含む検出方法。
これによれば、画像処理工程において、本発明の画像処理方法を使用して、画像処理を行い、画像における境界推定を精度良く行う。そして、特性検出工程において、画像処理結果に基づいて物体の特性情報を検出する。したがって、物体の特性情報を精度良く検出することができる。
本発明の検出方法では、前記物体の特性情報を前記物体の形状情報とすることができる。
また、本発明の検出方法では、前記物体の特性情報を前記物体の位置情報とすることができる。
また、本発明の検出方法では、前記物体が少なくとも１つの光学素子であるとき、前記物体の特性情報を前記少なくとも１つの光学素子の光学特性情報とすることができる。
本発明は、第４の観点からすると、物体に照射され、前記物体を介した光の分布に基づいて前記物体の特性を検出する検出装置であって、前記物体を介した光の形成する像の画像を処理する本発明の画像処理装置と；前記画像処理装置における処理結果に基づいて、前記物体の特性情報を検出する特性検出装置と；を備える検出装置である。
これによれば、本発明の画像処理装置が画像処理を行い、画像における境界推定を精度良く行う。そして、特性検出装置が、画像処理結果に基づいて物体の特性情報を検出する。したがって、物体の特性情報を精度良く検出することができる。
本発明の検出装置では、前記物体の特性情報を前記物体の形状情報とすることができる。
また、本発明の検出装置では、前記物体の特性情報を前記物体の位置情報とすることができる。
また、本発明の検出装置では、前記物体が少なくとも１つの光学素子であるとき、前記物体の特性情報を前記少なくとも１つの光学素子の光学特性情報とすることができる。
本発明は、第５の観点からすると、所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、前記基板の位置情報を本発明の検出方法によって検出する基板位置検出工程と；前記基板位置検出工程において検出された前記基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法である。これによれば、基板位置検出工程において、本発明の検出方法を使用して、露光対象の基板の位置情報を精度良く検出する。そして、転写工程において、検出された基板の位置情報に基づいて基板の位置制御を行いつつ基板を露光し、所定のパターンを基板に転写する。したがって、所定のパターンを精度良く基板に転写することができる。
本発明は、第６の観点からすると、光学系を介した露光用ビームを照射して、所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、前記光学系の特性情報を本発明の検出方法によって検出する光学特性検出工程と；前記光学特性検出工程における検出結果に基づいて、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法である。これによれば、光学特性測定工程において、本発明の測定方法を使用して、光学系の特性を精度良く測定する。そして、転写工程において、測定された光学系の特性に基づいて基板を露光し、所定のパターンを基板に転写する。したがって、所定のパターンを精度良く基板に転写することができる。
本発明は、第６の観点からすると、所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、前記基板の位置情報を検出する本発明の検出装置と；前記検出装置により位置情報が検出された前記基板を搭載するステージを有するステージ装置と；を備える露光装置である。これによれば、本発明の検出装置が、露光対象の基板の位置情報を精度良く検出する。こうして位置情報が検出された基板をステージ装置のステージに搭載して位置制御することにより、基板の位置が精度良く制御される。したがって、精度良く位置制御された基板を露光することにより、所定のパターンを精度良く基板に転写することができる。
本発明は、第８の観点からすると、露光用ビームを照射して、所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、前記露光用ビームを前記基板に導く光学系と；前記光学系の特性情報を検出する本発明の検出装置と；を備える露光装置である。これによれば、露光用ビームを基板に導く光学系の特性が、本発明の測定装置によって精度良く測定される。したがって、精度良く特性が測定された光学系を使用するとともに、当該光学系の特性に基づいて各種の露光パラメータを調整して基板を露光することにより、所定のパターンを精度良く基板に転写することができる。
発明を実施するための最良の形態
《第１の実施形態》
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１８に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る位置検出装置を備える露光装置１００の概略的な構成が示されている。この露光装置１００は、いわゆるステップ・アンド・スキャン露光方式の投影露光装置である。
この露光装置１００は、露光用ビームとしての露光用照明光を射出する照明系１０、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴ、光学系としての投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷを保持してＸＹ平面内をＸＹ２次元方向に移動するステージとしての基板テーブル１８を搭載するステージ装置としてのウエハステージ装置４５、ウエハＷの外形を撮像する撮像装置としてのプリアライメント検出系ＲＡＳ、ウエハＷ上に形成されたマークを観察するアライメント検出系ＡＳ、投影光学系ＰＬの入射瞳面における光源像を撮像する撮像装置としての光源像撮像装置３０、及びこれらの制御系等を備えている。
前記照明系１０は、光源ユニット、シャッタ、オプティカルインテグレータ１２、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（フライアイアレイレンズ１２以外は不図示）から構成されている。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）、あるいは回折光学素子等が用いられる。この照明系１０の構成等については、例えば特開平１０−１１２４３３号公報及びこれに対応する米国特許第５５０２３１１号に開示されている。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の許す限りにおいて、上記の公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
ここで、光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）、若しくはＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光源、又はＦ２レーザ光源（発振波長１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光源（発振波長１２６ｎｍ）、銅蒸気レーザ光源やＹＡＧレーザの高調波発生装置、又は超高圧水銀ランプ（ｇ線、ｉ線等）等が用いられる。
このようにして構成された照明系１０の作用を簡単に説明すると、光源ユニットで発光された照明光は、シャッタが開いているとオプティカルインテグレータに入射する。例えば、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズを用いた場合には、その射出側焦点面に多数の光源像から成る面光源、すなわち２次光源が形成される。このオプティカルインテグレータから射出された照明光は、ビームスプリッタ及び集光レンズ系を介してレチクルブラインドに至る。そして、レチクルブラインドを通過した照明光は、結像レンズ系を介して、ミラーＭへ向けて射出される。
この後、照明光ＩＬはミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられ、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを照明する。
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの位置決めのため、照明系１０の光軸ＩＸ（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向に）微少駆動可能に構成されている。
また、このレチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベース上をリニアモータ等で構成されたレチクルステージ駆動装置（図示省略）により、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で移動可能となっている。このレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面が少なくとも照明光学系の光軸ＩＸを横切ることができるだけの移動ストロークを有している。
レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６からのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されており、レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置はレチクル干渉計１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上には走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡（又は、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラー）と非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、レチクル干渉計１６は走査方向及び非走査方向それぞれに複数軸設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計１６として示されている。なお、例えば、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して上記の反射面を形成してもよい。
レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報、ひいてはレチクルＲの位置情報又は速度情報））ＲＰＶはステージ制御系１９及びこれを介して主制御系２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御系２０からの指示とレチクルステージＲＳＴの位置情報とに基づいてレチクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
なお、不図示のレチクルアライメント系により所定の基準位置にレチクルＲが精度良く位置決めされるように、レチクルステージＲＳＴの初期位置が決定されるため、移動鏡１５の位置をレチクル干渉計１６で測定するだけでレチクルＲの位置を十分高精度に測定したことになる。
前記投影光学系ＰＬは、レチクルＲの下方でその光軸方向を鉛直軸（Ｚ軸）方向として不図示の本体コラムに保持され、鉛直軸方向（光軸方向）に所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメント（屈折光学素子）とこれらのレンズエレメントを保持する鏡筒から成り、この投影光学系の瞳面は、前記二次光源面と互いに共役な位置関係となっており、レチクルＲ面とフーリエ変換の位置関係となっている。また、瞳面近傍には開口絞り４２が配されており、この開口絞り４２の開口の大きさを変えることにより投影光学系ＰＬの開口数（Ｎ．Ａ．）を自在に調整することができる。開口絞り４２としては、ここでは虹彩絞りが用いられ、不図示の絞り駆動機構により開口絞り４２の開口径を変えることで、投影光学系ＰＬの開口数は、所定範囲で可変となっている。絞り駆動機構は、主制御系２０により制御される。なお、開口絞り４２の開口径（瞳面径）はＤＰに設定されているものとする。
この開口絞り４２を通過した回折光が、レチクルＲと互いに共役な位置関係に置かれたウエハＷ上での結像に寄与することになる。
このため、照明光学系からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が、所定の投影倍率（例えば１／４、又は１／５等）でウエハＷ上に投影され、表面にフォトレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。
前記ウエハステージＷＳＴは、例えば２次元リニアアクチュエータにより、ベースＢＳ上を走査方向であるＹ軸方向（図１における左右方向）及びＹ軸方向と直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に駆動されるようになっている。このウエハステージＷＳＴ上には基板テーブル１８が設けられている。また、基板テーブル１８上に、ウエハホルダ２５が載置され、このウエハホルダ２５によって感応基板としてのウエハＷが真空吸着によって保持されている。なお、ウエハステージＷＳＴ、基板テーブル１８、及びウエハホルダ２５で基板ステージ装置４５が構成されている。
前記基板テーブル１８は、ウエハステージＷＳＴ上にＸＹ方向に位置決めされかつＺ軸方向の移動及び傾斜が許容された状態で取り付けられている。そして、この基板テーブル１８は、異なる３点の支持点で不図示の３本の軸によって支持されており、これら３本の軸が駆動機構としてのウエハステージ駆動装置２１によって独立してＺ軸方向に駆動され、これによって基板テーブル１８上に保持されたウエハＷの面位置（Ｚ軸方向位置及びＸＹ平面に対する傾斜）が所望の状態に設定されるようになっている。また、ウエハホルダ２５は、Ｚ軸回りの回転が可能になっている。したがって、ウエハホルダ２５は、２次元リニアアクチュエータ及び駆動機構によって６自由度方向に駆動されるが、図１では２次元リニアアクチュエータ及び駆動機構がウエハステージ駆動装置２１として代表的に示されている。
基板テーブル１８上にはウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）２８からのレーザビームを反射する移動鏡２７が固定され、外部に配置されたウエハ干渉計２８により、基板テーブル１８のＸＹ面内での位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。
ここで、実際には、後述する図３に示されるように、基板テーブル１８上には走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡２７Ｘと非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡２７Ｙとが設けられ、ウエハ干渉計２８はＸ軸方向に複数の測長軸を有するウエハＸ干渉計２８Ｘ及びＹ軸方向に複数の測長軸を有するウエハＹ干渉計２８Ｙが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡２７、ウエハ干渉計２８として示されている。なお、例えば、基板テーブル１８の端面を鏡面加工して上記の反射面を形成してもよい。基板テーブル１８の位置情報（又は速度情報、ひいてはウエハＷ又はウエハステージＷＳＴの位置情報又は速度情報）ＷＰＶはステージ制御系１９及びこれを介して主制御系２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御系２０からの指示に応じて前記位置情報（又は速度情報）ＷＰＶに基づいて、ウエハステージ駆動装置２１を介してウエハステージＷＳＴを制御する。なお、主制御系２０及びステージ制御系１９から制御系が構成されている。
また、基板テーブル１８上には、後述するオフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳの検出中心から投影光学系ＰＬの光軸までの距離を計測するベースライン計測等のための各種基準マークが形成された不図示の基準マーク板が固定されている。
また、ウエハステージＷＳＴ上には、上述の投影光学系ＰＬの入射瞳面における光源像に応じた像を撮像する照明σセンサである光源像撮像装置３０が配置されている。この光源像撮像装置３０は、図２に示されるように、ウエハＷをウエハホルダ２５で保持したときのウエハＷの表面とほぼ同じＺ位置となる上面にピンホールＰＨが形成された容器３１と、容器内底面に固定された２次元撮像素子３２とから構成されている。ここで、２次元撮像素子３２の受光面は、投影光学系ＰＬの瞳面の共役面となるように、容器３１の上面からＺ軸方向の距離がＨの位置となるように配置されている。なお、瞳面上の像の２次元撮像素子３２の受光面への投影倍率βＳは既知であるものとする。
図１に戻り、前記プリアライメント検出系ＲＡＳは、ベースＢＳ上方の投影光学系ＰＬと離間した位置に、不図示の保持部材によって保持されている。このプリアライメント検出系ＲＡＳは、不図示のウエハローダによって搬送され、ウエハホルダ２５に保持されたウエハＷの外縁部３箇所の位置を検出するための３つのプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと、プリアライメントセンサ４０Ａによる撮像結果データＩＭＡと、プリアライメントセンサ４０Ｂによる撮像結果データＩＭＢと、プリアライメントセンサ４０Ｃによる撮像結果データＩＭＣと、プリアライメント制御装置４１とを備えている。
上記の３つのプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、図３に示されるように、所定半径（ウエハＷの半径とほぼ同一）の円周上の中心角１２０度間隔の位置にそれぞれ配置され、その内の１つ、ここではプリアライメントセンサ４０Ａがウエハホルダ２５に保持されたウエハＷのノッチＮ（Ｖ字状の切り欠き）を検出可能な位置に配置されている。これらのプリアライメントセンサとしては、ＣＣＤ素子等の撮像素子と画像処理回路とから成る画像処理方式のセンサであるＣＣＤカメラ等が用いられている。以下、「プリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ」を適宜「ＣＣＤカメラ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ」とも呼ぶものとする。
また、プリアライメント制御装置４１の内部には、主制御系２０による制御の下で、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃからの画像信号ＩＭＡ，ＩＭＢ，ＩＭＣを収集し、撮像データＩＭＤ１として主制御系２０へ送信する画像信号処理系が内蔵されている。
なお、ウエハＷがウエハホルダ２５上に移動される前、すなわちウエハローダに保持された状態で、ウエハＷの外縁部３箇所をプリアライメント検出系ＲＡＳで撮像することにしてもよい。
前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像アライメントセンサから成るオフ・アクシス方式のアラインメント顕微鏡が用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号等に開示されている。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の許す限りにおいて、上記の公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。アライメント検出系ＡＳで観測されたウエハＷの像データＩＭＤ２は、主制御系２０に供給される。
更に、図１の装置には、投影領域ＩＡ（前述した照明領域ＩＡＲに共役なウエハＷ上の領域）内部分及びその近傍にそれぞれ設定される計測点でウエハＷ表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射光式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（不図示）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系は、光ファイバ束、集光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射対物レンズから成る照射光学系と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光器から成る受光光学系と（いずれも不図示）から構成されている。この多点フォーカス位置検出系の詳細な構成等については、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。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の許す限りにおいて、上記の公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
前記主制御系２０は、図４に示されるように、主制御装置５０と記憶装置７０とを備えている。主制御装置５０は、（ａ）レチクルＲの位置情報（速度情報）ＲＰＶ及びウエハＷの位置情報（速度情報）ＷＰＶに基づいて、ステージ制御系１９にステージ制御データＳＣＤを供給する等して露光装置１００の動作全体を制御する制御装置５９と、（ｂ）プリアライメント検出系ＲＡＳから供給された撮像データＩＭＤ１に基づいて、ウエハＷの外形を測定し、ウエハＷの中心位置と半径とを検出するウエハ外形演算装置５１と、（ｃ）光源像撮像装置３０から供給された撮像データＩＭＤ３に基づいて、光源像の外形を測定し、光源像の中心位置と半径とを検出する光源像外形演算装置６１とを備えている。また、記憶装置７０は、その内部に、ウエハ外形演算装置５１の動作によって発生するデータを格納するウエハ外形演算データ格納領域７１と、光源像外形演算装置６１の動作によって発生するデータを格納する光源像外形演算データ格納領域８１とを備えている。
前記ウエハ外形演算装置５１は、図５に示されるように、（ｉ）プリアライメント検出系ＲＡＳから供給された撮像データＩＭＤ１を収集する撮像データ収集装置５２と、（ｉｉ）該撮像データ収集装置５２によって収集された撮像結果におけるテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出装置５３と、（ｉｉｉ）特徴値算出装置５３により算出されたテクスチャ特徴値の分布を解析し、ウエハ像と背景像との境界を推定する境界推定装置５６と、（ｉｖ）境界推定装置５６による推定結果に基づき、ウエハＷの形状パラメータであるウエハＷの中心位置と半径との算出を行う特性検出装置としてのパラメータ算出装置５７とを含んでいる。前記特徴値算出装置５３は、テクスチャ解析窓内の各画素データの重みを求める重み情報演算装置５４と、重み情報と各画素の画像データとに基づいて、テクスチャ解析窓内の画像のテクスチャ特徴値を算出する重み付け特徴値算出装置５５とを有している。
前記ウエハ外形演算データ格納領域７１は、撮像データ格納領域７２と、重み情報格納領域７３と、テクスチャ特徴値格納領域７４と、推定境界位置格納領域７５と、特性検出結果格納領域７６とを含んでいる。
前記光源像外形演算装置６１は、図６に示されるように、ウエハ外形演算装置５１と同様に構成されている。すなわち、光源像外形演算装置６１は、（ｉ）光源像撮像装置３０から供給された撮像データＩＭＤ３を収集する撮像データ収集装置６２と、（ｉｉ）該撮像データ収集装置６２によって収集された撮像結果におけるテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出装置６３と、（ｉｉｉ）特徴値算出装置６３により算出されたテクスチャ特徴値の分布を解析し、光源像と背景像との境界を推定する境界推定装置６６と、（ｉｖ）境界推定装置６６による推定結果に基づき、光源像の形状パラメータである光源像の中心位置と半径との算出を行う特性検出装置としてのパラメータ算出装置６７とを含んでいる。前記特徴値算出装置６３は、テクスチャ解析窓内の各画素データの重みを求める重み情報演算装置６４と、重み情報と各画素の画像データとに基づいて、テクスチャ解析窓内の画像のテクスチャ特徴値を算出する重み付け特徴値算出装置６５とを有している。
前記光源像外形演算データ格納領域８１は、ウエハ外形演算データ格納領域７１と同様に、撮像データ格納領域８２と、重み情報格納領域８３と、テクスチャ特徴値格納領域８４と、推定境界位置格納領域８５と、特性検出結果格納領域８６とを含んでいる。
なお、図４〜６においては、データの流れが実線矢印で示され、制御の流れが破線矢印で示されている。以上のように構成された主制御系２０の各装置の作用は後述する。
本実施形態では、主制御装置５０を上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御系２０を計算機システムとして構成し、主制御装置５０を構成する上記の各装置の機能を主制御系２０に内蔵されたプログラムによって実現することも可能である。
また、主制御系２０を計算機システムとして構成した場合には、主制御装置５０を構成する上記の各装置の後述する機能を実現するためのプログラムの全てを予め主制御系２０に内蔵することは、必ずしも必須ではない。例えば、当該プログラムを格納した記録媒体としての記憶媒体（不図示）を用意するとともに、記憶媒体からプログラム内容を読み出し可能であり、かつ、記憶媒体を着脱可能な読み取り装置（不図示）を主制御系２０に接続し、主制御系２０が、読み取り装置に装填された記憶媒体から機能実現のために必要なプログラム内容を読み出して、当該プログラムを実行するように構成することができる。
また、主制御系２０が読み取り装置に装填された記憶媒体からプログラム内容を読み出して、内部にインストールする構成とすることができる。さらに、インターネット等を利用し、通信ネットワークを介して機能実現のために必要となるプログラム内容を主制御系２０にインストールする構成とすることもできる。
なお、記憶媒体としては、磁気的に記憶するもの（磁気ディスク、磁気テープ等）、電気的に記憶するもの（ＰＲＯＭ，バッテリ・バックアップ付ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭその他の半導体メモリ等）、光磁気的に記憶するもの（光磁気ディスク等）、電気磁気的に記憶するもの（デジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）等）等、種々の記憶形態で記憶するものを採用することができる。
以上のように、機能を実現するためのプログラム内容を記憶した記憶媒体を使用したり、インストールしたりすることが可能なように構成することにより、後におけるプログラム内容の修正や、性能向上のためのバージョンアップ等を容易に行うことができるようになる。
以下、本実施形態の露光装置１００による露光動作を、図７に示されるフローチャートに沿って、適宜他の図面を参照しながら説明する。
まず、図７のサブルーチン１０１において、照明系１０の照明特性情報の検出として、照明σの測定を行う。この照明σは、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像（本実施形態ではフライアレイレンズによる２次光源像）の直径ＤＳと、当該入射瞳の有効直径ＤＰとの比（ＤＳ／ＤＰ）で定義される。ここで、入射瞳の有効直径ＤＰは開口絞り４２が形成する開口の直径であり、既知である。また、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面の位置及び当該入射瞳面の共役面である光源像撮像装置３０の２次元撮像素子３２の受光面の位置も上述のように既知である。したがって、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像に対する２次元撮像素子３２の受光面における光源像の倍率βＳも既知である。そこで、サブルーチン１０１では、２次元撮像素子３２の受光面における光源像を撮像し、その撮像結果から照明σを測定している。
すなわち、サブルーチン１０１では、図８に示されるように、まず、ステップ１１１において、不図示のレチクルローダにより、中央部にピンホールパターンＰＨＲが形成され、それ以外は遮光パターンが形成された計測用のピンホールレチクルＰＲ（図９参照）をレチクルステージＲＳＴにロードする。ここで、ピンホールレチクルＰＲを使用するのは、サブルーチン１０１において、照明σの測定に合わせて投影光学系ＰＬのテレセン度を併せて測定するためである。
引き続き、ステップ１１２において、ピンホールパターンが設計上の光軸位置となるように、ピンホールレチクルＰＲを移動させる。かかるピンホールレチクルＰＲの移動は、主制御系２０（より詳しくは、制御装置５９（図４参照））がステージ制御系１９及び不図示のレチクルステージ駆動装置を介してレチクルステージＲＳＴを駆動することにより行われる。
次に、ステップ１１３において、光源像撮像装置３０（照明σセンサ）の上面のピンホールＰＨが設計上の光軸位置となるように、光源像撮像装置３０を移動させる。かかる光源像撮像装置３０の移動は、主制御系２０（より詳しくは、制御装置５９（図４参照））がステージ制御系１９及びステージ駆動装置２１を介してウエハステージＷＳＴを駆動することにより行われる。
以上のようにして、光源像撮像装置３０による光源像の撮像のための各要素の配置が完了する。かかる配置における各要素の光学的な配置関係が図９に模式的に示されている。
図８に戻り、次いで、ステップ１１４において、照明系１０から照明光を射出した後、２次元撮像素子３２により、その受光面に形成された光源像が撮像される。こうした撮像結果の例が、図１０Ａに示されている。この図１０Ａに示されるように、撮像視野ＲＶＡ内には、光源像領域ＬＳＡと光源外領域ＥＬＡとが存在する。そして、光源像領域ＬＳＡ内には、蜂の巣状に明るいスポット領域ＳＰＡが並んでいる。一方、光源像外領域ＥＬＡは、ほぼ一様に暗い領域となっている。
なお、光源像領域ＬＳＡ内は、明るいスポット領域ＳＰＡとそれ以外の暗い領域というように明るさが単純に２段階に分かれているわけではない。例えば、図１０ＡにおけるＸ軸に平行な軸ＳＬＸ１のようにスポット中心を通る軸上における照度Ｉ１（Ｘ）は、図１０Ｂに示されるようになる。すなわち、照度Ｉ１（Ｘ）は、スポット中心では非常に明るいが、スポット中心から離れると急激に暗くなる。そして、スポット中心とその隣のスポット中心との中間点では、光源外領域ＥＬＡと同様の暗さとなっている。また、例えば、図１０ＡにおけるＸ軸に平行な軸ＳＬＸ２のようにスポット中心から離れた位置を通る軸上における照度Ｉ２（Ｘ）は、図１０Ｃに示されるようになる。すなわち、光源像領域ＬＳＡでは、照度Ｉ２（Ｘ）がスポット中心からの距離に応じてその明るさが変化するが、その変化の振幅は小さく、全般にほぼ光源像外領域ＥＬＡと同様の暗さとなる。
この結果、光源像領域ＬＳＡと光源外領域ＥＬＡとの境界のすぐ近くにスポット中心位置があるときには、ノイズの影響を考えなければ、個々の画素データの位置に応じた変化から境界を精度良く推定できるが、一般には、個々の画素データの位置に応じた変化からは、境界を精度良く推定することは困難である。
以上の撮像データＩＭＤ３は、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集装置６２が撮像データＩＭＤ３を受信し、撮像データ格納領域８２に受信データを格納する。
図８に戻り、次に、サブルーチン１１５において、収集した撮像データＩＭＤ３に関するテクスチャ解析による画像処理を行う。このサブルーチン１１５では、図１１に示されるように、ステップ１２１Ａにおいて、まず、特徴値算出装置６３の重み情報演算装置６４が、テクスチャ解析窓の形状を決める。かかるテクスチャ解析窓の形状の決定にあたっては、等方的な感度を有し、無指向性のテクスチャ解析を行うために、上述した撮像された光源像領域ＬＳＡ内における設計上のスポット配列周期程度の直径を有する円内領域をテクスチャ解析対象領域とする。そして、このテクスチャ解析対象領域に外接する正方形をテクスチャ解析窓として決定する。
こうして決定されたテクスチャ解析対象領域ＴＡＡ及びテクスチャ解析窓ＷＩＮの例が図１２Ａに示されている。この図１２Ａの例では、画素ＰＸの間隔をｄとしたときに、テクスチャ解析対象領域ＴＡＡの直径ＤＴが５ｄであった場合が示されている。以下、決定されたテクスチャ解析対象領域ＴＡＡ及びテクスチャ解析窓ＷＩＮが図１２Ａに示される通りのものであるとして説明する。
引き続き、重み情報演算装置６４が、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の各画素に関する重み情報を算出する。かかる重み情報の算出において、重み情報演算装置６４は、まず、図１２Ａに示されるように、各画素ごとにテクスチャ解析窓ＷＩＮ内領域を正方形小領域ＳＡＡｊ（ｊ＝１〜Ｎ（＝２５））に仮想的に分割する。引き続き、各正方形小領域ＳＡＡにおいてテクスチャ解析対象領域ＴＡＡが占める面積を算出する。そして、各正方形小領域ＳＡＡごとに、各正方形小領域ＳＡＡｊの面積と、各正方形小領域ＳＡＡｊにおいてテクスチャ解析対象領域ＴＡＡが占める面積との比ρｊを、各画素に関する重み情報として算出する。こうして算出された重み情報が、図１２Ｂに示されている。なお、図１２Ｂでは、各画素に応じた正方形小領域ＳＡＡｊ内に、各画素に関する重み情報の値が記されている。
図１１に戻り、引き続き、ステップ１２１Ｂにおいて、特徴値算出装置６３の重み付け特徴値算出装置６５が、光源像外領域ＥＬＡ内の特定領域ＳＰＣ（図１３Ａ参照）におけるテクスチャ特徴値を算出する。ここで、特定領域ＳＰＣは、必ず光源像外領域ＥＬＡとなることが確実な領域であり、２次元撮像素子３２の受光面領域の四隅部に存在する。本実施形態では、図１３Ａに示される位置に特定領域ＳＰＣを設定している。
かかるテクスチャ特徴値の算出にあたり、重み付け特徴値算出装置６５は、まず、撮像データ格納領域８２から２次元撮像素子３２の受光面における画素データの集合である撮像データを読み出し、受光面における撮像時の画像を再構成する。そして、重み付け特徴値算出装置６５は、再構成された画像における特定領域ＳＰＣ内にテクスチャ解析窓ＷＩＮが収まる範囲内でテクスチャ解析窓ＷＩＮの位置を画素間隔単位で移動させつつ、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データに基づいて、各画素関する重み情報を考慮した画素データの分散値を、当該移動の各位置において算出する。なお、テクスチャ解析窓ＷＩＮの位置とは、テクスチャ解析窓ＷＩＮの中心位置をいうものとする。
ここで、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの分散値は、以下のようにして算出される。
まず、テクスチャ解析窓ＷＩＮの位置を（Ｘ，Ｙ）として、そのときのテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の各画素データをＩＷｊ（Ｘ，Ｙ）（ｊ＝１〜Ｎ）として、重み付け特徴値算出装置６５が、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の各画素データのμ（Ｘ，Ｙ）を、次の（１）式により算出する。
2002045023.tif 000003
ここで、（ΣＩＷｊ（Ｘ，Ｙ））はテクスチャ解析窓ＷＩＮ内における各画素データの和を示す。
引き続き、重み付け特徴値算出装置６５が、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内における画素データの分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）を、次の（２）式により算出する。
2002045023.tif 000004
なお、上述したような、特定領域ＳＰＣ内にテクスチャ解析窓ＷＩＮが収まる範囲内におけるテクスチャ解析窓ＷＩＮの移動であれば、テクスチャ解析窓ＷＩＮは光源像外領域ＥＬＡ内に存在しており、かつ、光源像外領域ＥＬＡでは画素データがほぼ一様な値をとるので、特定領域ＳＰＣ内のどこにテクスチャ解析窓ＷＩＮがあっても、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの平均値はμ（Ｘ，Ｙ）はほぼ一定の値となると考えられる。したがって、上記の（１）式の算出を、特定領域ＳＰＣ内にテクスチャ解析窓ＷＩＮが収まる範囲内におけるテクスチャ解析窓ＷＩＮの移動における初期位置でのみ算出し、その算出結果値をμＥ’とし、（２）式における平均値μ（Ｘ，Ｙ）に代えて値μＥ’を使用して（２）式の算出を行うことにより、総計算量を低減することができる。
次に、重み付け特徴値算出装置６５は、こうして求められた特定領域ＳＰＣ内におけるテクスチャ解析窓ＷＩＮの画像データに関する平均値及びテクスチャ特徴値としての分散値それぞれの平均値を算出する。
こうして求められた特定領域ＳＰＣ内におけるテクスチャ解析窓ＷＩＮの画像データに関する平均値の位置平均値をμＥとし、テクスチャ解析窓ＷＩＮに関する画像データの分散の位置平均値をＶＥとする。ここで、値ＶＥは、光源像外領域ＥＬＡにおけるテクスチャ特徴値を代表する値となっている。なお、特定領域ＳＰＣの各画素はほぼ一様に暗いので、値ＶＥは小さなものとなる。
なお、（２）式における平均値μ（Ｘ，Ｙ）に代えて値μＥ’を使用した場合には、値μＥ’を値μＥとすればよい。
図１１に戻り、次に、ステップ１２２において、特定領域ＳＰＣ外の領域におけるテクスチャ特徴値算出の初期位置にテクスチャ解析窓ＷＩＮを設定する。なお、本実施形態では、テクスチャ解析窓ＷＩＮの初期位置を、図１３Ｂに示される位置（ＸＷＳ，ＹＷＳ）としている。
引き続き、ステップ１２３において、重み付け特徴値算出装置６５は、初期位置（ＸＷＳ，ＹＷＳ）におけるテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データに基づいて、各画素データの値ＶＥに関する分散値Ｖ（ＸＷＳ，ＹＷＳ）を、次の（３）式により算出する。
2002045023.tif 000005
重み付け特徴値算出装置６５は、以上のようにして算出した分散Ｖ（ＸＷＳ，ＹＷＳ）を、テクスチャ特徴値としてテクスチャ特徴値格納領域８４に格納する。
次いで、特徴値算出装置６４は、ステップ１２４において、テクスチャ解析窓ＷＩＮが図１３Ｂに示される終了位置（ＸＷＥ，ＹＷＥ）であるか否かを判定する。この段階では、テクスチャ解析窓ＷＩＮは初期位置にあるので、否定的な判定がなされ、処理がステップ１２５に移行する。
重み付け特徴値算出装置６５は、ステップ１２５において、テクスチャ解析窓ＷＩＮの位置を画素間隔単位で移動し、次のテクスチャ特徴値の算出位置に設定する。そして、処理がステップ１２３に移行する。
以後、ステップ１２４において肯定的な判定がなされるまで、重み付け特徴値算出装置６５は、ステップ１２３においてテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の各画素データの値μＥに対する分散値Ｖ（Ｘ，Ｙ）を算出して、テクスチャ特徴値格納領域８４に格納しながら、ステップ１２３〜１２５の処理を繰り返す。そして、ステップ１２４において肯定的な判定がなされると、サブルーチン１１５の処理を終了して、図８のステップ１１６にリターンする。
ステップ１１６では、境界推定装置６６が、テクスチャ特徴値格納領域８４からテクスチャ特徴値である分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）を読み出す。読み出された分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）は、例えば、前述した図１０Ａにおける線ＳＬＸ１上では図１４Ａに示されるような分布Ｖ１（Ｘ）となり、図１０Ｂにおける線ＳＬＸ２上では図１４Ｂに示されるような分布Ｖ２（Ｘ）となる。すなわち、いずれの分布Ｖ１（Ｘ），Ｖ２（Ｘ）においても、光源像外領域ＥＬＡではほぼ値ＶＥとなり、光源像領域ＬＳＡでは変化はあるが値ＶＥよりも明らかに大きな値となる。そして、光源像領域ＬＳＡと光源像外領域ＥＬＡとの境界部においては、光源像外領域ＥＬＡから光源像領域ＬＳＡへ進むと、Ｖ１（Ｘ），Ｖ２（Ｘ）の値が急激に値ＶＥから光源像領域ＬＳＡにおける値に変化する。以上のような変化は上記の分布Ｖ１（Ｘ），Ｖ２（Ｘ）に限らず、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）のあらゆる境界部分で発生するものである。
この分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の光源像領域ＬＳＡと光源像外領域ＥＬＡとの境界部における性質を使用して、境界推定装置６６は、値ＶＥよりも有意に大きく、光源像領域ＬＳＡ内の分散値の平均的な値よりも有意に小さな値ＶＴとなる点を、光源像領域ＬＳＡと光源像外領域ＥＬＡとの境界、すなわち光源像の外縁として推定する。ここで、例えば、値ＶＴを、値ＶＥと光源像領域ＬＳＡ内の分散値の平均値との平均値とすることができる。
以上のようにして、光源像領域ＬＳＡと光源像外領域ＥＬＡとの境界を推定することにより、境界が連続的な閉曲線として推定される。なお、本実施形態では、上述のように、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の算出にあたって、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の各画素について重みを適用することにより、円形の領域ＴＡＡについてのテクスチャ特徴値と同等のテクスチャ特徴値を求めたので、境界の推定精度がどの推定境界位置においても同様となっている。
このようにして、境界推定装置６６が、光源像領域ＬＳＡと光源像外領域ＥＬＡとの境界を推定することにより、境界が連続的な閉曲線として推定される。そして、境界推定装置６６は、推定境界位置を推定境界位置格納領域８５に格納する。
図８に戻り、引き続き、ステップ１１７において、パラメータ算出装置６７は、推定境界位置格納領域８５から推定境界位置データを読み出す。そして、パラメータ算出装置６７は、光源像領域ＬＳＡの中心位置ＯＳと半径ＲＳとを、上記の推定境界位置データに基づいて、最小二乗法等の統計的な手法を用いて算出する。そして、求められた中心位置ＯＳから投影光学系ＰＬのテレセン度を求め、また、求められた半径ＲＳから、上述した瞳面径ＤＰ及び光源像の投影倍率βＳを使用して、次の（４）により、照明σを算出する。
2002045023.tif 000006
パラメータ算出装置６７は、求められたテレセン度及び照明σを特性検出結果格納領域８６に格納する。そして、制御装置５９は、測定結果格納領域８６からテレセン度及び照明σを読み出し、それらが許容範囲の値であるか否かを判定する。もし、判定が否定的な場合には、照明系１０又は投影光学系ＰＬが調整され、再度、テレセン度及び照明σが測定される。こうして、サブルーチン１０１の処理を終了し、図７のメインルーチンへリターンする。
以上のようにして、投影光学系のテレセン度及び照明σの測定（場合によっては調整）が終了した後、本実施形態の露光装置１００は露光動作を行う。
かかる露光動作では、まず、ステップ１０２において、不図示のレチクルローダにより、転写したいパターンが形成されたレチクルＲがレチクルステージＲＳＴにロードされる。また、不図示のウエハローダにより、露光したいウエハＷが基板テーブル１８にロードされる。
次に、ステップ１０３において、ウエハＷをプリアライメントセンサ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる撮像位置へ移動する。この移動は、主制御系２０（より詳しくは、制御装置５９（図４参照））がステージ制御系１９及びステージ駆動装置２１を介して基板テーブル１８を移動させ、ウエハＷのノッチＮがプリアライメントセンサ４０Ａの真下に、また、ウエハＷの外縁がプリアライメントセンサ４０Ｂ，４０Ｃの真下に来るように、ウエハＷの位置を大まかに合わせることにより行われる。
引き続き、ステップ１０４において、プリアライメントセンサ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが、ウエハＷの外縁近傍を撮像する。こうした撮像結果の例が、図１５Ａ〜図１５Ｃに示されている。ここで、図１５Ａには、プリアライメントセンサ４０Ａの撮像視野ＶＡＡ内のウエハＷ像が示されている。また、図１５Ｂには、プリアライメントセンサ４０Ｂの撮像視野ＶＡＢ内のウエハＷ像が示されている。図１５Ｃには、プリアライメントセンサ４０Ｃの撮像視野ＶＡＣ内のウエハＷ像が示されている。
これらの図１５Ａ〜図１５Ｃに示されるように、ウエハＷの像はほぼ一様に暗い領域となっており、一方、ウエハＷ外では、暗い点像が間隔Ｌでマトリクス状に並んでいる。この暗い点像は、基板テーブル１８上に予め形成されている模様（規則的に配置された模様）である。なお、この模様は、図１５Ａ〜図１５Ｃに示されるものに限られるものではなく、テクスチャ特徴値（例えば、分散等）が一定となるようなものであればよい。すなわち、無地であってもよい。ここで、ウエハＷ像領域の明度とウエハＷ外の暗い点像とはほぼ同一の明度となっているものとする。このため、明度分布のみに基づいたのでは、ウエハＷ像の外縁を精度良く推定できない状態となっている。こうして撮像されたウエハＷの撮像データＩＭＤ１は、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集装置５２が撮像データＩＭＤ１を受信し、撮像データ格納領域７２に受信データを格納する。
図７に戻り、次に、サブルーチン１０５において、ウエハＷの形状の測定、すなわちウエハＷの形状パラメータである中心位置ＱＷと半径ＲＷとの測定がなされる。このサブルーチン１０５では、図１６に示されるように、まず、ステップ１３１において、上述したサブルーチン１１５と同様のテクスチャ解析が行われる。ただし、ステップ１３１においては、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の算出にあたって、テクスチャ解析窓ＷＩＮのすべての位置において、その位置におけるテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの平均値に対する分散を算出する。
すなわち、ステップ１３１では、まず、特徴値算出装置５３の重み情報演算装置５４が、テクスチャ解析対象領域とテクスチャ解析窓の形状とを決める。こうして決められたテクスチャ解析対象領域とテクスチャ解析窓とは、図１２Ａと同一であったとして、以下の説明を行う。
次いで、重み情報演算装置５４が、サブルーチン１１５の場合と同様にして、図１２Ｂに示される重み情報を得る。引き続き、特徴値算出装置５３の重み付け特徴値算出装置５５が、撮像データ格納領域７２からウエハＷの撮像データを読み出し、撮像時の画像を再構成する。
次に、重み付け特徴値算出装置５５は、初期位置から順次テクスチャ解析窓ＷＩＮを移動しつつ、テクスチャ解析窓ＷＩＮの各位置（Ｘ，Ｙ）におけるテクスチャ特徴値として、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データＩＷｊ（Ｘ，Ｙ）の分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）を算出する。かかる分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の算出にあたっては、まず、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの平均値μ（Ｘ，Ｙ）が、次の（５）式により算出される。
2002045023.tif 000007
そして、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内における画素データの分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）が、次の（６）式により算出される。
2002045023.tif 000008
引き続き、重み付け特徴値算出装置５５は、以上のようにして算出したテクスチャ解析窓ＷＩＮの初期位置から終了位置までの各位置に関する分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）をテクスチャ特徴値格納領域７４に格納する。こうしてステップ１３１の処理が終了する。
次いで、ステップ１３２において、境界推定装置５６が、テクスチャ特徴値格納領域７４からテクスチャ特徴値である分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）を読み出す。ここで、例えば、図１７Ａ〜図１７Ｃに示されるように、Ｘ軸に平行な軸ＳＬＸに沿ってテクスチャ解析窓ＷＩＮを移動させたときの分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の変化をみると、次のようになる。図１７Ａに示されるように、テクスチャ解析窓ＷＩＮがウエハ像外領域ＥＡＲにあるときは、上述のようにウエハ像外領域ＥＡＲはほぼ一様に明るいので、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）は小さな値となる。また、図１７Ｂに示されるように、テクスチャ解析窓ＷＩＮがウエハ像外領域ＥＡＲとウエハ内領域ＷＡＲとの境界部にあるときは、大きな画素データと小さな画素データとが混在するので、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）は大きな値となる。また、図１７Ｃに示されるように、テクスチャ解析窓ＷＩＮがウエハ内領域ＷＡＲにあるときは、上述のようにウエハ内領域ＷＡＲはほぼ一様に暗いので、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）は小さな値となる。
以上の図１７Ａ〜Ｃで見た分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の変化をグラフ化したものが、図１８Ａに示されている。この図１８Ａに示されるように、テクスチャ解析窓ＷＩＮがウエハ像外領域ＥＡＲとウエハ内領域ＷＡＲとの境界部にあるときに、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）は、テクスチャ解析窓ＷＩＮがウエハ像外領域ＥＡＲ又はウエハ内領域ＷＡＲにあるときよりも大きくなり、かつ、テクスチャ解析窓ＷＩＮがウエハ像外領域ＥＡＲとウエハ内領域ＷＡＲとの境界上にあるときに極大となる。この変化の性質は、どの境界部においても同様であり、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の分布を２次元的な変化を表すと図１８Ｂに示されるようになる。
この分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）のウエハ内領域ＷＡＲとウエハ像外領域ＥＡＲとの境界部における性質を使用して、境界推定装置５６は、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）が極大となる点を、ウエハ内領域ＷＡＲとウエハ像外領域ＥＡＲとの境界として推定する。
以上のようにして、ウエハ像外領域ＥＡＲとウエハ内領域ＷＡＲとの境界を推定することにより、図１８Ｃに示される実線のように、二点鎖線で示される実際のウエハ外縁を推定することができる。境界推定装置５６は、推定境界位置を推定境界位置格納領域７５に格納する。なお、本実施形態では、上述のように、分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）の算出にあたって、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の各画素について重みを適用することにより、円形の領域ＴＡＡについてのテクスチャ特徴値と同等のテクスチャ特徴値を求めたので、境界の推定精度がどの推定境界位置においても同様となっている。
図１６に戻り、引き続き、ステップ１３３において、パラメータ算出装置６７は、ウエハ内領域ＷＡＲの中心位置ＱＷと半径ＲＷとを、上記の推定された境界位置に基づいて、最小二乗法等の統計的な手法を用いて算出する。パラメータ算出装置６７は、こうして求めた中心位置ＱＷ及び半径ＲＷを、特性検出結果格納領域７６に格納する。
引き続き、制御装置５９は、撮像データ格納領域７１に格納されたウエハＷの外縁近傍の撮像データ（より詳しくは、撮像視野ＶＡＡ内の撮像データ（図１５Ａ参照））に基づいて、ウエハＷのノッチＮ位置を検出する。これにより、ロードされたウエハＷのＺ軸回りの回転角を検出する。そして、検出されたウエハＷのＺ軸回りの回転角に基づき、必要に応じて、ステージ制御系１９及びウエハステージ駆動装置２１を介してウエハホルダ２５を回転駆動する。
こうして、サブルーチン１０５の処理を終了し、図７のメインルーチンへリターンする。
次に、ステップ１０６において、制御装置５９は、基板テーブル１８上に配置された不図示の基準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更にアライメント検出系ＡＳのベースライン量の測定等の準備作業を行う。また、ウエハＷに対する露光が、第２層目以降の露光であるときには、既に形成されている回路パターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを形成するため、上述のウエハＷの形状測定結果すなわち位置検出結果に基づいて、ウエハＷの移動すなわちウエハステージＷＳＴの移動を規定する基準座標系と、ウエハＷ上の回路パターンの配列すなわちチップ領域の配列に関する配列座標系との位置関係が、アライメント検出系ＡＳを使用して高精度で検出される。
次いで、ステップ１０７において、第１層目の露光が行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷのＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット）の露光のための走査開始位置となるように、基板テーブル１８が移動される。この移動は、測定結果格納領域７５から読み出された上述のウエハＷの形状測定結果、ウエハ干渉計２８からの位置情報（速度情報）等（第２層目以降の露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位置関係の検出結果、ウエハ干渉計２８からの位置情報（速度情報）等）に基づき、主制御系２０によりステージ制御系１９及びウエハステージ駆動装置２１等を介して行われる。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。この移動は、主制御系２０によりステージ制御系１９及び不図示のレチクルステージ駆動装置等を介して行われる。
次に、ステージ制御系１９が、主制御系２０からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系によって検出されたウエハのＺ位置情報、レチクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ位置情報、ウエハ干渉計２８によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクルステージ駆動装置及びウエハステージ駆動装置２１を介して、ウエハＷの面位置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移動させて走査露光を行う。
こうして、最初のショット領域の露光が終了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位置となるように、基板テーブル１８が移動されるとともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そして、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にして各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完了する。
そして、ステップ１０８において、不図示のウエハアンローダにより、露光が完了したウエハＷが基板テーブル１８からアンロードされる。こうして、ウエハＷの露光処理が終了する。
なお、上記露光処理が第１層目の走査露光である場合は、前述の位置検出結果に基づいて、ウエハＷ上におけるショット領域の位置が補正され、結果としてショット領域の配列座標系は設計上の座標系に対する座標原点のシフト量や回転θがほぼ零となるが、例えば中心位置ＱＷのシフト量や回転θが小さいときは、その位置情報検出結果に基づくショット位置の補正は行わなくともよい。また、上記露光処理が第２層目以降の走査露光である場合は、走査露光に先立ってファインアライメントが行われるので、走査露光におけるレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの同期移動で前述の位置情報検出結果を用いる必要はなく、ファインアライメント時におけるウエハステージＷＳＴの移動のみでその位置情報検出結果が用いられることになる。
さらに、第１層目ではその走査露光、第２層目ではファインアライメントに先立ち、前述の位置情報検出結果に基づいて、例えばウエハＷ又はウエハホルダ２５を回転させるようにしてもよい。この場合は、第１層目の走査露光や第２層目のファインアライメントで、前述の位置情報検出結果すなわち回転θを用いる必要がなくなる。このとき、ウエハＷの回転θの代わりに、あるいはそれに加えて、前述の位置検出結果すなわち中心位置ＱＷに基づいてウエハホルダ２５上におけるウエハＷの位置を微調整し、以降の動作で中心位置ＱＷを用いる必要をなくしてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、それぞれが互いに異なる固有パターンを有し、撮像によって得られた生データの明度分布のみによっては境界を連続的な線として推定できない光源像領域ＬＳＡと光源像外領域ＥＬＡとについて、テクスチャ解析を行うことにより境界を推定するので、光源像領域ＬＳＡと光源像外領域ＥＬＡとの境界を連続的な線として精度良く推定することができる。したがって、投影光学系ＰＬの照明σやテレセン度を精度良く求めることができる。
また、それぞれが互いに異なる固有パターンを有し、撮像によって得られた生データの明度分布のみによっては境界を連続的な線として推定できないウエハ像領域ＷＡＲとウエハ像外領域ＥＡＲとについて、テクスチャ解析を行うことにより境界を推定するので、ウエハ像領域ＷＡＲとウエハ像外領域ＥＡＲとの境界を連続的な線として精度良く推定することができる。したがって、ウエハＷの位置を精度良く検出することができる。
また、本実施形態では、円形のテクスチャ解析対象領域ＴＡＡに外接する正方形のテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素について、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内領域が個々の画素に応じて分割された正方形状小領域ＳＡＡそれぞれにおける、当該正方形状小領域ＳＡＡの全体面積とテクスチャ解析対象領域ＴＡＡの内部となる面積との面積比を重みとして、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画像に関するテクスチャ特徴値を求める。この結果、テクスチャ解析窓の中心位置から同一距離にある画素については全て同一の重みとなるような重み付けが行われてテクスチャ特徴値としての分散Ｖ（Ｘ，Ｙ）が求められる。こうして求められたテクスチャ特徴値Ｖ（Ｘ，Ｙ）は、等方的な感度を有し、指向性がないものとなっている。したがって、テクスチャ特徴値Ｖ（Ｘ，Ｙ）を使用してテクスチャ解析することにより、等方的な感度でテクスチャ解析ができる。このため、投影光学系ＰＬの瞳面における光源像やウエハＷの形状をノイズ耐性が高くかつ精度良く求めることができ、投影光学系ＰＬの照明σやウエハＷの位置検出を精度良く行うことができる。
また、本実施形態の露光装置によれば、上述のような検出方法を使用して、照明σやウエハＷの位置を高精度で測定し、その測定結果に基づいてショット領域にパターンを転写する。したがって、パターンを精度良くショット領域に転写することができる。
なお、上記の実施形態では、照明σの測定のためのテクスチャ解析において、テクスチャ解析窓ＷＩＮが光源像外領域ＥＬＡにある場合のテクスチャ解析窓ＷＩＮ内における画素データの平均値ＶＥに関する分散をテクスチャ特徴値として算出したが、ウエハＷの外形測定のためのテクスチャ解析と同様に、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内における画素データの分散をテクスチャ特徴値として算出することも可能である。
また、ウエハＷの外形測定のためのテクスチャ解析において、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内における画素データの分散をテクスチャ特徴値として算出したが、照明σのためのテクスチャ解析と同様に、テクスチャ解析窓ＷＩＮがウエハ内領域ＷＡＲ又はウエハ像外領域ＥＡＲ内にある場合のテクスチャ解析窓ＷＩＮ内における画素データの平均値に関する分散をテクスチャ特徴値として算出することも可能である。
また、上記の実施形態では、ウエハＷの外形測定のためのテクスチャ解析におけるテクスチャ解析窓ＷＩＮの大きさを、ウエハ像外領域ＥＡＲの固有パターンに関する既知の周期から直接決定したが、当該固有パターンが未知であるときには、ウエハ像外領域ＥＡＲとなることが確実な特定領域内において、様々な大きさのテクスチャ解析窓ＷＩＮを移動させて、テクスチャ特徴値を求める。そして、テクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓ＷＩＮの大きさを求めてもよい。
また、ウエハ像外領域ＥＡＲの固有パターンが未知であるときには、テクスチャ解析窓ＷＩＮの大きさを一定として、特定領域内を移動させつつテクスチャ特徴値の変化の態様を調査し、その変化の態様と異なる画像領域を特定することにより、境界を推定してもよい。
また、ウエハＷ上に所定の回路パターンが規則的に形成されている場合（又は、無地の場合）には、ウエハ像領域ＷＡＲにおいて、テクスチャ特徴値がほぼ一定となるように、テクスチャ解析窓ＷＩＮの大きさを求めるようにしてもよい。
なお、テクスチャ解析窓ＷＩＮの大きさは、固有パターンの特徴を反映するのに十分大きく、かつウエハ像や光源像よりも十分小さければよい。
また、本実施形態では、テクスチャ特徴値をテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの分散としたが、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの平均値をテクスチャ特徴値として使用することも可能である。
また、本実施形態では、テクスチャ解析窓ＷＩＮを一辺が画素間距離の５倍の長さを有する正方形としたが、解析対象の画像における形成パターンに応じた一辺の長さの正方形とすることができる。
また、本実施形態では、テクスチャ特徴値をテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの分散としたが、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素データの平均値をテクスチャ特徴値として使用することも可能である。かかる場合には、平均値の算出時における各画素データに対して重み付けが行われる。
また、本実施形態では、重み情報として固有重み情報を採用し、この固有重み情報として、円形のテクスチャ解析対象領域ＴＡＡに外接する正方形のテクスチャ解析窓ＷＩＮ内の画素について、テクスチャ解析窓ＷＩＮ内領域が個々の画素に応じて分割された正方形状小領域ＳＡＡそれぞれおける、当該正方形状小領域ＳＡＡの全体面積とテクスチャ解析対象領域ＴＡＡの内部となる面積との面積比を用いた。こうした固有重み情報に対して、例えば図１９に示されるような、テクスチャ解析対象領域ＴＡＡの中心部と周辺部と重みが異なる、回転対称な付加重み情報ＷＴ（Ｘ，Ｙ）を更に付与するようにしてもよい。
また、本実施形態では、本発明の測定方法を照明σの測定及びウエハＷの外形測定に適用したが、他の測定であって、画像からの輪郭抽出を伴う測定にあたっては、本発明の測定方法を適用することができる。
また、本実施形態では、測定対象像の形状をほぼ円としたが、他の形状（例えば楕円、正方形等）であっても、適用可能である。
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態に係る露光装置を説明する。本実施形態は、上述した第１の実施形態に係る露光装置と比べて、プリアライメント検出系の構成、並びにウエハ外形演算装置５１の構成及び作用が相違している。以下、この相違点に主に着目して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のプリアライメント検出系ＲＡＳでは、プリアライメントセンサ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが、図２０に示されるように、＋Ｙ方向を６時方向としたときに、ウエハＷの中心から６時方向、７時半方向、及び４時半方向のウエハＷの外縁部を撮像する位置にそれぞれ配置されている。なお、ＣＣＤカメラ４０Ａがウエハホルダ２５に保持されたウエハＷのノッチＮが撮像可能な位置に配置されている点は、第１の実施形態と同様である。
本実施形態のウエハ外形演算装置５１は、図２１に示されるように、（ａ）プリアライメント検出系ＲＡＳから供給された撮像データＩＭＤ１を収集する撮像データ収集装置１５１と、（ｂ）該撮像データ収集装置１５１によって収集された撮像データに基づきウエハ像領域と背景領域とを判別するための閾値を算出する閾値算出装置１５２と、（ｃ）該撮像データ収集装置１５１によって収集された撮像データ及び閾値算出装置１５２によって算出された閾値に基づいて、ウエハＷの外縁位置情報を推定する外縁位置推定装置１５３と、（ｄ）該外縁位置推定装置１５３によって推定された外縁位置情報に基づいて、ウエハＷの中心位置及び回転を推定するウエハ位置情報推定装置１５４とを備えている。
また、本実施形態のウエハ外形演算データ格納領域７１は、その内部に撮像データ格納領域１６１と、閾値格納領域１６２、外縁位置格納領域１６３と、ウエハ位置情報格納領域１６４とを有している。なお、図２１においては、上述した図５の場合と同様に、データの流れが実線矢印で示され、制御の流れが破線矢印で示されている。主制御系２０の各装置の作用は後述する。
本実施形態では、ウエハ外形演算装置５１を上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、第１の実施形態の場合と同様に、主制御系２０を計算機システムとして構成し、ウエハ外形演算装置５１を構成する上記の各装置の後述する機能を主制御系２０に内蔵されたプログラムによって実現することも可能である。
以下、本実施形態の露光装置１００による露光動作を説明する。なお、本実施形態の露光装置１００による露光動作は、第１の実施形態と比べて、図７のサブルーチン１０５における処理、すなわちウエハＷの中心位置、半径等の算出処理のみが異なる。
すなわち、本実施形態の露光装置１００では、まず、図７のサブルーチン１０１において、照明σが測定される。引き続き、ステップ１０２〜１０４において、レチクルＲ及びウエハＷがレチクルステージＲＳＴ及び基板テーブル１８にロードされ、ウエハＷを撮像位置に移動させた後、プリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ，４０ＣによるウエハＷの外縁近傍の撮像が行われる。こうした撮像結果の例が、図２２Ａ〜図２２Ｃに示されている。
ここで、図２２Ａには、プリアライメントセンサ４０Ａの撮像視野ＶＡＡ内のウエハＷ像が示されている。図２２Ａに示されるように、撮像視野ＶＡＡ内には、ウエハ像領域ＷＡＡ及び背景領域ＢＡＡの２つの領域が存在する。なお、本実施形態では、ウエハ像領域ＷＡＡの各画素の輝度値は背景像領域ＢＡＡの典型的な画素の輝度値よりも小さく、かつ、背景領域ＢＡＡはほぼ一様な輝度分布を有しているものとする。
また、図２２Ｂには、プリアライメントセンサ４０Ｂの撮像視野ＶＡＢ内のウエハＷ像が示されている。図２２Ｂに示されるように、撮像視野ＶＡＢ内には、ウエハ像領域ＷＡＢ及び背景領域ＢＡＢの２つの領域が存在する。なお、本実施形態では、撮像視野ＶＡＡの場合と同様に、ウエハ像領域ＷＡＢの各画素の輝度値は背景像領域ＢＡＢの典型的な画素の輝度値よりも小さく、かつ、背景領域ＢＡＢはほぼ一様な輝度分布を有しているものとする。
図２２Ｃには、プリアライメントセンサ４０Ｃの撮像視野ＶＡＣ内のウエハＷ像が示されている。図２２Ｃに示されるように、撮像視野ＶＡＣ内には、ウエハ像領域ＷＡＣ及び背景領域ＢＡＣの２つの領域が存在する。なお、本実施形態では、撮像視野ＶＡＡの場合と同様に、ウエハ像領域ＷＡＣの各画素の輝度値は背景像領域ＢＡＣの典型的な画素の輝度値よりも小さく、かつ、背景領域ＢＡＣほぼ一様な輝度分布を有しているものとする。
こうして、撮像されたウエハＷの撮像データＩＭＤ１は、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集装置１５１（図２１参照）が撮像データＩＭＤ１を受信し、撮像データ格納領域１６１に受信データを格納する。
図７に戻り、次いで、サブルーチン１０５において、撮像データ格納領域１６１に格納されたウエハＷの外縁近傍の撮像データに基づいて、ウエハＷの形状パラメータが測定され、ウエハＷの中心位置とＺ軸回りの回転とが算出される。
サブルーチン１０５では、まず、図２３のステップ１７１において、閾値算出装置１５２が、撮像データ格納領域１６１から最初の撮像視野内を撮像して得られた撮像データを読み出す。なお、本実施形態では最初の撮像視野を撮像視野ＶＡＡとしている。
次に、サブルーチン１７２において、閾値算出装置１５２が、撮像視野ＶＡＡの撮像結果について、ウエハ像領域ＷＡＡと背景像領域ＢＡＡとを判別するための閾値（以下、「閾値ＪＴＡ」と記す）を、最小エントロピ法を使用して算出する。
かかる閾値の算出にあたっては、図２４に示されるように、まず、ステップ１８１において、閾値算出装置１５２は、撮像視野ＶＡＡの撮像結果における各画素の輝度値の度数分布を求める。図２５Ａには、こうして求められた度数分布（ヒストグラム）ＨＡ（Ｌ）（Ｌ：輝度）の例が示されている。なお、この度数分布ＨＡ（Ｌ）における輝度の最小値はＬＭＩＮであり、最大値はＬＭＡＸであり、また、度数の総数、すなわち撮像結果における画素数はＮＴであったものとする。
次に、ステップ１８２において、閾値算出装置１５２は、分割輝度ＬＬを値ＬＭＩＮから値（ＬＭＡＸ−１）まで、輝度単位（ここでは、「１」とする）づつ変化させながら、各輝度Ｌにおいて、度数分布ＨＡ（Ｌ）における輝度が分割輝度ＬＬ以下の部分ＨＡ１（ＬＬ）（総度数：Ｎ１）の乱雑度ＳＡ１（ＬＬ）を、次の（７）式によって算出する。なお、（７）式においては、部分ＨＡ１における輝度の分散をσ１（ＬＬ）とし、Ｌｎ（Ｘ）をＸの自然対数としている（以下、同様とする）。
2002045023.tif 000009
また、度数分布ＨＡ（Ｌ）における輝度が分割輝度ＬＬよりも大きな部分ＨＡ２（ＬＬ）（総度数：Ｎ２（＝ＮＴ−Ｎ１））の乱雑度ＳＡ２を、次の（８）式によって算出する。なお、（７）式においては、部分ＨＡ２（ＬＬ）における輝度の分散をσ２（ＬＬ）としている。
2002045023.tif 000010
引き続き、閾値算出装置１５２は、分割輝度ＬＬにおける総乱雑度ＳＡ（ＬＬ）を、次の（９）式によって算出する。
2002045023.tif 000011
図２５Ｂには、こうして求められた総乱雑度ＳＡ（ＬＬ）の分割輝度ＬＬの変化に応じた変化が示されている。
次いで、ステップ１８３において、閾値算出装置１５２は、分割輝度ＬＬの変化による総乱雑度ＳＡ（ＬＬ）の変化を解析し、総乱雑度ＳＡ（ＬＬ）が最小となる輝度値を閾値ＪＴＡとして求める。
閾値算出装置１５２は、こうして求められた閾値ＪＴＡを、閾値格納領域１６２に格納する。そして、撮像視野内ＶＡＡにおける閾値ＪＴＡの算出処理を終了し、図２３のサブルーチン１７３に処理が移行する。
サブルーチン１７３では、外縁位置推定装置１５３が、撮像視野内ＶＡＡにおけるウエハＷの外縁位置の推定位置を算出する。
ここで、本実施形態におけるウエハＷの外縁位置推定の原理について簡単に説明する。
前提として、図２６Ａに示されるように、撮像視野ＶＡにおける物体領域ＳＡＲと背景領域ＢＡＲとの境界、すなわち撮像視野ＶＡにおける物体の外縁は、Ｙ軸に平行な直線（Ｘ＝Ｘｋ）であるものとする。また、物体の外縁付近において、物体の外縁が通る画素を除いた物体領域ＳＡＲにおける各画素の輝度値は一様にＪＳであり、物体の外縁が通る画素を除いた背景領域ＢＡＲにおける各画素の輝度値は一様にＪＢであるものとする。
この場合に、図２６Ｂに示されるような、物体の外縁が通る１つの画素ＰＸ１と、この画素ＰＸ１と＋Ｘ方向で隣り合う画素ＰＸ２を考える。ここで、画素ＰＸ１のＸ方向に関する中心位置をＸ１、画素ＰＸ２のＸ方向に関する中心位置をＸ２とする。また、画素ＰＸ１，ＰＸ２はそれぞれ一辺の長さが（２・ＰＷ）の正方形であるものとする。
ここで、外縁のＸ位置Ｘｋが、画素ＰＸ１の−Ｘ方向端（Ｘ＝Ｘ１−ＰＷ）から＋Ｘ方向端（Ｘ＝Ｘ１＋ＰＷ）まで変化することを考える。この外縁のＸ位置Ｘｋの変化に応じた画素ＰＸ１の輝度値Ｊ１（Ｘｋ）の変化は、次の（１０）式となる。
2002045023.tif 000012
一方、画素ＰＸ２の輝度値Ｊ２（Ｘｋ）は変化せず、次の（１１）式となる。
2002045023.tif 000013
次に、外縁のＸ位置Ｘｋが、画素ＰＸ１の＋Ｘ方向端、すなわち、画素ＰＸ２の−Ｘ方向端（Ｘ＝Ｘ１＋ＰＷ＝Ｘ２−ＰＷ）から、画素ＰＸ２の＋Ｘ方向端（Ｘ＝Ｘ２＋ＰＷ）まで更に変化することを考える。この外縁のＸ位置Ｘｋの変化に応じては、画素ＰＸ１の輝度値Ｊ１（Ｘｋ）は変化せず、次の（１２）式となる。
2002045023.tif 000014
一方、画素ＰＸ２の輝度値Ｊ２（Ｘｋ）は、次の（１３）式のように変化する。
2002045023.tif 000015
以上の（１０）〜（１３）式で表される、外縁のＸ位置Ｘｋが、画素ＰＸ１の−Ｘ方向端（Ｘ＝Ｘ１−ＰＷ）から画素ＰＸ２の＋Ｘ方向端（Ｘ＝Ｘ２＋ＰＷ）まで変化したときの輝度値Ｊ１（Ｘｋ）及び輝度値Ｊ２（Ｘｋ）の変化の様子が図２７Ａに示されている。
次に、撮像視野ＶＡ内の各画素が、物体領域ＳＡＲにあるか、背景領域ＢＡＲにあるかを判断するための方法を考える。物体領域ＳＡＲにある画素と背景領域ＢＡＲにある画素との相違は、その輝度値の相違である。かかる輝度値の相違に着目して各画素が、物体領域ＳＡＲにあるか、背景領域ＢＡＲにあるかを判断するためには、閾値ＪＴを採用し、その閾値と各画素の輝度値との大小関係により判断することが簡易かつ合理的である。なお、こうした閾値としては、撮像結果全体として、物体領域ＳＡＲと背景領域ＢＡＲとの判別を統計的な妥当性をもって行うことができる値を採用することが望ましい。上述した最小エントロピ法を使用することにより、こうした統計的な妥当性をもって物体領域ＳＡＲと背景領域ＢＡＲとを判別することができる閾値を求めることができる。
この閾値ＪＴを採用した場合、画素ＰＸ１が物体領域ＳＡＲの画素であり、画素ＰＸ２が背景領域ＢＡＲの画素であると判断されたときには、撮像結果として求められる画素ＰＸ１の輝度値Ｊ１、画素ＰＸ２の輝度値Ｊ２、及び閾値ＪＴを既知の値として、外縁のＸ位置Ｘｋを次の（１４）式により算出することができる。
2002045023.tif 000016
こうして求められた外縁のＸ位置Ｘｋは、図２７Ｂに示されるように、横軸をＸ位置、縦軸を輝度値としたときに、座標（Ｘ１，Ｊ１）と座標（Ｘ２，Ｊ２）とを結ぶ直線上の点であって輝度値が閾値ＪＴとなる点のＸ位置となっている。すなわち、（１４）式によって求められる外縁のＸ位置Ｘｋは、画素ＰＸ１のＸ軸方向の中心位置Ｘ１と画素ＰＸ２のＸ軸方向の中心位置Ｘ２とを結ぶ線分を、閾値ＪＴと画素ＰＸ１の輝度値Ｊ１との差の絶対値と、閾値ＪＴと画素ＰＸ２の輝度値Ｊ２との差の絶対値との比で内分する点のＸ位置となっている。
以上、物体の外縁がＹ軸に平行である場合にその外縁のＸ位置を撮像結果からサブピクセル・レベルの精度で推定する場合について説明したが、物体の外縁がＸ軸に平行である場合にも、同様にしてその外縁のＹ位置を撮像結果からサブピクセル・レベルの精度で推定することができる。また、物体の外縁がＸ軸及びＹ軸に斜交している場合には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれについて上記と同様の手法を適用することにより、物体の外縁点の２次元位置をサブピクセル・レベルの精度で推定することができる。
すなわち、撮撮像結果から、撮像結果における物体領域及び背景領域の判別に合理的な閾値、及び、物体領域の画素と背景領域の画素とが隣り合うときの各画素の輝度値を用いて、（１４）式と同様の計算をすることにより、物体の外縁位置をサブピクセル・レベルの精度で推定することができる。
図２３のサブルーチン１７３では、以上の原理に基づいて、撮像視野ＶＡＡ内におけるウエハＷの外縁位置を推定する。なお、上記の原理説明における閾値ＪＴに相当する撮像視野ＶＡＡにおける閾値ＪＴＡは、既にサブルーチン１７２で求められている。
サブルーチン１７３では、図２８に示されるように、まず、ステップ１９１において、外縁位置推定装置１５３が、撮像データ格納領域１６１から撮像視野ＶＡＡ内の撮像データを読み出すとともに、閾値格納領域１６２から閾値ＪＴＡを読み出す。そして、外縁位置推定装置１５３は、最初の画素の輝度値を抽出する。ここで、撮像視野ＶＡＡ内の撮像結果は、図２９に示されるように、Ｘ方向を列方向とし、Ｙ方向を行方向とするマトリクス状に配列された画素ＰＸＡ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝１〜Ｎ）の輝度値ＪＡ（ｍ，ｎ）の集合であり、最初の画素としては画素ＰＸＡ（１，１）を選ぶものとして、以下の説明を行う。このように最初の画素として画素ＰＸＡ（１，１）を選ぶのは、撮像視野ＶＡＡにおいては、−Ｙ方向側にウエハ像領域ＷＡＡがあり、＋Ｙ方向側に背景領域ＢＡＡがあること（図２２Ａ参照）、及び、撮像視野ＶＡＡにおける最も−Ｘ側かつ最も−Ｙ側の画素である画素ＰＸＡ（１，１）は、ほぼ確実にウエハ像領域ＷＡＡ内にあることによる。なお、画素ＰＸＡ（ｍ，ｎ）それぞれは、一辺の長さがＰＡの正方形状であり、その中心位置は（ＸＡｉ，ＹＡｊ）であるものとする。
図２８に戻り、引き続き、ステップ１９２において、外縁位置推定装置１５３は、画素ＰＸＡ（ｍ，ｎ）（この段階では、ｍ＝１，ｎ＝１）の輝度値ＪＡ（ｍ，ｎ）が閾値ＪＴＡよりも小さいか否かを判定することにより、現在処理中の画素がウエハ像領域ＷＡＡ内の画素であるか否かを判定する。ここで、否定的な判定がされた場合には、外縁位置推定装置１５３は、現在の画素の＋Ｙ方向側にはウエハ像領域ＷＡＡの外縁は存在しないと判断する。そして、処理がステップ１９７へ移行する。一方、肯定的な判定がされると、処理はステップ１９３へ移行する。
以下、ステップ１９２において肯定的な判定がされ、処理がステップ１９３へ移行したとして、説明する。
ステップ１９３では、画素ＰＸＡ（ｍ，ｎ）に＋Ｙ方向側で隣接する画素ＰＸＡ（ｍ，ｎ＋１）の輝度値ＪＡ（ｍ，ｎ＋１）が閾値ＪＴＡ以上であるか否かを判定することにより、現在処理中のウエハ像領域ＷＡＡ内の画素に＋Ｙ方向側で隣接する画素が背景領域ＢＡＡ内の画素であるか否かを判定する。ここで、否定的な判定がなされると、処理がステップ１９５に移行する。
一方、ステップ１９３において肯定的な判定がされると、処理がステップ１９４へ移行する。このステップ１９４では、外縁位置推定装置１５３が、上述した原理に基づいて、次の（１５）式により、外縁の推定Ｙ位置ＥＹＡｍ，ｎを算出する。
2002045023.tif 000017
そして、処理がステップ１９５に移行する。
ステップ１９５では、画素ＰＸＡ（ｍ，ｎ）に＋Ｘ方向側で隣接する画素ＰＸＡ（ｍ＋１，１）の輝度値ＪＡ（ｍ＋１，ｎ）又は−Ｘ方向側で隣接する画素ＰＸＡ（ｍ−１，１）の輝度値ＪＡ（ｍ−１，ｎ）が閾値ＪＴＡ以上であるか否かを判定することにより、現在処理中のウエハ像領域ＷＡＡ内の画素に＋Ｘ方向側で隣接する画素及び−Ｘ方向側で隣接する画素が背景領域ＢＡＡ内の画素であるか否かが、ステップ１９５において判定される。なお、画素ＰＸＡ（１，ｎ）のように−Ｘ方向側で隣接する画素がないときには、＋Ｘ方向側で隣接する画素の輝度値のみ判定する。また、画素ＰＸＡ（Ｍ，ｎ）のように−Ｘ方向側のみに隣接する画素が存在する場合には、その画素ＰＸＡ（Ｍ−１，ｎ）の輝度値ＪＡ（Ｍ−１，ｎ）のみについて、閾値ＪＴＡ以上であるか否かが、ステップ１９５において判定される。ここで、否定的な判定がなされると、処理がステップ１９７に移行する。
一方、ステップ１９５において肯定的な判定がされると、処理がステップ１９６へ移行する。このステップ１９６では、外縁位置推定装置１５３が、上述した原理に基づいて、外縁の推定Ｘ位置ＥＸＡｍ，ｎを算出する。
すなわち、ステップ１９５において、画素ＰＸＡ（ｍ＋１，１）の輝度値ＪＡ（ｍ＋１，ｎ）のみについて肯定的な判定がされたとき、外縁位置推定装置１５３は、次の（１６）式により、外縁の推定Ｘ位置ＥＸＡｍ，ｎを算出する。
2002045023.tif 000018
また、ステップ１９５において、画素ＰＸＡ（ｍ−１，１）の輝度値ＪＡ（ｍ−１，ｎ）のみについて肯定的な判定がされたとき、外縁位置推定装置１５３は、次の（１７）式により、外縁の推定Ｘ位置ＥＸＡｍ，ｎを算出する。
2002045023.tif 000019
また、ステップ１９５において、輝度値ＪＡ（ｍ＋１，１）及び輝度値ＪＡ（ｍ−１，ｎ）について肯定的な判定がされたとき、外縁位置推定装置１５３は、次の（１８）式により、外縁の推定Ｘ位置ＥＸＡｍ，ｎを算出する。
2002045023.tif 000020
そして、処理がステップ１９７へ移行する。
ステップ１９７では、外縁位置算出装置１５３が、算出した外縁の推定位置を外縁位置情報格納領域１６３に格納する。ここで、外縁の推定Ｙ位置ＥＹＡｍ，ｎのみを算出したときには、外縁の推定位置として（ＸＡｍ，ＥＹＡｍ，ｎ）が外縁位置情報格納領域１６３に格納される。また、外縁の推定Ｘ位置ＥＸＡｍ，ｎのみを算出したときには、外縁の推定位置として（ＥＸＡｍ，ｎ，ＸＡｍ）が外縁位置情報格納領域１６３に格納される。また、外縁の推定Ｘ位置ＥＸＡｍ，ｎ及び推定Ｙ位置ＥＹＡｍ，ｎを算出したときには、外縁の推定位置として（ＥＸＡｍ，ｎ，ＥＹＡｍ，ｎ）が外縁位置情報格納領域１６３に格納される。なお、撮像視野ＶＡＡ内のウエハ像領域ＷＡＡの外縁の推定位置を総称するときは、推定外縁位置ＰＡｉ（ＸＡｉ，ＹＡｉ）と記すものとする（図２２Ａ参照）。
引き続き、撮像視野ＶＡＡ内の全ての画素について外縁位置検出処理が完了したか否かが判定される。ここで、肯定的な判定がされると、サブルーチン１７３の処理が終了する。一方、否定的な判定がされると、処理がステップ１９８へ移行する。
以下、ステップ１９７において否定的な判定がされ、処理がステップ１９８へ移行したとして、説明する。
ステップ１９８では、外縁位置推定装置１５３は、次の画素を選択する。かかる次の画素の選択は、次のようにして行われる。
ステップ１９２〜１９７の外縁位置検出処理が直前に行われた直前画素が画素ＰＸＡ（ｐ，ｎ）（ｐ＝１〜Ｍ−１）であり、ステップ１９２において否定的な判定がされた場合には、外縁位置推定装置１５３は、次の画素として、画素ＰＸＡ（ｐ＋１，１）を選択する。また、ステップ１９３〜１９７の処理がされた直前画素が画素ＰＸＡ（ｐ，Ｎ−１）であった場合にも、外縁位置推定装置１５３は、次の画素として、画素ＰＸＡ（ｐ＋１，１）を選択する。
一方、ステップ１９３〜１９７の処理がされた直前画素が画素ＰＸＡ（ｍ，ｑ）（ｑ≠Ｎ−１）であった場合には、外縁位置推定装置１５３は、次の画素として、画素ＰＸＡ（ｍ，ｑ＋１）を選択する。
こうして、次の画素が選択されると、処理はステップ１９２へ移行する。
以後、次の画素として選択された画素について、順次、上記のステップ１９２〜１９８処理を行い、撮像視野ＶＡＡにおけるウエハ像領域ＷＡＡの推定外縁位置ＰＡｉ（ＸＡｉ，ＹＡｉ）が順次算出される。そして、ステップ１９７において肯定的な判断がなされると、サブルーチン１７３の処理を終了し、処理が図２３のステップ１７４へ移行する。
ステップ１７４では、外縁位置推定装置１５３が、全ての撮像視野ＶＡＡ，ＶＡＢ，ＶＡＣについて、推定外縁位置を求めたか否かを判定する。この段階では、撮像視野ＶＡＡについてのみ推定外縁位置を求めただけなので、否定的な判定がされ、処理がステップ１７５に移行する。
ステップ１７５では、閾値算出装置１５２が、撮像データ格納領域１６１から次の撮像視野、すなわち撮像視野ＶＡＢ内の撮像データを読み出す。そして、処理がサブルーチン１７２に移行する。引き続き、撮像視野ＶＡＡの場合と同様にして、上述したサブルーチン１７２及びサブルーチン１７３が実行されて、撮像視野ＶＡＢにおけるウエハ像領域ＷＡＢの推定外縁位置ＰＢｊ（ＸＢｊ，ＹＢｊ）（図２２Ｂ参照）が算出され、外縁位置情報格納領域１６３に格納される。
次に、ステップ１７４において、外縁位置推定装置１５３が、全ての撮像視野ＶＡＡ，ＶＡＢ，ＶＡＣについて、推定外縁位置を求めたか否かを判定する。この段階では、撮像視野ＶＡＡ，ＶＡＢについてのみ推定外縁位置を求めただけなので、否定的な判定がされ、処理がステップ１７５に移行する。
ステップ１７５では、閾値算出装置１５２が、撮像データ格納領域１６１から次の撮像視野、すなわち撮像視野ＶＡＣ内の撮像データを読み出す。以後、撮像視野ＶＡＢの場合と同様にして、撮像視野ＶＡＣにおけるウエハ像領域ＷＡＣの推定外縁位置ＰＣｋ（ＸＣｋ，ＹＣｋ）（図２２Ｃ参照）が算出され、外縁位置情報格納領域１６３に格納される。
以上のように、全ての撮像視野ＶＡＡ，ＶＡＢ，ＶＡＣについて、サブピクセル・レベルの精度で推定外縁位置が求められると、ステップ１７４において肯定的な判断がなされる。そして、処理がステップ１７６に移行する。
ステップ１７６では、ウエハ位置推定装置１５４が、外縁位置情報格納領域１６３から推定外縁位置ＰＡｉ（ＸＡｉ，ＹＡｉ），ＰＢｊ（ＸＢｊ，ＹＢｊ），ＰＣｋ（ＸＣｋ，ＹＣｋ）を読み出して、ウエハＷの中心位置とＺ軸回りの回転を算出する。すなわち、ウエハ位置推定装置１５４は、推定外縁位置ＰＡｉ（ＸＡｉ，ＹＡｉ），ＰＢｊ（ＸＢｊ，ＹＢｊ），ＰＣｋ（ＸＣｋ，ＹＣｋ）においてウエハＷの円状外縁位置に相当する３以上の推定外縁位置に基づいて、ウエハＷの近似円を求めることにより、ウエハＷの中心位置を推定する。また、ウエハ位置推定装置１５４は、推定外縁位置ＰＡｉ（ＸＡｉ，ＹＡｉ），ＰＢｊ（ＸＢｊ，ＹＢｊ），ＰＣｋ（ＸＣｋ，ＹＣｋ）においてウエハＷのノッチＮの形成部に相当する推定外縁位置に基づいて、ノッチＮの位置を推定する。そして、ウエハＷの中心位置及びノッチＮの位置に基づいて、ウエハＷのＺ軸回りの回転を算出する。
ウエハ位置推定装置１５４は、求められたウエハＷの中心位置とＺ軸回りの回転をウエハ位置情報格納領域１６４に格納する。こうして、サブルーチン１０５の処理が終了し、処理が図７のステップ１０６に移行する。
以後、第１の実施形態と同様にして、ステップ１０６において露光準備用計測行われた後、ステップ１０７において各ショット領域について走査露光が行われる。そして、ステップ１０８において、ウエハステージＷＳＴがアンロード位置に移動された後、不図示のウエハアンローダにより、ウエハＷが基板テーブル１８からアンロードされる。こうして、ウエハＷについての露光処理が終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、撮像結果の離散的な輝度分布から、輝度値が閾値と等しくなると推定される位置を、ウエハＷの外縁の推定位置として求めるので、サブピクセル・レベルという高い精度で、ウエハＷの外縁位置を推定することができる。
また、高い精度で推定されたウエハＷの外縁位置に基づいて、ウエハＷの中心位置及びＺ軸回りの回転というウエハＷの位置情報を求めることができる。
また、本実施形態の露光装置によれば、上述のような位置検出方法を使用して、ウエハＷの位置情報を高精度で検出し、検出されたウエハＷの位置情報に基づいて、ウエハＷの位置制御を行いつつ、ショット領域にパターンを転写する。したがって、パターンを精度良くショット領域に転写することができる。
なお、本実施形態では、撮像視野内において、ウエハ像領域及び背景領域は、それぞれがほぼ一様な輝度分布を有するものとした。これに対して、一方又は双方の領域の輝度分布が一様とはいえない場合であっても、一方の領域の最大輝度値よりも他方の領域の最小輝度値の方が大きいときには、上記の実施形態と同様にしてウエハ像領域の外縁位置を推定することにより、従来における画素の大きさ程度の精度よりも高い精度で、ウエハ像領域の外縁位置を推定することができる。
また、本実施形態では、あるＸ位置で＋Ｙ方向に向かって順次各画素に外縁位置推定処理をしているときに、画素の輝度値が閾値よりも大きくなった場合には、そのＸ位置における外縁が抽出されたと判断して、直ちに外縁のＹ位置を算出して、外縁位置推定処理のＸ位置を更新したが、一度画素の輝度値が閾値よりも大きくなった場合には、その画素から＋Ｙ方向に並ぶ所定数の画素の輝度値が連続して閾値よりも大きくなったときに、そのＸ位置における外縁が抽出されたと判断して、外縁のＹ位置を算出することもできる。このようにすれば、撮像結果におけるノイズの混入に対する耐性を高くすることができる。以上の外縁抽出の手法は、±Ｘ方向の外縁抽出にも適用することができるのは勿論である。
また、本実施形態では、同一のＸ位置において、ウエハ像領域内の画素である蓋然性の高い画素から外縁位置推定処理を開始したが、背景領域の画素である蓋然性の高い画素から外縁位置推定処理を開始してもよい。さらに、上記の実施形態では、同一のＸ位置の画素について外縁位置推定処理をした後にＸ位置を更新したが、同一のＹ位置の画素について外縁位置推定処理をした後にＹ位置を更新する方式を採用してもよい。
また、本実施形態では、原則的には、全ての画素を外縁位置推定処理の対象としたが、外縁の存在範囲が既知である場合には、その範囲内において上記の実施形態と同様の外縁位置推定処理をすればよい。
また、本実施形態では、いわゆる最小エントロピ法を使用して閾値を算出したが、他の統計的手法を用いて、統計的に妥当な閾値を算出してもよい。例えば、撮像視野内において確実に物体領域となる領域と確実に背景領域となる領域が分かっており、物体像領域及び背景像領域それぞれの内部では大きな輝度値の変化はない場合には、確実に物体領域となる領域及び確実に背景領域となる領域それぞれについて輝度値の平均値を算出することにより、物体像領域の平均輝度値と背景像領域の平均輝度値とを算出し、さらに物体像領域の平均輝度値と背景像領域の平均輝度値との平均値を閾値として算出することもできる。
なお、本実施形態では、ウエハＷとして、ノッチが６時方向にある状態でロードされる場合について説明したが、ウエハ径が１２インチであり、ノッチが３時方向にある状態でロードされる場合にも本発明を適用することができる。かかる場合には、３時方向、１時半方向、及び４時半方向の外縁部を撮像できるように、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを配置すればよい。
また、６時方向及び３時方向のいずれのノッチ位置に対応するために、６時方向、７時半方向、４時半方向、３時方向、及び１時半方向の５箇所の外縁部にＣＣＤカメラを配置すればよい。
また、本実施形態では、ウエハＷとして、径が１２インチのウエハを想定したが、ウエハ径が８インチの場合にも本発明を適用することができる。
さらに、３つのＣＣＤカメラ４０Ａ〜４０Ｃの配置は、上記の配置に限られるものではなく、１つのＣＣＤカメラでノッチＮを検出可能にすればよく、残りのＣＣＤカメラの配置は任意で構わない。
また、本実施形態では、ノッチが形成されているウエハについて説明したが、オリエンテーションフラットが形成されたウエハについても本発明を適用することができる。かかる場合には、オリエンテーションフラットの両端部と他の一箇所（例えば、オリエンテーションフラットが６時方向にあるときには、３時方向の外縁部）を撮像できるように、ＣＣＤカメラを配置すればよい。
《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態に係る露光装置を説明する。本実施形態は、上述した第２の実施形態に係る露光装置と比べて、ウエハ外形演算装置５１の構成及び作用が相違している。以下、この相違点に主に着目して説明する。なお、第２の実施形態と同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のウエハ外形演算装置５１は、図３０に示されるように、第２の実施形態における構成要素１５１〜１５４に加えて、（ａ）プリアライメント検出系ＲＡＳから供給された撮像データＩＭＤ１を収集する撮像データ収集装置２５１と、（ｂ）ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる、後述する測定用ウエハＪＷ（図３３Ａ参照）の外縁部３箇所の撮像結果データに基づいて、測定用ウエハＪＷに形成された後述する十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣ（図３３Ｂ参照）の位置情報を求める位置情報処理装置２５２と、（ｄ）位置情報処理装置２５２によって算出された位置情報に基づいて、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに関する較正情報を算出する較正情報算出装置２５３とを更に備えている。ここで、位置情報処理装置２５２は、（ｉ）撮像結果とテンプレートパターンとの相関値を算出する相関値算出装置２５６と、（ｉｉ）算出された相関値に基づいて、十字マークの位置情報を算出するマーク位置算出装置２５７とを含んでいる。
また、本実施形態のウエハ外形演算データ格納領域７１は、その内部に、第２の実施形態における領域１６１〜１６４に加えて、撮像データ格納領域２７１と、相関値格納領域２７２と、位置情報格納領域２７３と、較正情報格納領域２７４と、テンプレートパターン格納領域２７９とを有している。
なお、撮像データ収集装置２５１と撮像データ収集装置１５１とを同一の装置とすることができ、また、撮像データ格納領域２７１と撮像データ格納領域１６１とを共通の領域とすることができることができることは、勿論である。また、図３０においては、上述の図２１の場合と同様に、データの流れが実線矢印で示され、制御の流れが破線矢印で示されている。
本実施形態では、ウエハ外形演算装置５１を上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、第２の実施形態の場合と同様に、主制御系２０を計算機システムとして構成し、ウエハ外形演算装置５１を構成する上記の各装置の後述する機能を主制御系２０に内蔵されたプログラムによって実現することも可能である。
以下、本実施形態の露光装置１００による露光動作を、図３１に示されるフローチャートに沿って、適宜他の図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、プリアライメント検出系ＲＡＳの較正として、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃそれぞれの倍率及び視野回転の較正が行われるものとする。
また、ウエハ干渉計２８Ｘ，２８Ｙの測長軸方向を基準として定義される２次元座標系を、座標系（Ｘ，Ｙ）というものとする。また、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの撮像視野において、各ＣＣＤ素子の画素配列を基準として定義される２次元座標系を、座標系（ＸＡ，ＹＡ）、座標系（ＸＢ，ＹＢ）、座標系（ＸＣ，ＹＣ）というものとする。そして、各座標系における座標値を表す場合には、座標軸名称に下付添字を付することにより表すものとする。
また、テンプレート格納領域２７９には、後述するテンプレートパターンＴＭＰ（図３５参照）が格納されているものとする。
まず、図３１のステップ１０１において、第２の実施形態の場合と同様にして、照明σが測定される。引き続き、ステップ１０９において、プリアライメント検出系ＲＡＳの較正を行うか否かが判断される。ステップ１０９において肯定的な判定がなされた場合には、処理はサブルーチン１１０に移行する。プリアライメント検出系ＲＡＳの較正は、露光装置１００の据付時やメンテナンス時等に行われるものであり、こうした場合に肯定的な判定がなされる。一方、ステップ１０９において否定的な判定がなされた場合には、処理はステップ１０２に移行する。通常のロット処理の場合には、プリアライメント検出系ＲＡＳの較正は行われないので、否定的な判定がなされる。以下、ステップ１０９における判定が肯定的であったとして、説明を行う。
次に、サブルーチン１１０において、プリアライメント検出系ＲＡＳの較正、すなわち、プリアライメントにおいて使用されるＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの較正を行う。なお、前提として、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃそれぞれの視野は、ウエハホルダ２５に保持されたウエハＷのほぼ６時方向、７時半方向、及び４時半方向の外縁部となるように調整されているものとする。
サブルーチン１１０では、図３２に示されるように、まず、ステップ２８１において、不図示のウエハローダにより測定用ウエハＪＷが、ウエハロードポイントで基板テーブル１８すなわちウエハホルダ２５にロードされる。ウエハロードポイントへのウエハステージＷＳＴの移動は、ウエハ干渉計２８により検出された位置情報（又は速度情報）に基づいて、制御装置５９がステージ制御系１９及びウエハステージ駆動装置２１を介して、ウエハステージＷＳＴを移動させることにより行われる。
この測定用ウエハＪＷは、図３３Ａに示されるように、その表面に３つの十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣが外縁部に形成されている。これらの十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣは、図３３Ｂにおいて十字マークＪＭＡについて代表的に示されるように、２つの矩形状パターンＳＰが一点で接するように斜めに並べられている。そして、図３３Ａに示されるように、十字マークＪＭＡの中心と測定用ウエハＪＷの中心ＯＪとを結ぶ線と、十字マークＪＭＢの中心と測定用ウエハＪＷの中心とを結ぶ線とのなす角はほぼ正確に４５°であり、また、十字マークＪＭＡの中心と測定用ウエハＪＷの中心ＯＪとを結ぶ線と、十字マークＪＭＣの中心と測定用ウエハＪＷの中心ＯＪとを結ぶ線とのなす角はほぼ正確に一致している。
次に、ステップ２８２において、測定用ウエハＪＷを第１〜第３の撮像位置に位置決めし、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによって撮像する。なお、第１の撮像位置、第２の撮像位置、及び第３の撮像位置への測定用ウエハＪＷの移動は、ウエハ干渉計２８により検出された位置情報（又は速度情報）に基づいて、制御装置５９がステージ制御系１９及びウエハステージ駆動装置２１を介して、ウエハステージＷＳＴを移動させることにより行われる。
ステップ２８２においては、まず、ウエハステージＷＳＴを第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）へ移動させる。そして、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにより、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの形成領域を含む、測定用ウエハＪＷにおける３箇所の外縁部が撮像される。
こうしたＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる撮像結果の例が、図３４Ａ〜図３４Ｃに示されている。ＣＣＤ４０Ａの撮像結果は、図３４Ａに示されるように、撮像視野ＶＡＡ内における測定用ウエハＪＷの６時方向の外縁部の画像であり、ウエハ内領域ＩＷＡＡとウエハ外領域ＥＷＡＡとを有している。そして、ウエハ内領域ＩＷＡＡ内に十字マークＪＭＡの形成領域が含まれている。なお、十字マークＪＭＡのパターンＳＰ部分の１つの一辺の長さはＷＡであったものとする。
また、ウエハ内領域ＩＷＡＡにおいては、十字マークＪＭＡのパターンＳＰ部分の各画素の輝度値はほぼＤＡ１であり、パターンＳＰ部分以外のウエハ内領域ＩＷＡＡの各画素の輝度値はほぼＤＡ２（＜ＤＡ１）であったものとする。また、ウエハ外領域ＥＷＡＡの画像は、画像処理によってウエハ内領域ＩＷＡＡの画像との識別が可能なものとなっているものとする。本実施形態では、ウエハ外領域ＥＷＡＡの各画素の輝度値は、ほぼＤＡ３（≠ＤＡ１，ＤＡ２）であったものとする。
また、ＣＣＤ４０Ｂの撮像結果は、図３４Ｂに示されるように、撮像視野ＶＡＢ内における測定用ウエハＪＷの７時半方向の外縁部の画像であり、ウエハ内領域ＩＷＡＢとウエハ外領域ＥＷＡＢとを有している。そして、ウエハ内領域ＩＷＡＢ内に十字マークＪＭＢの形成領域が含まれている。ウエハ内領域ＩＷＡＢにおいては、十字マークＪＭＢのパターンＳＰ部分の各画素の輝度値はほぼＤＢ１であり、パターンＳＰ部分以外のウエハ内領域ＩＷＡＢの各画素の輝度値はほぼＤＢ２（＜ＤＢ１）であり、ウエハ外領域ＥＷＡＢの各画素の輝度値は、ほぼＤＢ３（≠ＤＢ１，ＤＢ２）であるものとする。なお、十字マークＪＭＡのパターンＳＰ部分の１つの一辺の長さはＷＢであったものとする。
また、ＣＣＤ４０Ｃの撮像結果は、図３４Ｃに示されるように、撮像視野ＶＡＣ内における測定用ウエハＪＷの４時半方向の外縁部の画像であり、ウエハ内領域ＩＷＡＣとウエハ外領域ＥＷＡＣとを有している。そして、ウエハ内領域ＩＷＡＣ内に十字マークＪＭＣの形成領域が含まれている。ウエハ内領域ＩＷＡＣにおいては、十字マークＪＭＣのパターンＳＰ部分の各画素の輝度値はほぼＤＣ１であり、パターンＳＰ部分以外のウエハ内領域ＩＷＡＣの各画素の輝度値はほぼＤＣ２（＜ＤＣ１）であり、ウエハ外領域ＥＷＡＣの各画素の輝度値は、ほぼＤＣ３（≠ＤＣ１，ＤＣ２）であるものとする。なお、十字マークＪＭＡのパターンＳＰ部分の１つの一辺の長さはＷＣであったものとする。
こうして撮像された撮像結果は、撮像データＩＭＤ１として、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集装置２５１が撮像データＩＭＤ１を受信し、撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）とともに撮像データ格納領域２７１に格納する。
次に、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの形成領域がＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの撮像視野に入る範囲内で、ウエハステージＷＳＴを、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）から＋Ｘ方向に距離ΔＸだけ離れた第２の撮像位置（Ｘ２（＝Ｘ１＋ΔＸ），Ｙ２（＝Ｘ１））へ移動させる。そして、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）の場合と同様にして、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにより、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの形成領域を含む、測定用ウエハＪＷにおける３箇所の外縁部を撮像する。なお、第２の撮像位置（Ｘ２，Ｙ２）における撮像結果では、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣそれぞれのパターンＳＰ部分の各画素の輝度値、パターンＳＰ部分を除くウエハ内領域ＩＷＡＡ，ＩＷＡＢ，ＩＷＡＣそれぞれの各画素の輝度値、及びウエハ外領域ＥＷＡＡ，ＥＷＡＢ，ＥＷＡＣそれぞれの各画素の輝度値は、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）における撮像結果の場合と同様となる。こうして撮像された撮像結果は、撮像データＩＭＤ１として、主制御系２０に供給され、撮像位置（Ｘ２，Ｙ２）とともに撮像データ格納領域２７１に格納される。
引き続き、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの形成領域がＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの撮像視野に入る範囲内で、ウエハステージＷＳＴを、第２の撮像位置（Ｘ２，Ｙ２）から＋Ｙ方向に距離ΔＹだけ離れた第３の撮像位置（Ｘ３（＝Ｘ２），Ｙ３（＝Ｘ２＋ΔＸ））へ移動させる。そして、第１の撮像位置（Ｘ１．Ｙ１）の場合と同様にして、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにより、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの形成領域を含む、測定用ウエハＪＷにおける３箇所の外縁部を撮像する。なお、第３の撮像位置（Ｘ３，Ｙ３）における撮像結果でも、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣそれぞれのパターンＳＰ部分の各画素の輝度値、パターンＳＰ部分を除くウエハ内領域ＩＷＡＡ，ＩＷＡＢ，ＩＷＡＣそれぞれの各画素の輝度値、及びウエハ外領域ＥＷＡＡ，ＥＷＡＢ，ＥＷＡＣそれぞれの各画素の輝度値は、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）における撮像結果の場合と同様となる。こうして撮像された撮像結果は、撮像データＩＭＤ１として、主制御系２０に供給され、撮像位置（Ｘ３，Ｙ３）とともに撮像データ格納領域２７１に格納される。
図３２に戻り、次いで、ステップ２８３において、第１〜第３の撮像位置における十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの位置情報を算出する。この位置情報の算出にあたって、相関値算出装置２５６が、まず、撮像データ格納領域２７１から第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）におけるＣＣＤカメラ４０Ａによる撮像結果を読み出すとともに、テンプレート格納領域２７９から図３５に示されるテンプレートパターンＴＭＰを読み出す。
このテンプレートパターンＴＭＰは、図３５に示されるように、基準点ＰＴＯから放射状に延びる４つの線状パターンＴＭａａ，ＴＭａｂ，ＴＭｂａ，ＴＭｂｂから構成されている。ここで、線状パターンＴＭａａ及び線状パターンＴＭａｂによって、第１パターンＴＭａが形成されている。また、線状パターンＴＭｂａ及び線状パターンＴＭｂｂによって、第２パターンＴＭｂが形成されている。そして、第１パターンＴＭａと第２パターンＴＭｂとは、基準点ＰＴ０で直交している。ここで、基準点ＰＴ０は、第１パターンＴＭａの中心点であるとともに、第１パターンＴＭｂの中心点となっている。また、第１パターンＴＭａは輝度ＤＴａの一様なパターンであり、第２パターンＴＭｂは輝度ＤＴｂ（＞ＤＴａ）の一様なパターンとなっている。また、テンプレート座標系（ＸＴ，ＹＴ）のＸＴ軸又はＹＴ軸と、第１パターンＴＭａ又は第２パターンＴＭｂとの交差角それぞれは４５°となっている。また、第１パターンＴＭａ及び第１パターンＴＭｂの線幅は、ほぼ画素幅程度となっている。
また、テンプレートパターンＴＭＰのＸＴ軸方向幅はＴＷであり、ＹＴ軸方向幅はＴＷとなっている。この幅ＴＷは、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる撮像結果における十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣにおけるパターンＳＰ部の一辺の長さＷＡ，ＷＢ，ＷＣそれぞれの２倍、すなわちＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる撮像結果における十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの形成領域の一辺の長さいずれよりも小さくなるように設定されている。かかる設定は、幅ＴＷを、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる撮像結果として予測される十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの形成領域の一辺の長さいずれよりも小さくなるようにすることにより行われる。
次に、相関値算出装置２５６は、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）におけるＣＣＤカメラ４０Ａによる撮像結果から、十字マークＪＭＡの形成領域を抽出する。そして、ＸＴ軸をＸＡ軸に平行とした後、抽出された十字マークＪＭＡの形成領域にテンプレートパターンＴＭＰが全て入る範囲で、テンプレートパターンＴＭＰの基準点ＰＴＯを座標系（ＸＡ，ＹＡ）内で２次元的に移動させながら、各移動位置におけるテンプレートパターンＴＭＰと撮像結果との相関値を算出する。
かかる相関値算出は、撮像結果とテンプレートパターンＴＭＰとの正規化相互相関値の算出であってもよいし、また、撮像結果とテンプレートパターンＴＭＰとにおける同一位置の画素輝度差の絶対値の和の算出であってもよい。なお、本実施形態では、相関値として、同一位置における画素輝度差の絶対値の和を採用している。
相関値算出装置２５６は、算出された相関値を相関値格納領域２７２に格納する。
引き続き、マーク位置算出装置２５７が、相関値格納領域２７２から相関値を読み出し、座標系（ＸＡ，ＹＡ）における相関値分布を作成する。そして、マーク位置算出装置２５７は、相関値が最小となる座標（ＸＡ１，ＹＡ１）を求める。なお、相関値として正規化相互相関値を採用した場合には、相関値が最大となる座標を求めればよい。
テンプレートパターンＴＭＰと撮像結果との相関値が最小となるのは、十字マークＪＭＡの中心点と基準点ＰＴＯとが一致するときであり、求められた座標（ＸＡ１，ＹＡ１）を求めることは、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）におけるＣＣＤカメラ４０Ａによる撮像結果についての、座標系（ＸＡ，ＹＡ）における十字マークＪＭＡの中心点の位置、すなわち十字マークＪＭＡの位置情報を求めることとなっている。マーク位置算出装置２５７は、求められた位置情報（ＸＡ１，ＹＡ１）を位置情報格納領域２７３に格納する。
次いで、上記のＣＣＤカメラ４０Ａの撮像結果の場合と同様にして、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）におけるＣＣＤカメラ４０Ｂ，４０Ｃによる撮像結果とテンプレートパターンＴＭＰを使用して、座標系（ＸＢ，ＹＢ）における十字マークＪＭＢの位置情報（ＸＢ１，ＹＢ１）、及び、座標系（ＸＣ，ＹＣ）における十字マークＪＭＢの位置情報（ＸＣ１，ＹＣ１）が求められる。そして、求められた位置情報（ＸＢ１，ＹＢ１），（ＸＣ１，ＹＣ１）は、位置情報格納領域２７３に格納される。
引き続き、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）の場合と同様にして、第２の撮像位置（Ｘ２，Ｙ２）におけるＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる撮像結果とテンプレートパターンＴＭＰを使用して、座標系（ＸＡ，ＹＡ）における十字マークＪＭＡの位置情報（ＸＡ２，ＹＡ２）、座標系（ＸＢ，ＹＢ）における十字マークＪＭＢの位置情報（ＸＢ２，ＹＢ２）、及び、座標系（ＸＣ，ＹＣ）における十字マークＪＭＢの位置情報（ＸＣ２，ＹＣ２）が求められる。さらに、第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）の場合と同様にして、第３の撮像位置（Ｘ３，Ｙ３）におけるＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによる撮像結果とテンプレートパターンＴＭＰを使用して、座標系（ＸＡ，ＹＡ）における十字マークＪＭＡの位置情報（ＸＡ３，ＹＡ３）、座標系（ＸＢ，ＹＢ）における十字マークＪＭＢの位置情報（ＸＢ３，ＹＢ３）、及び、座標系（ＸＣ，ＹＣ）における十字マークＪＭＢの位置情報（ＸＣ３，ＹＣ３）が求められる。そして、求められた位置情報（ＸＡ２，ＹＡ２），（ＸＢ２，ＹＢ２），（ＸＣ２，ＹＣ２），（ＸＡ３，ＹＡ３），（ＸＢ３，ＹＢ３），（ＸＣ３，ＹＣ３）は、位置情報格納領域２７３に格納される。
図３２に戻り、次に、ステップ２８４において、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの撮像視野の回転、すなわち視野座標系（ＸＡ，ＹＡ），（ＸＢ，ＹＢ），（ＸＣ，ＹＣ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対する回転が算出される。かかる回転の算出にあたって、まず、較正情報算出装置２５３が、位置情報格納領域２７３から位置情報（ＸＡｊ，ＹＡｊ），（ＸＢｊ，ＹＢｊ），（ＸＣｊ，ＹＣｊ）（ｊ＝１〜３）を読み出す。
引き続き、較正情報算出装置２５３は、視野座標系（ＸＡ，ＹＡ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対する第１推定回転角θ１Ａを、次の（１９）式により算出する。かかる（１９）式による第１推定回転角θ１Ａをの算出にあたっては、視野座標系（ＸＡ，ＹＡ）における十字マークＪＭＡの位置情報の（ＸＡ１，ＹＡ１）から（ＸＡ２，ＹＡ２）への変化は、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）においてウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向へのみの移動させた結果であることが利用されている。
2002045023.tif 000021
また、視野座標系（ＸＡ，ＹＡ）における十字マークＪＭＡの位置情報の（ＸＡ２，ＹＡ２）から（ＸＡ３，ＹＡ３）への変化は、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）においてウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向へのみの移動させた結果であることから、較正情報算出装置２５３は、視野座標系（ＸＡ，ＹＡ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対する第２推定回転角θ２Ａを、次の（２０）により算出する。
2002045023.tif 000022
そして、較正情報算出装置２５３は、視野座標系（ＸＡ，ＹＡ）は、視野座標系（ＸＡ，ＹＡ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対する回転角θＡを、次の（２１）により算出する。
2002045023.tif 000023
較正情報算出装置２５３は、こうして求められた回転角θＡを較正情報格納領域２７４に格納する。
次いで、較正情報算出装置２５３は、回転角θＡと同様にして、視野座標系（ＸＢ，ＹＢ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対する回転角θＢ、及び、視野座標系（ＸＣ，ＹＣ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対する回転角θＣを算出する。すなわち、次の（２２）式及び（２３）式により、回転角θＢ及び回転角θＣを算出する。
2002045023.tif 000024
較正情報算出装置２５３は、こうして求められた回転角θＢ，θＣを較正情報格納領域２７４に格納する。
次に、ステップ２８５において、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの撮像倍率が算出される。かかる撮像倍率の算出にあたり、較正情報算出装置２５３は、まず、十字マークＪＭＡの位置情報（ＸＡ１，ＹＡ１），（ＸＡ２，ＹＡ２）、回転角θＡ及び上述した第１の撮像位置（Ｘ１，Ｙ１）から第２の撮像位置（Ｘ２，Ｙ２）への＋Ｘ方向に関するウエハステージＷＳＴの移動距離ΔＸに基づいて、ＣＣＤカメラ４０ＡのＸＡ軸方向倍率ＭＸＡを、次の（２４）式により算出する。
2002045023.tif 000025
引き続き、較正情報算出装置２５３は、まず、十字マークＪＭＡの位置情報（ＸＡ２，ＹＡ２），（ＸＡ３，ＹＡ３）、回転角θＡ及び上述した第２の撮像位置（Ｘ２，Ｙ２）から第３の撮像位置（Ｘ３，Ｙ３）への＋Ｙ方向に関するウエハステージＷＳＴの移動距離ΔＹに基づいて、ＣＣＤカメラ４０ＡのＹＡ軸方向倍率ＭＹＡを、次の（２５）式により算出する。
2002045023.tif 000026
そして、較正情報算出装置２５３は、算出されたＸＡ軸方向倍率ＭＸＡ及びＹＡ軸方向倍率ＭＹＡを較正情報格納領域２７４に格納する。
次いで、較正情報算出装置２５３は、ＣＣＤカメラ４０Ａの場合と同様にして、ＣＣＤカメラ４０ＢのＸＢ軸方向倍率ＭＸＢ及びＹＢ軸方向倍率ＭＹＢを、次の（２６）式及び（２７）式により算出するとともに、ＣＣＤカメラ４０ＣのＸＣ軸方向倍率ＭＸＣ及びＹＣ軸方向倍率ＭＹＣを、次の（２８）式及び（２９）式により算出する。
2002045023.tif 000027
そして、較正情報算出装置２５３は、算出されたＸＢ軸方向倍率ＭＸＢ及びＹＢ軸方向倍率ＭＹＢ、並びにＸＣ軸方向倍率ＭＸＣ及びＹＣ軸方向倍率ＭＹＣを較正情報格納領域２７４に格納する。
こうして、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃそれぞれの撮像視野の回転及び撮像倍率の算出を終了すると、サブルーチン１１０の処理を終了する。そして、処理が図３１のステップ１０２に移行する。
引き続き、ステップ１０２〜１０４において、レチクルＲ及びウエハＷがレチクルステージＲＳＴ及び基板テーブル１８にロードされ、ウエハＷを撮像位置に移動させた後、プリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ，４０ＣによるウエハＷの外縁近傍の撮像が行われる。そして、サブルーチン１０５において、第２の実施形態の場合と同様にして、ウエハＷの中心位置とＺ軸回りの回転とが算出される。
以後、第２の実施形態と同様にして、ステップ１０６において露光準備用計測行われた後、ステップ１０７において各ショット領域について走査露光が行われる。そして、ステップ１０８において、ウエハステージＷＳＴがアンロード位置に移動された後、不図示のウエハアンローダにより、ウエハＷが基板テーブル１８からアンロードされる。こうして、ウエハＷについての露光処理が終了する。
以上説明したように、本実施形態では、測定用ウエハＪＷに形成された十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの位置情報の検出にあたって、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣそれぞれを含む領域を撮像し、テンプレートパターンＴＭＰを使用して、テンプレートマッチングを行うことにより、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの位置情報を検出する。ここで、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣそれぞれは、マーク中心点から放射状に延びる４本の境界線によって区画された４つの領域を有するマークであり、テンプレートパターンＴＭＰは、撮像結果における十字マークの中心点と基準点ＰＴＯとが一致するときに、基準点ＰＴＯから十字マークの４つの領域それぞれの内部に延び、その内部へ延びる領域（対応領域）に応じた輝度値に設定された４つの線状パターンから構成されている。したがって、位置情報の検出対象となるマークの形状特徴に応じたテンプレートパターンを使用するので、精度良く位置情報を検出できるとともに、テンプレートマッチングにおいて相関値算出の対象となる画素データ数が非常に少なくて済むので、迅速な位置情報の検出ができる。
また、テンプレートパターンＴＭＰの線状パターンそれぞれを、対応領域の境界線が成す角の２等分線に沿って延びるものとしたので、測定用ウエハＪＷがその表面の法線方向（Ｚ方向）回りに少々回転していても、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの位置情報を精度良く検出することができる。
また、テンプレートパターンＴＭＰの線状パターン間における輝度値の大小関係を、撮像結果の対応領域間における輝度値の大小関係と同様としたので、相関値が最大（又は極大）又は最小（又は極小）となる位置を求めることにより、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの位置情報を精度良く検出することができる。
また、十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣの精度の良い位置検出結果に基づいて、精度良く較正されたプリアライメント検出系ＲＡＳのＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを使用して、ウエハＷの位置情報を検出するので、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷに精度良く転写することができる。
なお、上記の実施形態では、十字マークがその中心点の周囲に４つの領域を有することに応じて、基準点から放射状に延びる４本の線状パターンから成るＸ字型のテンプレートパターンＴＭＰを使用したが、基準点から放射状に延びる３本の線状パターンから成るＴ字型のテンプレートパターンを使用することもできる。
また、本実施形態では、位置検出対象のマークとして、マーク中心点から放射状に延びる４本の境界線によって区画された４つの領域を有する十字マークＪＭＡ，ＪＭＢ，ＪＭＣを使用したが、マーク内の特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するマークであれば、使用することができる。この場合には、テンプレートパターンとして、基準点から放射状に延びる３本以上の線状パターンから成るテンプレートパターンを採用することができる。
また、本実施形態では、線状パターンの線幅を画素幅程度としたが、線幅をより太くすることもできる。
また、相関値としては、上述した撮像結果とテンプレートパターンＴＭＰ全体との画素輝度値の差の絶対値の和や正規化相互相関値に代えて、テンプレートパターンＴＭＰの線状パターンごとの画素輝度値の差の絶対値の和や正規化相互相関値に関する和あるいは積の値とすることもできる。
また、本実施形態では、線状パターンを直線状パターンとしたが、曲線状パターンとすることもできる。要は、テンプレートパターンの基準点とマークの中心点とが一致したときに、各線状パターンがその対応領域の内部に向かって延びるようになっていればよい。
なお、上記の各実施形態では、ウエハホルダ２５上に測定用ウエハＪＷを保持した状態で測定用ウエハＪＷをプリアライメント検出系ＲＡＳで観察し、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの較正を行うとともに、ウエハホルダ２５上にウエハＷ保持した状態でプリアライメントを行うものとしたが、ウエハホルダ２５へのローディング前、例えばウエハローダに保持された状態で、測定用ウエハＪＷの観察やウエハＷのプリアライメントを行うようにしてもよい。この場合、プリアライメントと並行して、ウエハ形状測定以外の露光準備用計測の一部（レチクルアライメント、ベースライン計測等）が実行可能となる。また、ウエハローダの搬送経路の途中に配置されるプリアライメント装置に対して本発明を適用してもよい。
また、上記の各実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、紫外線を光源にする縮小投影露光装置、波長１０ｎｍ前後の軟Ｘ線を光源にする縮小投影露光装置、波長１ｎｍ前後を光源にするＸ線露光装置、ＥＢ（電子ビーム）やイオンビームによる露光装置などあらゆるウエハ露光装置、液晶露光装置等に適応できる。また、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わない。
また、上記の各実施形態では、露光装置について説明したが、露光装置以外の装置、例えば顕微鏡等を使用した物体の観察装置、工場の組み立てライン、加工ライン、検査ラインにおける対象物の位置情報の検出に用いることもできる。
《デバイスの製造》
次に、上記の第１〜第３の実施形態のいずれかの露光装置及び方法を使用したデバイス（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）の製造について説明する。
まず、設計ステップにおいて、デバイスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、マスク製作ステップにおいて、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ウエハ製造ステップにおいて、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ウエハ処理ステップにおいて、上記のステップで用意されたマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成する。
このウエハ処理ステップは、例えば、半導体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程は、ウエハプロセスの各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、前処理工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおいて上記で説明した第１〜第３の実施形態のいずれかの露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。次に、現像ステップにおいて露光されたウエハが現像され、引き続き、エッチングステップにおいて、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、レジスト除去ステップにおいて、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
以上のようにして、前処理工程と、レジスト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
こうしてウエハ処理ステップが終了すると、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおいて処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立てには、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）やパッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。
最後に、検査ステップにおいて、組立ステップで作製され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う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
以上のようにして、精度良く微細なパターンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。
産業上の利用可能性
以上、詳細に説明したように、本発明の画像処理方法及び画像処理装置によれば、隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得して、隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を精度良く求める。したがって、本発明の画像処理方法及び画像処理装置は、画像における複数の領域を識別する画像処理に適している。
また、本発明の検出方法及び検出装置によれば、物体に照射され、前記物体を介した光が形成する画像を、本発明の画像処理方法によって画像処理し、その処理結果に基づいて、前記物体の特性情報を精度良く検出する。したがって、本発明の検出方法及び検出装置は、物体の形状や位置等といった物体の特性の検出に適している。
また、本発明の露光方法及び露光装置によれば、本発明の検出方法を使用して、基板の位置情報を検出する。そして、検出された基板の位置情報に基づいて、基板の位置制御を行いつつ、区画領域にパターンを転写するので、パターンを精度良く区画領域に転写することができる。したがって、本発明の露光方法及び露光装置は、多層的なパターン形成にあたって行われる多層露光を、層間の重ね合わせ精度を向上して行うことに適している。このため、本発明の露光装置及び露光方法は、微細パターンを有するデバイスの量産製造に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
図２は、図１の光源像撮像装置及びその近傍の構成を概略的に示す図である。
図３は、図１の装置におけるプリアライメント検出系周辺の構成を概略的に示す平面図である。
図４は、図１の装置における主制御系の構成を示すブロック図である。
図５は、図４のウエハ外形演算装置及びウエハ外形演算データ格納領域の構成を示すブロック図である。
図６は、図４の光源像外形演算装置及び光源像外形演算データ格納領域の構成を示すブロック図である。
図７は、図１の装置の動作を説明するためのフローチャートである。
図８は、図７の照明σ測定サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図９は、光源像撮像時の光学的配置を説明するための図である。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、光源像の撮像結果を説明するための図である。
図１１は、図８のテクスチャ解析サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図１２Ａ及び図１２Ｂは、重み情報算出処理を説明するための図である。
図１３Ａ及び図１３Ｂは、テクスチャ解析窓の初期位置及び終了位置を説明するための図である。
図１４Ａ及び図１４Ｂは、照明σ測定における分散の分布を説明するための図である。
図１５Ａ〜図１５Ｃは、プリアライメント検出系による撮像結果を説明するための図である。
図１６のウエハ外形測定サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図１７Ａ〜図１７Ｃは、テクスチャ解析窓の位置の例を説明するための図である。
図１８Ａ〜図１８Ｃは、ウエハ外形測定における分散の分布、及び、ウエハ外縁の推定結果を説明するための図である。
図１９は、重み情報の変形例を説明するための図である。
図２０は、第２の実施形態におけるプリアライメント検出系周辺の構成を概略的に示す平面図である。
図２１は、第２の実施形態における主制御系の構成を示すブロック図である。
図２２Ａ〜図２２Ｃは、プリアライメント検出系による撮像結果を説明するための図である。
図２３は、ウエハ外形測定サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図２４は、図２３の閾値算出サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図２５Ａ及び図２５Ｂは、最小エントロピ法による閾値算出を説明するための図である。
図２６Ａ及び図２６Ｂは、第２の実施形態における外縁位置推定の原理を説明するための図（その１）である。
図２７Ａ及び図２７Ｂは、第２の実施形態における外縁位置推定の原理を説明するための図（その２）である。
図２８は、図２３の外縁位置推定サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図２９は、撮像視野内における画素の大きさ及び配列を説明するための図である。
図３０は、第３の実施形態における主制御系の構成を示すブロック図である。
図３１は、第３の実施形態における露光動作を説明するためのフローチャートである。
図３２は、図３１の較正サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図３３Ａ及び図３３Ｂは、測定用ウエハの構成を説明するための図である。
図３４Ａ〜図３４Ｃは、測定用ウエハの撮像結果を説明するための図である。
図３５は、テンプレートパターンを説明するための図である。
【図１】
2002045023.tif 000028
【図２】
2002045023.tif 000029
【図３】
2002045023.tif 000030
【図４】
2002045023.tif 000031
【図５】
2002045023.tif 000032
【図６】
2002045023.tif 000033
【図７】
2002045023.tif 000034
【図８】
2002045023.tif 000035
【図９】
2002045023.tif 000036
【図１０Ａ】
2002045023.tif 000037
【図１０Ｂ】
2002045023.tif 000038
【図１０Ｃ】
2002045023.tif 000039
【図１１】
2002045023.tif 000040
【図１２Ａ】
2002045023.tif 000041
【図１２Ｂ】
2002045023.tif 000042
【図１３Ａ】
2002045023.tif 000043
【図１３Ｂ】
2002045023.tif 000044
【図１４Ａ】
2002045023.tif 000045
【図１４Ｂ】
2002045023.tif 000046
【図１５Ａ】
2002045023.tif 000047
【図１５Ｂ】
2002045023.tif 000048
【図１５Ｃ】
2002045023.tif 000049
【図１６】
2002045023.tif 000050
【図１７Ａ】
2002045023.tif 000051
【図１７Ｂ】
2002045023.tif 000052
【図１７Ｃ】
2002045023.tif 000053
【図１８Ａ】
2002045023.tif 000054
【図１８Ｂ】
2002045023.tif 000055
【図１８Ｃ】
2002045023.tif 000056
【図１９】
2002045023.tif 000057
【図２０】
2002045023.tif 000058
【図２１】
2002045023.tif 000059
【図２２Ａ】
2002045023.tif 000060
【図２２Ｂ】
2002045023.tif 000061
【図２２Ｃ】
2002045023.tif 000062
【図２３】
2002045023.tif 000063
【図２４】
2002045023.tif 000064
【図２５Ａ】
2002045023.tif 000065
【図２５Ｂ】
2002045023.tif 000066
【図２６Ａ】
2002045023.tif 000067
【図２６Ｂ】
2002045023.tif 000068
【図２７Ａ】
2002045023.tif 000069
【図２７Ｂ】
2002045023.tif 000070
【図２８】
2002045023.tif 000071
【図２９】
2002045023.tif 000072
【図３０】
2002045023.tif 000073
【図３１】
2002045023.tif 000074
【図３２】
2002045023.tif 000075
【図３３Ａ】
2002045023.tif 000076
【図３３Ｂ】
2002045023.tif 000077
【図３４Ａ】
2002045023.tif 000078
【図３４Ｂ】
2002045023.tif 000079
【図３４Ｃ】
2002045023.tif 000080
【図３５】
2002045023.tif 000081
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月9日(2002.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得工程と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析工程と、を備える画像処理方法であって、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析工程は、
所定の大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出工程と；
前記特徴値算出工程において算出されたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定工程と；を有し、
前記特徴値算出工程は、前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知である場合には、
前記特定領域において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を求め、前記特定領域におけるテクスチャ特徴値の前記テクスチャ解析窓の位置による変化の様子を調査する工程と；
前記特定領域外において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を求める工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の画像処理方法において、
前記第１領域及び前記第２領域の固有パターンの少なくとも一方は既知であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ解析窓の大きさは、前記既知の固有パターンに応じて定められることを特徴とする画像処理方法。
【請求項５】
削除
【請求項６】
削除
【請求項７】
請求項２に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ特徴値は、前記テクスチャ解析窓内における画素データの平均値及び分散値の少なくとも一方であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項８】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得工程と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析工程と、を備える画像処理方法であって、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析工程は、
正方形のテクスチャ解析窓内の画素毎に与えられる重み情報であって、前記テクスチャ解析窓内領域が前記画像の個々の画素に応じて分割された矩形状小領域それぞれにおける、前記矩形状小領域の全体面積と前記テクスチャ解析窓に内接する円の内部となる面積との面積比で定められる重み情報を決定する重み決定工程と；
前記テクスチャ解析窓を移動させつつ、前記重み情報と前記テクスチャ解析窓内の各画素の画像データとに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出工程と；
前記特徴値算出工程で算出されたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項９】
削除
【請求項１０】
請求項８に記載の画像処理方法において、
前記重み情報は、前記テクスチャ解析の種類に応じた付加重み情報を更に含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ特徴値は、前記テクスチャ解析窓内おける画素データの重み付け平均値及び重み付け分散値の少なくとも一方であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得工程と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析工程と、を備える画像処理方法であって、
前記画像は、境界付近の画素の輝度値が互いに異なる第１領域と第２領域とを含む３以上の階調の画像であり、
前記画像解析工程は、
前記撮像結果における前記第１領域と前記第２領域とを判別する輝度情報の閾値を、前記画像の輝度分布に基づいて算出する閾値算出工程と；
前記撮像結果の輝度分布に基づいて、その輝度値が前記閾値と等しくなると推定される前記画素上の位置を画素単位の精度よりも高い精度で求め、その求めた位置を前記第１領域と前記第２領域との境界位置として推定する境界位置推定工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像処理方法において、
前記画像は、第１方向及び第２方向に沿って２次元的に配列された複数の画素それぞれにおける輝度値の集まりであり、
前記境界位置推定工程は、前記画像において、第１の大小関係を有する、前記第１方向で互いに隣接する第１画素及び第２画素の輝度値、並びに前記閾値に基づいて、前記第１方向に関する第１推定境界位置を推定する第１推定工程を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の画像処理方法において、
前記第１の大小関係は、前記第１画素の輝度値が閾値よりも大きく、前記第２画素の輝度値が前記閾値以下となる第１条件、及び、前記第１画素の輝度値が前記閾値以上であり、前記第２画素の輝度値が前記閾値よりも小さくなる第２条件のいずれかが成り立つ関係であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の画像処理方法において、
前記第１推定外縁位置は、前記第１画素の中心位置と前記第２画素の中心位置とを結ぶ線分を、前記第１画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値、及び、前記第２画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値で内分した位置であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の画像処理方法において、
前記境界位置推定工程は、前記画像において、第２の大小関係を有する、前記第２方向で互いに隣接する第３画素及び第４画素の輝度値、並びに前記閾値に基づいて、前記第２方向に関する第２推定境界位置を求める第２推定工程を更に含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の画像処理方法において、
前記第２の大小関係は、前記第３画素の輝度値が前記閾値よりも大きく、前記第４画素の輝度値が前記閾値以下となる第３条件、及び、前記第３画素の輝度値が閾値以上であり、前記第４画素の輝度値が前記閾値よりも小さくなる第４条件のいずれかが成り立つ関係であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の画像処理方法において、
前記第２推定境界位置は、前記第３画素の中心位置と前記第４画素の中心位置とを結ぶ線分を、前記第３画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値、及び、前記第４画素の輝度値と前記閾値との差の絶対値で内分した位置であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１９】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得工程と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析工程と、を備える画像処理方法であって、
前記画像は、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有し、
前記画像解析工程は、
基準点が前記特定点と一致するとき、それぞれが、前記３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって延びるとともに、前記対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有する、前記基準点から延びる少なくとも３つの線状パターン要素を含むテンプレートパターンを用意するテンプレート準備工程と；
前記画像内において前記テンプレートパターンを移動させつつ、前記画像内の各位置における前記画像と前記テンプレートパターンとの相関値を算出する相関値算出工程と；を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の画像処理方法において、
前記線状パターン要素それぞれは、前記撮像結果において前記対応領域の境界線が成すと予測される角の２等分線に沿って延びることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の画像処理方法において、
前記３本以上の境界線及び前記３つ以上の領域の数は４であり、前記４本の境界線のうち、特定の２本の境界線はほぼ第１の直線上にあり、前記特定の２本の境界線以外の２本の境界線はほぼ第２の直線上にあることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の画像処理方法において、
前記第１の直線と前記第２の直線とは直交することを特徴とする画像処理方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の画像処理方法において、
前記線状パターン要素の数は４であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の画像処理方法において、
前記画像において、前記４つの領域のうち、互いに隣り合う２つの領域のレベル値は互いに異なり、前記特定点を頂点として互い対角関係にある２つの領域のレベル値はほぼ同一であることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の画像処理方法において、
前記線状パターン要素それぞれのレベル値同士は、前記画像において前記対応領域それぞれが有すると予測されるレベル値同士の大小関係と同様の大小関係を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項２６】
削除
【請求項２７】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得装置と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析装置と、を備える画像処理装置であって、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析装置は、
所定の大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出装置と；
前記特徴値算出工程において求められたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定装置と；を含み、
前記特徴値算出装置は、前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知である場合には、
前記特定領域において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を求め、前記特定領域におけるテクスチャ特徴値の前記テクスチャ解析窓の位置による変化の様子を調査し、
前記特定領域外において、前記テクスチャ解析窓の位置を変化させながら前記テクスチャ特徴値を求めることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の画像処理装置において、
前記第１領域及び前記第２領域の固有パターンの少なくとも一方は既知であり、
前記特徴値算出装置は、前記既知の固有パターンに応じて定められた大きさの前記テクチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ特徴値を求めることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の画像処理装置において、
前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知であり、
前記特徴値算出装置は、前記特定領域内で前記テクスチャ解析窓の位置が変化してもテクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを求め、該求められた大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ特徴値を求めることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３０】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得装置と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析装置と、を備える画像処理装置であって、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析装置は、
正方形のテクスチャ解析窓内の画素毎に与えられる重み情報であって、前記テクスチャ解析窓内領域が前記画像の個々の画素に応じて分割された矩形状小領域それぞれにおける、前記矩形状小領域の全体面積と前記テクスチャ解析窓に内接する円の内部となる面積との面積比で定められる重み情報を決定する重み決定装置と；
前記テクスチャ解析窓を移動させつつ、前記重み情報と前記テクスチャ解析窓内の各画素の画像データとに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出装置と；
前記特徴値算出装置で算出されたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定装置と；を含むことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３１】
削除
【請求項３２】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得装置と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析装置と、を備える画像処理装置であって、
前記画像は、境界付近の画素の輝度値が互いに異なる第１領域と第２領域とを含む３以上の階調の画像であり、
前記画像解析装置は、
前記撮像結果における前記第１領域と前記第２領域とを判別する輝度情報の閾値を、前記画像の輝度分布に基づいて算出する閾値算出装置と；
前記撮像結果の輝度分布に基づいて、その輝度値が前記閾値と等しくなると推定される前記画素上の位置を画素単位の精度よりも高い精度で求め、その求めた位置を前記第１領域と前記第２領域との境界位置として推定する境界位置推定装置と；を含むことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３３】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得装置と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析装置と、を備える画像処理装置であって、
前記画像は、特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有し、
前記画像解析装置は、
基準点が前記特定点と一致するとき、それぞれが、前記３つ以上の領域のうちの個別に対応する対応領域の内部に向かって延びるとともに、前記対応領域が有することが予測されるレベル値に応じたレベル値を有する、前記基準点から延びる少なくとも３つの線状パターン要素を含むテンプレートパターンを用意するテンプレート準備装置と；
前記画像内において前記テンプレートパターンを移動させつつ、前記画像内の各位置における前記画像と前記テンプレートパターンとの相関値を算出する相関値算出装置と；を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３４】
請求項２７、３０、３２、３３のいずれか一項に記載の画像処理装置において、
画像取得装置は撮像装置であることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３５】
物体に照射され、前記物体を介した光の分布に基づいて前記物体の特性情報を検出する検出方法であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を、請求項２〜８、１０〜１８のいずれか一項に記載の画像処理方法によって画像処理する画像処理工程と；
前記画像処理工程における処理結果に基づいて、前記物体の特性情報を検出する特性検出工程と；を含む検出方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の検出方法において、
前記物体の特性情報は、前記物体の形状情報であることを特徴とする検出方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の検出方法において、
前記物体の特性情報は、前記物体の位置情報であることを特徴とする検出方法。
【請求項３８】
請求項３５に記載の検出方法において、
前記物体は少なくとも１つの光学素子であり、前記物体の特性情報は前記少なくとも１つの光学素子の光学特性情報であることを特徴とする検出方法。
【請求項３９】
特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するマークの位置情報を検出する検出方法であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を取得し、前記画像を、請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の画像処理方法によって画像処理する画像処理工程と；
前記画像処理工程における処理結果に基づいて、前記マークの位置情報を検出するマーク位置検出工程と；を含む検出方法。
【請求項４０】
物体に照射され、前記物体を介した光の分布に基づいて前記物体の特性を検出する検出装置であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を処理する請求項２７〜３０、３２、３３のいずれか一項に記載の画像処理装置と；
前記画像処理装置における処理結果に基づいて、前記物体の特性情報を検出する特性検出装置と；を備える検出装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の検出装置において、
前記物体の特性情報は、前記物体の形状情報であることを特徴とする検出装置。
【請求項４２】
請求項４０に記載の検出装置において、
前記物体の特性情報は、前記物体の位置情報であることを特徴とする検出装置。
【請求項４３】
請求項４０に記載の検出装置において、
前記物体は少なくとも１つの光学素子であり、前記物体の特性情報は前記少なくとも１つの光学素子の光学特性情報であることを特徴とする検出装置。
【請求項４４】
特定点から放射状に延びる３本以上の境界線によって区画された３つ以上の領域を有するマークの位置情報を検出する検出装置であって、
前記物体を介した光の形成する像の画像を取得し、前記画像を処理する請求項３３に記載の画像処理装置と；
前記画像処理装置による処理結果に基づいて、前記マークの位置情報を検出するマーク位置検出装置と；を備える検出装置。
【請求項４５】
所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、
前記基板の位置情報を請求項３７に記載の検出方法によって検出する基板位置検出工程と；
前記基板位置検出工程において検出された前記基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
【請求項４６】
光学系を介した露光用ビームを照射して、所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、
前記光学系の特性情報を請求項３８に記載の検出方法によって検出する光学特性検出工程と；
前記光学特性検出工程における検出結果に基づいて、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
【請求項４７】
所定のパターンを基板に転写する露光方法であって、
前記基板及び測定用基板の少なくとも一方に形成されたマークの位置情報を請求項３９に記載の検出方法によって検出する基板マーク位置検出工程と；
前記基板マーク位置検出工程において検出された前記マークの位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行い、前記基板に前記所定のパターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
【請求項４８】
所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記基板の位置情報を検出する請求項４２に記載の検出装置と；
前記検出装置により位置情報が検出された前記基板を搭載するステージを有するステージ装置と；を備える露光装置。
【請求項４９】
露光用ビームを照射して、所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記露光用ビームを前記基板に導く光学系と；
前記光学系の特性情報を検出する請求項４３に記載の検出装置と；を備える露光装置。
【請求項５０】
所定のパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記基板及び測定用基板の少なくとも一方を支持する基板支持装置と；
前記基板支持装置によって支持された前記基板及び前記測定用基板の少なくとも一方に形成されたマーク位置情報を検出する請求項４４に記載の検出装置と；を備える露光装置。
【請求項５１】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得工程と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析工程と、を備える画像処理方法であって、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として境界を抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析工程は、
前記画像に対してテクスチャ解析を行うためのテクスチャ解析窓の大きさを決定する決定工程と；
前記決定された大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出工程と；
前記特徴値算出工程において求められたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定工程と；を有し、
前記決定工程では、前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知である場合には、
前記特定領域において、前記テクスチャ解析窓の位置及び大きさを変化させながら前記テクスチャ特徴値を求める工程と、
前記特定領域内で前記テクスチャ解析窓の位置が変化してもテクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを求める工程と、を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の画像処理方法において、
前記テクスチャ特徴値は、前記テクスチャ解析窓内における画素データの平均値及び分散値の少なくとも一方であることを特徴とする画像処理方法
【請求項５３】
隣り合う２つの領域が互いに異なる画像特徴を有する複数の領域の画像を取得する画像取得装置と、前記隣り合う２つの領域の画像特徴の相違を利用して前記画像を解析し、前記隣り合う２つの領域の境界情報を求める画像解析装置と、を備える画像処理装置であって、
前記画像は、互いに異なる固有の画像パターンを有し、個々の画素データの値の相違に基づいて連続した線として抽出できない第１領域と第２領域とを含み、
前記画像解析装置は、
前記画像に対してテクスチャ解析を行うためのテクスチャ解析窓の大きさを決定する決定装置と；
前記決定された大きさのテクスチャ解析窓を移動させつつ、前記テクスチャ解析窓内の画素データに基づいて、前記テクスチャ解析窓の位置ごとにテクスチャ特徴値を算出する特徴値算出装置と；
前記特徴値算出装置において求められたテクスチャ特徴値の分布に基づいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を推定する境界推定装置と；を有し、
前記決定装置は、前記画像において、特定領域が前記第１領域の一部であることが既知である場合には、前記特定領域内で前記テクスチャ解析窓の位置が変化してもテクスチャ特徴値がほぼ一定となるテクスチャ解析窓の大きさを求めることを特徴とする画像処理装置。
【国際調査報告】
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