JP2002048512A - 位置検出装置、光学機械及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出対象のパターンを迅速に精度よく安定し
て抽出できる位置検出装置、迅速に精度よく安定して合
焦できる光学機械及び露光装置を提供する。 【解決手段】 撮像素子から入力される画像データにハ
フ変換前処理を施し、検出対象となるアライメントマー
クＭ１に対応する画像のエッジｅ１１〜ｅ１４を抽出す
る。そして、抽出されたエッジｅ１１〜ｅ１４に対して
ρθハフ変換を施して、ρθ平面における各エッジｅ１
１〜ｅ１４の累積度数から、各エッジｅ１１〜ｅ１４の
直交性及び対称性に注目して前記マークＭ１に対応する
画像を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘ
ッド等のマイクロデバイスを製造するためのフォトリソ
グラフィ工程で使用される露光装置に関するものであ
る。また、本発明は、例えば被検物の微小な領域を観察
するための顕微鏡、前記露光装置等の光学機械に関する
ものである。さらに、本発明は、それらの光学機械にお
いて、例えば被検物の焦点位置を検出するための合焦装
置等に適用される位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の合焦装置としては、被検物上に
形成されたパターンを、例えばＣＣＤ等の撮像素子によ
り画像データとしてＣＰＵ等の主制御系に取り込むこと
により検出して、画像処理を行う画像処理装置が知られ
ている。この合焦装置では、まず被検物の表面と前記撮
像素子の撮像エリアとを歩進的に走査させて、それぞれ
の位置で被検物の表面を撮像し、画像データとして主制
御系に取り込む。主制御系は、いわゆる「パターン・マ
ッチング法」により、検出された各画像データ毎に検出
対象のパターンに対応する対象画像を抽出する。

【０００３】すなわち、主制御系は、その各画像データ
内の種々の画像に対して、その主制御系内に予め記憶さ
れているテンプレート画像を各画素毎に移動させつつ重
ね合わせる。この状態で、その都度、両画像の間で分散
や標準偏差を求めるなどして相関性を算出し、テンプレ
ート画像との相関性の高い画像を、対象画像として抽出
する。

【０００４】次いで、撮像素子の撮像エリアを、光学系
に光軸と直交する方向において、その抽出された対象画
像を含む位置に固定する。この状態で、光学系と被検物
とのその光学系の光軸方向の位置を変化させながら、対
象画像を繰り返し撮像する。そして、主制御系は、その
対象画像において、例えば最もコントラストが高くなる
前記光軸方向の位置を合焦位置と判定するようになって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来構
成においては、合焦動作の目標となる対象画像を抽出す
る際に、検出された各画像データに対してテンプレート
画像を１画素ずつずらしながら重ね合わせて相関性を算
出する必要がある。このため、合焦動作に寄与しない数
多くの画像データに対して、パターンマッチングを行う
必要があって、対象画像の抽出に多大の時間を要すると
いう問題があった。

【０００６】また、実際には、被検物上に、種々の形状
のパターンが混在することが多い。近年、特に半導体素
子の製造においては、さらなる高集積度化の要求が高ま
っており、非常に微細なパターンが数多く積み重ねられ
るようになってきている。このため、半導体素子を製造
する露光装置では、各パターン間に高い重ね合わせ精度
が要求されており、これに伴って各パターンの露光処理
時における厳密な合焦管理が要求されるようになってき
た。このように、より正確な合焦動作を実現するために
は、検出対象の対象画像に応じて、予め数多くのテンプ
レート画像を用意する必要があるという問題があった。

【０００７】さらに、対象画像の抽出に際して、異なる
形状のパターンに対応する対象画像ではテンプレート画
像との相関性が異なってくるため、対象画像によってそ
の抽出の精度が変化するおそれがある。これに伴って、
検出対象のパターンの形状によって合焦動作の精度がば
らつくおそれがあって、安定性に欠けるという問題があ
った。

【０００８】しかも、ウエハのラフアライメント時に、
そのウエハがわずかに回転されることがあり、検出対象
のパターンが所定の位置から回転されていることがあ
る。ところが、前記のようなパターンマッチングによる
場合では、検出対象のパターンに対応する対象画像がテ
ンプレート画像の形状と一致していたとしても、前記の
ようなパターンの回転が生じていると、全く異なった画
像として判断されるおそれがある。このため、対象画像
の抽出精度が大きく低下するとともに、安定性に欠ける
という問題があった。

【０００９】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とし
ては、検出対象のパターンの抽出を迅速にかつ精度よく
安定して行うことができる位置検出装置を提供すること
にある。また、合焦動作を迅速にかつ精度よく安定して
行うことができる光学機械及び露光装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本願請求項１に記載の発明は、被検物上に設けられ
た所定のパターンを画像データとして検出する画像検出
手段と、前記パターンと前記被検物に対向するように配
置された光学系とのその光学系の光軸方向における位置
関係を検出する位置検出手段とを備えた位置検出装置に
おいて、前記画像データにハフ変換を施すハフ変換手段
を有し、前記位置検出手段はそのハフ変換の結果に基づ
いて前記パターンと前記光学系との位置関係を検出する
ようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】この位置検出装置では、検出対象のパター
ンに対応する対象画像を含む各画像データにハフ変換前
処理を施して、その画像データ内に存在する画像のエッ
ジ成分を求める。次いで、このエッジ成分にハフ変換を
施すことにより、ハフ平面内におけるエッジ成分の累積
度数に変換する。そして、この累積度数に基づいて、前
記対象画像を迅速にかつ精度よく、しかも前記パターン
の回転等の影響を受けることなく安定して抽出すること
ができる。これにより、そのパターンと光学系との位置
関係を、迅速にかつ精度よく、しかも前記パターンの回
転等の影響を受けることなく安定して検出することがで
きる。

【００１２】また、本願請求項２に記載の発明は、前記
請求項１に記載の発明において、前記パターンは複数の
エッジを有し、前記位置検出手段はその複数のエッジの
なす角を前記パターンと前記光学系との位置関係を検出
する際の評価尺度とすることを特徴とするものである。

【００１３】この位置検出装置では、検出対象のパター
ンの形状に基づいて、複数のエッジのなす角を設定する
ことで、そのパターンとは異なるパターンに対応する画
像を容易に排除することができる。これにより、検出対
象のパターンに対応する対象画像を、より迅速にかつ精
度よく、安定して抽出することができる。

【００１４】また、本願請求項３に記載の発明は、前記
請求項１または請求項２に記載の発明において、前記パ
ターンは複数のエッジを有し、前記位置検出手段はその
複数のエッジの配置関係における対称性を前記パターン
と前記光学系との位置関係を検出する際の評価尺度とす
ることを特徴とするものである。

【００１５】この位置検出装置では、検出対象のパター
ンの形状に基づいて、複数のエッジの配置関係における
対称性を設定することで、そのパターンとは異なるパタ
ーンに対応する画像を容易に排除することができる。こ
れにより、検出対象のパターンに対応する対象画像を、
より迅速にかつ精度よく、安定して抽出することができ
る。

【００１６】また、本願請求項４に記載の発明は、前記
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明に
おいて、前記位置検出手段は、前記画像検出手段により
検出された画像データを所定の倍率で圧縮する圧縮手段
を備えたことを特徴とするものである。

【００１７】この位置検出装置では、画像データの圧縮
を行うことで、画像データを迅速に処理することができ
る。また、本願請求項５に記載の発明は、前記請求項４
に記載の発明において、前記位置検出手段は、前記圧縮
手段により圧縮された画像データに基づいて検出対象と
なるパターンの絞り込みを行う絞り込み手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１８】この位置検出装置では、各画像データ内に
おいて、検出対象となるパターンに対応する対象画像の
絞り込みを迅速に処理することができる。また、本願請
求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の発明にお
いて、前記位置検出手段は、前記絞り込み手段により絞
り込まれたパターンの画像データの量に基づいてパター
ンの検出領域の大きさを変更する領域変更手段を設けた
ことを特徴とするものである。

【００１９】この位置検出装置では、絞り込まれた対象
画像の画像データの量が不足する場合には、パターンの
検出領域を拡大してさらに多くの画像データを検出する
ことで、パターンの検出精度が向上される。また、絞り
込まれた対象画像の画像データの量が過剰な場合には、
パターンの検出領域を縮小して画像データの検出量を減
らすことで、パターンの検出が一層迅速に行われる。

【００２０】また、本願請求項７に記載の発明は、前記
請求項５または請求項６に記載の発明において、前記位
置検出手段は、前記絞り込み手段により絞り込まれたパ
ターンについて前記画像検出手段で検出された画像デー
タをそのまま用いて、前記パターンと前記光学系との位
置関係を検出するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００２１】この位置検出装置では、被検物上のパター
ンと光学系との位置関係を検出する際には、画像検出手
段で検出された画像データを圧縮することなく、そのま
ま利用することで、位置検出における高い精度の確保が
可能となる。

【００２２】また、本願請求項８に記載の発明は、被検
面の表面状態を検出するための光学系を備えた光学機械
において、前記請求項１〜請求項７のうちいずれか一項
に記載の位置検出装置を備え、前記被検面上に形成され
た所定のパターンの位置を前記位置検出装置により検出
し、その位置検出装置の検出結果に基づいて前記被検面
を前記光学系の合焦位置に配置するようにしたことを特
徴とするものである。

【００２３】この光学機械では、検出対象のパターンに
対応する対象画像を迅速にかつ精度よく検出することが
できて、迅速で高精度の合焦動作が可能となる。また、
本願請求項９に記載の発明は、マスク上に形成されたパ
ターンを投影光学系を介して基板上に投影転写するよう
にした露光装置において、前記基板上に先行する露光動
作にて形成された所定のパターンを検出して前記基板を
前記投影光学系の合焦位置に配置する位置決め装置と、
前記請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の位
置検出装置とを有し、前記位置決め装置は前記位置検出
装置による前記所定のパターンの検出結果に基づいて前
記基板の表面を前記合焦位置に合わせ込むようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００２４】この露光装置では、検出対象のパターンに
対応する対象画像を迅速にかつ精度よく検出することが
できて、迅速で高精度の合焦動作が可能となる。これに
より、露光処理動作の精度とスループットとを向上する
ことが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下に、本発明
を、光学機械の一種である半導体素子製造用のステップ
・アンド・リピート方式の一括露光型露光装置と、その
ウエハアライメント顕微鏡における合焦機構の位置検出
装置に具体化した第１実施形態について図１〜図８に基
づいて説明する。

【００２６】まず、露光装置の概要について説明する。
図１に示すように、露光装置２１は、照明光学系２２、
マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージ
２３、投影光学系２４、被検物及び基板としてのウエハ
Ｗを保持する位置決め装置としての基板ステージとして
のウエハステージ２５、位置検出手段及び位置検出装置
の一部を構成するウエハアライメント顕微鏡２６、そし
て位置検出手段及び位置検出装置の一部を構成する主制
御系２７とから構成されている。

【００２７】前記照明光学系２２には、高圧水銀灯、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、
Ｆ２レーザ光源、金属蒸気レーザまたはＹＡＧレーザ等
のファイバレーザの高調波を発振する光源等のいずれか
からなる露光光源３０から、露光光ＥＬが入射する。照
明光学系２２は、図示しないリレーレンズ、フライアイ
レンズ（またはロット・インテグレータ）、コンデンサ
レンズ等の各種レンズ系や、開口絞り及び前記レチクル
Ｒのパターン面と共役な位置に配置されたブラインド等
を含んで構成されている。

【００２８】そして、前記露光光ＥＬは、この照明光学
系２２を通過することにより、前記レチクルＲのパター
ン面に形成された回路パターンを均一に照明するように
調整される。この場合、レチクルＲとウエハＷとを静止
させた状態で、レチクルＲ上の回路パターンの像を、図
２に示すウエハＷの表面上に区画されたショット領域に
一括露光で転写露光するように、前記露光光ＥＬの照明
領域が矩形状に整形される。

【００２９】前記レチクルステージ２３は、照明光学系
２２の下方において、そのレチクル載置面が前記投影光
学系２４の光軸方向と直交するように配置されている。
このレチクルステージ２３は、前記投影光学系２４の光
軸に垂直な面内で微小量だけ、かつ高精度にレチクルＲ
の位置制御を行うようになっている。

【００３０】前記投影光学系２４は図示しない複数のレ
ンズ等を含んで構成され、前記露光光ＥＬはこの投影光
学系２４を通過する際に、その断面形状が前記照明領域
の大きさから所定の縮小倍率１／ｎ（ｎは正の整数）に
縮小される。そして、前記レチクルＲ上の回路パターン
が、所定の縮小倍率で縮小された状態で、前記ウエハス
テージ２５上に投影光学系２４の光軸に交差するように
保持されたウエハＷの表面に投影転写されるようになっ
ている。

【００３１】前記ウエハステージ２５は、前記投影光学
系２４の下方において、そのウエハ載置面が投影光学系
２４の光軸方向と交差するように配置されている。この
ウエハステージ２５のウエハ支持台３１上には、図１の
紙面に直交するＹ方向に駆動自在なＹステージ３２が載
置されている。そのＹステージ３２上には、図１の紙面
に平行で前記投影光学系２４の光軸に直交するＸ方向に
駆動自在なＸステージ３３が載置されている。また、Ｘ
ステージ３３上には、上面を前記投影光学系２４の光軸
と直交するＸＹ平面に対し微小に傾斜させることができ
るとともに、その投影光学系２４の光軸に平行なＺ方向
に微小駆動自在なＺステージ３４が設けられている。そ
して、このＺステージ３４上に、ウエハＷが真空吸着に
よって保持されるようになっている。

【００３２】前記Ｚステージ３４上には、Ｘ方向及びＹ
方向に沿って延びる平面Ｌ字状の移動鏡３５が固定され
ている。一対の干渉計３６は、その移動鏡３５の外側面
と対向するように配置されている。そして、これらの干
渉計３６によって、常時Ｚグステージ３４のＸ方向及び
Ｙ方向の位置がモニターされ、これらの干渉計３６によ
り得られた位置情報は前記主制御系２７に供給される。

【００３３】図１及び図２に示すように、前記ウエハア
ライメント顕微鏡２６は、オフ・アクシス方式のアライ
メント顕微鏡からなり、前記投影光学系２４の側面に装
備されている。このウエハアライメント顕微鏡２６は、
例えば広波長帯域の光を用いる画像処理方式のアライメ
ント光学系（ＦＩＡ光学系）３９により構成されてい
る。

【００３４】すなわち、照明光源４０からの照明光ＩＬ
は、ＦＩＡ光学系３９内のハーフミラー４１及びミラー
４２，４３で反射され、ウエハＷのスクライブライン上
に先行する露光動作にて形成されたアライメントマーク
を照明する。そのアライメントマークからの反射光ＲＬ
は、同じ光路を通って前記ＦＩＡ光学系３９に戻り、そ
のＦＩＡ光学系３９内において前記ハーフミラー４１を
透過する。そして、その反射光ＲＬは、２次元ＣＣＤか
らなる画像検出手段としての撮像素子４４の撮像面上に
前記アライメントマークの像を結像させる。

【００３５】このとき、撮像素子４４の撮像面には、前
記ＦＩＡ光学系３９の内部において、前記反射光ＲＬの
光路に対して進退可能に配置された指標板４５上の指標
マークの像も同時に結像される。この撮像面における受
光像は、光電変換により画像データに変換されて主制御
系２７に入力される。この主制御系２７において、前記
画像データに基づいてアライメントマークの投影像の指
標マークに対する位置ずれが求められるようになってい
る。

【００３６】この場合、前記ウエハアライメント顕微鏡
２６の検出中心と前記レチクルＲの投影領域の中心との
間隔であるベースライン量に対する前記指標マークの位
置のオフセット量を予め求めておく。そして、このオフ
セット量とウエハアライメント顕微鏡２６で計測された
指標マークに対するアライメントマークの像の位置ずれ
量とに基づいて、前記ウエハステージ２５によりウエハ
Ｗの位置が調整される。これにより、ウエハＷ上の各シ
ョット領域が所定位置に配置され、その各ショット領域
のアライメントが正確に行われるようになっている。

【００３７】さて、このウエハアライメント顕微鏡２６
によるアライメント動作において、アライメントマーク
の検出に先立って焦点合わせ動作が行われる。ここで
は、図３に示すような矩形状のアライメントマーク（本
実施形態では正方形状のいわゆる「ボックスマーク」）
Ｍ１を検出の対象画像とする場合を、一例にとして説明
する。

【００３８】まず、ウエハステージ２５のＸステージ３
３及びＹステージ３２を駆動して、ウエハアライメント
顕微鏡２６の検出視野内に所定のショット領域に対応す
るアライメントマークＭ１を配置させる。そして、ウエ
ハアライメント顕微鏡２６内の前記反射光ＲＬの光路中
から、前記指標板４５を退出させて、前記アライメント
マークＭ１を含む前記検出視野内を前記照明光源４０に
より照明する。撮像素子４４は、この照明に基づく反射
光ＲＬにより結像される画像全体を撮像して検出すると
ともに画像データに変換して前記主制御系２７に出力す
る。

【００３９】次いで、前記主制御系２７は、図７〜図９
に示すようなフローチャートに基づいて、前記ウエハア
ライメント顕微鏡２６の合焦位置を検出し、ウエハステ
ージ２５のＺステージ３４を駆動させてその合焦位置に
ウエハＷの表面を合わせ込むようなっている。すなわ
ち、主制御系２７は、画像データが入力される（Ｓ１０
１）と、まず画像データをその全体についてＸ方向、Ｙ
方向ともに、例えば１／８に圧縮する（Ｓ１０２）。こ
の際、画像データの圧縮は、例えばＸ方向とＹ方向との
それぞれ８画素ずつを１つの画素データに平均化する
（８×８平均化）処理、あるいはＸ方向とＹ方向とのそ
れぞれ８画素毎に１つの画素データをサンプリングする
（間引き）処理等により行う。この圧縮により、例えば
６４０×４８０画素の大きさの画像データは、８０×６
０画素の大きさの画像データに変換される。

【００４０】次に、圧縮された画像データ（以下、「圧
縮画像データ」という。）ＩＤｃに対して、ハフ変換前
処理が施される。まず、圧縮画像データＩＤｃには、い
わゆるごま塩状のノイズが散在することがある。このよ
うなノイズは画像処理の精度を低下させるため、前記圧
縮画像データＩＤｃの各画素データに対して、例えば図
５（ａ）〜（ｅ）に示すような５×５のエッジ保存平滑
化フィルタＦnr１〜Ｆnr５を各画素データに順にかけて
前記ノイズを除去する（Ｓ１０３）。

【００４１】なお、ここでは、注目している各画素（注
目画素）ＰＥａを中心として図５（ａ）〜（ｅ）に斜線
で示す各フィルタＦnr１〜Ｆnr５の１１あるいは９画素
の画素データについて注目画素ＰＥａと他の画素ＰＥｏ
の分散を算出する。そして、最も分散の小さな領域の画
素データで注目画素ＰＥａの画素データを置き換える。
これにより圧縮画像データＩＤｃ中に含まれる各種の画
像のエッジ成分が劣化することなく、前記ノイズが除去
される。

【００４２】次に、図３に示すように、ノイズの除去さ
れた圧縮画像データＩＤｃに基づいて、その圧縮画像デ
ータＩＤｃ中に含まれる画像のＸ方向及びＹ方向におけ
るエッジ成分Ｅｘ，Ｅｙの抽出がなされる（Ｓ１０
４）。図３に示すように、このエッジ抽出の処理では、
まず、前記正方形状のアライメントマークＭ１をはじめ
として各種の画像を含む圧縮画像データＩＤｃ（図３
（ａ））の１画素毎に、Ｙ方向ソーベルフィルタＦsyを
順次かけていく。これにより、その圧縮画像データＩＤ
ｃに含まれる各種画像のＸ方向エッジ成分Ｅｘのみを抽
出する（図３（ｂ））。次いで、前記圧縮画像データＩ
Ｄｃ（図３（ａ））の１画素毎に、Ｘ方向ソーベルフィ
ルタＦsxを順次かけていく。これにより、その圧縮画像
データＩＤｃに含まれる各種画像のＹ方向エッジ成分Ｅ
ｙのみを抽出する（図３（ｃ））。

【００４３】これらのように抽出されたＸ方向及びＹ方
向エッジ成分Ｅｘ，Ｅｙについて、次の（１）式に基づ
いてエッジ強度Ｉと、（２）式に基づいてエッジの方向
ψとを算出する。

【００４４】

【数１】

【００４５】

【数２】 そして、所定値を超えるエッジ強度Ｉを有するととも
に、所定の範囲内のエッジの方向ψをなすエッジを抽出
することで、検出の対象画像に対応するエッジを抽出す
る。ここで、本実施形態のように正方形状のボックスマ
ークからなるアライメントマークＭ１を対象画像とする
場合には、前記エッジの方向ψがほぼ９０°をなすよう
なエッジを抽出するようにすればよい。

【００４６】次に、図４（ａ）に示すように、抽出され
たエッジｅ１１〜ｅ１４に対してハフ変換を実施する
（Ｓ１０５）。ここでは、次の（３）式に従って、ρθ
ハフ変換を実施する。

【００４７】

【数３】 すなわち、ｘｙ平面上のエッジｅ１１〜ｅ１４を、図４
（ｂ）及び図４（ｃ）に示すようなρθ平面上での度数
分布に変換する。なお、図４（ｂ）は、その度数分布を
三次元的に表示したものであり、座標軸ｆは度数を示し
ている。また、図４（ｃ）は、その度数分布を等高線を
用いて平面的に表示したものであり、等高線の中心ほど
度数が高くなっている。

【００４８】ここで、前記ρは原点Ｏから各エッジｅ１
１〜ｅ１４の延長線上におろした垂線の長さに、前記θ
はＸＹ平面上におけるその垂線とＸ軸とのなす角（ただ
し、０≦θ＜π）にそれぞれ相当する。このため、エッ
ジｅ１１をρθハフ変換すると、そのエッジｅ１１は座
標（ρ，θ）＝（ρ１１，０）を中心としてある分布を
もった状態で表される。同様に、エッジｅ１２は座標
（ρ，θ）＝（ρ１２，π／２）を、エッジｅ１３は座
標（ρ，θ）＝（ρ１３，０）を、エッジｅ１４は座標
（ρ，θ）＝（ρ１４，π／２）を、それぞれ中心とし
てある分布をもった状態で表される。

【００４９】次に、検出の対象画像が正方形状のアライ
メントマークＭ１に対応する画像であるため、４つのエ
ッジｅ１１〜ｅ１４の直交性を判別する。図４（ｂ）及
び図４（ｃ）に示す各エッジｅ１１〜ｅ１４毎の度数分
布を、図４（ｄ）に示すようにθ軸上に累積させる。そ
して、この累積度数の分布（図４（ｄ））において、θ
軸上でπ／２分だけ離れた２点での累積度数のデータを
かけ合わせる。次いで、このかけ合わせを、θの値を少
しずつずらしながら行い、かけ合わせた値を合計して積
和値を求める。このとき、隣接する２つのエッジｅ１１
とｅ１２、ｅ１２とｅ１３、ｅ１３とｅ１４、ｅ１４と
ｅ１１の直交性が高いほど、この積和値が大きくなり、
焦点合わせ時における好適な評価尺度となる。

【００５０】次に、図４（ｅ）に示すように、所定のθ
軸位置毎において、ρ軸上の度数分布からその重心位置
をなすρの重心値を求める。そして、このρの重心値を
中心としてρの値の大きい側及び小さい側（０側）にそ
れぞれ等間隔をおいた２点での度数のデータをかけ合わ
せる。次いで、このかけ合わせを、その２点と前記ρの
重心値との間隔を少しずつ広げながら行い、かけ合わせ
た値を合計して積和値を求める。このとき、対向する２
つのエッジｅ１１とｅ１３、ｅ１２とｅ１４の対称性が
高いほど、この積和値は大きくなり、焦点合わせ時にお
ける好適な評価尺度となる。

【００５１】そして、このようにθ軸上での累積度数の
積和値の算出、及び所定のθ軸位置毎におけるρ軸上で
の度数の積和値の算出を行うことで、ウエハステージ２
５の各Ｚ位置毎におけるρθ平面上での累積度数を算出
する。この累積度数の算出を、Ｚ方向に所定間隔毎に繰
り返す。すなわち、各Ｚ位置での累積度数の算出が終了
する毎に、予め設定されたＺ位置毎の累積度数の算出が
全て完了したか否かが判別される（Ｓ１０６）。ここ
で、全ての累積度数の算出が完了していないと判別され
ると、前記Ｚステージ３４が所定の距離だけＺ方向に駆
動される（Ｓ１０７）。そして、Ｓ１０６において、全
ての累積度数の算出が完了したと判別されるまで、Ｓ１
０１〜Ｓ１０７の処理が繰り返される。

【００５２】前記Ｓ１０６において、全ての累積度数の
算出が完了したと判別されると、前記Ｓ１０１〜Ｓ１０
７の処理の繰り返しの中で、算出された累積度数のうち
で最も高い値を示したときにおけるＺステージ３４のＺ
位置に基づいて、ラフな合焦位置を決定される（Ｓ１０
８）。これとともに、その最も高い累積度数を示したＺ
位置での圧縮画像データＩＤｃ内において、以降の精密
な合焦位置の検出時における画像処理のウィンドウ位置
が、検出対象のアライメントマークＭ１に対応する画像
の全体を含むように決定される（Ｓ１０９）。

【００５３】このようにラフな合焦位置及びウィンドウ
位置が決定されると、主制御系２７は、ウエハアライメ
ント顕微鏡２６に対し、そのラフな合焦位置での前記ア
ライメントマークＭ１の撮像を指令する。そして、その
ラフな合焦位置における画像データＩＤが、ウエハアラ
イメント顕微鏡２６の撮像素子４４から主制御系２７に
入力される（Ｓ１１０）と、主制御系２７は、前記Ｓ１
０２で行ったような画像データの圧縮を行うことなく、
そのまま画像データＩＤに対して前記Ｓ１０３〜Ｓ１０
５と同様のハフ変換前処理及びハフ変換を実行する（Ｓ
１１１〜Ｓ１１３）。

【００５４】そして、主制御系２７は、Ｓ１１３にて算
出された累積度数が所定の下限値以上か否かを判別する
（Ｓ１１４）。これにより、所定のサイズに設定された
画像処理のウィンドウ内において、検出の対象画像とな
るアライメントマークＭ１に対応する画像のエッジの情
報量が十分であるか否かが判別される。このＳ１１４に
て、累積度数が所定の下限値以上であると判別された場
合、その累積度数が所定の上限値以下か否かを判別する
（Ｓ１１５）。これにより、所定のサイズに設定された
画像処理のウィンドウ内において、前記アライメントマ
ークＭ１に対応する画像のエッジの情報量が過剰になっ
ていないか否かが判別される。このＳ１１５において、
累積度数が所定の上限値以下であると判別された場合に
は、前記ウィンドウのサイズは変更されることなく、そ
のままの状態で固定される。

【００５５】一方、前記Ｓ１１４において、前記累積度
数が所定の下限値を下回っており、アライメントマーク
Ｍ１に対応する画像のエッジの情報量が不足していると
判断されると、主制御系２７は前記ウィンドウのサイズ
を拡大する（Ｓ１１６）とともに、前記Ｓ１１０への移
行を指令する。そして、ウエハアライメント顕微鏡２６
により、再度前記アライメントマークＭ１が撮像され、
前記累積度数が所定の下限値を超えるまで、前記Ｓ１１
０〜Ｓ１１４のハフ変換前処理、ハフ変換及び累積度数
の評価が繰り返される。

【００５６】また、前記Ｓ１１５において、前記累積度
数が所定の上限値を上回っており、アライメントマーク
Ｍ１に対応する画像のエッジの情報量が過剰であると判
断されると、主制御系２７は前記ウィンドウのサイズを
縮小する（Ｓ１１７）とともに、前記Ｓ１１０への移行
を指令する。そして、ウエハアライメント顕微鏡２６に
より、再度前記アライメントマークＭ１が撮像され、前
記累積度数が所定の上限値を下回るまで、前記Ｓ１１０
〜Ｓ１１５のハフ変換前処理、ハフ変換及び累積度数の
評価が繰り返される。

【００５７】前記のようにウィンドウのサイズが決定さ
れると、主制御系２７は、ウエハアライメント顕微鏡２
６に対し、再度前記アライメントマークＭ１の撮像を指
令する。そして、その撮像による画像データＩＤが、ウ
エハアライメント顕微鏡２６の撮像素子４４から主制御
系２７に入力される（Ｓ１１８）と、主制御系２７は、
前記Ｓ１０２で行ったような画像データの圧縮を行うこ
となく、そのまま画像データＩＤに対して前記Ｓ１０３
〜Ｓ１０５と同様のハフ変換前処理及びハフ変換を実行
する（Ｓ１１９〜Ｓ１２１）。

【００５８】そして、前記Ｓ１０６と同様に、各Ｚ位置
での累積度数の算出が終了する毎に、予め設定されたＺ
位置毎の累積度数の算出が全て完了したか否かが判別さ
れる（Ｓ１２２）。ここで、全ての累積度数の算出が完
了していないと判別されると、前記Ｚステージ３４が所
定の微小な距離だけＺ方向に駆動される（Ｓ１２３）。
そして、Ｓ１２２において、全ての累積度数の算出が完
了したと判別されるまで、Ｓ１１８〜Ｓ１２３の処理が
繰り返される。

【００５９】前記Ｓ１２２において、全ての累積度数の
算出が完了したと判別されると、前記Ｓ１１８〜Ｓ１２
３の処理の繰り返しの中で、算出された累積度数のうち
で最も高い値を示したときにおけるＺステージ３４のＺ
位置に基づいて、精密な合焦位置を決定され（Ｓ１２
４）、一連の処理が終了する。

【００６０】そして、このように精密に決定された合焦
位置に対して、ウエハステージ２５のＺステージ３４を
駆動して、そのＺステージ３４上に載置されたウエハＷ
の表面を合わせ込む。次いで、この状態で、前記ウエハ
アライメント顕微鏡２６にてアライメントマークＭ１を
検出し、その検出結果に基づいてウエハステージ２５の
Ｘステージ３３及びＹステージ３２を駆動させる。これ
により、ウエハＷの表面上に区画されたショット領域が
所定の位置をなすように配置される。

【００６１】このように、ウエハＷ上の各ショット領域
が、前記投影光学系２４の投影視野内に、正確に位置あ
わせされる。この状態で、前記レチクルＲを露光光源３
０から露光光ＥＬにて照明することにより、そのレチク
ルＲ上に形成された回路パターンの像が投影光学系２４
を介してウエハＷの表面に投影転写される。

【００６２】次に、図６（ａ）に示すように、前記アラ
イメントマークＭ１がその重心を中心として４５°回転
されたようなアライメントマークＭ２に対応する画像を
検出する場合について考える。

【００６３】このような場合、前記アライメントマーク
Ｍ１の場合と同様に、まずハフ変換前処理を行ってｘｙ
平面上のエッジｅ２１〜ｅ２４を抽出し、図６（ｂ）に
示すようなρθ平面上での度数分布に変換する。なお、
図６（ｂ）は、図４（ｃ）と同様に、その度数分布を等
高線を用いて平面的に表示したものである。

【００６４】ここで、エッジｅ２１をρθハフ変換する
と、そのエッジｅ２１は座標（ρ，θ）＝（ρ２１，π
／４）を中心としてある分布をもった状態で表される。
同様に、エッジｅ２２は座標（ρ，θ）＝（ρ２２，３
π／４）を、エッジｅ２３は座標（ρ，θ）＝（ρ２
３，π／４）を、エッジｅ２４は座標（ρ，θ）＝（ρ
２４，３π／４）を、それぞれ中心としてある分布をも
った状態で表される。

【００６５】なお、図６（ａ）上では、エッジｅ２４に
対応する中心座標のθの値が、７π／４または−π／４
であるかのように示されている。しかしながら、前記θ
の範囲は０≦θ＜πに限定されているため、前記θの値
が−π＜θ＜０あるいはπ≦θ＜２πの範囲内となる場
合には、そのθの値にπを足すか、あるいはそのθの値
からπを引いた値として取り扱う。

【００６６】このように回転されたアライメントマーク
Ｍ２に対応する画像であっても、ρθハフ変換により、
図６（ｂ）に示すようなρθ平面上での度数分布に容易
に変換することができる。このため、この度数分布に基
づいて、回転を経ていない前記アライメントマークＭ１
と全く同様に、エッジｅ２１〜ｅ２４の直交性及び対称
性の判別を行うことができる。そして、前記アライメン
トマークＭ２を、一連の焦点合わせ動作において、前記
アライメントマークＭ１と全く同様に取り扱うことがで
きる。

【００６７】従って、本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。 （イ） この露光装置２１のウエハアライメント顕微鏡
２６では、その撮像素子４４で検出された画像データＩ
Ｄ，ＩＤｃにρθハフ変換を施こされるようになってい
る。そして、検出対象のアライメントマークＭ１，Ｍ２
に対応する画像を含む画像データＩＤ，ＩＤｃから、ハ
フ変換前処理により、その画像のエッジ成分Ｅｘ，Ｅｙ
が抽出される。次いで、このエッジ成分Ｅｘ，Ｅｙは、
ρθハフ変換により、ρθハフ平面内における累積度数
に変換される。そして、この累積度数に基づいて、前記
マークＭ１，Ｍ２に対応する画像が検出されるととも
に、そのマークＭ１，Ｍ２をウエハアライメント顕微鏡
２６の合焦位置に合わせ込むようになっている。

【００６８】このため、アライメントマークＭ１，Ｍ２
に対応する画像が、一度エッジ情報に変換された状態で
検出されるため、そのマークＭ１，Ｍ２が回転していた
としても、異なるマークとして誤認されることなく安定
に抽出することができる。しかも、従来構成のようにテ
ンプレートの画像を１画素ずつずらしながら重ね合わせ
て相関性を算出する必要がなく、前記マークＭ１，Ｍ２
に対応する画像を迅速にかつ精度よく抽出することがで
きる。これにより、そのマークＭ１，Ｍ２のウエハアラ
イメント顕微鏡２６の合焦位置への合わせ込みを、迅速
にかつ精度よく、しかも前記マークＭ１，Ｍ２の回転の
影響を受けることなく安定して行うことができる。

【００６９】（ロ） この露光装置２１のウエハアライ
メント顕微鏡２６では、その焦点合わせ動作において、
複数のエッジｅ１１〜ｅ１４，ｅ２１〜ｅ２４を有す
る、正方形状のアライメントマークＭ１，Ｍ２を使用し
ている。そして、そのマークＭ１，Ｍ２を、その複数の
エッジｅ１１〜ｅ１４，ｅ２１〜ｅ２４のなす角及び対
称性に注目して検出している。

【００７０】ここで、撮像素子４４にて検出された画像
データＩＤ，ＩＤｃ内には、検出対象のマークＭ１，Ｍ
２に対応する画像以外にも、それとは異なる多種の画像
が含まれることがある。これに対して、本実施形態のウ
エハアライメント顕微鏡２６では、エッジ成分Ｅｘ，Ｅ
ｙの抽出時に、その抽出条件として検出対象となる画像
のエッジのなす角及び対称性を設定することで、前記マ
ークＭ１，Ｍ２とは異なるパターンに対応する画像を容
易に排除することができる。従って、前記マークＭ１，
Ｍ２に対応する画像を、より迅速にかつ精度よく、安定
して抽出することができる。

【００７１】（ハ） ハフ変換を用いた焦点合わせで
は、対象画像におけるエッジの情報量が多いものほど、
ハフ平面上での度数分布がシャープになるとともに、各
座標点における累積度数も大きくなる。また、対象画像
のエッジが互いに直交するとともに、その対象画像の対
向するエッジが互いに対称な配置関係にある方がバラン
スのよいエッジ信号を得ることができる。

【００７２】これに対して、この露光装置２１のウエハ
アライメント顕微鏡２６では、正方形状のアライメント
マークＭ１，Ｍ２を用いている。このため、このマーク
Ｍ１，Ｍ２に対応する画像のエッジｅ１１〜ｅ１４，ｅ
２１〜ｅ２４が直線状に延びており、エッジｅ１１〜ｅ
１４，ｅ２１〜ｅ２４の情報量が多くなる。また、隣接
するエッジは互いに直角をなすとともに、対向するエッ
ジ間では十分な対称性が確保されている。従って、より
正確な画像処理が可能となって、合焦位置をより正確に
検出することができる。

【００７３】（ニ） この露光装置２１のウエハアライ
メント顕微鏡２６では、厳密な合焦位置の検出に先立っ
て、撮像素子４４により検出された画像データＩＤを１
／８に圧縮してラフな合焦位置を検出するようになって
いる。

【００７４】このため、まず画像処理の対象となる画素
数を大幅に減らした状態で、厳密な合焦位置に近似した
ラフな合焦位置を検出することができる。そして、厳密
な合焦位置を求める際には、そのラフな合焦位置を中心
に、ウエハステージ２５のＺステージ３４を微小な幅で
駆動させて、撮像素子４４により検出された画像データ
ＩＤに対して一連の画像処理を行うのみでよい。

【００７５】しかも、厳密な合焦位置の検出は、撮像素
子４４で検出された画像データＩＤを圧縮することなく
多くの画素数を有する状態で利用するようになってい
る。従って、厳密な合焦位置の検出を、高い精度を確保
しつつ迅速に行うことができて、ウエハアライメント顕
微鏡２６の焦点合わせ動作を迅速かつ正確に行うことが
できる。

【００７６】（ホ） この露光装置２１のウエハアライ
メント顕微鏡２６では、撮像素子４４により検出される
とともに圧縮された圧縮画像データＩＤｃに基づいて、
検出対象となるアライメントマークＭ１，Ｍ２に対応す
る画像の検出ウィンドウの位置が決定されるようになっ
ている。

【００７７】このため、前記マークＭ１，Ｍ２に対応す
る画像の検出ウィンドウの位置決定を、画素数多い画像
データＩＤ内で行う必要がなく、その位置決定を迅速に
行うことができる。

【００７８】（ヘ） この露光装置２１のウエハアライ
メント顕微鏡２６では、圧縮された圧縮画像データＩＤ
ｃ内で検出されたアライメントマークＭ１，Ｍ２に対応
する画像に対し、その画像のデータ量に基づいて前記画
像の検出ウィンドウのサイズを変更するようになってい
る。

【００７９】このため、その画像のデータ量が不足する
場合には、検出ウィンドウを拡大してさらに多くの画像
データを検出することで、前記マークＭ１，Ｍ２の検出
精度を向上させることができる。また、その画像のデー
タ量が過剰な場合には、前記マークＭ１，Ｍ２の検出ウ
ィンドウを縮小して画像データの検出量を減らすこと
で、マークＭ１，Ｍ２の検出を一層迅速に行うことがで
きる。このように、合焦位置の検出に際して、検出対象
の画像のデータ量に過不足が生じることがなく、高精度
で迅速な合焦位置の検出を実現することができる。

【００８０】（ト） この露光装置２１では、前記
（イ）〜（ホ）に記載の効果を有するウエハアライメン
ト顕微鏡２６が装備されている。このため、ウエハアラ
イメント時におけるアライメントマークＭ１，Ｍ２に対
応する画像を迅速にかつ精度よく検出することができ
て、迅速で高精度の合焦動作が可能となる。これによ
り、露光動作の精度とスループットとを向上することが
可能となる。

【００８１】（第２実施形態）つぎに、本発明の第２実
施形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心
に説明する。

【００８２】この第２実施形態においては、ハフ変換の
方法が前記第１実施形態とは異なっている。ここでは、
図１０に示すように、アライメントマークＭ１に対応す
る画像において、前記第１実施形態と同様のハフ変換前
処理により抽出されたエッジｅ１１〜ｅ１４に対して、
次の（４）式に従って、ａｂハフ変換を実施するように
なっている。

【００８３】

【数４】 すなわち、図１０（ａ）に示すようなｘｙ平面上のエッ
ジｅ１１〜ｅ１４を、図１０（ｂ）に示すようなａｂ平
面上での度数分布に変換する。なお、図１０（ｂ）は、
その度数分布を等高線を用いて平面的に表示したもので
あり、等高線の中心ほど度数が高くなっている。

【００８４】ここで、前記ａは各エッジｅ１１〜ｅ１４
の傾きであり、前記ｂは各エッジｅ１１〜ｅ１４の延長
線におけるｙ切片である。このため、エッジｅ１２は、
その延長線がｙ＝ｂ１２の式で表され、傾きが０、ｙ切
片がｂ１２となる。このため、エッジｅ１２をａｂハフ
変換すると、そのエッジｅ１２は座標（ａ，ｂ）＝
（０，ｂ１２）を中心としてある分布をもった状態で表
される。同様に、エッジｅ１４は座標（ａ，ｂ）＝
（０，ｂ１４）を中心としてある分布をもった状態で表
される。

【００８５】一方、エッジｅ１１及びエッジｅ１３は、
その延長線がそれぞれｘ＝ｃ１１、ｘ＝ｃ１３の式で表
され、傾き及びｙ切片が無限大となるため、単純にａｂ
ハフ変換することはできない。このため、傾き及びｙ切
片が無限大あるいは非常に大きな値となるようなエッジ
ｅ１１，ｅ１３は、傾き及びｙ切片がそれぞれ所定値α
及び所定値βであるとして、ａｂ平面上に座標（ａ，
ｂ）＝（α，β）を中心としてある分布をもった状態で
表すようにする。

【００８６】また、図１１（ａ）に示すように、前記ア
ライメントマークＭ１がその重心を中心として４５°回
転されたようなアライメントマークＭ２に対応する画像
を検出する場合は、以下のようにａｂハフ変換を施す。
すなわち、前記アライメントマークＭ１の場合と同様
に、まずハフ変換前処理を行ってｘｙ平面上のエッジｅ
２１〜ｅ２４を抽出し、前記（４）式に従って、図１１
（ｂ）に示すようなａｂ平面上での度数分布に変換す
る。なお、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）と同様に、そ
の度数分布を等高線を用いて平面的に表示したものであ
る。

【００８７】ここで、エッジｅ２１の延長線は、ｙ＝−
ｘ＋ｂ２１の式で表され、傾きが−１、ｙ切片がｂ２１
となる。このため、エッジｅ２１をａｂハフ変換する
と、そのエッジｅ２１は座標（ａ，ｂ）＝（−１，ｂ２
１）を中心としてある分布をもった状態で表される。同
様に、エッジｅ２２は、その延長線の式がｙ＝ｘ＋ｂ２
２で表されることから、座標（ａ，ｂ）＝（１，ｂ２
２）を中心としてある分布をもった状態で表される。エ
ッジｅ２３は、その延長線の式がｙ＝−ｘ＋ｂ２３で表
されることから、座標（ａ，ｂ）＝（−１，ｂ２３）を
中心としてある分布をもった状態で表される。エッジｅ
２４は、その延長線の式がｙ＝ｘ＋ｂ２４で表されるこ
とから、座標（ａ，ｂ）＝（１，ｂ２４）を中心として
ある分布をもった状態で表される。

【００８８】このように、ａｂハフ変換を用いる場合で
は、各エッジｅ１１〜ｅ１４，ｅ２１〜ｅ２４の直交性
は、ａｂ平面上において各エッジに対応する座標点のａ
座標の値の関係により判別することができる。すなわ
ち、各エッジに対応する座標点のａ座標の値を掛けたと
きに−１となる。ただし、一方のエッジに対応するａ座
標の値がαであるよう場合において直交性を満たすの
は、他方のエッジに対応するａ座標が０あるいは０に極
めて近い場合である。

【００８９】また、この場合、各エッジｅ１１〜ｅ１
４，ｅ２１〜ｅ２４の対称性は、前記第１実施形態とほ
ぼ同様に判別することができる。すなわち、所定のａ軸
位置毎において、ｂ軸上の度数分布からその重心位置を
なすｂの重心値を求める。そして、このｂの重心値を中
心としてｂの値の大きい側（＋側）及び小さい側（−
側）にそれぞれ等間隔をおいた２点での度数のデータを
かけ合わせる。次いで、このかけ合わせを、その２点と
前記ｂの重心値との間隔を少しずつ広げながら行い、か
け合わせた値を合計して積和値を求める。

【００９０】従って、本実施形態によれば、前記第１実
施形態における（イ）〜（ト）に記載の効果に加えて、
以下のような効果を得ることができる。 （チ） この露光装置２１のウエハアライメント顕微鏡
２６では、アライメントマークＭ１，Ｍ２に対応する画
像からハフ変換前処理により抽出されたエッジｅ１１〜
ｅ１４，ｅ２１〜ｅ２４にａｂハフ変換を施して、その
マークＭ１，Ｍ２に対応する画像を抽出するようになっ
ている。

【００９１】このため、エッジｅ１１〜ｅ１４，ｅ２１
〜ｅ２４のハフ変換に際して、三角関数等を使用するこ
となく簡単な一次式を用いるのみでよい。従って、ハフ
変換を容易に行うことができ、主制御系２７の負担を軽
減することができる。

【００９２】（変形例）なお、本発明の実施形態は、以
下のように変形して具体化してもよい。 ・ 前記各実施形態では、検出対象となる対象画像とし
て正方形状の、いわゆるボックスマークに対応する画像
を採用した。これに対して、例えば十字状の十字マー
ク、細線が繰り返し配列されたライン・アンド・スペー
ス・マーク等に対応する画像を採用してもよい。このよ
うにしても、エッジの情報量を十分に確保することがで
きるとともに、対称性の存在からバランスのよいエッジ
信号を得ることができる。

【００９３】また、この対象画像として、例えば円形状
のマーク、三角形をはじめとする多角形状のマーク等に
対応する画像を採用してもよい。なお、この場合、ハフ
変換前処理におけるエッジ抽出時のエッジの方向を、対
象画像となる画像の形状に応じて変更する必要がある。

【００９４】・ 前記各実施形態では、図５に示すエッ
ジ保存平滑化フィルタＦnr１〜Ｆnr５を用いて、撮像素
子４４から入力される画像データのノイズ除去（平滑
化）を行ったが、例えば図１２に示すような３×３の平
均化フィルタを用いてノイズ除去を行ってもよい。この
ようにした場合、ノイズ除去時の演算を簡素化すること
ができて、主制御系２７の負担を軽減することができ
る。

【００９５】・ 前記各実施形態では、本発明の位置検
出装置を露光装置２１のウエハアライメント顕微鏡２６
の合焦機構に適用した。これに対して、例えばレチクル
Ｒ、フォトマスク等のマスクのアライメントを行うため
のマスクアライメント装置、ガラス等のウエハ以外の基
板のアライメント行うための基板アライメント装置、基
板上にマスク上の回路パターンの像を転写する際に位置
あわせを行うためのアライメント装置、その回路パター
ンの像を基板上に転写する際に基板の表面を投影光学系
２４の像面に合わせ込むオートフォーカス装置、そのオ
ートフォーカス装置の較正を行うためのフォーカス・キ
ャリブレーション装置、投影光学系２４を介して形成さ
れたマスク上のパターンの空間像を検出する空間像検出
装置、被検物の表面状態を拡大して観察するための顕微
鏡、被検物の表面状態を撮影して観察するための撮像装
置等の位置検出装置に具体化してもよい。

【００９６】・ 前記各実施形態では、本発明の位置検
出装置をオフ・アクシス方式のウエハアライメント顕微
鏡２６に具体化した。これに対して、例えばＴＴＬ方
式、ＴＴＲ方式のアライメント顕微鏡、マスクあるいは
基板の表面における所定のパターンの反射像を検出する
検出装置等において具体化してもよい。また、ＦＩＡ以
外にＬＩＡ、ＬＳＡのアライメント光学系に具体化して
もよい。

【００９７】・ 前記各実施形態では、本発明の光学機
械を半導体素子製造用の露光装置２１に具体化したが、
例えば被検物の表面状態を拡大して観察するための顕微
鏡、被検物の表面状態を撮影して観察するための撮像装
置等に具体化してもよい。

【００９８】・ また、本発明の露光装置は、半導体素
子製造用の露光装置に限定されるものではなく、また、
縮小露光型、一括露光型の露光装置に限定されるもので
もない。すなわち、この露光装置は、液晶表示素子、撮
像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイス製造する
ための露光装置、あるいはレチクルフォトマスク等のマ
スクを製造するための露光装置等を含むものである。ま
た、等倍露光型、拡大露光型の露光装置、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の走査露光型露光装置をも含むもの
である。

【００９９】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１に記
載の発明によれば、パターンと光学系との位置関係を、
迅速にかつ精度よく、しかも前記パターンの回転等の影
響を受けることなく安定して抽出することができる。

【０１００】また、本願請求項２及び請求項３に記載の
発明によれば、前記請求項１に記載の発明の効果に加え
て、検出対象のパターンに対応する対象画像を、より迅
速にかつ精度よく、安定して抽出することができる。

【０１０１】また、本願請求項４に記載の発明によれ
ば、前記請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載
の発明の効果に加えて、画像データを迅速に処理するこ
とができる。

【０１０２】また、本願請求項５に記載の発明によれ
ば、前記請求項４に記載の発明の効果に加えて、各画像
データ内において、検出対象のパターンに対応する対象
画像の絞り込みを迅速に処理することができる。

【０１０３】また、本願請求項６に記載の発明によれ
ば、前記請求項５に記載の発明の効果に加えて、位置検
出に際して画像データの量を過不足なく検出することが
できて、高精度で迅速な位置検出が実現される。

【０１０４】また、本願請求項７に記載の発明によれ
ば、前記請求項５または請求項６に記載の発明の効果に
加えて、パターンと光学系との位置関係を検出する際に
は、画像データを圧縮することなく利用することで、位
置検出の高い精度を確保することができる。

【０１０５】また、本願請求項８に記載の発明によれ
ば、光学機械において、迅速で高精度の合焦動作が可能
となる。また、本願請求項９に記載の発明によれば、露
光装置において、露光動作の精度とスループットとを向
上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の露光装置を示す概略構成図。

【図２】 図１のウエハアライメント顕微鏡の内部を示
す概略構成図。

【図３】 アライメントマークのエッジ成分の抽出に関
する説明図。

【図４】 アライメントマークに対応する画像のρθハ
フ変換に関する説明図。

【図５】 エッジ保存平滑化フィルタの一例を示す説明
図。

【図６】 ４５°回転されたアライメントマークに対応
する画像のρθハフ変換に関する説明図。

【図７】 焦点合わせ動作に関するフローチャート。

【図８】 図７の続きのフローチャート。

【図９】 図８の続きのフローチャート。

【図１０】 第２実施形態のアライメントマークに対応
する画像のａｂハフ変換に関する説明図。

【図１１】 ４５°回転されたアライメントマークに対
応する画像のａｂハフ変換に関する説明図。

【図１２】 変形例の平滑化フィルタに関する説明図。

【符号の説明】

２１…露光装置、２４…投影光学系、２７…位置検出手
段、ハフ変換手段、圧縮手段、絞り込み手段、領域変更
手段及び位置決め手段を構成する主制御系、３９…光学
系をなすアライメント光学系、４４…画像検出手段とし
ての撮像素子、ｅ１１〜ｅ１４，ｅ２１〜ｅ２４…エッ
ジ、Ｍ１，Ｍ２…所定のパターンとしてのアライメント
マーク、ＩＤ，ＩＤｃ…画像データ、Ｒ…マスクとして
のレチクル、Ｗ…被検物及び基板としてのウエハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ａ ５２６Ａ Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA07 AA12 BB02 BB29 CC18 DD03 DD06 FF42 FF61 GG01 HH13 JJ03 JJ26 LL12 MM03 PP12 QQ17 QQ34 QQ36 QQ43 2H051 AA10 AA11 BA47 BA72 CC04 CE10 CE14 DA04 5F046 DA14 DB05 DD03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物上に設けられた所定のパターンを
   画像データとして検出する画像検出手段と、前記パター
   ンと前記被検物に対向するように配置された光学系との
   その光学系の光軸方向における位置関係を検出する位置
   検出手段とを備えた位置検出装置において、 前記画像データにハフ変換を施すハフ変換手段を有し、
   前記位置検出手段はそのハフ変換の結果に基づいて前記
   パターンと前記光学系との位置関係を検出するようにし
   たことを特徴とする位置検出手段。
2. 【請求項２】 前記パターンは複数のエッジを有し、前
   記位置検出手段はその複数のエッジのなす角を前記パタ
   ーンと前記光学系との位置関係を検出する際の評価尺度
   とすることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装
   置。
3. 【請求項３】 前記パターンは複数のエッジを有し、前
   記位置検出手段はその複数のエッジの配置関係における
   対称性を前記パターンと前記光学系との位置関係を検出
   する際の評価尺度とすることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記位置検出手段は、前記画像検出手段
   により検出された画像データを所定の倍率で圧縮する圧
   縮手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３の
   うちいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記位置検出手段は、前記圧縮手段によ
   り圧縮された画像データに基づいて検出対象となるパタ
   ーンの絞り込みを行う絞り込み手段を備えたことを特徴
   とする請求項４に記載の位置検出装置。
6. 【請求項６】 前記位置検出手段は、前記絞り込み手段
   により絞り込まれたパターンの画像データの量に基づい
   てパターンの検出領域の大きさを変更する領域変更手段
   を設けたことを特徴とする請求項５に記載の位置検出装
   置。
7. 【請求項７】 前記位置検出手段は、前記絞り込み手段
   により絞り込まれたパターンについて前記画像検出手段
   で検出された画像データをそのまま用いて、前記パター
   ンと前記光学系との位置関係を検出するようにしたこと
   を特徴とする請求項５または請求項６に記載の位置検出
   装置。
8. 【請求項８】 被検面の表面状態を検出するための光学
   系を備えた光学機械において、 前記請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の位
   置検出装置を備え、前記被検面上に形成された所定のパ
   ターンの位置を前記位置検出装置により検出し、その位
   置検出装置の検出結果に基づいて前記被検面を前記光学
   系の合焦位置に配置するようにしたことを特徴とする光
   学機械。
9. 【請求項９】 マスク上に形成されたパターンを投影光
   学系を介して基板上に投影転写するようにした露光装置
   において、 前記基板上に先行する露光動作にて形成された所定のパ
   ターンを検出して前記基板を前記投影光学系の合焦位置
   に配置する位置決め装置と、前記請求項１〜請求項７の
   うちいずれか一項に記載の位置検出装置とを有し、前記
   位置決め装置は前記位置検出装置による前記所定のパタ
   ーンの検出結果に基づいて前記基板の表面を前記合焦位
   置に合わせ込むようにしたことを特徴とする露光装置。