JP2006216796A - 基準パターン情報の作成方法、位置計測方法、位置計測装置、露光方法、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置計測の計測条件の変化に対応することができるテンプレート（基準パターン情報）の作成方法を提供すること。
【解決手段】先ずウエハＷ上のサーチアライメント計測を実行する位置計測箇所にあるデザインルールの異なる何れかのパターン（アライメントマーク、回路パターンの一部）をテンプレート作成候補として選択し、次いでこのパターンを照明する照明条件（照明光の波長、照明光路などに配置された絞りの開口形状、開口数）を選択・設定し、次いでこの計測条件の下でパターンの画像信号情報を取り込み、次いでこの取り込んだ画像信号情報の評価（実際に位置計測を行ったときの処理時間、計測精度及びノイズに対するロバスト性）を行い、この後所定の評価を得た画像信号情報に基づいてテンプレートを作成し、これを各計測条件の下で繰り返して、計測条件毎にそれぞれテンプレートを作成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造のためのリソグラフィ工程等において被露光基板であるウエハ又はマスク（レチクル）などの物体上に形成されたマークの位置計測のための使用する基準パターン情報の作成方法と、該作成方法で作成した基準パターン情報を利用する位置計測方法及びその位置計測装置、該位置計測方法を利用する露光方法、該位置計測装置を備えた露光装置に関する。

一般に、半導体製造のためのリソグラフィ工程においては、露光装置（ステッパ又はスキャナ）を使用して、フォトレジストが塗布されたウエハの各ショット領域上に各種マスクパターン（レチクル上に形成された回路パターン）を繰り返し露光し、現像、エッチング、化学的処理等を行ないながら回路を形成する。この際、露光装置では、ウエハとレチクルとの位置合わせ（アライメント）を精度良く行う必要がある。特に回路パターンの微細化に伴い高精度の位置合わせが要求されている。

この位置合わせは、ウエハやレチクル上の所定領域に形成されたアライメントマークなど（以下パターンと記す）をアライメントセンサにより検出し、これに基づいてウエハ等の所定領域の位置を計測して行う。マークの位置を検出する方法として、例えば画像処理によりマークの位置を検出するＦＩＡ(Field Image Alignment)方式のアライメントセンサが使用される。このセンサによれば、マークが形成された領域を撮像した信号（パターン信号、ｎ次元信号）を画像処理してマークの位置情報を検出する。この画像処理の一つとして、予め準備したマーク信号情報に対応する基準パターン情報（テンプレート）と撮像した画像とを照合（マッチング）することにより、マークを検出するテンプレートマッチング法が知られている（特許文献１）。

上述したテンプレートマッチングは、ウエハ上のパターンの大まかな位置（ウエハとＦＩＡアライメントセンサの計測視野との相対的な位置関係）を計測するサーチアライメント計測で実施される。このサーチアライメント計測は、次に行われる、パターンを高精度に計測するファインアライメント計測のためのパターンの補正位置情報を提供する点で重要な計測であり、この計測がスムーズに行われないと次に実行されるファインアライメント計測に影響を与えるおそれがある。

特開２００１−２１０５７７号公報

ところで、サーチアライメント計測で実施されるテンプレートマッチングのテンプレートは、これまでパターンの位置計測の際に選択される代表的な一つの計測条件（照明光の波長、照明ＮＡなど）の下で所定のパターンを撮像して作成されており、このテンプレートを異なる計測条件の下でも使用しているが、これは、計測精度要求がそれ程厳しくない場合にあっては、別に問題が生じていなかったからである。

しかし、計測条件が変化すれば、当然に入力データの見え方が変化するので、計測精度要求が厳しい場合にあっては、一つのテンプレートだけで対応することが難しく、テンプレートを作り直す必要がある。また、テンプレートを、その作成時の計測条件と異なる計測条件の下で位置計測を実施して得た入力データとマッチングをすると、ロバスト性の低下、計測精度の悪化などが避けられない課題がある。

これを解決するため、例えば予め複数のテンプレートを作成しておき、テンプレートマッチングを実施する際にはテンプレートを順次切り換える方法も考えられるが、処理時間が非常に長くなり、またパターンの誤検出が増加するなどの課題がある。

また、テンプレート作成のために入力する、パターンを撮像した入力画像が、必ずしもテンプレートマッチングにとって有効若しくは最適な画像とは限らない場合がある。すなわち、計測条件が最適化されていない状態でテンプレートを作成し、これを位置計測に最適な計測条件を算出していない状態で取り込んだ入力データとマッチングをしても所望の位置計測精度が得られない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、位置計測の計測条件の変化に対応することができ、また位置計測に最適な計測条件を考慮した、テンプレート（基準パターン情報）の作成方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、前記作成方法で作成した基準パターン情報を利用する位置計測方法及びその位置計測装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、前記位置計測方法を利用する露光方法及び前記位置計測装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する、本発明の基準パターン情報の作成方法は、物体（ウエハ又はレチクルなど）上の所定領域内にあるパターンに対応する信号情報に基づいて、該物体の所定領域の位置計測を行う際に使用される基準パターン情報を作成する方法であって、パターンの信号情報を得る際の計測条件（例えば、パターンを照明する照明条件のような光学条件や、フィルタリング処理、信号ゲインの設定制御・信号オフセットの設定制御などの電気的な計測条件など）を種々変更して、この変更した各計測条件の下で得られる前記信号情報（実測信号情報又はシミュレーション信号情報）をそれぞれ取得し、これら取得した各信号情報に基づいて（各信号情報から抽出して）、前記計測条件毎に前記基準パターン情報をそれぞれ作成することを特徴とする（請求項１及び図１、図２参照）。すなわち、計測条件毎に基準パターン情報（テンプレート）を全て登録するようにしている。

前記計測条件としては、例えば、前記信号情報を得る際に前記パターンを照明する照明光の波長、及び／又は、前記照明光と前記パターンを反射した反射光の少なくとも一方の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状が含まれる（請求項２）。

上記目的を達成する、本発明の別の基準パターン情報の作成方法は、物体（ウエハ又はレチクルなど）上の所定領域内にあるパターンに対応する信号情報に基づいて、該物体の所定領域の位置計測を行う際に使用する基準パターン情報を作成する方法であって、前記位置計測に最適な計測条件を求める工程と、前記工程で求めた最適な計測条件の下で前記パターンの信号情報（実測信号又はシミュレーション信号）を取得する工程と、前記工程で取得された前記信号情報に基づいて（前記信号情報から抽出して）、前記基準パターン情報を作成する工程と、を備えることを特徴とする（請求項３及び図４参照）。すなわち、計測条件毎に基準パターン情報（テンプレート）を作成するのではなく、最適計測条件を求め、この最適計測条件の下で基準パターン情報を作成するようにしている（請求項３）。

前記最適な計測条件中には、例えば、最適フォーカス位置が含まれる（請求項４）。

前記最適な計測条件を求める工程は、例えば、次の２つがある。

１つの工程としては、前記パターンの前記信号情報を得る際の計測条件を変更し、この変更した計測条件毎にそれぞれ前記信号情報を取得する工程と、前記取得された前記各信号情報のデータからその特徴量を抽出する工程と、前記抽出された前記特徴量から前記最適な計測条件を求める工程と、を含む（請求項５及び図５参照）。前記特徴量としては、例えば、前記データの信号強度、信号振幅、及びノイズ振幅の少なくとも何れか一つが含まれる（請求項６）。

別の工程としては、前記パターンの前記信号情報を得る際の計測条件を変更し、この変更した計測条件毎にそれぞれ前記信号情報を取得する工程と、前記取得工程で取得された前記各信号情報に基づいて前記基準パターン情報の候補をそれぞれ作成する候補作成工程と、前記候補作成工程で作成した前記各基準パターン情報の候補を使用して前記位置計測を行った際の計測処理時間、計測精度又はノイズに対するロバスト性の少なくとも１つを評価する評価工程と、前記評価工程の評価結果から前記位置計測に最適な計測条件を選択する選択工程と、を含む（請求項７及び図６参照）。

上記目的を達成する、本発明のまた別の基準パターン情報の作成方法は、物体（ウエハ又はレチクルなど）上の所定領域内にあるパターンに対応する信号情報に基づいて、該物体の所定領域の位置計測を行う際に使用する基準パターン情報を作成する方法であって、前記所定領域内にあるパターンのうち、前記位置計測に使用されるパターンを選択するパターン選択工程（図３中ステップＳ２０１参照）と、前記パターン選択工程で選択された前記パターンを照明する計測用照明光の波長を、計測条件の１つとして選択して設定する波長選択・設定工程（図３中ステップＳ２０２参照）と、前記照明光と該照明光を前記パターンに照射して得られる該パターンからの反射光の少なくとも一方の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状を、別の計測条件の１つとして選択して設定する絞り選択・設定工程（図３中ステップＳ２０３参照）と、前記波長選択・設定工程で設定された波長を有する前記計測用照明光と、前記絞り選択・設定工程で選択された開口数及び／又は開口形状の絞りを使用して、前記パターン選択工程で選択された前記パターンを照明して該パターンの画像信号情報を取得する取得工程（図３中ステップＳ２０４参照）と、前記画像取得工程で取得した前記画像信号情報の適否について、該画像信号情報基づいて作成した仮の基準パターン情報を使用して前記位置計測を行ったときの位置計測結果から評価する評価工程（図３中ステップＳ２０５，２０６参照）と、前記評価工程で評価を得た（合格した）前記画像信号情報に基づいて基準パターン情報を作成する作成工程（図３中ステップＳ２０７参照）と、前記照明光の各波長と前記絞りの各開口数及び／又は開口形状での下でそれぞれ各画像信号を取得し、該各画像信号に基づいてそれぞれ前記基準パターン情報を作成したか否かを判定する判定工程（図３中ステップＳ２０８参照）と、を備え、前記判定工程で各波長、各開口数及び／又は開口形状の下でそれぞれ前記基準パターン情報を作成していないと判定された場合に、前記波長選択・設定工程、前記絞り選択・設定工程、前記取得工程、前記評価工程及び前記作成工程を、各波長、各開口数及び／又は開口形状の下でそれぞれ前記基準パターン情報を作成するまで繰り返すことを特徴とする（請求項８参照）。

前記物体上に形成されたパターンとしては、例えば、位置合わせ用マーク及び／又は該物体上に形成された回路パターンの一部が含まれる（請求項９）。

上記目的を達成する、本発明の位置計測方法は、物体（ウエハ又はレチクルなど）上の所定領域内のパターン（アライメントマーク、回路パターンの一部など）を照明して取得した該パターンの信号情報に基づいて作成した基準パターン情報を使用して、該物体の所定領域の位置計測を行う位置計測方法であって、請求項１乃至９に記載の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって基準パターン情報を作成し、前記位置計測の際、該位置計測の計測条件と同じ計測条件の下で作成した前記基準パターン情報を選択し、該基準パターン情報を使用して前記物体の所定領域の位置計測を行うことを特徴とする（請求項１０及び図７参照）。

上記目的を達成する、本発明の別の位置計測方法は、物体（ウエハ又はレチクルなど）上の所定領域内のパターン（アライメントマーク、回路パターンの一部など）を照明して取得した該パターンの信号情報に基づいて作成した基準パターン情報を使用して、該物体の所定領域の位置計測を行う位置計測方法であって、請求項１乃至９に記載の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって基準パターン情報を作成する際に、前記位置計測に最適な計測条件を求めることを特徴とする（請求項１１及び図９参照）。

上記目的を達成する、本発明の位置計測装置は、物体（ウエハ又はレチクルなど）上の所定領域内のパターンを照明して取得した該パターンの信号情報に基づいて作成した基準パターン情報を使用して、該物体の位置計測を行う位置計測装置であって、請求項１乃至９の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって前記基準パターン情報を作成する作成手段と、前記作成手段で作成した基準パターン情報のなかから前記位置計測を行う際の計測条件と同じ計測条件の下で作成した基準パターン情報を選択する選択手段と、前記選択された基準パターン情報を使用し、前記所定領域内の該基準パターン情報に対応するパターンの位置情報を検出する位置情報検出手段と、を有することを特徴とする（請求項１２及び図１１，図１２参照）。

上記目的を達成する、本発明のまた別の位置計測方法は、物体上に形成されたパターンを照明して、光電変換により取得した該パターンの信号情報に基づいて、該物体の位置計測を行う位置計測方法であって、複数の照明条件の中から、前記パターンの信号情報を得る際の照明条件を設定し、複数の信号処理アルゴリズムの中から前記光電変換された前記信号情報を処理する際に使用する信号処理アルゴリズムを、前記設定された照明条件に基づいて設定し、前記設定された照明条件の下で照明して取得された前記信号情報を、前記設定された信号処理アルゴリズムを用いて処理することにより、前記位置計測を行うことを特徴とする（請求項１３及び図８参照）。

前記照明条件は、例えば、前記信号情報を得る際に前記パターンを照明する照明光の波長と、及び前記照明光の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状のうちの少なくとも１つを含み、また前記信号処理アルゴリズムは、例えば、前記光電変換された信号情報を用いた位置計測演算処理を行う前に該信号情報に加えられる前処理アルゴリズムと、該前処理された信号情報を用いて行われる演算処理アルゴリズムとのうちの少なくとも１つを含む（請求項１４）。

前記前処理アルゴリズムは、例えば、前記信号情報から所定帯域の周波数成分を除去するフィルタリング処理アルゴリズムと、前記信号情報のゲイン又はオフセットを制御するアルゴリズムとのうちの少なくとも１つを含み、また前記演算処理アルゴリズムは、例えば、相関演算処理アルゴリズムで使用するテンプレート情報を含む（請求項１５）。

上記目的を達成する、本発明の別の位置計測装置は、物体上に形成されたパターンを照明して、光電変換により取得した該パターンの信号情報に基づいて、該物体の位置計測を行う位置計測装置であって、複数の照明条件の中から、前記パターンの信号情報を得る際の照明条件を設定する照明条件設定手段と、複数の信号処理アルゴリズムの中から前記光電変換された前記信号情報を処理する際に使用する信号処理アルゴリズムを、前記設定された照明条件に基づいて設定する信号処理アルゴリズム設定手段と、を有し、前記設定された照明条件の下で照明して取得された前記信号情報を、前記設定された信号処理アルゴリズムを用いて処理することにより、前記位置計測を行うことを特徴とする（請求項１６及び図１１，図１２参照）。

前記照明条件は、例えば、前記信号情報を得る際に前記パターンを照明する照明光の波長と、及び前記照明光の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状のうちの少なくとも１つを含み、また、前記信号処理アルゴリズムは、例えば、前記光電変換された信号情報を用いた位置計測演算処理を行う前に該信号情報に加えられる前処理アルゴリズムと、該前処理された信号情報を用いて行われる演算処理アルゴリズムとのうちの少なくとも１つを含む（請求項１７）。

上記目的を達成する、本発明の露光方法は、マスクに形成されたパターンの像を、物体としての基板上の所定領域に転写する露光方法であって、前記基板上の所定領域に形成された位置計測用パターンの位置情報を、請求項１０，１１，１３，１４又は１５の何れかに記載の位置計測方法を使用して求め、前記位置情報に基づいて前記基板上の所定領域を位置合わせし、前記位置合わせされた前記基板の所定領域に前記マスクのパターン像を転写することを特徴とする（請求項１８，図７，図８及び図９参照）。

上記目的を達成する、本発明の露光装置は、マスクに形成されたパターンの像を、物体としての基板上の所定領域に転写する露光装置であって、前記基板上の所定領域に形成された位置計測用パターンの位置情報を求める請求項１２，１６又は１７の何れかに記載の位置計測装置と、前記位置情報に基づいて前記基板上の所定領域を位置合わせする位置合わせ手段と、前記位置合わせされた前記基板の所定領域に前記マスクのパターン像を転写する露光手段と、を備えてなることを特徴とする（請求項１９）。

本発明の基準パターン情報の作成方法によれば、計測条件毎に基準パターン情報をそれぞれ作成するようにしてあるので、基準パターン情報を使用して位置計測を行う際、位置計測時の計測条件と同じか又はそれに近い計測条件の下で作成された基準パターンを選択することができる。このため、高い計測精度が得られ、またロバスト性の低下の問題が生じることがない。また、予め複数の基準パターン情報を作成しておき、これら複数の基準パターン情報を順次切り換えてテンプレートマッチングする方法に比して、位置計測処理時間の大幅な短縮を図ることが出来る。

本発明の別の基準パターンの作成方法によれば、位置計測に最適な計測条件を求めて、この最適な計測条件の下で基準パターン情報を作成するようにしてあるので、高精度の位置計測が可能となる。また、あえて複数の基準パターン情報を作成しなくても済み、手間がかからず、基準パターン情報の作成のスループット性が向上する。

また、位置計測に最適な計測条件を求めるのに、例えば、異なる計測条件の下でそれぞれ取得された各信号情報のデータからその特徴量を抽出して最適な計測条件を求めるか、或いは、異なる計測条件の下でそれぞれ取得した信号情報に基づいて基準パターン情報の候補を作成し、これを使用して位置計測を行った際の計測処理時間、計測精度又はノイズに対するロバスト性の少なくとも１つを評価して最適な計測条件を求めるようにしてあるので、より確実に最適な計測条件を求めることが出来る。

本発明のまた別の基準パターン情報の作成方法によれば、選択した計測条件の下で画像信号情報を取得し、この取得した画像信号情報に基づいて基準パターン情報を作成して、これを位置計測に利用して評価し、この評価に合格した画像信号情報に基づいて基準パターン情報を作成し、これを各計測条件の下で繰り返して、計測条件毎に基準パターン情報をそれぞれ作成するようにしてあるので、位置計測の計測条件と同じ計測条件の下で作成された基準パターンを選択することができ、また予め位置計測に不適当な基準パターン情報を排除することができる。このため、高い計測精度が得られ、位置計測の失敗がなく、ロバスト性の低下の問題が生じることがない。さらに、テンプレートマッチングを実施する際には位置計測時の計測条件と同じかそれに近い計測条件の下で作成した基準パターン情報を選択して使用するので、予め複数の基準パターン情報を予め用意しておき、これら基準パターンを順次切り換えてテンプレートマッチングする方法に比して位置計測処理時間の大幅な短縮を図ることが出来る。

本発明の位置計測方法によれば、請求項１乃至９の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって基準パターン情報を作成し、位置計測時にその計測条件と同じか又はそれに近い計測条件の下で作成した基準パターン情報を選択するようにしてあるので、高精度の位置計測が行え、またロバスト性の低下がない。また、予め複数の基準パターン情報を作成しておき、これら基準パターン情報を順次切り換えてテンプレートマッチングするのではなく、位置計測の計測条件と同じかそれに近い計測条件の下で作成された基準パターン情報を選択してテンプレートマッチングするので、位置計測処理時間、特にＥＧＡ計測処理などの複数のマークの計測処理の時間の大幅な短縮を図ることが出来る。

本発明の別の位置計測方法によれば、請求項１乃至９の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって基準パターン情報を作成する際に位置計測に最適な計測条件を求めるようにしてあるので、高精度の位置計測が行える。また、予め複数の基準パターン情報を作成しておき、これら基準パターン情報を順次切り換えてテンプレートマッチングするのではなく、最適な計測条件の下で作成した基準パターン情報を使用してテンプレートマッチングするので、位置計測処理時間、特にＥＧＡ計測処理などの複数のマークの計測処理の時間のより大幅な短縮を図ることが出来る。

本発明の位置計測装置によれば、請求項１乃至９の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって基準パターン情報を作成する手段を有し、選択手段により位置計測時にその計測条件と同じか又はそれに近い計測条件の下で作成した基準パターン情報を選択し、位置情報検出手段により基準パターン情報に対応するパターンの位置情報を検出するようにしてあるので、高精度の位置計測が行え、またロバスト性の低下がなく、さらに予め複数の基準パターン情報を作成しておき、テンプレートマッチングを実施する際には基準パターン情報を順次切り換える方法に比して位置計測処理時間の短縮を図ることが出来る。

本発明のまた別の位置計測方法、位置計測装置によれば、複数の照明条件の中から、パターンの信号情報を得る際の照明条件を設定し、複数の信号処理アルゴリズムの中から光電変換された信号情報を処理する際に使用する信号処理アルゴリズムを、設定された照明条件に基づいて設定し、設定された照明条件の下で照明して取得された信号情報を、設定された信号処理アルゴリズムを用いて処理することにより位置計測を行う、すなわち照明条件に応じて信号処理アルゴリズムを切り換えて信号情報を処理することにより位置計測を行うようにしてあるので、高い計測精度が得られ、またロバスト性の低下の問題が生じることがなく、さらに位置計測処理時間の短縮を図ることが可能となる。

本発明の露光方法によれば、位置計測用パターンの位置情報を、請求項１０，１１，１３，１４又は１５の何れかに記載の位置計測方法を使用して求めるようにしてあるので、位置計測時において、高精度の位置計測が行え、またロバスト性の低下がなく、さらに位置計測処理時間の短縮を図ることが出来、このため高精度の露光が行え、また露光のスループット性を向上させることが可能となる。

本発明の露光装置によれば、位置計測用パターンの位置情報を求める請求項１２，１６又は１７の何れかに記載の位置計測装置を備えてあるので、位置計測時において、高精度の位置計測が行え、またロバスト性の低下がなく、さらに位置計測処理時間の短縮を図ることが出来、このため高精度の露光が行え、また露光のスループット性を向上させることが可能となる。

以下本発明の基準パターン情報の作成方法、該作成方法で作成した基準パターン情報を利用する位置計測方法及びその位置計測装置、該位置計測方法を利用する露光方法、該位置計測装置を備えた露光装置について図１乃至図１９を参照して説明する。

まず本実施形態の位置計測装置を装備した露光装置の全体構成及び動作について、図１１を参照して説明する。

本実施形態においては、露光装置１００は、マスクとしてのレチクルＲ上に形成されたマスクパターンとしての回路パターンを、ステップ・アンド・スキャン方式により投影光学系ＰＬを介して物体または被露光基板としてのウエハＷの各ショット領域上に順次露光転写する縮小投影型の露光装置である。図１１中、Ｘ軸及びＺ軸は、紙面に並行に設定され、Ｙ軸は、紙面に対して垂直となる方向に設定されている。

図１１において、照明光学系ＩＬから出射された露光光は、コンデンサレンズ１を介してほぼ均一な照度でマスクとしてのレチクルＲ上のパターン領域ＰＡを照明する。露光光としては、例えばｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）又はＦ_２エキシマレーザ（１５７ｎｍ）から出射される光等が使用される。

レチクルＲはレチクルステージ２上に保持され、該レチクルステージ２はベース３上の２次元平面（ＸＹ平面）内で移動及び微小回転できるように支持される。装置全体の動作を制御する主制御系１５が、ベース３上の駆動装置４を介してレチクルステージ２の動作を制御する。レチクルＲは、その周辺に形成された不図示のレチクルアライメントマークがミラー５，対物レンズ系６及びマーク検出系７からなるレチクルアライメント系で検出されることにより投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して位置決めがなされる。なお、図１１では簡略化しているが、同図の左側にも右側と同じ構成のミラー、対物レンズ系及びマーク検出系からなるレチクルアライメント系が配置される。

レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した露光光は、例えば両側（片側でもよい）テレセントリックな投影光学系（投影レンズ）ＰＬに入射し、ウエハＷ上の各ショット領域に投影される。

ウエハＷはウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に載置されている。ウエハホルダー８上には、ベースライン計測などで使用する基準マーク１０が設けられている。ウエハステージ９は、図示していないが、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向（Ｚ軸方向）にウエハＷを位置決めするＺステージ、ウエハＷを微小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウエハＷの傾きを調整するステージなどにより構成される。

ウエハステージ９上には移動鏡１１が固定され、この移動鏡１１と対向するようにレーザ干渉計１２が配置される。なお、図１１では簡略化して図示しているが、移動鏡１１は、Ｘ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡により構成される。また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＹ軸用のレーザ干渉計により構成される。Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差によりウエハステージ９の回転角が計測される。

レーザ干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標及び回転角を示す位置計測情報はステージコントローラ１３に供給される。ステージコントローラ１３は、主制御系１５の制御の下で位置計測情報に応じて駆動系１４を介してウエハステージ９の位置を制御する。また、この位置計測情報は主制御系１５に送られる。主制御系１５は、送られた位置計測情報をモニターしつつ、ウエハステージ９の位置を制御する制御信号をステージコントローラ１３に出力する。さらに、位置計測情報は、後述するオフ・アクシスアライメント系（ＦＩＡ）の演算ユニット４０にも送られる。

露光装置１００は、オフ・アクシス方式のアライメント光学系（アライメントセンサ）２０を投影光学系ＰＬの側方に備える。このアライメント光学系２０は、ウエハＷの表面のアライメントマークなどの位置計測対象のパターン付近を撮像した信号（ｎ次元信号）を信号処理（画像処理も含む）して、そのパターンの位置情報を検出するＦＩＡ(Field Image Alignment)方式のアライメントセンサである。

アライメント光学系２０により、テンプレート（基準パターン情報）の作成、このテンプレートを使用するサーチアライメント計測、及びファインアライメント計測等の処理を行う。

アライメント光学系２０は、ウエハＷを照明する照明光を出射する光源としてのハロゲンランプ２１、ハロゲンランプ２１から出射された照明光を光ファイバ２４の一端に集光するコンデンサレンズ２３、照明光を導く光ファイバ２４、イメージセンサ３８及びＦＩＡ演算ユニット４０などを備える。

アライメント光学系２０の光源としてハロゲンランプ２１を選択したのは、ハロゲンランプ２１から出射される照明光の波長帯域が５３０ｎｍ〜８００ｎｍで、ウエハＷの表面に塗布されるフォトレジストを感光しない波長域である点と、波長帯域が広くウエハＷの表面における反射率の波長特性の影響を軽減できる点にある。

ハロゲンランプ２１とコンデンサレンズ２３との間の光路には計測条件（照明条件）の一つである照明光の波長を変更するための波長選択フィルタ２２が配置される。この波長選択フィルタ２２は、図示していないが、複数のフィルタ部を有しており、照明光の光軸と直交する方向に移動させることでこれらフィルタ部のうちから１つのフィルタ部を選択して選択波長を変更することができる。例えば、波長選択をせずに照明光（５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）をそのまま透過させるフィルタ部と、５３０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長域の照明光を透過させるフィルタ部と、６００ｎｍ〜７１０ｎｍの波長域の照明光を透過させるフィルタ部と、７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域の照明光を透過させるフィルタ部とを有する。波長選択フィルタ２２によって、サーチするアライメントマークなどのマークのタイプ（例えば段差パターンの高低など）に合わせて照明光の波長を変更することにより、最適な計測条件（照明条件）の下で計測が行えるようになる。

図１４乃至図１７は、照明光の波長によって、マーク５０（図１３（Ａ）、（Ｂ）参照）を撮像した撮像信号波形がどのように変化するかをシュミレーションした結果を示す。図１３（Ａ）はこのシミュレーションに使用するマーク５０の平面図、また同図（Ｂ）はマーク５０の断面図で、１本のラインマーク（段差マーク）から構成した場合を示しているが、これはあくまでも照明光の波長によってマーク５０の撮像信号波形がどのように変化するかを説明するためのものであって、必ずしも実際に位置計測のために使用されるものとは限らない。図１４は広帯域の波長（５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）の照明光をマーク５０に照射したときの該マーク５０の撮像信号波形図である。このような広帯域の波長の照明光の下ではマーク５０の撮像信号波形はダブルエッジとなる。図１５は広帯域よりも波長の若干短い赤色（波長７００ｎｍ〜８００ｎｍ）の照明光をマーク５０に照射して撮像したときの該マーク５０の信号波形図で、ダブルエッジの形状が多少崩れる。図１６は波長の短いオレンジ色（波長６００ｎｍ〜７１０ｎｍ）の照明光をマーク５０に照射したときの該マーク５０の撮像信号波形図で、ダブルエッジの形状が更に崩れる。図１７は波長が更に短い緑色（波長５３０ｎｍ〜６１０ｎｍ）の照明光をマーク５０に照射したときの該マーク５０の撮像信号波形図で、図１４乃至図１６に示す場合とは大きく異なり、図１６に示す波形図を反転したように上に凸の形状になっていて、ダブルエッジの形状が崩れている。

光ファイバ２４を出射した照明光は、フィルタ２５、照明光束開口絞り２６、レンズ系２７を介してハーフミラー２８に至り、該ハーフミラー２８で反射される。ハーフミラー２８で反射された照明光は、ミラー２９でＸ軸とほぼ平行に反射され、対物レンズ３０を介してプリズム３１に至り、該プリズム３１でほぼ直角に反射された後、ウエハＷを垂直に照射する。

フィルタ２５は、照明光からウエハＷ上に塗布されたフォトレジストの感光波長域と赤外波長域の光をカットする。

照明光束開口絞り２６は、図示していないが、開口数、開口形状の異なる複数の開口絞りを有しており、照明光の光軸と直交する方向に移動させることでこれら開口絞りのうちの１つの開口絞りを選択して絞りの開口形状、開口数を変更することができる。例えば、絞りが無く、照明のＮＡ（開口数）が光ファイバ２４の射出端の開口、例えば０．４の開口絞りと、開口形状が小径の円形で、照明のＮＡ（開口数）が光ファイバ２４の射出端の開口よりも小さい例えば０．１２の開口絞りと、開口形状が大径の円形で、照明のＮＡ（開口数）が光ファイバ２４の射出端の開口よりも小さい例えば０．３の開口絞りと、開口形状が輪帯状で、照明のＮＡが輪帯絞り（例えば内径が０．３で、外径が０．４の輪帯絞り）開口絞りを備える。照明光束開口絞り２６によってサーチするアライメントマークなどのマークのタイプ（例えば段差パターンの高低など）に合わせて開口絞りを選択して、絞りの開口数と開口形状を変更することにより、最適な計測条件（照明条件）の下で計測が行えるようになる。

図１８、図１９は開口絞りの開口数（ＮＡ）によってマーク６０，６１（図１８（Ａ）、（Ｂ）、図１９（Ａ）、（Ｂ）参照）の撮像信号波形がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示している。図１８（Ａ）は、このシミュレーションに使用する、ピッチが４μｍ、幅が０．４μｍ、深さが４０ｎｍの３本のラインマークからなるマーク６０の平面図を示し、また同図（Ｂ）はマーク６０の断面図を示しているが、これはあくまでも開口絞りの開口数、開口形状によってマーク６０の撮像信号波形がどのように変化するかを説明するためのものであって、必ずしも実際に位置計測のために使用されるものとは限らない。同図（Ｃ）は、ＮＡが０．５の開口絞りとＮＡが０．３の開口絞りとをそれぞれ介してマーク６０を照明して撮像したときの撮像信号波形図を示しており、この波形図から開口絞りのＮＡが０．３の場合、ＮＡが０．５の場合に比して振幅度が小さくなり、信号波形の頂部が崩れて信号波形の頂部と底部との間の差が小さくなることが分かる。また、図１９（Ａ）についても、同じくこのシミュレーションに使用する、ピッチが４μｍ、幅が２μｍ、深さが１６０ｎｍの６本のラインマークからなるマーク６１の平面図を示し、また同図（Ｂ）はマーク６１の断面図を示しているが、これもあくまでも開口絞りの開口数、開口形状によってマーク６０の撮像信号波形がどのように変化するかを説明するためのものであって、必ずしも実際に位置計測のために使用されるものとは限らない。同図（Ｃ）は、ＮＡが０．５の開口絞りとＮＡが０．３の開口絞りをそれぞれ使用してマーク６１を照明して撮像したときの撮像信号波形図を示しており、この波形図から開口絞りのＮＡが０．３の場合、ＮＡが０．５の場合と比較して、信号波形が略正弦波形状に崩れ、また振幅度が小さくなることが分かる。これらのシミュレーション結果から、図１８（Ａ）、（Ｂ）或いは図１９（Ａ）、（Ｂ）に示すようなスモールアライメントマークの場合、開口絞りの開口数が大きい方が適しているということが出来る。

対物レンズ３０はテレセントリック系に設定され、その開口絞りの面３０ａには光ファイバ２４の出射端の像が形成され、ケーラー照明が行われる。対物レンズ３０の光軸は、ウエハＷ上で垂直になるように設定されていて、マーク検出時に光軸の傾きによるマーク位置のずれが生じないようにしてある。

ウエハＷからの反射光は、プリズム３１、対物レンズ３０、ミラー２９からハーフミラー２８を透過してレンズ系３２により指標板３３上に結像される。この指標板３３は、対物レンズ３０とレンズ系３２とによってウエハＷと共役に配置されていて、図示しないがその矩形の透明窓枠内にＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ延びる直線状の指標マークを有する。従って、ウエハＷのマーク像は、指標板３３の透明窓枠内に結像され、該透明窓枠の指標マークと共にリレー光学系３４、３７及びミラー３５を介してイメージセンサ３８に結像する。

ミラー３５とリレー光学系３７との間にはＮＡ絞り３６が配置される。このＮＡ絞り３６は、図示していないが、開口形状、開口数の異なる複数の開口絞りを有しており、照明光の光軸と直交する方向に移動させることでこれら開口絞りのうちの１つの開口絞りを選択して、絞りの開口形状又は開口数（照明条件）を変更することができる。例えば、開口形状が円形で照明のＮＡ（開口数）が０．３の開口絞りと、開口形状が輪帯状で、ＮＡが０．２４〜０．３の開口絞りとを有する。

このＮＡ絞り３６と上述した照明光束開口絞り２６との組み合わせを変えることによって照明条件、計測条件を種々変更し、サーチするアライメントマークなどのマークのタイプ（例えば段差パターンの高低など）に合わせることにより、最適な照明条件、計測条件の下で計測が行えるようになる。

イメージセンサ（光電変換素子）３８は、その画像面に入射する像を電気信号（画像信号、画像データ）に変換するもので、例えば２次元ＣＣＤが使用される。イメージセンサ３８から出力された信号（ｎ次元信号）は、ＦＩＡ演算ユニット４０に入力される。ＦＩＡ演算ユニット４０には、このイメージセンサ３８からの信号の他にレーザ干渉計１２からの位置計測情報が供給される。

ＦＩＡ演算ユニット４０は、テンプレート作成処理時にイメージセンサ３８から入力した画像信号に基づいてテンプレートを作成し、またサーチアライメント計測時に予め作成したテンプレートを使用してテンプレートマッチング法によりマークの位置及びずれの検出を行い、さらにファインアライメント計測時にエッジ検出処理手法を用いてマークの位置検出及びずれの検出を行う。

ＦＩＡ演算ユニット４０は、図１２に示すように、画像信号記憶部４０Ａと、テンプレートデータ記憶部４０Ｂと、データ処理部４０Ｃと、制御部４０Ｄとを備える。

画像信号記憶部４０Ａは、イメージセンサ３８によって取り込まれた画像信号（パターン信号情報）を入力してこれを記憶する。この画像は、検出対象となるアライメントマークのサイズに比して十分に大きい観察視野を有する画像である。

テンプレートデータ記憶部４０Ｂは、図１乃至図６に示す方法で作成され、サーチアライメント計測の際に行われるテンプレートマッチングで使用されるテンプレートデータ（テンプレート情報）を記憶する。テンプレートデータは、ウエハＷ上の位置計測対象のパターンを検出するために画像信号記憶部４０Ａに記憶されている画像信号とパターンマッチングを行うための基準のパターンデータである。本実施形態でマークとは、アライメントのために形成されたマークパターンの他に、回路の一部であって基準パターンとして設定されたパターン等を含む広い概念である。

データ処理部４０Ｃは、画像信号記憶部４０Ａに記憶された画像信号に対してテンプレートマッチング（サーチアライメント計測時）とエッジ検出処理（ファイン計測時）等の所望の画像処理（信号処理）を行い、マークの検出、位置情報の検出及びずれ情報の検出等を行う。

データ処理部４０Ｃでは、例えば、画像信号記憶部４０Ａに取り込まれて記憶されている画像信号（パターン情報信号）とテンプレートデータ記憶部４０Ｂに予め記憶されているテンプレートデータとのマッチングを行い、画像信号中のマークの有無を検出する。具体的には、検出対象のパターンの大きさに相当する探索領域で観察視野を順次走査し、各位置においてその領域の画像信号とテンプレートデータとを比較照合する。この比較照合では、例えば、パターン間の類似度、相関度などを評価値として検出し、類似度が所定の閾値以上のとき、その領域にマークが存在する（その箇所の画像信号中にマークの像が含まれている）と判断する。また、データ処理部４０Ｃでは、そのマークが視野内のどの位置にあるかを求める。さらに、データ処理部４０Ｃでは、本発明の基準パターン情報（テンプレート）の作成方法（図１乃至図６参照）により、画像信号記憶部４０Ａに記憶されているテンプレート作成領域内の画像信号に基づいてテンプレート作成処理を行い、作成したテンプレートをテンプレートデータ記憶部４０Ｂに記憶する。これについては、図１乃至図６を参照して後で詳述する。

制御部４０Ｄは、画像信号記憶部４０Ａにおける画像信号の記憶及び読み出し、テンプレート記憶部４０Ｂにおけるテンプレートデータの記憶及び読み出し、テンプレートデータの作成処理及びデータ処理部４０Ｃにおけるマッチングやエッジ検出等の処理が適切に行われるように、ＦＩＡ演算ユニット４０全体の動作を制御する。

上述した露光装置１００では、レチクルＲに形成された回路パターンの像が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の各ショット領域に投影される。ウエハＷには、各ショット領域の周辺部に図示しないがＸ軸方向の位置計測用とＹ軸方向の位置計測用（二次元計測用）のアライメントマーク（位置計測用パターン）が形成されている。露光装置１００では、上述したアライメント光学系２０によりサーチアライメントで使用するテンプレート（基準パターン情報）を作成してサーチアライメント計測を行い、次いでファインアライメント計測を行う。

テンプレート作成は、サーチアライメント計測の際にウエハＷ上の複数箇所において位置計測対象のマークを検出するため、そのマークのテンプレートを作成して予め登録（メモリ）する処理である。露光装置１００では、搭載されたウエハＷの各位置計測箇所から自動的にパターンを抽出もしくは手動でパターンを指定して、テンプレートデータを作成する。

サーチアライメント計測は、ウエハＷ上に形成されている位置計測対象のパターン（アライメントマーク、回路パターンの一部など）を検出し、ウエハＷのウエハホルダー８に対する回転量、ＸＹ面内での位置ズレなどを検出する処理である。このサーチアライメント計測での信号処理として、本発明の基準パターン情報（テンプレート）の作成方法によって予め作成したテンプレートを用い、このテンプレートに対応する所定のパターンを検出するテンプレートマッチング法を用いる。

ファインアライメント計測は、ウエハＷ上の各ショット領域に対応して形成されたファインアライメント計測用のアライメントマークを検出し、最終的に各ショット領域の位置決めを行う処理である。このファインアライメント計測での画像処理方法としては、例えばアライメントマークのエッジを抽出してその位置を検出するエッジ計測手法を用いる。

テンプレート作成処理時、サーチアライメント計測時及びファインアライメント計測時におけるアライメント光学系（アライメントセンサ）２０の観察倍率は各々任意に設定される。例えば、互いに等しい観察倍率に設定してもよいし、あるいはファインアライメント計測時の観察倍率をサーチアライメント計測時やテンプレート作成時よりも高倍率に設定してもよい。

次に、本発明のテンプレート作成方法の実施態様を図１乃至図６を参照して説明する。

図１乃至図３は照明条件等の各計測条件の下でそれぞれテンプレートを作成する本発明の第１の実施態様を示している。

図１に示すように、ステップＳ１０１において、ウエハＷ上のサーチアライメント計測を実行する位置計測箇所（２箇所以上の複数箇所）にあるデザインルールの異なる何れかのパターン（アライメントマーク、回路パターンの一部）をテンプレート作成候補として選択する。

ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で選択したパターンを照明する照明条件を含む計測条件を選択・設定する。この計測条件としては、例えば、パターンを照明する照明光の波長、照明光の光路に設置された照明光束開口絞り２６とウエハＷパターンからの反射光の光路に設置されたＮＡ絞り３６の開口形状、開口数（照明光の光量）がある。また、パターンを照明して取得したこのパターンの画像信号を処理する信号処理アルゴリズムも含まれる。照明光の波長の選択・設定では、波長選択フィルタ２２を照明光の光軸と直交する方向に移動させてその複数のフィルタ部のうちから１つのフィルタ部を選択した後、波長選択フィルタ２２を固定する。また、絞りの開口形状、開口数の選択・設定では、照明光束開口絞り２６及び／又はＮＡ絞り３６を、照明光、反射光の光軸と直交する方向にそれぞれ移動させてそれらの複数の絞りのうちから１つの絞りを選択した後、照明光束開口絞り２６及び／又はＮＡ絞り３６を固定する。

ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で選択した計測条件（照明光の波長、開口絞りの開口形状、開口数）の下で、ステップＳ１０１で選択したパターンを照明して該パターンの画像信号情報を取り込む。具体的には、ハロゲンランプ２１からの照明光を、波長選択フィルタ２２、コンデンサレンズ２３、光ファイバ２４、フィルタ２５、照明光束開口絞り２６、レンズ系２７、ハーフミラー２８、ミラー２９、対物レンズ３０、プリズム３１を介して選択したパターンに照射する。すなわち、選択した波長の照明光を、選択した開口形状、開口数の絞り等の光学系を通して選択したパターンに照射する。この照明により生じたウエハＷのパターンから反射した反射光（反射像）を、プリズム３１、対物レンズ３０、ミラー２９からハーフミラー２８を透過し、レンズ系３２により指標板３３上に結像し、該指標板３３の指標マークと共にミラー３５、リレー光学系３４、３７及びＮＡ絞り３６中の選択した開口形状、開口数の絞りを通してイメージセンサ３８に結像する。この結像したパターンの像を、イメージセンサ３８で光電変換して画像信号情報としてＦＩＡ演算ユニット４０の画像信号記憶部４０Ａに記憶する。

ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で取り込んだ画像信号情報がテンプレートの作成に相応しいか否かの評価を行う。この画像信号情報の評価は、画像信号情報に基づいて作成したテンプレートを利用して実際に位置計測を行ったときの処理時間、計測精度及びノイズに対するロバスト性の観点から行うもので、サーチアライメント計測に適用した場合に適切なテンプレートとなる画像信号情報を判定する。なお、計測精度については、これに密に関係する位置決め情報の情報量を尺度として評価を行う。

このステップＳ１０４の画像信号情報の評価においては、図２に示すように、例えば、まずステップＳ１０４Ａにおいて、取り込んだ画像信号情報からテンプレート候補を作成する。また、この画像信号情報からサーチアライメント計測時のアライメントセンサの観察視野に相当する大きさで、テンプレート候補のパターンを含む領域の画像信号を抽出して、これを処理対象のパターンとする。次いで、ステップＳ１０４Ｂにおいて、処理対象のパターンを観察画像とし、テンプレート候補を実際のテンプレートと仮定して、サーチアライメント計測時の位置計測アルゴリズムを適用し、実際に位置計測処理を行って、この位置計測処理に要した時間を検出し、この処理時間を評価する。処理時間が短いほど高い評価となる。次に、ステップＳ１０４Ｃにおいて位置決め情報の情報量の評価を行う。これは、上述したように位置計測精度に関連する重要な評価尺度で、位置計測アルゴリズムに対応して処理に有効な特徴をいくつか設定し、その特徴にかかる情報をテンプレート候補のパターンから抽出し、その情報量を検出することにより行う。例えば、パターンの複雑さ、エッジの特徴及びパターンのコントラストの特徴を位置計測処理に有効な特徴として設定する。例えば、周波数解析によりパターンの複雑さ等に関する情報を検出し、その情報量を検出する。また、エッジ検出処理によりエッジの本数（或いは長さ）やエッジの明瞭度合い等のエッジに関する情報を検出し、その情報量を検出する。また、コントラスト値の検出を行うことによりパターンの明瞭度合い等に関する情報を検出し、その情報量を検出する。これらの情報量は、位置計測処理に適正に作用する情報であれば多い方がよいが、パターン中には位置計測に有効でない情報も含まれていると考えられることから一概に言うことは出来ない。従って、位置計測アルゴリズムや位置計測処理の特徴、テンプレート候補の適正な複雑さ等を考慮し、さらに経験的に決定される条件、基準等を加味して、有効且つ適正な情報が十分に存在する状態が高い評価値となるようにして評価値を求めることが好ましい。次いで、ステップＳ１０４Ｄにおいて、ノイズに対するロバスト性にかかる評価を行う。これには、処理対象のパターンにランダムノイズを加えて作成したパターンと、ランダムノイズを加えないパターンのそれぞれに対して位置計測処理を行い、その位置計測結果を比較して行う。処理対象のパターンとしては、ステップＳ１０３で取り込んだ画像信号からアライメントセンサの観察視野に相当する大きさでテンプレート候補のパターンを含む領域の画像信号を処理対象のパターンとするが、例えばステップＳ１０４Ｂで作成した処理対象のパターンをそのまま使用することができる。先ず、処理対象のパターンを観察画像とし、テンプレート候補を実際のテンプレートと仮定し、サーチアライメント計測時に使用する位置計測アルゴリズムを適用して実際に位置計測処理を行う。次に、この位置計測処理を行った処理対象のパターンにランダムノイズを加え新たな処理対象のパターンを作成する。そして、このノイズの加わった処理対象のパターンを観察画像とし、同じくテンプレート候補を実際のテンプレートと仮定し、サーチアライメント計測時に使用する位置計測アルゴリズムを適用して実際に位置計測処理を行う。そして、ノイズのないパターンに対する位置計測処理結果とノイズが加わったパターンに対する位置計測処理結果とを比較し、両者の差を求め、ロバスト性の評価を行う。通常、この差が小さいほどノイズに対するロバスト性が高いと考えられる。次いで、ステップＳ１０４Ｅにおいて、これらの評価結果からステップＳ１０３で取り込んだ画像信号情報の評価を行う（取り込んだ画像信号情報に基づいてテンプレートを作成することが適切か否かを判断する）。適切と判断した場合にはステップＳ１０５に移行する。適切でないと判断した場合には、ステップＳ１０１に戻り、位置計測に使用する、デザインルールの異なる前回とは別のパターンを選択して、ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４を繰り返す。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で取り込み、ステップＳ１０４で所定の評価を得た画像信号情報に基づいてテンプレートを作成する。作成されたテンプレートは、ＦＩＡ演算ユニット４０のテンプレートデータ記憶部４０Ｂに記憶される。

ステップＳ１０６では、各計測条件（照明光の各波長、絞りの各開口形状、開口数等）の下でテンプレートを作成したか否かが判断される。作成したと判断した場合には、テンプレートの作成作業を終了する。また、作成していないと判断した場合には、ステップＳ１０２に戻り、前回とは異なる計測条件を選択・設定し、ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０６を繰り返す。

本実施態様では、計測条件として、取りうる可能性のある計測条件又は使用頻度の高い計測条件を含む、一応全ての計測条件が含まれるが、これらのうち、ステップＳ１０４の画像信号情報の評価において、所定の評価が得られる画像信号情報が取り込まれる計測条件に絞られる。例えば、照明光の波長、絞りの開口数等によっては画像信号の崩れが大きくなりすぎて、採用できないものは（図１３乃至図１９参照）、ステップＳ１０４で計測条件から排除される。所定の評価が得られる画像信号情報が取り込まれる計測条件についてのみ、これら計測条件毎にそれぞれテンプレートが作成される。

図３は図１に示す実施態様の変形例を示す。この変形例では、図１に示す実施態様において、計測条件として、照明光の波長と、照明光束開口絞り２６、ＮＡ絞り３６の開口形状、開口数とを採用して計測条件を限定し（ステップＳ２０２，２０３参照）、また画像信号情報の評価手法を仮のテンプレートを作成して実際に行った位置計測の結果（位置計測の処理時間）から評価するように限定して（ステップＳ２０５，２０６参照）、テンプレート作成処理の効率化を図っている。

なお、ステップＳ２０２，２０３，２０５，２０６の内容については、上述したステップＳ１０２，１０４の説明中にそれぞれ開示されている。また、ステップＳ２０１の内容はステップ１０１に、またステップ２０４の内容はステップＳ１０３に、またステップＳ２０７の内容はステップＳ１０５に、またステップＳ２０８の内容はステップＳ１０６にそれぞれ対応している。従って、ステップＳ２０１乃至ステップＳ２０８の内容の説明は重複を避けるため省略する。

上述した第１の実施態様では、計測条件として照明光の波長などの光学条件を種々変更し、各光学条件の下でテンプレートを作成する場合について説明したが、フィルタリング処理、信号ゲインの設定制御・信号オフセットの設定制御などの電気的計測条件を種々変更し、各電気的計測条件の下でテンプレートを作成するようにしてもよい。図８はこのようにして作成したテンプレートを使用して位置計測、露光を行う場合について示しているが、これについては後述する。

図４乃至図６は本発明のテンプレート作成方法の別の実施態様を示している。この実施態様では、図１に示すように計測条件毎にテンプレートを作成するのではなく、位置計測において最適な計測条件を求めてからこの最適な計測条件の下で画像信号情報を採取してテンプレートを作成するようにしている。計測条件毎にテンプレートを作成しても、このテンプレートの作成に用いる画像信号情報がテンプレートマッチングにとって有効若しくは最適な画像とは限らない場合がある点を考慮したものである。

図４に示すように、先ずステップＳ３０１において位置計測に最適な計測条件を求め、次いでステップＳ３０２においてステップＳ３０１で求めた最適な計測条件の下で画像信号情報を取得し、この画像信号情報に基づいてテンプレートを作成する。

位置計測に最適な計測条件は、例えば図５又は図６に示す方法により求められる。

図５では、パターンの画像信号情報からその特徴量を抽出し、この特徴量に基づいて最適な計測条件を求める方法を示している。

図５に示すように、先ずステップＳ３０１Ａにおいて、計測条件を種々変更して、変更した計測条件毎にそれぞれパターンの画像信号情報を得る。パターンは、図１のステップＳ１０１で説明したように、ウエハＷ上のサーチアライメント計測を実行する位置計測箇所にあるデザインルールの異なる何れかのパターン（アライメントマーク、回路パターンの一部等）である。また、計測条件は、図１のステップＳ１０２で説明したように、パターンを照明する照明光の波長、照明光の光路に設置された照明光束開口絞り２６とウエハＷパターンからの反射光の光路に設置されたＮＡ絞り３６の開口形状、開口数や、パターンを照明して取得した該パターンの画像信号を処理する信号処理アルゴリズム等があり、これら計測条件をそれぞれ変更する。例えば、照明光の波長の場合では、前述したように波長選択フィルタ２２を、照明光の光軸と直交する方向に移動させてその複数のフィルタ部のうちから１つのフィルタ部を選択することにより変更する。また、絞りの開口形状、開口数の場合では、前述したように照明光束開口絞り２６及び／又はＮＡ絞り３６を、照明光、反射光の光軸と直交する方向にそれぞれ移動させてそれらの複数の絞りのうちから１つの絞りを選択することにより変更する。パターンの画像信号情報は、上述した図１のステップＳ１０３で説明したように、選択した波長の照明光を、選択した開口形状、開口数の絞りを通してウエハＷ上のパターンに照射する一方、該パターンを反射した反射光を選択した開口形状、開口数の絞りを通してイメージセンサ３８に結像することにより取り込まれ、光電変換されて画像信号情報としてＦＩＡ演算ユニット４０の画像信号記憶部４０Ａに記憶される。

次いで、ステップＳ３０１Ｂにおいて、変更した全ての計測条件でパターンの画像信号情報を取り込んだか否かが判断され、全て取り込まれていない場合には、ステップＳ３０１Ａに戻り、ステップＳ３０１Ａの操作が繰り返される。全て取り込まれた場合には、ステップＳ３０１Ｃに移行する。

ステップＳ３０１Ｃにおいて、取り込まれた画像信号情報からその特徴量を引き出す。具体的には、ＦＩＡ演算ユニット４０の画像陣号記憶部４０Ａから各画像信号情報を順次読み出し、データ処理部４０Ｃで各画像信号情報からその特徴量、例えば、信号強度、信号振幅、ノイズ振幅、最適フォーカス位置（コントラスト、鮮明度）等を抽出する。

ステップＳ３０１Ｄにおいて、抽出された各画像信号情報の特徴量を比較して、信号強度が有る程度大きく、信号振幅が最も大きく、ノイズ振幅が最も小さく、最適フォーカス位置で撮像されている画像信号情報を選択し、このような画像信号情報を得ることが出来る計測条件を求める。この計測条件では、信号強度が適度で、信号振幅が最も大きく、ノイズ振幅が最も小さく、鮮明でコントラストのある、画像信号情報を得ることが出来るので、最適な計測条件と評価することが出来る。

このようにして最適な計測条件を求めたら、図４のステップＳ３０２に移行し、ステップＳ３０１Ｄにおいて最適な計測条件と評価を得たこの計測条件の下で既に取得してある画像信号情報に基づいて（画像信号情報を抽出して）テンプレートを作成する。

図６では、図５に示す場合と異なり、画像信号情報から特徴量を抽出するのではなく、異なる計測条件の下で取得した各画像信号情報に基づいてテンプレート候補をそれぞれ作成し、各テンプレート候補を使用して実際に位置計測を行い、これらの位置計測結果から最適な計測条件を求める方法を示している。

図６に示すように、ステップＳ３０１Ｊにおいて計測条件を種々変更してパターンの画像信号情報を取得し、ステップＳ３０１Ｋにおいて全ての計測条件でパターンの画像信号情報を得たか否かを判断するが、これらの内容はそれぞれ上述した図５のステップＳ３０１Ａ、Ｓ３０１Ｂで開示した内容と同じである。また、ステップＳ３０１Ｌにおいて取得した各画像信号情報に基づいてそれぞれテンプレート候補を作成し、ステップＳ３０１Ｍにおいてテンプレート候補を使用して、サーチアライメント計測を行った際の計測処理時間、計測精度、ノイズに対するロバスト性を評価するが、これらの内容もそれぞれ上述した図２のステップＳ１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄで開示した内容と同じである。従って、説明の重複を避けるため、これステップＳ３０１Ｊ、３０１Ｋ、３０１Ｌ、３０１Ｍの説明を省略する。

次いで、ステップＳ３０１Ｎにおいて、ステップＳ３０１Ｍで行った評価結果、すなわち計測処理時間、計測精度（情報量）及びロバスト性の評価結果から最適な計測条件を求める。この最適な計測条件としては、評価結果が最も優れた１つの計測条件が選択されるが、優れたものが複数あり、それらの間の差異が殆どない場合には複数の計測条件が選択される。

このようにして最適な計測条件を求めたら、図５に示す場合と同様に図４のステップＳ３０２に移行し、ステップＳ３０１Ｎにおいて最適な計測条件と評価を得たこの計測条件の下で既に取得してある画像信号情報に基づいて（画像信号情報から抽出して）テンプレートを作成する。

なお、基準パターン情報（テンプレート情報）の元となるパターン（マーク）信号としてウエハＷ上に描画されたパターン（アライメントマーク、回路パターンの一部など）の他に、例えば計測条件を種々変更してシミュレーションによって最適計測条件を求める際に使用されるシミュレーション信号を利用してもよい。

次に、上述したテンプレート作成方法により作成したテンプレートを利用した、本発明の位置計測方法、露光方法の各実施態様について図７、図８及び図９を参照してそれぞれ説明する。

図７は、図１乃至図３に示す方法で作成したテンプレートを使用して位置計測を行い、露光処理する、第１の実施態様を示している。

この図７に示す実施態様では、複数の（複数種の）計測条件毎にテンプレートを作成しておき、実際の位置計測時にその際の計測条件（主制御系１５内のメモリ上に記憶されている実際のサーチアライメント計測処理に使用される種々の計測条件）と同じかあるいはそれに近い計測条件の下で作成したテンプレートを選択、使用してサーチアライメント計測を行い、次いでファインアライメント計測を行ってショット領域の位置を算出した後、露光処理する。

具体的には、先ず、図７に示すように、ステップＳ４０１において、処理対象のウエハＷを、プリアライメントを経てウエハホルダ８に載置する。これは、例えば露光装置１００の図示しないプリアライメント計測部及びウエハＷの搬送系が協働して、ウエハＷを搬送する際にウエハＷに形成されたオリエンテーション・フラットやノッチ等を用いてウエハＷの方向を検出し、回転テーブル等によりこれを所定の向きに調整し、次いでウエハＷを撮像した画像よりウエハＷの回転量及び中心位置を検出し、ウエハＷをウエハホルダ８に受け渡す際に受け取り位置の調整、或いは搬送アームやウエハ受け取りピンの回転量を調整して、ウエハＷを所望の位置及び方向でウエハホルダ８上に載置して行う。

ステップＳ４０２において、ウエハホルダ８上のウエハＷを対象とし、サーチアライメント計測で使用するテンプレートを作成するか否かの判定を行い、テンプレート作成を行う場合にはステップＳ４０３に移行し、テンプレート作成を行わない場合には直ちにステップＳ４０４に移行する。

テンプレート作成対象となるウエハＷは、本実施態様では、例えば各ロットの最初のウエハＷ（２５枚のウエハＷで１ロットとする場合、各ロットの最初の１枚目のウエハＷ）とするが、ロット内の所定番目のウエハＷ、或いは所定枚数毎のウエハＷを選択するようにしてもよい。また、全てのウエハＷをテンプレート作成対象としてもよい。また、同一のプロセスを施す一連のロット１枚あるいは複数枚のウエハＷを共通的に選択してテンプレート作成を行い、ロットごとにテンプレート作成を行わないようにしてもよい。また、露光処理にかかわる所定の処理の結果、検査結果あるいは所定の特性の計測結果等に基づいてテンプレート作成を行うウエハＷを決定するようにしてもよい。

ステップＳ４０３において、図１、図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０６（Ｓ１０４Ａ〜Ｓ１０４Ｅ）又は図３のステップＳ２０１〜Ｓ２０８に示す何れかの方法によって、計測条件毎にそれぞれテンプレートを作成する。

ステップＳ４０４において、ステップＳ４０３で作成したテンプレートを使用してサーチアライメント計測を実行する。使用するテンプレートはサーチアライメント計測時の計測条件と同じか又はそれに近い計測条件の下で作成されたテンプレートを選択する。このサーチアライメント計測では、まず位置計測箇所ごとにウエハＷ上の所定領域の画像（視野画像、パターン信号）を取り込む。具体的には、露光装置１００の主制御系１５でステージコントローラ１３及び駆動系１４を介して位置計測対象のパターンがアライメントセンサ（アライメント光学系２０）の観察視野内に入るようにウエハステージ９を駆動し、その観察視野内のパターンをイメージセンサ３８で撮像して、その画像信号（パターン信号）をＦＩＡ演算ユニット４０の画像信号記憶部４０Ａに記憶する。次いで、記憶した画像信号からその位置計測箇所に対応する位置計測対象のパターンをパターンマッチングにより検出して、その位置情報を得る。すなわち、ＦＩＡ演算ユニット４０のデータ処理部４０Ｃでテンプレートデータ記憶部４０Ｃに記憶されているテンプレートと同じサイズの窓により画像信号記憶部５０に記憶されている画像信号を走査し、サーチアライメント計測時の計測条件と同じか又はそれに近い計測条件の下で作成されたテンプレートデータとの照合（テンプレートマッチング）を行い、位置計測対象のパターンの位置情報を得る。これをサーチアライメント計測のために予め設定されたウエハＷ上の複数の位置計測箇所においてそれぞれ位置計測対象のパターンの画像を取り込み、マッチングの処理を順次繰り返す。そして、ウエハＷ上の全ての位置計測箇所において、位置計測対象のパターンの位置情報を得たら、これに基づいて所定の演算を行い、ウエハＷの回転量やＸＹ方向でのずれ等を求める。サーチアライメント計測が終了したらステップＳ４０５に移行する。

ステップＳ４０５においてファインアライメント計測を実行する。このファインアライメント計測では、アライメントセンサ（アライメント光学系２０）によりウエハＷ上の各ショット領域の位置ずれを検出する。すなわち、ウエハＷ上のショット領域に対応して形成されたファインアライメント用のアライメントマークを検出し、そのアライメントマークの位置を求めて、各ショット領域の回転量や位置ずれを検出する。本実施形態では、検出した画像信号の波形信号に対してエッジ計測手法（例えば特開平４−６５６０３号公報等に開示）による信号処理を施すことにより、アライメントマークの検出及びその位置情報の検出を行う。

ファインアライメント計測では、ウエハＷ上の各露光ショット領域に対応して設けられたアライメントマークの全てを検出して行ってもよいし、あるいはショット領域の位置算出処理の際に統計演算処理（ＥＧＡ）を行うためにウエハＷ上の幾つかのショット領域を選択し、選択されたショット領域に対応するアライメントマークを検出してもよい。

ファインアライメント計測が終了したら、ステップＳ４０６のショット領域の位置算出に移行する。このステップＳ４０６においては、まずデータ処理部４０Ｃによりサーチアライメント計測の結果及びファインアライメント計測の結果に基づいて、例えばＥＧＡ処理等を行いウエハＷ上の各露光ショット領域の位置を算出し、次いで主制御系１５により予め管理されているベースライン量及び算出したショット領域の位置ずれ量に基づいてレチクルＲとウエハＷのショット領域との位置合わせを行う。

このようにして位置合わせを行った後、ステップＳ４０７の露光処理に移行して各ショット領域にレチクルＲのパターン像を正確に重ね合わせ、露光を行う。

上述した第１の実施態様では、位置計測を行う際に設定される計測条件（照明条件や電気処理上の条件など）毎にテンプレート情報（基準パターン情報）を準備する場合について説明している。この第１の実施態様によれば、例えば設定された照明条件毎にテンプレートを適宜選択使用したり、設定された電気的計測条件（フィルタリング処理、信号ゲインの設定制御・信号オフセットの設定制御などの前処理条件）毎にテンプレートを適宜選択使用したりすることが可能となる。位置計測演算で使用するテンプレートを照明条件毎に適宜切り換えて使用するということは、設定された照明条件に応じて位置計測処理に用いる信号処理アルゴリズムを適宜切り換えて使用することでもある。例えば、照明条件として照明光の波長を切り換えた場合、その照明光の波長に基づいて複数のテンプレートの中から１つのテンプレートを選択使用することは、その照明光の波長に最適な信号処理アルゴリズムを選択することでもある。

上記の信号処理アルゴリズム（選択対象の信号処理アルゴリズム）としては、上述した第１の実施態様のテンプレート（アルゴリズムの一種）に限定されるものではない。例えば、演算手法として上述したテンプレートマッチング処理や、あるいは例えば特開平４−６５６０３号公報等で公知の位置計測処理手法（スロープ検出処理又はエッジ計測処理）など、互いに計測原理（計測手法、計算タイプ）の異なる複数の演算処理アルゴリズムを用意しておき、それらの中から照明条件に応じて最適な演算処理アルゴリズムを選択するようにしてもよい。

また、上記の信号処理アルゴリズムとしては、演算処理アルゴリズムに限定されるものではなく、例えば上述したような前処理アルゴリズム（フィルタリング処理、信号ゲインの設定制御・信号オフセットの設定制御など）も複数種用意しておき、それらの中から照明条件に応じて最適な演算処理アルゴリズムを選択するようにしてもよい。

また、照明条件に応じて上述した前処理アルゴリズムと演算処理アルゴリズムの中から最適な組み合わせを選択するようにしてもよい。

このように照明条件に応じて最適な信号処理アルゴリズムを選択使用して位置計測処理を行うことにより、より高精度な位置計測を行うことが出来る。

図８は、このように照明条件毎に信号処理アルゴリズム（前処理アルゴリズム）を選択使用して位置計測を行い、次いで露光処理する、第１の実施形態の変形例を示している。

先ず、図８のステップＳ５０１において、複数の照明条件の中から、パターンの信号情報を得る際の照明条件を設定する。照明条件としては、図１のステップＳ１０２で説明したように、例えば、パターンを照明する照明光の波長、照明光の光路に設置された照明光束開口絞り２６の開口形状、開口数がある。また、パターンとしては、図１のステップＳ１０１で説明したように、ウエハＷ上のアライメント計測を実行する位置計測箇所（２箇所以上の複数箇所）にあるアライメントマーク、回路パターンの一部等がある。

次いで、ステップＳ５０２において、複数の信号処理アルゴリズムの中から光電変換された信号情報を処理する際に使用する信号処理アルゴリズムを、ステップＳ５０１で設定された照明条件に基づいて設定する。この信号処理アルゴリズムとしては、光電変換された信号情報を用いた位置計測演算処理を行う前に該信号情報に加えられる前処理アルゴリズムと、この前処理された信号情報を用いて行われる演算処理アルゴリズムとを含む。そして、前処理アルゴリズムには、光電変換された信号情報から所定帯域の周波数成分を除去するローパス／ハイパス／バンドパス・フィルタリング処理アルゴリズムと、信号情報のゲイン又はオフセットを制御するアルゴリズム等を含む。また、演算処理アルゴリズムには、相関演算処理アルゴリズムで使用する上述したテンプレート情報も含む。ステップＳ５０１で設定された照明条件に応じて上述した前処理アルゴリズムと演算処理アルゴリズムの中から最適な組み合わせを選択するようにしてもよい。

次いで、ステップＳ５０３において、各照明条件とこれに基づいて信号処理アルゴリズムの設定がそれぞれ完了したか否かが判断され、完了した場合にはステップＳ５０４に移行し、完了しない場合にはステップＳ５０１に戻り、ステップＳ５０１，５０２，５０３が繰り返される。

ステップＳ５０４において、ステップＳ５０１で選択設定された照明条件の下でウエハＷ上のパターンを照明して、該パターンの光電変換された信号情報を得る。

ステップＳ５０５において、光電変換して得られたパターンの信号情報を、ステップＳ５０２で設定された信号処理アルゴリズムを用いて処理して、位置計測を実行する。

ステップＳ５０６において、ステップＳ５０５での位置計測結果に基づいて例えばＥＧＡ処理等を行いウエハＷ上の各露光ショット領域の位置を算出し、次いで主制御系１５により予め管理されているベースライン量及び算出したショット領域の位置ずれ量に基づいてレチクルＲとウエハＷのショット領域との位置合わせを行う。

このようにして位置合わせを行った後、ステップＳ５０７の露光処理に移行して各ショット領域にレチクルＲのパターン像を正確に重ね合わせ、露光を行う。

これにより、上述したようにより高精度な位置計測を行い、これに基づいて露光処理を行うことが出来る。

図９は、図４乃至図６に示す方法で作成したテンプレートを使用して位置計測を行い、次いで露光処理する、第２実施態様を示している。

この図９に示す実施態様では、テンプレートの作成に際して位置計測に最適な計測条件を求め、この最適な計測条件の下でテンプレートを作成しておき、位置計測時に、この最適な計測条件とその下で作成したテンプレートとを使用してサーチアライメント計測を行い、続いてファインアライメント計測を行い、ショット領域の位置を算出した後、露光処理する。

なお、図９中、ステップＳ６０１は図７のステップＳ４０１と、またステップＳ６０２は図７のステップＳ４０２と、またステップＳ６０６は図７のステップＳ４０５と、またステップＳ６０７は図７のステップＳ４０６と、またステップＳ６０８は図７のステップＳ４０７と対応しており、それぞれ同じ内容なので、説明の重複を避けるため、それらの詳細な説明を省略する。

先ず、図９のステップＳ６０１においてプリアライメントを行い、次いでステップＳ６０２においてテンプレートを作成するウエハＷか否かの判定を行い、テンプレートを作成するウエハＷの場合にはステップＳ６０３に移行し、テンプレートを作成しないウエハＷの場合には直ちにステップＳ６０５に移行する。

ステップＳ６０３においては、上述した図５のステップＳ３０１Ａ〜Ｓ３０１Ｄ又は図６のステップＳ３０１Ｊ〜Ｓ３０１Ｎに示す何れかの方法によって位置計測に最適な計測条件を求める。すなわち、計測条件を種々変更して得られた画像信号情報からその特徴量（信号強度、振幅、ノイズ振幅、最適フォーカス位置等）を抽出し、各画像信号情報の特徴量を比較して最適な計測条件を決定するか、あるいは計測条件毎にテンプレート候補を作成し、実際にサーチアライメント計測を行った際の計測処理時間、計測精度、ノイズに対するロバスト性を比較して最適な計測条件を決定する。

次いで、ステップＳ６０４において、ステップＳ６０３で求めた最適な計測条件の下でテンプレートを作成する。このとき、ステップＳ６０３で最適な計測条件を求める際に採取された画像信号情報があり、この画像信号情報は画像信号記憶部４０Ａに既に記憶されているので、テンプレート作成の際、これを画像信号記憶部４０Ａから読み出してテンプレートを作成する。

次いで、ステップＳ６０５において、最適な計測条件（ステップＳ６０３）の下で、テンプレート（ステップＳ６０４）を使用してサーチアライメント計測を実行する。サーチアライメント計測の具体的な内容は、図７のステップＳ４０４で説明した方法と同じであるので、その説明は省略する。そして、ウエハＷ上の全ての位置計測箇所において、位置計測対象のパターンの位置情報を得たら、これに基づいて所定の演算を行い、ウエハＷの回転量やＸＹ方向でのずれ等を求める。サーチアライメント計測が終了したらステップＳ６０６に移行し、ファインアライメント計測を実行する。

このファインアライメント計測では、アライメントセンサ（アライメント光学系２０）によりウエハＷ上の各ショット領域の位置ずれを検出するが、その具体的な内容は図７のステップＳ４０５で説明した方法と同じであるので、その説明は省略する。

ファインアライメント計測が終了したら、ステップＳ６０７のショット領域の位置算出に移行する。このステップＳ６０７において、ウエハＷ上の各露光ショット領域の位置を算出し、次いでレチクルＲとウエハＷのショット領域との位置合わせを行う。

このようにして位置合わせを行った後、ステップＳ６０８の露光処理に移行して各ショット領域にレチクルＲのパターン像を正確に重ね合わせ、露光を行う。

本発明は、上記実施態様で説明したものに限定されず、本発明の範囲内において種々変更することが出来る。

例えば、図１に示す実施態様では、照明光の波長、絞りの開口数、開口形状及び信号処理アルゴリズムを計測条件とし、また図３に示す実施態様では、照明光の波長と絞りの開口数、開口形状とを計測条件とした場合を示したが、照明光の波長、絞りの開口数、開口形状及び信号処理アルゴリズムの何れか一つを計測条件として選択し、この選択した計測条件を種々変更し、各計測条件の下でテンプレートを作成するようにしてもよい。

また、上記実施態様では、サーチアライメント計測の際に上述したようなテンプレートマッチング処理を行うものとしたが、ファインアライメント計測の際にも上述のサーチアライメント手法と同様にファインアライメント計測条件毎にテンプレートを作成しておき、実際のファインアライメント計測条件（主制御系１５内のメモリ等に記憶されている情報）に基づいて最適なテンプレートを選択し、それを使用してテンプレートマッチングを行って位置計測を行うようにしてもよい。

また、図１に示す実施態様では、画像信号情報を評価するのに、図２に示すように位置計測処理時間、情報量（計測精度）及びロバスト性について評価した場合を示したが、これら位置計測処理時間、情報量（計測精度）及びロバスト性のうち、少なくとも何れか１つを評価するようにしてもよい。

また、図４に示す実施態様でも、最適計測条件を決定するのに、図６に示すように位置計測処理時間、情報量（計測精度）及びロバスト性について評価した場合を示したが、これら位置計測処理時間、情報量（計測精度）及びロバスト性のうち、少なくとも何れか１つを評価するようにしてもよい。

また、図４に示す実施態様では、最適計測条件を決定する別の方法として、図６に示すように最適フォーカス位置、信号強度、信号振幅及びノイズ振幅について評価した場合を示したが、これら最適フォーカス位置、信号強度、信号振幅及びノイズ振幅の少なくとも何れか１つを評価するようにしてもよい。

また、基準パターン情報を作成するのに、光学条件である照明条件を含む計測条件を種々変更し、各計測条件の下でそれぞれパターンを実測してこれを利用する（実計測像を利用する）場合に限定されず、例えば、計測条件を種々変更しながら光学シミュレーション演算を実行してマーク信号を仮想的に求める場合（光学像変形シミュレータにより変形予測したパターンを用いる場合）も含まれる。

図１０は、この光学像変形シミュレータにより変形予測したパターンを用いてテンプレートを作成する場合の実施態様を示している。

図１０に示すステップＳ７０１において、まず検出対象のパターンやマークのデータを入力する。このパターンやマークのデータの入力方法は任意である。例えば、回路設計データ、パターンやマークの設計データ，ＣＡＤ入力データ、あるいは最終的なパターンレイアウトの設計データから取得してもよい。また、印刷出力されたパターンやマークの画像、あるいは手書きで形状を表したパターンやマークをスキャナなどで入力してもよい。また、例えばパーソナルコンピュータなどで動作するワードプロセッサや簡易作図ソフトなどにより作図して入力してもよい。手書き又は作図ソフトなどにより文字パターンを入力した場合には、一度これを認識した後、ウエハＷに形成されるのと同じフォントを読み出し、ウエハＷに形成されるパターン情報を得るようにしてもよい。

なお、ウエハＷ上に実際に形成されているパターンやマークをアライメント光学系（アライメントセンサ）２０で撮像して得られたパターン信号を用いることも可能である。この場合、取り込んだパターンに対してさらに変形が予測されることになる。いずれにしてもまずこのステップにおいては、検出対象としたい所望のパターンの形状を規定する情報を任意の方法により入力する。

次に、ステップＳ７０２において、入力されたパターンのデータに基づいてウエハＷ上に形成するパターンの像の基本モデルを作成する。ステップＳ７０１においては、上述したように、種々の方法により、種々のツール・手段を介して種々のフォーマット形式にてパターンデータが入力されるが、このステップＳ７０２においては、必要に応じてウエハＷの回路設計データ、レイアウト情報等を参照し、それら入力されたパターンの形状に関わる情報を、そのパターンを実際にウエハＷ上に形成した状態で所定のフォーマット、データ表現形式により表した情報に変換する。

ウエハＷ上に形成されるパターンが所定のフォーマット、データ表現形式で規定されたら、ステップＳ７０３において、光学像変形シミュレータにより仮想的に基本モデルの像の変形パターンをそれぞれ作成して、これらを仮想モデル情報として記憶する。撮像されるパターン像は、例えば、照明光の波長、光量（絞りの開口形状、開口数）等の照明条件を含む計測条件によって変化するので、この計測条件が分かれば、基本モデルのパターンに対する形状変化を予測することが出来る。このような形状変化を予測する光学像変形シミュレータにより、各計測条件の下での像の変形を求めて、発生し得る変形パターン（信号波形）を順次形成する。

このように想定される変形を考慮した光学像変形シミュレーションを行い、像変形を予測したら、その結果得られた各信号（仮想モデル）に基づいて、ステップＳ７０４において、それぞれテンプレートを決定する。このテンプレートデータは、ＦＩＡ演算ユニット４０のテンプレートデータ４０Ｂに記憶される。

本発明の基準パターン情報の作成方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。 図１中のステップＳ１０４の内容の具体的な内容を示すフローチャートである。 本発明の基準パターン情報の作成方法の第１の実施形態の変形例を示すフローチャートである。 本発明の基準パターン情報の作成方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。 図３中のステップＳ３０１の具体的な内容を示すフローチャートである。 図３中のステップＳ３０１の別の具体的な内容を示すフローチャートである。 本発明の位置計測方法を利用した露光方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。 本発明の位置計測方法を利用した露光方法の第１の実施形態の変形例を示すフローチャートである。 本発明の別の位置計測方法を利用した露光方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。 は本発明の基準パターン情報の作成方法の、図１乃至図６に示す実施態様とは異なる実施態様を示すフローチャートである。 本発明の位置計測装置を装備した露光装置の一実施形態を示す全体構成図である。 図１１中のＦＩＡ演算ユニットの構成を示すブロック図である。 （Ａ）は計測条件（光学条件）の一つである照明光の波長を変えたときの、マーク（１本のラインマーク）の撮像信号波形の変化を示すのに使用される該マークの平面図、同図（Ｂ）は該マークの断面図である。 広帯域の波長（５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）の照明光を図１３に示すマークに照射したときの該マークの撮像信号波形図である。 赤色（波長７００ｎｍ〜８００ｎｍ）の照明光を図１３に示すマークに照射して撮像したときの該マークの信号波形図である。 オレンジ色（波長６００ｎｍ〜７１０ｎｍ）の照明光を図１３に示すマークに照射したときの該マークの撮像信号波形図である。 緑色（波長５３０ｎｍ〜６１０ｎｍ）の照明光を図１３に示すマークに照射したときの該マークの撮像信号波形図である。 （Ａ）計測条件（光学条件）の一つである照明ＮＡを変えたときのマーク（３本のラインマーク）の撮像信号波形の変化を示すのに使用される該マークの平面図、同図（Ｂ）は該マークの断面図、同図（Ｃ）は該撮像信号波形図である。 （Ａ）計測条件（光学条件）の一つである照明ＮＡを変えたときの別のマーク（６本のラインマーク）の撮像信号波形の変化を示すのに使用される該マークの平面図、同図（Ｂ）は該マークの断面図、同図（Ｃ）は該撮像信号波形図である。

符号の説明

１００ 露光装置
１５ 主制御系
２０ アライメント光学系（アライメントセンサ）
２１ ハロゲンランプ
２２ 波長選択フィルタ
２６ 照明光束開口絞り
３６ ＮＡ絞り
３８ イメージセンサ
４０ ＦＩＡ演算ユニット
４０Ａ 画像情報記憶部
４０Ｂ テンプレートデータ記憶部
４０Ｃ データ処理部
４０Ｄ 制御部
Ｒ レチクル
Ｗ ウエハ
ＥＬ 露光光
ＩＬ 照明光学系
ＰＬ 投影光学系

Claims (19)

1. 物体上の所定領域内にあるパターンに対応する信号情報に基づいて、該物体の所定領域の位置計測を行う際に使用される基準パターン情報を作成する方法であって、
   前記パターンの信号情報を得る際の計測条件を種々変更して、この変更した各計測条件の下で得られる前記信号情報をそれぞれ取得し、
   前記取得した前記各信号情報に基づいて、前記計測条件毎に前記基準パターン情報をそれぞれ作成することを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
2. 請求項１に記載の基準パターン情報の作成方法において、
   前記計測条件は、前記信号情報を得る際に前記パターンを照明する照明光の波長、及び／又は、前記照明光と前記パターンを反射した反射光の少なくとも一方の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状であることを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
3. 物体上の所定領域内にあるパターンに対応する信号情報に基づいて、該物体の所定領域の位置計測を行う際に使用する基準パターン情報を作成する方法であって、
   前記位置計測に最適な計測条件を求める工程と、
   前記工程で求めた最適な計測条件の下で前記パターンの信号情報を取得する工程と、
   前記工程で取得された前記信号情報に基づいて、前記基準パターン情報を作成する工程と、を備えることを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
4. 請求項３に記載の基準パターン情報の作成方法において、
   前記最適な計測条件には、最適フォーカス位置が含まれることを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
5. 請求項３に記載の基準パターン情報の作成方法において、
   前記最適な計測条件を求める工程は、
   前記パターンの前記信号情報を得る際の計測条件を変更し、この変更した計測条件毎にそれぞれ前記信号情報を取得する工程と、
   前記取得された前記各信号情報のデータからその特徴量を抽出する工程と、
   前記抽出された前記特徴量に基づいて前記最適な計測条件を求める工程と、を含むことを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
6. 請求項４に記載の基準パターン情報の作成方法において、
   前記特徴量は、前記データの信号強度、信号振幅及びノイズ振幅の少なくとも何れか一つであることを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
7. 請求項３に記載の基準パターン情報の作成方法において、
   前記最適な計測条件を求める工程は、
   前記パターンの前記信号情報を得る際の計測条件を変更し、この変更した計測条件毎にそれぞれ前記信号情報を取得する工程と、
   前記取得工程で取得された前記各信号情報に基づいて前記基準パターン情報の候補をそれぞれ作成する候補作成工程と、
   前記候補作成工程で作成した前記各基準パターン情報の候補を使用して前記位置計測を行った際の計測処理時間、計測精度又はノイズに対するロバスト性の少なくとも１つを評価する評価工程と、
   前記評価工程の評価結果から前記位置計測に最適な計測条件を選択する選択工程と、を含むことを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
8. 物体上の所定領域内にあるパターンに対応する信号情報に基づいて、該物体の所定領域の位置計測を行う際に使用する基準パターン情報を作成する方法であって、
   前記所定領域内にあるパターンのうち、前記位置計測に使用されるパターンを選択するパターン選択工程と、
   前記パターン選択工程で選択された前記パターンを照明する計測用照明光の波長を、計測条件の１つとして選択して設定する波長選択・設定工程と、
   前記照明光と該照明光を前記パターンに照射して得られる該パターンからの反射光の少なくとも一方の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状を、別の計測条件の１つとして選択して設定する絞り選択・設定工程と、
   前記波長選択・設定工程で設定された波長を有する前記計測用照明光と、前記絞り選択・設定工程で選択された開口数及び／又は開口形状の絞りを使用して、前記パターン選択工程で選択された前記パターンを照明して該パターンの画像信号情報を取得する取得工程と、
   前記画像取込工程で取り込んだ前記画像信号情報の適否について、該画像信号情報基づいて作成した仮の基準パターン情報を使用して前記位置計測を行ったときの位置計測結果から評価する評価工程と、
   前記評価工程で評価を得た前記画像信号情報に基づいて基準パターン情報を作成する作成工程と、
   前記照明光の各波長と前記絞りの各開口数及び／又は開口形状での下でそれぞれ各画像信号情報を取得し、該各画像信号情報に基づいてそれぞれ前記基準パターン情報を作成したか否かを判定する判定工程と、を備え、
   前記判定工程で各波長、各開口数の下でそれぞれ前記基準パターン情報を作成していないと判定された場合に、前記波長選択・設定工程、前記絞り選択・設定工程、前記取得工程、前記評価工程及び前記作成工程を、各波長、各開口数及び／又は開口形状の下でそれぞれ前記基準パターン情報を作成するまで、繰り返すことを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法において、
   前記物体上に形成されたパターンは、位置合わせ用マーク、及び／又は、該物体上に形成された回路パターンの一部であることを特徴とする基準パターン情報の作成方法。
10. 物体上の所定領域内のパターンを照明して取得した該パターンの信号情報に基づいて作成した基準パターン情報を使用して、該物体の所定領域の位置計測を行う位置計測方法であって、
    請求項１乃至９に記載の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって基準パターン情報を作成し、
    前記位置計測の際、該位置計測の計測条件と同じ計測条件の下で作成した前記基準パターン情報を選択し、該基準パターン情報を使用して前記物体の所定領域の位置計測を行うことを特徴とする位置計測方法。
11. 物体上の所定領域内のパターンを照明して取得した該パターンの信号情報に基づいて作成した基準パターン情報を使用して、該物体の所定領域の位置計測を行う位置計測方法であって、
    請求項１乃至９に記載の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって基準パターン情報を作成する際に、前記位置計測に最適な計測条件を求めることを特徴とする位置計測方法。
12. 物体上の所定領域内のパターンを照明して取得した該パターンの信号情報に基づいて作成した基準パターン情報を使用して、該物体の位置計測を行う位置計測装置であって、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の基準パターン情報の作成方法によって前記基準パターン情報を作成する作成手段と、
    前記作成手段で作成した基準パターン情報のなかから前記位置計測を行う際の計測条件と同じ計測条件の下で作成した基準パターン情報を選択する選択手段と、
    前記選択された基準パターン情報を使用し、前記所定領域内の該基準パターン情報に対応するパターンの位置情報を検出する位置情報検出手段と、を有することを特徴とする位置計測装置。
13. 物体上に形成されたパターンを照明して、光電変換により取得した該パターンの信号情報に基づいて、該物体の位置計測を行う位置計測方法であって、
    複数の照明条件の中から、前記パターンの信号情報を得る際の照明条件を設定し、
    複数の信号処理アルゴリズムの中から前記光電変換された前記信号情報を処理する際に使用する信号処理アルゴリズムを、前記設定された照明条件に基づいて設定し、
    前記設定された照明条件の下で照明して取得された前記信号情報を、前記設定された信号処理アルゴリズムを用いて処理することにより、前記位置計測を行うことを特徴とする位置計測方法。
14. 請求項１３に記載の位置計測方法において、
    前記照明条件は、前記信号情報を得る際に前記パターンを照明する照明光の波長と、前記照明光の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状とのうちの少なくとも１つを含み、
    前記信号処理アルゴリズムは、前記光電変換された信号情報を用いた位置計測演算処理を行う前に該信号情報に加えられる前処理アルゴリズムと、該前処理された信号情報を用いて行われる演算処理アルゴリズムとのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする位置計測方法。
15. 請求項１４に記載の位置計測方法において、
    前記前処理アルゴリズムは、前記信号情報から所定帯域の周波数成分を除去するフィルタリング処理アルゴリズムと、前記信号情報のゲイン又はオフセットを制御するアルゴリズムとのうちの少なくとも１つを含み、
    前記演算処理アルゴリズムは、相関演算処理アルゴリズムで使用するテンプレート情報を含むことを特徴とする位置計測方法。
16. 物体上に形成されたパターンを照明して、光電変換により取得した該パターンの信号情報に基づいて、該物体の位置計測を行う位置計測装置であって、
    複数の照明条件の中から、前記パターンの信号情報を得る際の照明条件を設定する照明条件設定手段と、
    複数の信号処理アルゴリズムの中から前記光電変換された前記信号情報を処理する際に使用する信号処理アルゴリズムを、前記設定された照明条件に基づいて設定する信号処理アルゴリズム設定手段と、を有し、
    前記設定された照明条件の下で照明して取得された前記信号情報を、前記設定された信号処理アルゴリズムを用いて処理することにより、前記位置計測を行うことを特徴とする位置計測装置。
17. 請求項１６に記載の位置計測装置において、
    前記照明条件は、前記信号情報を得る際に前記パターンを照明する照明光の波長と、前記照明光の光路中に配置された絞りの開口数及び／又は開口形状とのうちの少なくとも１つを含み、
    前記信号処理アルゴリズムは、前記光電変換された信号情報を用いた位置計測演算処理を行う前に該信号情報に加えられる前処理アルゴリズムと、該前処理された信号情報を用いて行われる演算処理アルゴリズムとのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする位置計測装置。
18. マスクに形成されたパターンの像を、物体としての基板上の所定領域に転写する露光方法であって、
    前記基板上の所定領域に形成された位置計測用パターンの位置情報を、請求項１０，１１，１３，１４又は１５の何れかに記載の位置計測方法を使用して求め、
    前記位置情報に基づいて前記基板上の所定領域を位置合わせし、
    前記位置合わせされた前記基板の所定領域に前記マスクのパターンの像を転写することを特徴とする露光方法。
19. マスクに形成されたパターンの像を、物体としての基板上の所定領域に転写する露光装置であって、
    前記基板上の所定領域に形成された位置計測用パターンの位置情報を求める請求項１２，１６又は１７の何れかに記載の位置計測装置と、
    前記位置情報に基づいて前記基板上の所定領域を位置合わせする位置合わせ手段と、
    前記位置合わせされた前記基板の所定領域に前記マスクのパターンの像を転写する露光手段と、を備えてなることを特徴とする露光装置。

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