JP2017111011A - 位置検出方法、プログラム、位置検出装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成されたマークの位置を検出する時間を短縮できる位置検出方法を提供する。【解決手段】マークの像を含む被検画像を取得する工程と、被検画像とマークに対応したテンプレートとのパターンマッチングにより、被検画像の各画素に対して求めた相関度の分布である第１相関度分布を求める第１工程と、マークについてのパターンマッチングにより求めた第２相関度分布と第１相関度分布の一部との類似度を第１相関度分布における複数の位置において求め、類似度に基づきマークの位置を求める第２工程と、を含む。【選択図】図８

Description

本発明は、位置検出方法、プログラム、位置検出装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。

近年、半導体デバイス、液晶表示素子等のデバイスの微細化、高集積化に伴い、それらの製造に用いられるリソグラフィ装置も高精度化、高機能化が進んでいる。特にマスク、レチクル等の原板と、ウエハ、ガラスプレート等の基板とのアライメント精度は、装置性能に直接影響する重要な性能である。そのため、原板に形成されたパターンと基板上に形成されているパターンとをナノメータのオーダーで位置合わせする微細化技術への期待は非常に大きい。ここで、リソグラフィ装置の例としては、露光装置、インプリント装置、電子描画装置等がある。例えば、露光装置は、基板をステップ駆動しながら、原板上に形成したパターンを基板の複数個所に順次転写していくものである。微細化の要求に加えて、生産性の観点から、スループット（例えば、単位時間内で処理できる基板の枚数）の向上も求められている。

原板と基板の相対的な位置合わせ技術として、基板上に設けられたマークを用いて、プリアライメント、ファインアライメントの２種類のアライメントを実行する方法がある。プリアライメントの役割は、基板搬送装置から基板ステージ上に基板を送り込んだ際の送り込みずれ量を検出し、ファインアライメントが正常に実行できるよう、基板の位置を粗く位置合わせすることである。また、ファインアライメントの役割は、基板ステージ上に置かれた基板の位置を正しく計測し、原板との位置合わせ誤差が許容範囲内になるように精密に位置合わせすることである。

前述したように、プリアライメントは、基板搬送装置から基板ステージ上に基板を送り込んだ際に発生する送り込みずれを検出しなければならない。そのため、マークサイズに比べて広範な検出範囲を有している。このような広範な検出範囲の中にあるマークを検出しＸ、Ｙの座標を算出する方法として、パターンマッチング処理が多く用いられている。

この種のパターンマッチング処理としては、大きく分けると２種類ある。１つは蓄積型光電変換素子を備えたカメラでマークを撮像した画像を２値化して、予め持っているテンプレートとのマッチングを行い、もっとも相関がある位置をマーク位置とする方法である。もう一つは、濃淡画像のまま、濃淡情報を持つテンプレートとの相関演算を行う方法である。後者には、正規化相互相関法などが良く用いられている。

上記のようなパターンマッチング処理は、低コントラスト画像、ノイズ画像、ウエハ加工の際に発生した不良を有する画像などにおいては、マーク検出が困難となる。このようなマークの検出が困難な画像に対して、マークの検出を行うことを可能とするマークの位置検出方法が、特許文献１により開示されている。この方法は、マークがテンプレートと一致しない場合に、あらかじめ用意した異なるテンプレートを用いて、再度パターンマッチングを行うことで、マークの位置の検出を可能とする。

特開２０１３−１０２２３４号公報

特許文献１の位置検出方法は、マークがテンプレートと一致しない場合、テンプレートの形状を変更して、パターンマッチングを繰り返し行う。しかし、あらかじめ用意したテンプレートの中にマークと一致するテンプレートがない場合には、マークの位置を検出できない可能性がある。そのため、より確実にマークの位置を検出できる方法が望まれていた。

そこで、本発明は、より確実にマークの位置を検出できる、位置検出方法、プログラム、位置検出装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての位置検出方法は、基板に形成されたマークの位置を検出する位置検出方法であって、前記マークの像を含む被検画像を取得する工程と、前記被検画像と前記マークに対応したテンプレートとのパターンマッチングにより、前記被検画像の各画素に対して求めた相関度の分布である第１相関度分布を求める第１工程と、前記マークについてのパターンマッチングにより求めた第２相関度分布と前記第１相関度分布の一部との類似度を前記第１相関度分布における複数の位置において求め、前記類似度に基づき前記マークの位置を求める第２工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、より確実にマークの位置を検出できる、位置検出方法、プログラム、位置検出装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法を提供することができる。

位置検出装置を適用した露光装置を例示した図である。 アライメントスコープで取得された被検画像を例示した図である。 テンプレート倍率が一致した場合におけるマークの相関度分布を例示した図である。 被検画像内の類似パターンの相関度分布を例示した図である。 テンプレート倍率が一致しなかった場合におけるマークの相関度分布を例示した図である。 正規化した相関度分布を例示した図である。 サンプル画像とテンプレートとの相関度を例示した図である。 マークの位置を検出する位置検出方法のフローチャートを例示した図である。 検出範囲内のラインにおける相関度分布を例示した図である。 ウエハの露光処理のフローチャートを例示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例では、リソグラフィ装置として露光装置を用いた例について説明する。各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、位置検出装置を適用した露光装置を例示した図である。本実施例の位置検出装置ＡＣ（位置検出部）を適用した露光装置１００を例に説明する。位置検出装置ＡＣはコンピュータなどの情報処理装置（処理部）で構成され、当該情報処理装置はマークの位置を検出するためのプログラムを実行することができる。位置検出装置ＡＣは、画像などの情報を記憶するメモリＭＥＭと、マークの位置検出を行うアライメント処理装置ＡＰを備える。さらに、アライメント処理装置ＡＰは、後述の相関度を算出する相関度分布算出器ＣＤＰと、後述の基準相関度分布（第２相関度分布）を抽出する基準相関度分布抽出器ＭＤＰとを備える。さらに、前記相関度と前記基準相関度分布を比較する比較器ＣＭＰを備える。なお、位置検出装置ＡＣは１つの情報処理装置で構成されても良いし、複数の情報処理装置で構成されても良い。

露光装置１００は、レチクルＲとウエハＷ（基板）をアライメントした後に、照明系ＩＬでレチクルＲに露光光を照射してレチクルＲのパターンをウエハＷ上に投影光学系ＰＯを介して転写する装置である。ウエハＷは、ウエハを保持するチャックＣＨを介して、ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージＳＴＧに搭載されている。ウエハＷ上には、例えばウエハＷのアライメントを行うために、マークＭＡが形成されている。露光装置１００は、マークＭＡを観察するために撮像手段としてのアライメントスコープＳＣを備えている。光源ＬＩから出た光は、ＮＤフィルタＮＤを介して光量が調整され、ファイバや専用光学系でハーフミラーＭに導かれ、投影光学系（不図示）等を介してマークＭＡを照射する。光源ＬＩやＮＤフィルタＮＤの制御は光量調整手段ＬＰにて行われる。マークＭＡの像は、ハーフミラーＭを通過した光によりマーク撮像用カメラＣＡＭ内のイメージセンサであるセンサＳに投影される。

センサＳで受光されたマークＭＡの像は光電変換される。この時、光を蓄積する時間は、ホスト制御装置ＨＯよりマークＭＡの位置や光量の算出手段としての位置検出装置ＡＣ内のアライメント処理装置ＡＰに伝えられ、センサ制御装置ＡＭＰによって制御される。また、光を蓄積する開始タイミングは、ステージ制御手段としてのステージ制御装置ＳＴＣ内のステージ処理装置ＳＰより、ホスト制御装置ＨＯを介してアライメント処理装置ＡＰに伝えられ、センサ制御装置ＡＭＰに指示される。ステージ処理装置ＳＰは、ＸＹステージＳＴＧをモーターＭＯＴで駆動し、位置を干渉計ＰＭで計測する。センサＳで光電変換された信号は、センサ制御装置ＡＭＰにてＡ／Ｄ変換され、デジタル信号情報である画像としてメモリＭＥＭに記憶される。メモリＭＥＭに記憶された画像を用いてアライメント処理装置ＡＰでマークＭＡの位置が検出される。検出されたマークＭＡの位置のデータは、ホスト制御装置ＨＯに伝送される。ホスト制御装置ＨＯは、マークＭＡの位置のデータに基づいて、ステージＳＴＧの移動量を算出して、ステージ制御装置ＳＴＣに伝送する。ステージ制御装置ＳＴＣが伝送された移動量に基づいてステージＳＴＧを制御することによって、ステージＳＴＧが位置合わせされる。

図２は、アライメントスコープで取得された被検画像を例示した図である。被検画像内の検出範囲ＡＲにマークＭＡの像を含んでいる。また、マークＭＡと形状が類似したパターンＤＡの像も含んでいる。本実施例では、マークＭＡの位置をパターンマッチングにて検出する。そのために、相関度分布算出器ＣＤＰは、メモリＭＥＭに記憶された被検画像の検出範囲ＡＲ内の各画素において、マークＭＡに対応したテンプレートとの相関度を求め、検出範囲ＡＲ内の相関度の分布を算出する。ここで、マークＭＡに対応したテンプレートとは、テンプレートを構成する特徴点をマークＭＡのエッジに配置し、各特徴点におけるエッジの位置と方向の情報を含み、マーク画像との相関度を求めるためのものである。なお、マーク画像は、マークＭＡを撮像して得られる画像としても良いし、マークＭＡの形状に関する設計情報から作成される画像としても良い。また、相関度とは被検画像の一部とテンプレートとの相関性（類似性）を表す尺度である。例えば、正規化された相互相関（ＮＣＣ）といった類似度を用いて相関度を求めても良いし、差の二乗和（ＳＳＤ）、差の絶対値和（ＳＡＤ）といった相違度を用いて相関度を求めても良い。

基準相関度分布抽出器ＭＤＰは、メモリＭＥＭに記憶されたマーク画像の各画素において、マークＭＡに対応したテンプレートとの相関度を求め、マークの画像内の相関度の分布を算出する。相関度分布算出器ＣＤＰにて算出した相関度分布と、基準相関度分布抽出器ＭＤＰであらかじめ算出しておいた基準相関度分布とを比較器ＣＭＰで比較し、相関度分布内の基準相関度分布と形状が類似である位置をマーク位置として検出する。ここで、相関度分布とは、画像における一定の範囲にある画素に対する相関度の分布である。Ｘ方向または、Ｙ方向に対する一次元の分布であっても良いし、Ｘ、Ｙ方向に対する２次元の分布であっても良い。また、基準相関度分布とは、例えばマークといった検出対象の画像における一定の範囲にある画素に対する相関度の分布であり、例えば被検画像における相関度分布との比較をするためのものである。また、相関度分布と同様の方向に対する分布であるので、Ｙ方向に対する一次元の分布であっても良いし、Ｘ、Ｙ方向に対する２次元の分布であっても良い。

相関度分布、基準相関度分布について、図３〜図７を用いて説明する。図３は、テンプレート倍率が一致した場合におけるマークの相関度分布を例示した図である。図３（Ａ）は、テンプレートＴＰａにおける特徴点ＴＰ１ａ〜ＴＰ２０ａを示している。本実施例のパターンマッチングに用いるテンプレートＴＰａは複数の特徴点ＴＰ１ａ〜ＴＰ２０ａで構成されている。テンプレートＴＰａの各特徴点における、被検画像とテンプレートＴＰａとの相関度を、被検画像の画素毎に求めている。特徴点ＴＰ１ａ〜ＴＰ２０ａはマークＭＡのエッジ部に配置されるように設計されている。これにより、前後の画素の変化量が大きいエッジ部に配置された各特徴点において、テンプレートＴＰａと相関性がある場合には、際立って相関度が高くなる。図３（Ｂ）は検出範囲ＡＲ内のマークＭＡ周辺におけるパターンマッチングを行った結果、各画素で求めた相関度を例示した図である。テンプレートＴＰａが最も一致するマークＭＡ中心では相関度が高くなる。図３（Ｃ）は、マークＭＡの周辺におけるパターンマッチングの相関度分布を示しており、図３（Ｂ）に示すＹＣａのＸ方向のラインにおけるマークＭＡ周辺のＸ１ａからＸ２ａまでの区間の相関度分布（第１相関度分布）を示している。マークＭＡ周辺の相関度分布ＣＤ１ａは図３（Ｃ）のように特有の分布を持つ。マークＭＡ周辺の相関度分布ＣＤ１ａを多項式近似したものが相関度分布ＣＤ２ａとなる。この特有の分布はマークの形状とテンプレートの形状から決まる。

図４は、被検画像内の類似パターンの相関度分布を例示した図である。例えば、類似パターンＤＡはテンプレートＴＰａと比較的一致しやすいため、類似パターンＤＡ中心での相関度も高くなる。この類似パターンＤＡをテンプレートＴＰａでパターンマッチングして求めた相関度を、図４（Ａ）に示す。また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＹＣｄのＸ方向のラインにおけるＸ１ｄからＸ２ｄまでの区間の相関度分布を例示した図である。ＣＤ１ｄは、類似パターンＤＡ周辺の相関度分布、ＣＤ２ｄは、類似パターンＤＡ周辺の相関度分布ＣＤ１ｄを多項式近似したものである。同じテンプレートＴＰａを用いても、図３（Ｃ）に示す、マークＭＡ周辺の相関度分布ＣＤ１ａ、ＣＤ２ａと類似パターンＤＡ周辺の相関度分布ＣＤ１ｄ、ＣＤ２ｄは、それぞれ分布形状が異なることが分かる。

次に、図５は、テンプレート倍率が一致しなかった場合におけるマークの相関度分布を例示した図である。図５（Ａ）は、テンプレートＴＰｂにおける特徴点ＴＰ１ｂ〜ＴＰ２０ｂを示している。テンプレートＴＰｂは、マークＭＡに対して特徴点ＴＰ１ｂ〜ＴＰ２０ｂが外側に拡がっているため、特徴点ＴＰ１ｂ〜ＴＰ１２ｂはマークＭＡのエッジに一致していない状態である。このような場合、図５（Ｂ）に示すように、マークＭＡ中心の相関度も低くなる。図５（Ｃ）は、マークＭＡの周辺におけるパターンマッチングの相関度分布を示しており、図５（Ｂ）に示すＹＣｂのラインにおけるマークＭＡ周辺のＸ１ｂからＸ２ｂまでの区間の相関度分布を示している。このとき、マークＭＡ周辺の相関度分布ＣＤ１ｂは、図３（Ｃ）のテンプレート倍率が一致しているときのマーク周辺の相関度分布ＣＤ１ａと分布形状が類似になる特徴がある。なお、テンプレート倍率が一致しなかった場合だけでなく、被検画像が低コントラスト画像であった場合にも、同様に相関度分布ＣＤ１ｂと相関度分布ＣＤ１ａが類似になる特徴がある。

図６は、正規化した相関度分布を例示した図である。図６（Ａ）は、テンプレート倍率が一致しているときのマーク周辺の相関度分布ＣＤ１ａを相関度の強度で正規化した正規化相関度分布ＣＤ３ａを示している。また、正規化相関度分布ＣＤ３ａを多項式近似したものが正規化相関度分布ＣＤ４ａである。一方、図６（Ｂ）は、テンプレート倍率が一致していないときのマーク周辺の相関度分布ＣＤ１ｂを相関度の強度で正規化した正規化相関度分布ＣＤ３ｂを示している。また、正規化相関度分布ＣＤ３ｂを多項式近似したものが正規化相関度分布ＣＤ４ｂである。図６（Ａ）と図６（Ｂ）におけるそれぞれの相関度分布を比較すると、形状が類似することが分かる。

上記の通り、テンプレートの倍率が異なる場合においても、マーク周辺の相関度分布の形状は類似する。この特徴を利用して、マーク周辺の相関度分布ＣＤ１ａを基準相関度分布として位置検出に用いる。

基準相関度分布は、あらかじめサンプル画像を用いて求めておくことができる。図７は、サンプル画像とテンプレートとの相関度を例示した図である。図７（Ａ）に示すように、サンプル画像にはマークＭＡと同じ形状のサンプルマークＭＡｓが存在する。サンプル画像の検出範囲ＡＲｓ内においてテンプレートＴＰａを用いてパターンマッチングにより、サンプル画像とテンプレートＴＰａとの相関度を求める。検出範囲ＡＲｓ内で相関度が最も高い画素をサンプルマークＭＡｓの中心位置とする。中心位置を求めたら、図７（Ｂ）に示すように、中心位置のラインＹＣｓにおけるマーク中心位置を中心としたＸ１ｓからＸ２ｓの範囲の相関度分布を基準相関度分布ＣＤ１ｓとして抽出する。基準相関度分布ＣＤ１ｓを多項式近似したものが基準相関度分布ＣＤ２ｓである。また、図７（Ｃ）は、基準相関度分布ＣＤ１ｓを正規化した正規化基準相関度分布ＣＤ３ｓを示している。また、正規化基準相関度分布ＣＤ３ｓを多項式近似したものが正規化基準相関度分布ＣＤ４ｓである。なお、サンプルマークＭＡｓから基準相関度分布ＣＤ１ｓを正しく抽出するためには、サンプル画像の検出範囲ＡＲｓ内にはサンプルマークＭＡｓ以外に類似パターンが存在しないことが望ましい。また、テンプレート倍率はサンプルマークＭＡｓと一致していることが望ましい。また、サンプル画像は、実際の基板上のマークＭＡを撮像して取得した画像から作成しても良いし、マークＭＡの形状に関する設計情報から演算によって作成しても良い。

つぎに、図８に基づいてマークの位置を検出する位置検出方法について説明する。図８はマークの位置を検出する位置検出方法のフローチャートを例示した図である。ここでは、図２に示す検出範囲ＡＲ内のマークＭＡの位置を検出する例を示す。まず、位置検出を開始するために、検出を行う指定画素を検出範囲ＡＲの原点に設定する（Ｓ１００）。例えば、本実施例では検出範囲ＡＲの原点を左上に置く。次に、指定画素において、テンプレートを用いてパターンマッチングを行い、テンプレートとの相関度を算出する（Ｓ１０１）。１ライン分の相関度の算出が完了したか判定する（Ｓ１０２）。１ライン分の相関度が完了していない場合は、指定画素をＸ方向に進めて（Ｓ１０４）、指定画素における相関度を算出するステップ（Ｓ１０１）に戻る。

１ライン分の相関度の算出が完了した場合、１ライン分の相関度分布から基準相関度分布を検出する（Ｓ１０３）。ここで、基準相関度分布を用いて検出範囲ＡＲ内のマークＭＡの位置を検出する具体的な方法について図９を用いて説明する。図９は、検出範囲内のラインにおける相関度分布を例示した図である。まず、図９（Ａ）に示すように、検出範囲ＡＲ内の指定したラインＹＬにおいて、検出範囲ＡＲのＸ方向の開始位置ＸＳから終了位置ＸＥまでの各画素でパターンマッチングを行い、相関度を算出する。図９（Ｂ）は、ラインＹＬでの開始位置ＸＳから終了位置ＸＥまでの相関度分布ＣＤ５（第１相関度分布）である。また、相関度分布ＣＤ５を相関度の強度で正規化したものが正規化相関度分布ＣＤ６である。次に、相関度分布ＣＤ５の開始位置ＸＳから終了位置ＸＥまで比較範囲ＣＲを移動させ、比較範囲ＣＲ内における相関度分布ＣＤ５の一部が、基準相関度分布ＣＤ１ｓと類似の形状かどうかを検出する。比較範囲ＣＲは、基準相関度分布ＣＤ１ｓの範囲を基準として定める。ここで、相関度分布ＣＤ５の一部と基準相関度分布ＣＤ１ｓとが類似の形状かどうかを比較して、類似であると判定された場合に基準相関度分布ＣＤ１ｓが相関度分布ＣＤ５で検出されたものとする。判定方法としては、比較範囲ＣＲ内で、正規化相関度分布ＣＤ６の一部と正規化基準相関度分布ＣＤ３ｓとの類似度を求め、前記類似度があらかじめ定めた閾値と比較して判定する。例えば、比較範囲ＣＲ内で、正規化相関度分布ＣＤ６の一部と正規化基準相関度分布ＣＤ３ｓと相関度の差分を求め、差分の絶対値の総和があらかじめ決められた閾値以下になる画素をマークＭＡの中心位置ＸＣとして検出する方法がある。また、差分の絶対値の総和の代わりに、差分の二乗の総和を用いても良い。この際に、正規化基準相関度分布ＣＤ３ｓを、多項式近似した正規化基準相関度分布ＣＤ４ｓと、比較範囲ＣＲ内で、正規化相関度分布ＣＤ６の一部を多項式近似した分布との差分を求めても良い。多項式近似することで平滑化されるため、誤差などによる誤検出が減少し、正しくマークＭＡの中心位置が検出される確率が上がるという効果がある。

その他の方法として、相関度分布ＣＤ５の一部と基準相関度分布ＣＤ１ｓとの正規化された相互相関（ＮＣＣ）を類似度として求め、類似度があらかじめ決められた閾値以上となる画素をマークＭＡの中心位置ＸＣとして検出しても良い。また、基準相関度分布ＣＤ１ｓの代わりに、多項式近似された基準相関度分布ＣＤ２ｓを用いて、相関度分布ＣＤ５の比較範囲ＣＲ内も多項式近似して比較に用いても良い。多項式近似することで平滑化されるため、誤差などによる誤検出が減少し、正しくマークＭＡの中心位置が検出される確率が上がるという効果がある。

指定したラインＹＬで基準相関度分布ＣＤ１ｓと類似の形状になっている位置が検出できなかった場合は、ラインＹＬを移動し、再度位置検出を行う。また、相関度分布や基準相関度分布を多項式近似して平滑化する方法について説明したが、移動平均等の演算処理により平滑化した相関度分布や基準相関度分布を用いても良い。この場合も同様に、誤差などによる誤検出が減少し、正しくマークＭＡの中心位置が検出される確率が上がるという効果がある。

ここで、図８に戻って、Ｓ１０５から説明する。１ライン分の相関度分布から基準相関度分布が検出されたか判定する（Ｓ１０５）。基準相関度分布が検出された場合は、前記画素の周辺部に限定して精密検出を行う（Ｓ１０６）。精密検出では、前記画素の周辺部にてパターンマッチングをすることで、周辺部により相関度が高い画素が存在しないかどうかを確認してより正確なマーク中心位置を検出する。このとき、Ｘ方向だけでなくＹ方向にも移動して、一定範囲の画素について精密検出を行っても良い。精密検出でのパターンマッチングにて得られた相関度があらかじめ決められた相関度の閾値を超えている場合は、前記相関度が得られた画素をマークＭＡの中心位置として検出して正常終了する（Ｓ１０７）。また、精密検出では、テンプレートの倍率を変更してパターンマッチングをすることで、より高い相関度が得られるかどうかを確認しても良い。

一方で、Ｓ１０５で１ライン分の相関度分布から基準相関度分布が検出されなかったと判定した場合、検出範囲ＡＲ内の全ラインの処理が完了したかを判定する（Ｓ１０８）。全ラインの処理が完了していない場合、指定画素をＹ方向に進め、Ｘ方向を原点に戻してから（Ｓ１０９）、指定画素における相関度を算出するステップ（Ｓ１０１）に戻る。また、精密検出でのパターンマッチングで得られた相関度が閾値を超えなかった場合（Ｓ１０７）であって、検出範囲ＡＲ内の全ラインの処理が完了していない場合（Ｓ１０８）、も同様に、指定画素における相関度を算出するステップ（Ｓ１０１）に戻る。このような処理は、さらに高精度な位置検出が要求されている場合に有効である。また、検出範囲ＡＲ内の全ラインの処理が完了した場合（Ｓ１０８）、マークＭＡが検出できなかったとして検出エラーになり、終了する。なお、Ｓ１０６及びＳ１０７は、要求されているマークの検出精度によっては省略可能である。省略することで、さらにマークの位置を検出する時間が短縮されるという効果がある。

また、別の位置検出方法として、検出範囲ＡＲ内の全画素における相関度を算出し、相関度があらかじめ決められた閾値を超えていない場合、検出範囲ＡＲ内の相関度分布から基準相関度分布を検出しマークＭＡの中心位置を検出するという方法でも良い。この方法でも、テンプレートの倍率が一致していない場合において、基準相関度分布を検出範囲ＡＲ内のそれぞれの画素について１度だけ相関度を算出すれば良い。よって、従来技術のように、相関度が高い画素が見つかるまでテンプレートの倍率を繰り返し変更して検出する必要がなく、マークの位置を検出する時間が短縮されるという効果がある。また、指定したライン単位で位置検出を行うのではなく、１画素毎に基準相関度分布での位置検出を行っても良い。これにより、検出範囲ＡＲ内の相関度分布から基準相関度分布を検出したときに、位置検出を終了することができるので、マークの位置を検出する時間が短縮されるという効果がある。

また、本実施例では、Ｘ方向の１次元での相関度分布に対して位置検出する方法を説明したが、Ｙ方向の１次元での相関度分布に対して位置検出しても良い。マークとテンプレートの形状によっては、Ｙ方向に特有の基準相関度分布を持つものもあり、位置検出ができる確率が上がるという効果がある。

また、Ｘ方向とＹ方向での位置検出を組合せても良い。例えば、図８のＳ１０８において、Ｘ方向の位置検出において、全画素について完了して検出エラーになった場合に、Ｓ１００に戻り、被検画像の原点からＹ方向に進んで、位置検出を行っても良い。Ｙ方向に沿って相関度分布（第２相関度分布）を求め、マークの画像から求めたＹ方向に沿った基準相関度分布を検出することで、マークＭＡの中心位置ＸＣの検出を行う。２方向での位置検出を行うことで、例えば、マークの不良、マーク上にある異物等の影響により１方向で位置検出ができないときに、位置検出ができる確率が上がるという効果がある。

また、ＸＹ方向の２次元での相関度分布に対して位置検出しても良い。ＸＹ方向の２次元で位置検出することで、検出精度が向上するという効果がある。

また、上記でも説明した通り、基準相関度分布はマークとテンプレートの組み合わせで変わるため、基準相関度分布は、マークとテンプレートの組み合わせ毎に保持することが望ましい。

以上、実施例１の実施形態について説明した。実施例１の実施形態に係る位置検出装置によれば、より確実にマークの位置を検出することができる。

（露光装置を用いたウエハの露光処理）
以下、図１０に基づいて、露光装置を用いたウエハの露光処理について説明する。図１０は、ウエハの露光処理のフローチャートを例示した図である。露光装置のシーケンスがスタートすると、まず、ステージにウエハを搬入する（Ｓ００１）。ステージに搬入されたウエハに対して、プリアライメント（Ｓ００２）、グローバルアライメント（Ｓ００３）の順番でアライメント処理を行う。プリアライメントは、ウエハ上に形成されたマークを低倍率のアライメントスコープで観察する。そして、位置検出装置でマーク位置を検出し、大まかなウエハシフト、ウエハ倍率、及び、ウエハローテーションを求めて、グローバルアライメントを行うために必要なアライメントを行う。グローバルアライメントは、ウエハ上に形成された複数のマークを高倍率のアライメントスコープで観察する。そして、位置検出装置でマーク位置を検出し、検出したマーク位置を統計処理してウエハ上の各ショット位置を高精度に求める。前記プリアライメントやグローバルアライメントの位置検出装置には、本実施例の位置検出装置を用いることができる。グローバルアライメントで求めたショット位置に基づいて、露光処理を行う（Ｓ００４）。全ショットの露光が完了したらウエハを搬出（Ｓ００５）し、次のウエハを搬入する（Ｓ００１）。

全ウエハの露光処理が終了したら（Ｓ００６）、シーケンスを終了する。

以上、本実施例の位置検出装置を用いてアライメントすることで、より確実にアライメントすることができ、スループットが向上する。

（物品の製造方法）
物品として、例えば、デバイス（半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶表示素子等）、カラーフィルター、またはハードディスク等の製造方法について説明する。かかる製造方法は、リソグラフィ装置（例えば、露光装置、インプリント装置、描画装置等）を用いてパターンを基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）に形成する工程を含む。かかる製造方法は、パターンを形成された基板を処理する工程を更に含む。該処理ステップは、該パターンの残膜を除去するステップを含みうる。また、該パターンをマスクとして基板をエッチングするステップなどの周知の他のステップを含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性および生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、リソグラフィ装置は、基板を露光することでパターン形成を行う露光装置に限定されるものではない。リソグラフィ装置は、荷電粒子光学系を介して荷電粒子線（電子線やイオンビームなど）で基板に描画を行って、基板にパターン形成を行う描画装置などの装置であっても良い。また、リソグラフィ装置は、基板の上のインプリント材（樹脂など）を型により成形（成型）して、基板にパターン形成を行うインプリント装置であっても良い。

Claims (16)

1. 基板に形成されたマークの位置を検出する位置検出方法であって、
   前記マークの像を含む被検画像を取得する工程と、
   前記被検画像と前記マークに対応したテンプレートとのパターンマッチングにより、前記被検画像の各画素に対して求めた相関度の分布である第１相関度分布を求める第１工程と、
   前記マークについてのパターンマッチングにより求めた第２相関度分布と前記第１相関度分布の一部との類似度を前記第１相関度分布における複数の位置において求め、前記類似度に基づき前記マークの位置を求める第２工程と、を含む
   ことを特徴とする位置検出方法。
2. 前記第２相関度分布は、基板に形成されたマークを撮像して取得された画像と前記テンプレートとのパターンマッチングにより、前記取得された画像の各画素に対して求めた相関度の分布である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の位置検出方法。
3. 前記第２相関度分布は、前記マークの設計情報から作成された画像と前記テンプレートとのパターンマッチングにより、前記作成された画像の各画素に対して求めた相関度の分布である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の位置検出方法。
4. 前記第２工程において求めた前記マークの位置に基づいて定めた範囲内において、前記テンプレートとは異なるテンプレートとのパターンマッチングにより相関度を求める第３工程と、
   前記第３工程において求めた前記相関度が予め定めた閾値より高い画素の位置から、前記マークの位置を求める第４工程と、を含む
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の位置検出方法。
5. 前記第２工程において、前記第１相関度分布の一部を平滑化した分布と、前記第２相関度分布を平滑化した分布との類似度に基づいて、前記マークの位置を求める
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の位置検出方法。
6. 前記平滑化した分布は、多項式近似した分布である、
   ことを特徴とする、請求項５に記載の位置検出方法。
7. 前記平滑化した分布は、移動平均した分布である、
   ことを特徴とする、請求項５に記載の位置検出方法。
8. 前記第２工程において、前記第１相関度分布の一部と、前記第２相関度分布との正規化された相互相関を求め、前記相互相関が、予め定めた閾値以上となる画素の位置から前記マークの位置を求める
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の位置検出方法。
9. 前記第２工程において、前記第１相関度分布を正規化した相関度分布の一部と、前記第２相関度分布を正規化した相関度分布から、画素毎の相関度の差分の絶対値の総和が、予め定めた閾値以下となる画素の位置から前記マークの位置を求める
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の位置検出方法。
10. 前記第２工程において、前記第１相関度分布を正規化した相関度分布の一部と、前記第２相関度分布を正規化した相関度分布から、画素毎の相関度の差分の二乗の総和が、予め定めた閾値以下となる画素の位置から前記位置を求める
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の位置検出方法。
11. 前記第３工程において、前記テンプレートとは異なるテンプレートは、前記テンプレートと倍率が異なるテンプレートである
    ことを特徴とする、請求項４乃至請求項１０のうちいずれか１項に記載の位置検出方法。
12. 前記第１工程における前記第１相関度分布を求めた前記被検画像における方向とは異なる方向に沿って前記被検画像の画素に対する第１相関度分布を求める第５工程と、
    前記マークについてのパターンマッチングにより、前記異なる方向に沿って求めた第２相関度分布と、前記第１相関度分布の一部との類似度を前記第１相関度分布における複数の位置で求め、前記類似度に基づいて前記マークの位置を求める第６工程と、を含む
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１１のうちいずれか１項に記載の位置検出方法。
13. 請求項１乃至請求項１２のうちいずれかの１項に記載の位置検出方法を情報処理装置に実行させるプログラム。
14. 請求項１乃至請求項１２のうちいずれかの１項に記載の位置検出方法を用いて基板に形成されたマークの位置を検出する位置検出装置。
15. 基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、請求項１４に記載の位置検出装置を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
16. 請求項１５に記載のリソグラフィ装置を用いて、パターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、を有する
    ことを特徴とする物品の製造方法。

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