JP2013131607A - 位置検出装置、インプリント装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、２つの物体の相対位置を検出する位置検出装置として、検出精度を向上させた位置検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の位置検出装置は、光源からの光で２つの物体にそれぞれ形成された回折格子を照明し、前記回折格子の回折光を受光することで、前記２つの物体の相対位置を求める位置検出装置であって、前記回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光を干渉させる光学系と、受光部と、処理部と、を備え、前記受光部は、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光の２光束干渉光を受光し、前記処理部は、前記受光部が受光した、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子からの回折光による２光束干渉光のうち、それぞれの回折格子からの回折光による２光束干渉光が重なっていない領域の２光束干渉光を用いて、前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、位置検出装置、インプリント装置、デバイス製造方法に関する。

インプリント技術は、モールド上の微細構造を樹脂や半導体基板等の被加工物に対して転写する技術であり、近年注目を集めている。このインプリント技術は、真空プロセスなどの大掛りな装置を必要とせず、半導体デバイスを低コストで大量生産することが可能となる。

インプリント技術では、基板上に予め樹脂を塗布した被加工物を準備する。樹脂としては、例えば、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などが利用可能である。この基板上の樹脂と、所望の凹凸パターンが形成されたモールドとを接触させることで、凹凸パターンに樹脂が充填する。樹脂とモールドとを接触させた状態で紫外線照射もしくは加熱工程を経て、樹脂を硬化させる。その後、硬化した樹脂とモールドを離型することにより、被加工物に凹凸パターンが転写される。

基板とモールドとの位置合わせ方法として、特許文献１に示される方法が知られている。モールドに形成された回折格子と基板上に形成された回折格子で回折した光を、検出して基板とモールドとの相対位置を計測するものである。

特表２００６−５１６０６５号公報

しかし、特許文献１の位置検出装置では、モールドの回折格子で回折した光がウエハ上の回折格子で回折する。二回の回折により、センサーで受光する光強度が低減してしまう。特に、ウエハ上の回折格子は、ウエハプロセスにより形成されるため、表面段差が無いか、微小段差で形成され、更にマークの上層にもアライメント光を吸収する膜が形成される場合もあり、回折効率が著しく低下する。この低下した回折効率とモールドの回折格子の回折効率の積でアライメント光の強度が決まるので、センサーで受光するアライメント光の強度は低下する。アライメント検出光の強度が低下すると検出器の電気ノイズなどの影響で、アライメントの計測精度の低下を招いていた。

そこで本発明は、２つの物体の相対位置を検出する位置検出装置の検出精度を向上させることを目的とする。

本発明は、光源からの光で２つの物体にそれぞれ形成された回折格子を照明し、前記回折格子の回折光を受光することで、前記２つの物体の相対位置を求める位置検出装置であって、前記回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光を干渉させる光学系と、受光部と、処理部と、を備え、前記受光部は、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光の２光束干渉光を受光し、前記処理部は、前記受光部が受光した、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子からの回折光による２光束干渉光のうち、それぞれの回折格子からの回折光による２光束干渉光が重なっていない領域の２光束干渉光を用いて、前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする。

本発明は、２つの物体の相対位置を検出する位置検出装置の検出精度を向上させることが出来る。

第１実施形態の位置検出装置を示す図である。 本発明の位置検出装置で検出する回折格子を示す図である。 第２実施形態の位置検出装置を示す図である。 信号の処理方法を説明する図である。 回折格子の回折効率と光学系の収差との波長依存性を示す図である。 回折格子から得られた２光束干渉縞の波長依存性を示す図である。 第５実施形態の位置検出装置を示す図である。 第６実施形態の位置検出装置を示す図である。 第７実施形態の位置検出装置を示す図である。 モールドおよびウエハに形成された回折格子の断面を示す図である。 第８実施形態のインプリント装置を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について図１、図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態である位置検出装置１００の構成を示す図であり、インプリント装置のアライメント検出装置に本発明を適用した例である。以下の実施形態では異なる２つの物体としてモールドとウエハとを用いて、相対位置を求める位置検出装置および位置検出方法について説明する。

図１（Ａ）を用いて位置検出装置１００の構成を説明する。光源１から出射した光は光ファイバ２で、照明光学系３に導光する。光源１は、ハロゲン光源などの広帯域の波長幅を持つ低コヒーレンス光源を使用する。光ファイバ２は、複数のファイバを束ねたバンドルファイバを使用することが好ましい。光源１からの光は、照明光学系３で光強度プロファイルを成型し、ミラー４で偏向した後、検出光学系５を構成するレンズ５ａを介して、モールド６およびウエハ８に入射する。

モールド６とウエハ８の間には、厚さ数ｎｍ〜５０ｎｍと薄い樹脂７が介在している。モールド６とウエハ８には、それぞれ回折格子ＭＡと回折格子ＷＡが形成されており、光源１からの光で照明される。回折格子ＭＡと回折格子ＷＡからは反射光（０次回折光）と±１次回折光が発生し、レンズ５ａに入射する。レンズ５ａの開口数（ＮＡ）は、照明された波長の帯域の全域にわたって、２次以上の高次の回折光が受光されないように設計している。

なお、モールド６の回折格子ＭＡとウエハ８の回折格子ＷＡは、図１（Ｃ）で示すように、位置計測方向（Ｘ方向）に対して垂直な非計測方向（Ｙ方向）にシフトさせて配置する。回折格子ＭＡと回折格子ＷＡは上から見て重ならないようにしている。モールド６の回折格子ＭＡとウエハ８の回折格子ＷＡの±１次回折光は、レンズ５ｂに入射する。一方、モールド６の回折格子ＭＡとウエハ８の回折格子ＷＡからの０次回折光は、遮光板９により遮られるため、レンズ５ｂに入射しない。レンズ５ａとレンズ５ｂで検出光学系５を形成しており、モールド６の下面（ウエハ８の上面とほぼ同じ位置）をＣＣＤ１０（受光部）の受光面上に結像させることが出来る。検出光学系５の結像倍率としては、１０倍から５０倍程度である。

検出光学系５により、モールド６の回折格子ＭＡからの＋１次回折光と−１次回折光はＣＣＤ１０の受光面上で重なる。ウエハ８の回折格子ＷＡからの±１次回折光についても同様にＣＣＤ１０の受光面上で重なる。図１（Ｂ）にはＣＣＤ１０上の干渉縞の強度分布を模式的に示している。２光束干渉光の干渉縞のため、正弦波状の強度分布が得られる。なお、図１（Ｂ）には、ＣＣＤ１０で受光される１ライン（ＭＭ´またはＷＷ´）の光強度分布の例を示している。このように、検出光学系５は回折格子からの回折光による２光束干渉光を形成する光学系である。

この時、ＣＣＤ１０で受光される回折格子で回折した光が干渉した像は、図１（Ｂ）で示すように、回折格子ＭＡからの干渉縞（ＭＭ´）と回折格子ＷＡからの干渉縞（ＷＷ´）とが非計測方向に分離している。また、ＣＣＤ１０で撮像される回折格子からの干渉縞は、±１次回折光による２光束干渉光により形成されるので、図１（Ｂ）に示すように、２光束干渉縞となる。すなわち、回折格子ＭＡと回折格子ＷＡの格子ピッチをいずれもＰとすると、その半分のピッチ（周期）に検出光学系５の結像倍率を掛けた周期の縞模様となる。

このようにして形成された干渉縞を信号処理部１１で処理し、回折格子ＭＡと回折格子ＷＡの相対位置ずれ量を求める。実際の干渉縞の処理においては、回折格子ＭＡ、回折格子ＷＡの非計測方向の大きさに対応する範囲の数〜数十ラインを積算した強度分布を使用する。この時、それぞれの回折格子の像が重なっていない領域の２光束干渉光を用いる。

図１（Ｂ）に示すように、モールド６とウエハ８が計測方向（Ｘ方向）にずれると、回折格子ＭＡと回折格子ＷＡの干渉縞は、相対的に位相ずれが発生する。モールド側の回折格子もウエハ側の回折格子もピッチＰの同じ回折格子が形成されている。位相ずれφの算出方法は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施し、２光束干渉縞のピッチに依存する周波数成分を抽出し、その成分の位相を求めることにより、ぞれぞれの回折格子に対応する干渉縞の位相を検出することが出来る。したがって、位相ずれφは、回折格子ＭＡからの干渉縞の位相をφｍ、回折格子ＷＡからの干渉縞の位相をφｗとすると、以下のように求めることが出来る。
φ＝φｍ−φｗ （１）

更に、位相差が２πに対応する２光束干渉縞のピッチは、モールド（およびウエハ）位置換算でＰ／２であるため、モールド６とウエハ８の相対位置ずれ量ｄＸは以下の（２）式で求めることが出来る。
ｄＸ＝Ｐ×φ／４π （２）

ここでは、回折格子ＭＡと回折格子ＷＡからの干渉縞の位相ずれφ＝０になる箇所を相対位置ずれｄＸ＝０として説明した。しかし、例えば回折格子の製造誤差などにより予め干渉縞の位相ずれが生じている場合は、必ずしも相対位置ずれｄＸ＝０とはならない。予め生じている位相ずれをオフセットとして（２）式に反映させることもできる。

以上、Ｘ方向を計測方向として、相対位置検出方法について説明したが、Ｙ方向に関しても、Ｘ方向の検出用のマークを９０度回転することにより、同様に検出することが出来る。この場合Ｙ方向を計測方向とし、Ｘ方向を非計測方向とすることで、上述した説明と同じ方法で相対位置を求めることができる。

図２を用いて、回折格子の配置方法について説明する。図２はモールド６とウエハ８を位置検出装置１００のＺ方向から見た図を示している。図２（Ａ）は、ウエハ上の１ショット領域に相当する位置に回折格子を配置した例である。ウエハ上のショットの回路パターン領域１５の外側にあるスクライブライン１６上の各辺に、回折格子群ＡＭ＿Ｄ、ＡＭ＿Ｒ、ＡＭ＿Ｕ、ＡＭ＿Ｌが構成されるようにモールド６とウエハ８に回折格子を形成する。

図２（Ｂ）を用いてスクライブライン１６の各辺に配置する回折格子群の構成を説明する。図２（Ｂ）には、スクライブライン１６の下辺に配置する回折格子群ＡＭ＿Ｄの構成を示している。図２（Ｂ）に示すように、回折格子群ＡＭ＿Ｄは、Ｘ方向計測用の回折格子ＡＭ＿ＸとＹ方向計測用の回折格子ＡＭ＿Ｙで構成されている。回折格子ＡＭ＿Ｘは、ウエハに形成された回折格子ＷＡ＿Ｘとモールドに形成された回折格子ＭＡ＿Ｘで構成される。また、回折格子ＡＭ＿Ｙは、ウエハに形成された回折格子ＷＡ＿Ｙとモールドに形成された回折格子ＭＡ＿Ｙで構成される。ウエハ８にはＸ方向計測用の回折格子ＷＡ＿ＸとＹ方向計測用の回折格子ＷＡ＿Ｙを設けている。また、モールド６には、Ｘ方向計測用の回折格子ＭＡ＿ＸとＹ方向計測用の回折格子ＭＡ＿Ｙを設けている。その他の回折格子群ＡＭ＿Ｒ、ＡＭ＿Ｕ、ＡＭ＿Ｌは、それぞれ回折格子群ＡＭ＿Ｄを反時計周りに、９０度、１８０度、２７０度回転した構成としている。

回折格子ＷＡ＿Ｘと回折格子ＭＡ＿Ｘとを用いてＸ方向の相対位置を求め、回折格子ＷＡ＿Ｙと回折格子ＭＡ＿Ｙを用いてＹ方向の相対位置を求める。それぞれの回折格子から相対位置を検出する方法は、上述した相対位置検出方法を用いることができる。

このように、スクライブラインの各辺に設けた、回折格子群ＡＭ＿Ｕ、ＡＭ＿Ｄ、ＡＭ＿Ｌ、ＡＭ＿Ｒの位置に対応する位置に先述の位置検出装置を配置し、ぞれぞれの回折格子群の相対位置を検出するようにすることができる。この構成により、ショット内の４か所に関し、Ｘ方向とＹ方向のモールド６とウエハ８の相対位置検出が可能となる。したがってショットとモールドに関して、シフト、倍率、回転、台形成分のＸ方向とＹ方向のずれ量を求めることが出来る。

図２（Ｃ）と図２（Ｄ）を用いて上記とは異なる形状のマークで構成された回折格子群を説明する。図２（Ｄ）に示すように、３つの回折格子で一方向の位置を計測するようにしても良い。図２（Ｄ）には、スクライブライン１６の下辺に配置する回折格子群ＡＭ＿Ｄの構成を示している。回折格子群ＡＭ＿Ｄは、Ｘ方向計測用の回折格子ＡＭ＿ＸとＹ方向計測用の回折格子ＡＭ＿Ｙで構成されている。

回折格子ＡＭ＿Ｘは、モールドに形成された２つの回折格子ＭＡ＿Ｘとウエハに形成された回折格子ＷＡ＿Ｘとで構成され、回折格子ＡＭ＿Ｙは、モールドに形成された２つの回折格子ＭＡ＿Ｙとウエハに形成された回折格子ＷＡ＿Ｙとで構成される。この場合、干渉縞の位相ずれφはモールドの第１の回折格子ＭＡからの干渉縞の位相をφｍ１、モールドの第２の回折格子ＭＡからの干渉縞の位相をφｍ２、ウエハの回折格子ＷＡからの干渉縞の位相をφｗとすると、以下のように求めることが出来る。
φ＝（φｍ１＋φｍ２）／２−φｗ （３）

以上、説明したように、本発明では、モールドとウエハとの異なる２つの物体に回折格子を設け、それぞれの回折格子からの±１次回折光をＣＣＤの受光面で２光束干渉させて、正弦波の信号を生成している。したがって、モールドの回折格子とウエハの回折格子で２回回折する従来技術に比べて、本発明はそれぞれの回折格子で１回回折するだけである。そのため、光量アップが可能である。例えば、従来の２回回折方式では、モールドとウエハの回折格子の回折効率が共に１％の場合、２回の回折により、０．０１％の光強度になるが、本発明では１回の回折なので１％の光強度となり、１００倍の光量アップになる。光量アップの結果、計測精度が向上する。

本実施形態では、図１（Ｂ）や図２のようにモールドに形成された回折格子とウエハに形成された回折格子がまったく重なっていないものを示した。しかし、モールドに形成された回折格子とウエハに形成された回折格子が部分的に重なっていても構わない。部分的に重なっている場合は、ＣＣＤの受光面で検出した干渉縞のうち、２つの回折格子が重なっていない領域の干渉縞の位相（受光データ）を用いてモールドからの干渉縞とウエハからの干渉縞との位相ずれを求める。

また、０次回折光や２次以上の高次の回折光など±１次回折光以外の光を受光しない構成としているため、正弦波の信号が得られる。アライメントに用いる光源１の調整によって、ＣＣＤ１０の飽和レベルまで信号を拡大した場合、その信号は正弦波の１つの周波数成分しか持たないため、その着目している周波数の正弦波の信号が十分大きな信号となる。一方、±１次回折光以外の光も信号として使用する場合では、他の周波数が混在した信号となるため、信号の最大強度がＣＣＤの飽和レベルになるように強度調整しても、着目した周波数成分同士で比較した信号強度は、本実施例に比べて小さい。したがって、正弦波信号の周波数成分の位相を抽出する場合、その周波数成分の強度が大きいので計測精度が向上する。

さらに、±１次回折光以外の光も信号として使用する場合では、モールドとウエハの間隔（ギャップ）によって、回折格子像が変化するのに対し、±１次回折光の２光束干渉では、モールドとウエハの間隔に依存しない正弦波信号が得られる。モールドとウエハを接触させる前に、モールドとウエハを数μｍ程度の間隔を空けた状態で、モールドとウエハのプリアライメントを実施する場合がある。そのため、モールドとウエハの間隔を空けた状態（近接ギャップ）でアライメント可能な方が好ましい。

また、モールドに形成された回折格子と、ウエハを保持するウエハステージ（不図示）に基準マークとして形成された回折格子とからの干渉縞を検出して、モールドとウエハステージとの相対位置の計測を行う場合もある。モールドと基準マークとが接触することで、モールドが破損するのを防止するために、モールドとウエハとの間隔を空けた方が良い。本実施形態のように±１次回折光の２光束干渉光（干渉縞）を使用することで、モールドとウエハとの間隔に依存した計測誤差を低減することが出来る。

従来はモールドと基準マークに形成された回折格子を重ねて２回回折した光を検出していたが、本実施形態はモールドとウエハに形成された回折格子が重なっていないので光強度の低下を抑えることができ、検出精度が向上する。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態の位置検出装置１００の構成を示す図である。第２実施形態は、第１実施形態に対して、光源１からの照明波長帯域を制限するバンドパスフィルタ１９と受光部としてカラーＣＣＤ２０を使用していることが特徴である。第１実施形態と同じ符号の部分については詳細な説明を省略する。第１実施形態と異なる点を詳細に説明する。

図３（Ａ）において、光源１から出射した光は、バンドパスフィルタ１９を透過する。バンドパスフィルタ１９によって、モールド６およびウエハ８に照明される波長帯域が制限される。その後、モールド６に形成された回折格子ＭＡとウエハ８に形成された回折格子ＷＡで回折された±１次回折光は検出光学系５を通り、カラーＣＣＤ２０の受光面に回折格子からの回折光による２光束干渉光（干渉縞）を形成する。

ここで、バンドパスフィルタ１９の分光透過率の特性を図３（Ｂ）に、また、カラーＣＣＤ２０の受光素子の前に備えられたＲ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタの分光透過率の特性を図３（Ｃ）に示す。カラーＣＣＤ２０のＲ、Ｇ、Ｂの出力は、図３（Ｄ）で示すように、バンドパスフィルタ１９の分光透過率とカラーＣＣＤ２０のＲ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタの分光透過率の積となる。

この事を考慮し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各信号強度がほぼ等しくなるように、バンドパスフィルタ１９およびの各カラーフィルタの分光透過率を設計している。カラーＣＣＤ２０が受光した回折格子の回折光の２光束干渉光（干渉縞）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に分光され、信号処理部１１により処理される。

以下、第２実施形態における、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に分光された２光束干渉縞の処理方法について図４（Ａ）を用いて説明する。カラーＣＣＤ２０が撮像したＲ、Ｇ、Ｂの各色に分光された２光束干渉縞は、それぞれ、信号処理部１１により第１実施形態と同様に処理される。分光された各色について、モールド上回折格子ＭＡからの干渉縞とウエハ上回折格子ＷＡからの干渉縞の位相差を求める。その位相差をφ１、φ２、φ３とする。

続いて、次式のように位相差φ１、φ２、φ３の平均値を求める。
φ＝（φ１＋φ２＋φ３）／３ （４）

そして、先述の（２）式を使用して、モールド６とウエハ８の相対位置ずれ量ｄＸを求めることができる。

このように異なる２つの物体に形成された回折格子の回折光の２光束干渉光（２光束干渉縞）を波長選択部であるカラーフィルタで複数の波長帯域に分けて位相差を求め、この位相差の平均値に基づいて２つの物体の相対位置を求めることができる。

図５（Ａ）は、モールド６に形成された回折格子ＭＡとウエハ８に形成された回折格子ＷＡの回折効率の波長特性の計算例である。ウエハ８の回折格子ＷＡの回折効率Ｉｗ（λ）を点線で、モールド６の回折格子ＭＡの回折効率Ｉｍ（λ）を実線で示した図である。特に、ウエハ８の回折格子ＷＡは、半導体プロセスにより形成されるので、屈折率の異なる膜や、アライメント光を吸収する膜などの多層構造となっているため、波長によって回折効率が変化し易い。

図５（Ｂ）は、検出光学系５で発生する色収差の例である。モールド６の回折格子ＭＡとウエハ８の回折格子ＷＡは、隣接して配置されている。そのため、それぞれの回折格子で回折した＋１次回折光は光学系のほぼ同じ光路を通るので同じ収差の影響を受ける。それぞれの回折格子で回折した−１次回折光も同様に同じ収差の影響を受ける。しかしながら、＋１次回折光と−１次回折光は異なる光路を通るため、異なる収差の影響を受ける。図５（Ｂ）の例は、光軸に対して非対称なコマ収差の影響により発生した＋１次回折光と−１次回折光の光路で発生した収差の差分を示したものである。

なお、球面収差など光軸に対して対称的な収差に関しては、＋１次回折光と−１次回折光が同量の影響を受けるために、その差分はゼロであり、２光束干渉縞の位相に与える影響は小さい。

次に、このように回折格子の回折効率の波長特性に関して、モールドとウエハとで異なり、かつ、検出光学系にコマ収差の波長依存性がある場合について、その影響を考える。

まず、波長選択をしないで、全ての波長帯域の光を用いた２光束干渉縞の例を図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）を用いて説明する。説明を簡単にするために、λ１、λ２、λ３の３波長を使用した場合で説明する。

図６（Ａ）は、モールドの回折格子から得られた波長別の２光束干渉縞の例を示す。このように、回折効率の波長依存性の影響で、ＣＣＤ上の画素で検出される信号強度がλ１、λ２、λ３で異なる。さらに、コマ収差の波長依存性の影響で、ＣＣＤ上の画素で検出される２光束干渉縞の位置（位相）もλ１、λ２、λ３で異なる。

図６（Ｂ）は、ウエハの回折格子から得られた波長別の２光束干渉縞の例を示す。このように、回折効率の波長依存性の影響で、ＣＣＤ上の画素で検出される信号強度がλ１、λ２、λ３で異なる。さらに、コマ収差の波長依存性の影響で、ＣＣＤ上の画素で検出される２光束干渉縞の位置（位相）もλ１、λ２、λ３で異なる。

図６（Ａ）と図６（Ｂ）を波長別に比較すると、波長が同じであれば、コマ収差の波長依存性の影響で発生する位相シフト量は同じ大きさになることが分かる。

次に、図６（Ｃ）は、波長λ１、λ２、λ３を含む照明波長帯域でのモールドの回折格子の２光束干渉縞とウエハの回折格子の２光束干渉縞との例を示す。この２光束干渉縞は実際にＣＣＤ上の画素で取得される縞である。このように、モールドとウエハとの位置ずれが無い場合でも、２つの２光束干渉縞の間に位相差Δφｅが発生している。これは、各波長λ１、λ２、λ３の位相シフト量は同じでも、各波長の信号強度が異なるために位相差が発生する。

続いて、本実施例のように波長選択部で分光し、分光後の２光束干渉縞を個別に処理する場合について、図６（Ｄ）、図６（Ｅ）、図６（Ｆ）を用いて説明する。図６（Ｄ）、図６（Ｅ）、図６（Ｆ）は、モールドとウエハの相対的な位置ずれが無い場合の例である。

図６（Ｄ）は、分光後の波長λ１のモールドの回折格子の２光束干渉縞とウエハの回折格子の２光束干渉縞との例を示す。モールドの回折格子の２光束干渉縞とウエハの回折格子の２光束干渉縞は、回折効率が違うため信号の強度が異なる。しかし、収差による影響は同じなので、ＣＣＤ上で検出される位相のシフト量の大きさはほぼ同じになり、相対的な位相ずれは発生しない。

図６（Ｅ）は、波長λ２の２光束干渉縞の例を示し、図６（Ｆ）は、波長λ３の２光束干渉縞の例を示す。モールドの回折格子からの２光束干渉縞の強度と、ウエハの回折格子の２光束干渉縞の強度は異なる。しかし、モールドの回折格子の２光束干渉縞とウエハの回折格子の２光束干渉縞との相対的な位相ずれは発生しない。

このように、図６（Ｄ）、図６（Ｅ）、図６（Ｆ）において、コマ収差の影響で、モールドとウエハの回折格子の２つの２光束干渉縞の位相が揃ったまま、ＣＣＤ上の画素で検出される位置がシフトすることになる。すなわち、２つの２光束干渉縞のＣＣＤ上の位置は、波長毎に変化するが、波長毎に相対的な位相差が変化しない。このことから、２光束干渉縞を波長毎に検出することで回折効率の波長依存性、収差の影響を受けないで高精度にモールドのウエハの相対位置の検出が可能である。

なお、説明では、簡単のため単波長の場合で説明したが、波長選択部により全波長帯域を所定の波長帯域に分割して、分割された所定帯域毎の２光束干渉縞を処理する場合でも同様に効果を有する。

［第３実施形態］
続いて、第３実施形態の位置検出装置を図３および図４（Ｂ）を用いて説明する。なお、本実施形態の位置検出装置は、第２実施形態で説明した図３の位置検出装置と同じ構成である。第３実施形態は信号処理部１１で実行される信号の処理方法が第２実施形態と異なる。信号処理部１１で実行される処理方法について詳細に説明する。

図４（Ｂ）において、信号処理部１１はカラーＣＣＤ２０から出力される３つの波長帯域における２光束干渉縞を処理する。３つの波長毎に、モールドの回折格子の２光束干渉縞の振幅ＡＭｉ（ｉ＝１、２、３）と、ウエハの回折格子からの干渉縞の振幅ＡＷｉ（ｉ＝１、２、３）とを求める。

次に、３つの波長帯域におけるモールドの回折格子の２光束干渉縞ＩＭｉ（ｉ＝１、２、３）を、先に求めたモールドの回折格子の２光束干渉縞の振幅ＡＭｉで割ることで、波長間で強度を揃えた２光束干渉縞を生成する。同様に、３つの波長帯域におけるウエハの回折格子の２光束干渉縞ＩＷｉ（ｉ＝１、２、３）を、先に求めたウエハの回折格子の２光束干渉縞の振幅ＡＷｉで割ることで、波長間で強度を揃えた２光束干渉縞（振幅で規格化した干渉縞）を生成する。

続いて、波長間で強度を揃えたモールドの回折格子からの２光束干渉縞とウエハの回折格子からの２光束干渉縞とをそれぞれ波長間で足し合わせることで合成する。合成したモールドの回折格子からの干渉縞と、合成したウエハの回折格子からの干渉縞との位相差φを求め、（２）式により、モールドとウエハの相対的な位置ずれの大きさを求める。

本実施形態は、分光した後の２光束干渉縞の強度を、波長間で正規化して積算することにより、モールドとウエハの回折格子の回折効率の波長依存性を無くしている点が特徴である。この処理により、図６（Ａ）および図６（Ｂ）で示したような波長間やモールドとウエハと間で干渉縞の振幅ばらつきが無くなり、その積算した干渉縞の位相差の発生を抑制することが出来る。

［第４実施形態］
続いて、第４実施形態の位置検出装置を図３および図４（Ｃ）を用いて説明する。なお、本実施形態の位置検出装置は、第２実施形態で説明した図３の位置検出装置と同じ構成である。第４実施形態は信号処理部１１で実行される信号の処理方法が第２実施形態と異なる。信号処理部１１で実行される処理方法ついて詳細に説明する。

図４（Ｃ）において、信号処理部１１はカラーＣＣＤ２０から出力される３つの波長帯域における２光束干渉縞を処理する。３つの波長毎に、モールドの回折格子の２光束干渉縞の振幅ＡＭｉ（ｉ＝１、２、３）と、ウエハの回折格子の２光束干渉縞の振幅ＡＷｉ（ｉ＝１、２、３）と、２光束干渉縞の位相差φｉ（ｉ＝１、２、３）とを求める。

続いて、３つの波長帯域における重み係数α、β、γ（α＋β＋γ＝１とする）を決定する。重み係数α、β、γは、２光束干渉縞の振幅ＡＭｉおよび振幅ＡＷｉを用いて決定する。振幅の大きな波長帯域の信号の重みが大きくなるように係数を決定する。この時、モールドまたはウエハのどちらかの２光束干渉縞の振幅が極端に小さい場合は、ゼロとしても良い。振幅が極端に小さい場合は、信号のＳ／Ｎ比が小さいため、計測精度が低下する場合があるからである。このように決定した重み係数α、β、γを使用して、位相差φｉの重み付き平均として位相差φを求め、（２）式により、モールドとウエハの相対位置を求める。

本実施形態は、第２実施形態のように３つの波長域で求めた位相差を単純に平均する方法や、第３実施形態のように振幅で正規化した後に合成した干渉縞を処理する方式に比べて、以下のような効果が生じる。第４実施形態では、振幅が極端に小さい波長帯域の信号の計測値への重みを小さくしているので、波長帯域を狭めた事で発生した低強度の信号の計測精度の低下による影響を抑制することが出来る。

［第５実施形態］
続いて、第５実施形態の位置検出装置を、図７を用いて説明する。第２実施形態の位置検出装置は、波長選択部にカラーＣＣＤのカラーフィルタを使用しているのに対し、本実施形態の位置検出装置は、波長選択部にダイクロイックミラーを使用している点が特徴である。波長選択部について詳細に説明し、その他の構成については、第１実施形態と同様なものについては説明を省略する。

図７（Ａ）において、光源１から出射した光は、バンドパスフィルタ１９により、モールドおよびウエハに照明される波長帯域が制限される。バンドパスフィルタ１９の透過率の波長選択特性は図７（Ｂ）に示す通りである。

その後、モールド６に形成された回折格子ＭＡとウエハ８に形成された回折格子ＷＡで回折されたそれぞれの±１次回折光は検出光学系５を通り、ダイクロイックミラー２８に入射する。ダイクロイックミラー２８の反射特性は図７（Ｃ）に示す通りであり、短波長側が反射されＣＣＤ３２に入射する。ＣＣＤ３２の受光面は、検出光学系５に関して、モールド６の下面の共役な位置にあり、モールド６の回折格子ＭＡの２光束干渉縞とウエハ８の回折格子ＷＡの２光束干渉縞とを検出する。このように、２つの回折格子からそれぞれの干渉縞（回折格子の像）が得られる。

ダイクロイックミラー２８に入射した光の内、ダイクロイックミラー２８を透過した短波長側を除く光は、ダイクロイックミラー２９に入射する。ダイクロイックミラー２９の反射特性は図７（Ｄ）に示す通りである。中波長側が反射されＣＣＤ３１に入射する。ＣＣＤ３１の受光面は、検出光学系５に関して、モールド６の下面の共役な位置にあり、モールド６の回折格子ＭＡの２光束干渉縞とウエハ８の回折格子ＷＡの２光束干渉縞とを検出する。このように、２つの回折格子からそれぞれの干渉縞（回折格子の像）が得られる。

更に、ダイクロイックミラー２９を透過した短波長・中波長側を除く、長波長側の光はＣＣＤ３０に入射する。ＣＣＤ３０の受光面は、検出光学系５に関して、モールド６の下面の共役な位置にあり、モールド６の回折格子ＭＡの２光束干渉縞とウエハ８の回折格子ＷＡの２光束干渉縞とを検出するこのように、２つの回折格子からそれぞれの干渉縞（回折格子の像）が得られる。

このようにダイクロイックミラー２８、２９とＣＣＤ３２、ＣＣＤ３１、ＣＣＤ３０とを用いることで、３つの波長帯域の２光束干渉縞を得ることができる。これらの２光束干渉縞に基づいてモールド６とウエハ８の相対位置を求める。それぞれのＣＣＤで検出された信号が信号処理部１１に入力することで、相対位置を求める処理が実行される。２光束干渉縞の処理方法は、上述のいずれの実施形態を用いても良い。

なお、本実施形態では２つのダイクロイックミラーと３つのＣＣＤとで波長範囲を３分割した例を示したが、ダイクロイックミラーおよびＣＣＤの数を増やして、分割数を増やしても良い。

本実施形態は波長選択部にダイクロイックミラーを使用し、波長帯域別に異なるＣＣＤを使用している。したがって、検出光学系５に軸上色収差（ピント差）が有る場合でも、波長帯域別にそれぞれのＣＣＤを光軸方向に位置調整を行うことが出来る。そのため、検出光学系５に軸上色収差がある場合においても、ＣＣＤの位置調整を行うことで十分な強度の信号を得ることが出来る。

また、波長選択部としては、第２実施形態で説明したカラーＣＣＤの色フィルタや第５実施形態のダイクロイックミラーの他に、バンドパスフィルタを使用することも出来る。この場合、回折格子に広帯域光を照射する前の光路または回折後の光路中に、複数の波長帯域を透過させるバンドパスフィルタ備えた回転板を配置する。回転板を回転することにより、１つのＣＣＤでシーケンシャルに異なる波長帯域の２光束干渉縞を検出することが出来る。

［第６実施形態］
続いて、第６実施形態の位置検出装置１００を、図８を用いて説明する。なお、上述の実施形態の位置検出装置が、モールドおよびウエハに対して、ほぼ垂直な方向から照明しているのに対し、本実施形態の位置検出装置では斜め方向から照明し、斜め方向で受光している点が特徴である。

図８（Ａ）は、モールド６の回折格子ＭＡとウエハ８の回折格子ＷＡの相対位置を検出する位置検出装置１００を示している。図８（Ａ）には、位置検出装置１００は１か所にのみ描いているが、図２のようにショットの各辺のスクライブラインにそれぞれアライメントマークである回折格子を設け、それぞれ対応する位置に位置検出装置１００を配置してもよい。

光源１から出射した光は、ミラー４で偏向され、回折格子ＭＡおよび回折格子ＷＡを回折格子の垂直方向に対して傾斜した方向から照明する。図８（Ｂ）で示すように、回折格子ＭＡおよび回折格子ＷＡは、計測方向であるＹ方向のピッチＰｙと非計測方向であるＸ方向のピッチＰｘの市松格子状の回折格子である。非計測方向のピッチＰｘは、位置検出装置１００のモールド６への入射角度をθ、アライメント用の光源１の照明帯域の中心波長をλｃとした時、下記（５）式を満たすピッチで設計されている。
Ｐｘ＝λｃ／（２ｓｉｎθ） （５）
（５）式を満たす時、非計測方向に１次で、かつ、計測方向に±１次の回折光は、入射方向と逆方向に回折され、検出光学系５に入射する。照明波長帯域内の中心波長λｃ以外の波長の光は、非計測方向の回折角が異なるので、検出光学系５のＮＡ（開口数）内に入る波長の光のみがカラーＣＣＤ２０に入射する。カラーＣＣＤ２０で回折格子ＭＡおよび回折格子ＷＡのそれぞれの回折格子からの±１次回折光の２光束干渉光（干渉縞）を受光する。受光部で受光した干渉光（受光データ）を信号処理することでモールド６とウエハ８の相対位置を求めることができる。信号処理の方法は、上述のいずれの実施形態を用いても良い。

本実施形態では、モールド６の直上に他の部品（例えばＵＶ光源５０やその光学系）などを配置する必要がある場合に、それらの部品と機械的に干渉しない位置に位置検出装置１００を配置することが出来る。

［第７実施形態］
続いて、第７実施形態の位置検出装置を、図９を用いて説明する。本実施形態は異なる層に形成された回折格子を用いて、異なる層の重ね合わせを検査する検査装置としての位置検出装置２００について説明する。上述の実施形態はいずれもモールド６とウエハ８に回折格子を設けてモールドとウエハの異なる２つの物体の相対位置を検出する装置であった。これに対し、本実施形態の位置検出装置２００は、ウエハ上に転写された２つのマークの相対位置ずれ量を求めて重ね合わせを検査する装置である。

図９（Ａ）に示す位置検出装置２００はウエハ８上に形成された回折格子ＷＡと回折格子ＲＡとを検出する。ここでは、ウエハ８上に供給された樹脂７（インプリント材）にモールド６によりパターンが転写された場合について説明する。なお上述の位置検出装置と符号が同じものについては説明を省略する。

計測用のマークは図９（Ｂ）で示すように、Ｘ方向の検査用マークＫＭ＿ＸとＹ方向の検査用マークＫＭ＿Ｙから構成されている。Ｘ方向の検査用マークＫＭ＿Ｘは、リソグラフィの前工程で形成された回折格子ＷＡ＿Ｘと、インプリント工程で形成された回折格子ＲＡ＿Ｘで構成される。また、Ｙ方向の検査用マークＫＭ＿Ｙも同様に、リソグラフィの前工程で形成された回折格子ＷＡ＿Ｙと、インプリント工程で形成された回折格子ＲＡ＿Ｙで構成される。なお、インプリント工程で形成された回折格子ＲＡ＿Ｘおよび回折格子ＲＡ＿Ｙは、最上面に形成されているものとする。また、回折格子ＲＡはインプリント装置によって形成されたものとしたが、光を用いた従来の露光装置によって形成されたレジストパターンでも良く、レジストパターンをエッチングしたパターン（回折格子）でも良い。

図１０（Ａ）は、図９（Ｂ）で説明したＸ方向の検査用マークＫＭ＿Ｘの回折格子ＷＡ＿Ｘの断面ＷＷ’をＹ方向から見た図である。リソグラフィの前工程で形成された回折格子ＷＡ＿Ｘの断面図を示している。図１０（Ｂ）は、図９（Ｂ）で説明したＸ方向の検査用マークＫＭ＿Ｘの回折格子ＲＡ＿Ｘの断面ＲＲ’をＹ方向から見た図である。今回の工程で形成された回折格子ＲＡ＿Ｘの断面図を示している。回折格子ＲＡは最上面に形成されているものとしたが、回折格子ＲＡと回折格子ＷＡとが共に、最上面以外の層に形成されているものを用いても良い。

このように、基板上の互いに異なる層に形成された回折格子の回折光の２光束干渉光（干渉縞）をカラーＣＣＤ２０で検出する。それぞれの回折格子からの干渉縞が重なっていない領域の２光束干渉光である干渉縞（受光データ）を用いて、基板上の互いに異なる層の相対位置を求める。このように、互いに異なる層を異なる物体として、相対位置を求めることができる。

なお、本実施形態の検出系の構成および信号処理の方法は、上述の実施形態に示す構成・処理方法を用いることができる。

［第８実施形態］
図１１は第８実施形態であるインプリント装置３００の構成図である。インプリント装置３００には上述の第１実施形態から第６実施形態のいずれかの位置検出装置１００が備わっている。

インプリント装置３００の構成を説明する。基板としてのウエハ１０１はウエハチャック１０２によって保持される。微動ステージ１０３は、ウエハ１０１のＺ軸回りの回転補正機能、ウエハ１０１のＺ位置および傾きを補正するチルト機能を有し、ウエハ１０１をＸ、Ｙ方向の所定の位置に位置決めするためのＸＹステージ１０４上に配置されている。以下、微動ステージ１０３とＸＹステージ１０４を合せて、ウエハステージと総称する。

ベース定盤１０５にはＸＹステージ１０４が載置される。微動ステージ１０３には、微動ステージ１０３のＸおよびＹ方向の位置を計測するレーザ干渉計からの光を反射する不図示のバーミラーが取り付けられている。

モールド１１０はウエハ１０１上に転写されるパターン形状が表面に形成され、モールドチャック１１１に固定される。モールドチャック１１１は、モールドチャックステージ１１２に載置される。モールドチャックステージ１１２はモールド１１０のＺ軸回りの傾きを補正するチルト機能を有する。

また、アライメント棚１１８に支持されたレーザ干渉計（不図示）によりモールドチャック１１１のＸおよびＹ方向の位置を計測する。モールドチャック１１１およびモールドチャックステージ１１２は、ＵＶ光源１１６から照射されるＵＶ光をモールド１１０へと通過させる。

モールド昇降用リニアアクチュエータ１１５はエアシリンダまたはリニアモータからなり、ガイドバー１１４をＺ方向に駆動し、モールドチャック１１１に保持されたモールド１１０をウエハ１０１に押し付けたり、引き離したりする。アライメント棚１１８は支柱１１９により天板１０９に懸架され、ガイドバー１１４が貫通している。

アライメント棚１１８には基板上にインプリント材（光硬化樹脂）を供給するディスペンサヘッド１３０が備わっている。また、オフアクシスアライメントスコープ１４０（以下ＯＡスコープ）が備わっている。ＯＡスコープ１４０を用いて、ウエハ１０１上の複数ショットのアライメントマークを計測してプリアライメント処理を行う。ＯＡスコープ１４０により、ウエハ１０１を装置にプリアライメントし、位置検出装置１００を使用して、モールド１１０とウエハ１０１の相対位置を合せる。相対位置合わせが完了すると、ＵＶ光源１１６を照射して、インプリント材を硬化させて、ウエハ１０１上にモールド１１０上のパターンを転写する。

モールドとウエハの相対位置検出を行う位置検出装置１００は、上述の実施形態で説明のようにモールドの回折格子とウエハの回折格子の相対位置を計測する。本発明の位置検出装置を用いることでモールドとウエハの位置合わせの精度を向上させることができる。

［デバイス製造方法］
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、上述したインプリント装置を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板）にパターンを転写（形成）する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンを転写された基板をエッチングする工程を含みうる。

なお、パターンドメディア（記録媒体）や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりに、パターンを転写された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも一つにおいて有利である。

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形及び変更が可能である。

１ 光源
３ 照明光学系
４ ミラー
５ 検出光学系
６ モールド
８ ウエハ
９ 遮光板
１０、３０、３１、３２ ＣＣＤ（受光部）
１１ 信号処理部

Claims (14)

1. 光源からの光で２つの物体にそれぞれ形成された回折格子を照明し、前記回折格子の回折光を受光することで、前記２つの物体の相対位置を求める位置検出装置であって、
   前記回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光を干渉させる光学系と、
   受光部と、
   処理部と、を備え、
   前記受光部は、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光の２光束干渉光を受光し、
   前記処理部は、前記受光部が受光した、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子からの回折光による２光束干渉光のうち、それぞれの回折格子からの回折光による２光束干渉光が重なっていない領域の２光束干渉光を用いて、前記２つの物体の相対位置を求める
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記処理部は、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子からの回折光による２光束干渉縞の位相差を用いて、前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記光源は複数の波長の光を照射し、
   前記複数の波長の光を異なる波長毎に選択する波長選択部を有し、
   前記処理部は、前記波長選択部によって選択された波長の回折光による２光束干渉光から、前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の位置検出装置。
4. 前記処理部は、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子からの回折光による２光束干渉縞の位相差を前記異なる波長毎に求め、該異なる波長毎に求めた位相差に基づいて前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
5. 前記異なる波長毎に求めた前記位相差の平均値に基づいて前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記処理部は前記異なる波長毎に前記２光束干渉縞の振幅を求め、前記異なる波長毎に前記２光束干渉縞を前記振幅で正規化した２光束干渉縞を求め、前記正規化した２光束干渉縞を積算した２光束干渉縞の位相差に基づいて、前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
7. 前記処理部は前記異なる波長毎に前記２光束干渉縞の振幅と位相差を求め、前記２光束干渉縞の前記振幅を使用した重み付き平均値に基づいて前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
8. 前記受光部はカラーＣＣＤであり、
   前記波長選択部は前記カラーＣＣＤのカラーフィルタであることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
9. 前記波長選択部はダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
10. 前記回折格子は市松格子状であり、
    前記回折格子の垂直方向に対して傾斜した方向から、前記光源からの光で前記回折格子を照明し、前記回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光の２光束干渉光を受光することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の位置検出装置。
11. 型に形成されたパターンを用いて、基板に供給されたインプリント材に前記パターンを転写するインプリント装置であって、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の位置検出装置を備え、
    該位置検出装置は、前記型に形成された回折格子と前記基板に形成された回折格子の２光束干渉の像を用いて前記型と前記基板の相対位置を求めることを特徴とするインプリント装置。
12. 請求項１１に記載のインプリント装置を用いて基板上にパターンを形成する工程と、
    前記工程で前記パターンが形成された基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
13. 光源からの光で複数の層が形成された基板上の互いに異なる層に形成された２つの回折格子を照明し、前記回折格子の回折光を受光することで、前記互いに異なる層の相対位置を求める位置検出装置であって、
    前記回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光を干渉させる光学系と、
    受光部と、
    処理部と、を備え、
    前記受光部は、前記互いに異なる層に形成された２つの回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光の２光束干渉光を受光し、
    前記処理部は、前記受光部が受光した、前記互いに異なる層に形成された２つの回折格子からの回折光による２光束干渉光のうち、それぞれの回折格子からの回折光による２光束干渉光が重なっていない領域の２光束干渉光を用いて、前記互いに異なる層の相対位置を求める
    ことを特徴とする位置検出装置。
14. 光源からの光で２つの物体にそれぞれ形成された回折格子を照明し、前記回折格子の回折光を受光することで、前記２つの物体の相対位置を求める位置検出方法であって、
    前記回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光を干渉させ、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子の＋１次回折光及び−１次回折光の２光束干渉光を受光部が受光し、前記受光部が受光した、前記２つの物体にそれぞれ形成された回折格子からの回折光による２光束干渉光のうち、それぞれの回折格子からの回折光による２光束干渉光が重なっていない領域の２光束干渉光を用いて、前記２つの物体の相対位置を求めることを特徴とする位置検出方法。

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