JP2013175684A - 検出器、インプリント装置及び物品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの物体間の相対位置を高精度に検出する。
【解決手段】 第１物体と第２物体との第１方向における相対位置を検出する検出器は、前記第１物体に配置された第１マークと前記第２物体に配置された第２マークとを斜めから照明する照明光学系と、前記照明光学系によって照明された前記第１マーク及び前記第２マークで回折された回折光同士の干渉光を検出する検出光学系と、を備える。前記照明光学系は、その瞳面に、少なくとも１つの極を含む光強度分布を形成する。前記検出光学系は、その瞳面に、開口が設けられた絞りを有し、前記開口は、前記第１方向と平行な線分を含む境界を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、異なる２つの物体間の相対位置を検出する検出器、インプリント装置及び物品を製造する方法に関する。

インプリント技術は、微細なパターンが形成された型（モールド）を用いて、基板の上に微細なパターンを形成する技術である。例えば、インプリント技術の１つとして、光硬化法がある。この光硬化法を用いたインプリント技術は、まず、基板の上のインプリント領域であるショットにインプリント材としての樹脂（インプリント樹脂、光硬化性樹脂）を供給する。樹脂にモールドのパターンを押し付けた（押印した）状態で樹脂に光を照射することによって樹脂を硬化させる。硬化した樹脂からモールドを引き離す（離型する）ことにより、樹脂のパターンが基板の上に形成される。

基板上の樹脂にモールドを押印する場合には、基板とモールドとの正確な位置合わせを必要とする。インプリント装置における基板とモールドとの位置合わせには、モールドに形成されたマークとショット毎に基板に形成されたマークとを検出することによって位置合わせを行う、いわゆるダイバイダイ方式が知られている。

特許文献１には、位置合わせ用のマークを検出する検出器を有するインプリント装置が記載されている。位置合わせ用のマークとしての格子パターンがモールドと基板とにそれぞれ配置されている。モールド側のマークは計測方向に格子ピッチを持つ格子パターンを含む。基板側のマークは、計測方向と計測方向に直交する方向（非計測方向）とにそれぞれ格子ピッチを持つチェッカーボード状の格子パターンを含む。マークに照明を行う照明光学系と、マークからの回折光を検出する検出光学系は、いずれもモールドと基板に垂直な方向から非計測方向に傾いて配置されている。すなわち、照明光学系はマークに対して非計測方向に沿って斜めから照明を行うように構成されている。マークに斜めから入射した光は基板側に配置されたチェッカーボード状の格子パターンによって非計測方向に回折され、検出光学系は非計測方向に関してゼロ次以外の特定の次数の回折光のみを検出するように配置されている。

米国特許第７２９２３２６号公報

インプリント装置では、モールド側に配置されたマークを通して基板側のマークを観察するスルー・ザ・モールド（ＴＴＭ）アライメントが採用されている。モールド側のマークと基板側のマークで発生した回折光を検出する暗視野照明を用いた場合、光量を増加させる事が難しい。また、波長帯域によっては、回折光が検出絞りに蹴られてしまうため、干渉に関与しない不要光が検出され、コントラストが低下してしまう。

そこで、本発明では、２つの物体間の相対位置を高精度に検出することを目的とする。

本発明は、第１物体と第２物体との第１方向における相対位置を検出する検出器であって、前記第１物体に配置された第１マークと前記第２物体に配置された第２マークとを斜めから照明する照明光学系と、前記照明光学系によって照明された前記第１マーク及び前記第２マークで回折された回折光同士の干渉光を検出する検出光学系と、を備え、前記照明光学系は、その瞳面に、少なくとも１つの極を含む光強度分布を形成し、前記検出光学系は、その瞳面に、開口が設けられた絞りを有し、前記開口は、前記第１方向と平行な線分を含む境界を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、２つの物体間の相対位置を高精度に検出することができる。

本発明の効果を説明する図である。 インプリント装置の構成を示す図である。 検出器の一例を示す図である。 検出器の他例を示す図である。 検出器の瞳分布を示す図である。 モアレ縞を発生するマークを示す図である。 Ｘ方向の位置合わせ用のマークを示す図である。 回折光の様子を示す図である。 Ｙ方向の位置合わせ用のマークを示す図である。 Ｘ方向とＹ方向の位置合わせのためのモアレ縞を示す図である。 瞳形状の制約条件を説明する図である。 検出器の瞳分布の一例を示す図である。 検出器の瞳分布の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

［検出器、インプリント装置］
図２を用いて、インプリント装置の構成について説明する。インプリント装置１は、半導体デバイスなどのデバイス製造に使用され、被処理体である基板（ウエハ）８上の未硬化状態の樹脂（インプリント材）９をモールド（型）７で成形し、樹脂９のパターンを基板８上に形成する。なお、本実施形態のインプリント装置は、光硬化法を採用するものとする。また、以下の図においては、基板８の表面に平行な面内に互いに垂直なＸ軸およびＹ軸をとり、Ｘ軸とＹ軸とに垂直な方向にＺ軸を取っている。このインプリント装置１は、紫外線照射部２と、検出器３と、モールド保持部４と、基板ステージ５と、塗布部（ディスペンサ）６と備える。

紫外線照射部２は、モールド７と基板８上の樹脂９とを接触させる押型処理の後に、樹脂９を硬化させるために、モールド７に対して紫外線を照射する。この紫外線照射部２は、不図示であるが、光源と、該光源から射出される紫外線をモールド７のパターン面７ａに対して所定の形状で均一に照射するための複数の光学素子とから構成される。特に、紫外線照射部２による紫外線の照射領域は、パターン面７ａの表面積と同程度、またはパターン面７ａの表面積よりもわずかに大きいことが望ましい。これは、紫外線の照射領域を必要最小限とすることで、照射に伴う熱に起因してモールド７または基板８が膨張し、樹脂９に転写されるパターンに位置ずれや歪みが発生することを抑えるためである。加えて、基板８などで反射した紫外線が後述の塗布部６に到達し、塗布部６の吐出部に残留した樹脂９を硬化させてしまうことで、後の塗布部６の動作に異常が生じることを防止するためでもある。

光源としては、例えば、高圧水銀ランプ、各種エキシマランプ、エキシマレーザーまたは発光ダイオードなどが採用可能である。光源は、樹脂９の特性に応じて適宜選択されるが、本発明は、光源の種類、数、または波長などにより限定されるものではない。モールド７は、基板８に対する面に所定のパターン（例えば、回路パターン等の凹凸パターン）が３次元状に形成された型である。モールド７の材質は、紫外線を透過させることが可能な石英などである。

モールド保持部４は、真空吸着力や静電力によりモールド７を引きつけて保持する。モールド保持部４は、モールドチャックと、樹脂９にモールド７を押し付けるためにモールドチャックをＺ方向に駆動する駆動機構と、モールド７をＸ方向およびＹ方向に変形させて樹脂９に転写されるパターンの歪みを補正する補正機構とを含む。

モールド７と基板８とは、ＸＹＺ座標系においてＺ方向に間隔を置いて配置された第１物体と第２物体とを構成している。インプリント装置１における押型および離型の各動作は、このようにモールド７をＺ方向に移動させることで実現してもよいが、例えば、基板ステージ５をＺ方向に移動させることで実現してもよく、または、その両方を移動させてもよい。基板ステージ５は、基板８を例えば真空吸着により保持し、かつ、ＸＹ平面内を移動可能とする。基板８は、例えば、単結晶シリコンからなり、基板８の被処理面には、モールド７により成形される紫外線硬化性の樹脂９が塗布される。

インプリント装置１は、モールド７と基板８との相対的な位置関係を検出する検出器３を備える。検出器３は、モールド７と基板８とにそれぞれ配置されたマーク１０およびマーク１１を光学的に検出して両者の相対位置を検出する。検出器３の光軸は、基板８の表面に対して垂直になるように配置されている。検出器３は、モールド７および基板８に配置されたマーク１０，１１の位置に合わせて、Ｘ方向およびＹ方向に駆動可能なように構成されている。また、検出器３は、マーク１０，１１の位置に光学系の焦点を合わせるためにＺ方向にも駆動可能なように構成されている。検出器３で計測されたモールド７と基板８の相対位置に基づいて基板ステージ５やモールド７の補正機構の駆動が制御される。検出器３と位置合わせのマーク１０，１１については後で詳述する。

塗布部６は、基板８上に未硬化状態の樹脂９を塗布する。樹脂９は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性樹脂であって、半導体デバイスの種類などにより適宜選択される。塗布部６は、図２に示すようにインプリント装置１の内部に設置せず、別途外部に塗布装置を準備し、この塗布装置により予め樹脂９を塗布した基板８をインプリント装置１の内部に導入しても良い。そのようにすれば、インプリント装置１の内部での塗布工程がなくなるため、インプリント装置１での処理の迅速化が可能となる。また、塗布部６が不要となることから、インプリント装置１全体としての製造コストを抑えることができる。

インプリント装置１によるインプリント処理について説明する。制御部Ｃは、まず、不図示の基板搬送部により基板８を基板ステージ５に搬送し、この基板８を基板ステージ５上に固定させる。続いて、制御部Ｃは、基板ステージ５を塗布部６の塗布位置へ移動させ、その後、塗布部６は、塗布工程として基板８の所定のショット（インプリント領域）に樹脂９を塗布する。次に、制御部Ｃは、基板８上の塗布面がモールド７の直下に位置するように、基板ステージ５を移動させる。

次に、制御部Ｃは、モールド７の駆動機構を駆動させ、基板８上の樹脂９にモールド７を押型する（押型工程）。このとき、樹脂９は、モールド７の押型によりモールド７に形成されたパターン面７ａに沿って流動する。さらにこの状態で、検出器３は、基板８およびモールド７に配置されたマーク１０，１１を検出し、制御部Ｃは、基板ステージ５の駆動によるモールド７と基板８との位置合わせ、およびモールド７の補正機構による補正などを実施する。樹脂９のパターン面７ａへの流動と、モールド７と基板８との位置合わせおよびモールド７の補正などが十分になされた段階で、紫外線照射部２は、モールド７の背面（上面）から紫外線を照射し、モールド７を透過した紫外線により樹脂９が硬化する（硬化工程）。この際、検出器３は、紫外線の光路を遮らないように退避駆動される。続いて、モールド７の駆動機構を再駆動させ、モールド７を基板８から離型させる（離型工程）ことにより、基板８上にモールド７の凹凸パターンが転写される。

検出器３と、モールド７および基板８にそれぞれ配置されたマーク１０，１１の詳細を説明する。図３は本実施形態の検出器３の構成の一例を示す図である。検出器３は、検出光学系２１と照明光学系２２で構成されている。照明光学系２２は、プリズム２４等を介して光源２３からの光を検出光学系２１と同じ光軸上へ導き、マーク１０，１１を同時に斜めから照明する。

光源２３には例えばハロゲンランプやＬＥＤなどが用いられ、樹脂９を硬化させる紫外線を含まない、可視光線や赤外線を照射するように構成されている。検出光学系２１と照明光学系２２はそれらを構成する光学部材の一部を共有するように構成されており、プリズム２４は検出光学系２１と照明光学系２２の瞳面もしくはその近傍に配置されている。マーク１０，１１はそれぞれ格子パターンから構成され、検出光学系２１は照明光学系２２によって照明されたマーク１０，１１で回折された回折光同士の干渉により発生する干渉光（干渉縞、モアレ縞）を撮像素子２５上に結像する。撮像素子２５としてＣＣＤやＣＭＯＳなどが用いられる。

プリズム２４は、その貼り合せ面において、照明光学系２２の瞳面の周辺部分の光を反射するための反射膜２４ａを有している。反射膜２４ａは、検出光学系２１の瞳の大きさ（あるいは検出ＮＡ：ＮＡ_ｏ）を規定する開口が設けられた絞りとしても働く。また、反射膜２４ａは、照明光学系２２の瞳面に形成された光強度分布（有効光源）ＩＬ１〜ＩＬ４を形成する絞りとしても働く。プリズム２４は、貼り合せ面に半透膜を有するハーフプリズムや、あるいはプリズムに限らず表面に反射膜を成膜した板状の光学素子などであってもよい。本実施形態にかかるプリズム２４が配置される位置は、必ずしも検出光学系２１と照明光学系２２の瞳面もしくはその近傍でなくてもよい。この場合、図４に示すように検出光学系２１と照明光学系２２はそれぞれの瞳面に個別の開口が設けられた絞り２６および２７を有する。絞り２７は、照明光学系２２の瞳面に形成された光強度分布（有効光源）ＩＬ１〜ＩＬ４を形成する。また、プリズム２４にはその貼り合せ面に半透膜を有するハーフプリズム等が用いられる。

図５に照明光学系２２の瞳面に形成された光強度分布（有効光源）ＩＬ１〜ＩＬ４と検出光学系２１の開口（検出開口）ＤＥＴとの関係を示す。図５では照明光学系２２の有効光源ＩＬ１〜ＩＬ４と検出光学系２１の検出開口ＤＥＴの大きさを開口数ＮＡで示している。照明光学系２２は、その瞳面において第１の極ＩＬ１、第２の極ＩＬ３、第３の極ＩＬ２、第４の極ＩＬ４を含む有効光源を形成している。４つの極ＩＬ１〜ＩＬ４は、いずれもＮＡ_ｐｍ×ＮＡ_ｐａの矩形形状である。第１の極ＩＬ１と第３の極ＩＬ２との中心は、座標（０，０）からそれぞれＹ方向にプラス方向とマイナス方向にＮＡ_ｉｌだけ離れた位置に配置されている。第２の極ＩＬ３と第４の極ＩＬ４は、座標（０，０）からそれぞれＸ方向にプラス方向とマイナス方向にＮＡ_ｉｌだけ離れた位置に配置されている。すなわち、照明光学系２２は、マーク１０，１１に対して斜めから照明を行うように構成されており、マーク１０，１１への入射角度θは式１で表わされる。
θ＝ｓｉｎ^−１（ＮＡ_ｉｌ）・・・（１）
検出光学系２１の検出開口ＤＥＴは、座標（０，０）を中心とし、一辺が２×ＮＡ_ｏの正方形である。照明光学系２２および検出光学系２１は、ＮＡ_ｏ、ＮＡ_ｐａ、ＮＡ_ｉｌが下記の式２を満足するように構成される。すなわち、検出器３は、マーク１０，１１からの正反射光（ゼロ次回折光）を検出しない暗視野構成になっている。
ＮＡ_ｏ＜ＮＡ_ｉｌ−ＮＡ_ｐａ／２・・・（２）
モアレ縞の発生の原理とモアレ縞を用いたモールド７と基板８との相対位置の検出について説明する。図６の（ａ）と（ｂ）に示すような格子ピッチが僅かに異なる格子パターン３１と格子パターン３２を重ねると、２つの格子パターン３１，３２からの回折光同士が干渉して、格子ピッチの差を反映した周期をもつ（ｃ）のような干渉縞（モアレ縞）が発生する。モアレ縞は、２つの格子パターン３１，３２の相対位置関係によって明暗の位置（縞の位相）が変化する。例えば、片方を少しだけＸ方向にずらすと、図６の（ｃ）のモアレ縞は（ｄ）のように変化する。モアレ縞は、格子パターン３１，３２間の実際の相対位置ずれ量を拡大し、大きな周期の縞として発生するため、検出光学系２１の解像力が低くても、精度良く２物体間の相対位置関係を計測することができる。

モアレ縞（干渉光）を検出するために格子パターン３１，３２を明視野で検出（垂直方向から照明し、垂直方向から回折光を検出）しようとすると、検出器３は、格子パターン３１からのゼロ次回折光や格子パターン３２からのゼロ次回折光も検出してしまう。格子パターン３１，３２のどちらか一方からのゼロ次回折光はモアレ縞のコントラストを下げる要因になる。そこで、本実施形態の検出器３は、前述のように、ゼロ次回折光を検出しない暗視野の構成をとっている。斜めから照明する暗視野の構成でもモアレ縞を検出できるように、モールド側と基板側のマーク１０，１１の一方を図７の（ａ）に示すようなチェッカーボード状の格子パターンとし、他方を図６の（ａ）、（ｂ）に示すような格子パターンにしている。モールド側のマーク１０と基板側のマーク１１のどちらをチェッカーボード状の格子パターンにしても、基本的に同一であるが、以下ではモールド側のマーク１０をチェッカーボード状にした場合を例に説明する。

図７の（ａ）と（ｂ）は、それぞれモールド（第１物体）７と基板（第２物体）８のＸ方向（第１方向）に関する相対位置を検出するためのモールド側のマーク（第１マーク）１０と基板側のマーク（第２マーク）１１を示したものである。モールド側のマーク１０はＸ方向にＰ_ｍｍとＹ方向にＰ_ｍｎの格子ピッチを有するチェッカーボード状の格子パターン１０ａを含む。基板側のマーク１１は、Ｘ方向にのみＰ_ｍｍと異なる格子ピッチＰ_ｗを有する格子パターン１１ａを含む。この２つの格子パターン１０ａ，１１ａを重ねた状態で検出器３によってモアレ縞を検出する原理について、図８を用いて説明する。

図８（ａ）と（ｂ）は格子パターン１０ａと格子パターン１１ａをそれぞれＸ方向とＹ方向から見た図である。Ｘ方向に関する相対位置を検出するためのモアレ縞は瞳面においてＹ軸上に並んだ第１及び第３の極の光強度分布ＩＬ１とＩＬ２によって発生する。格子パターン１０ａ，１１ａによる回折角φは、格子ピッチをｄ、照明光学系２２から照明される光の波長をλ、回折次数をｎとして、以下の式３で表わされる。
ｓｉｎφ＝ｎλ／ｄ・・・（３）
したがって、格子パターン１０ａによるＸ方向とＹ方向の回折角をそれぞれφ_ｍｍ、φ_ｍｎとし、格子パターン１１ａによる回折角をφ_ｗとすると、式４〜式６が成り立つ。
ｓｉｎφ_ｍｍ＝ｎλ／Ｐ_ｍｍ・・・（４）
ｓｉｎφ_ｍｎ＝ｎλ／Ｐ_ｍｎ・・・（５）
ｓｉｎφ_ｗ＝ｎλ／Ｐ_ｗ・・・（６）
図８の（ａ）において、格子パターン１０ａおよび格子パターン１１ａが、瞳面において非計測方向であるＹ軸上に並んだ第１及び第３の極の光強度分布ＩＬ１，ＩＬ２によって、Ｙ方向（非計測方向）に沿って斜めに照明される。格子パターン１０ａ，１１ａで正反射した光（ゼロ次回折光）Ｄ１，Ｄ１′は、検出器３が式２を満足するために、検出光学系２１には入射しない。

Ｄ２、Ｄ２′はモールド側の格子パターン１０ａでのみ±１次で回折した光を示し、Ｄ３はモールド側の格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、基板側の格子パターン１１ａで−／＋１次に回折した回折光を示している。Ｄ３が検出器３によりモールド７と基板８との相対位置の検出に用いられる回折光である。Ｙ方向にＰ_ｍｎの格子ピッチをもつモールド側の格子パターン１０ａによって角度φ_ｍｎだけ回折した光Ｄ２、Ｄ２′、Ｄ３は、Ｙ軸に対して検出光学系２１によって検出される角度で射出する。

本実施形態ではゼロ次回折光を除く回折光の中で回折強度が高い、格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、格子パターン１１ａで−／＋１次に回折した回折光Ｄ３を検出するために、検出器３は、Ｐ_ｍｎとＮＡ_ｏ、ＮＡ_ｉｌ、ＮＡ_ｐａは以下の条件を満たす。言い換えると、検出器３は、式７を満足する範囲の波長λでＹ方向への回折光を検出することができる。
｜ＮＡ_ｉｌ−｜ｓｉｎφ_ｍｎ｜｜＝｜ＮＡ_ｉｌ−λ／Ｐ_ｍｎ｜＜ＮＡ_ｏ＋ＮＡ_ｐａ／２・・・（７）
もっとも効率良く回折光Ｄ３を検出できるのは回折光Ｄ３がＹ方向に垂直になる場合である。そこで、光源から出力される照明光の中心波長をλｃとすると、式８となるように照明光学系２２の照明条件とモールド側の格子パターン１０ａの格子ピッチＰ_ｍｎが調整されていることが望ましい。
ＮＡ_ｉｌ−λ_ｃ／Ｐ_ｍｎ＝０・・・（８）
以上のように、Ｙ方向（非計測方向）に関してはモールド側の格子パターン１０ａが斜めから照明され、格子パターン１０ａによって非計測方向に回折した回折光が検出される。

次に、計測方向であるＸ方向（第１方向）に関する回折光の説明を、図８の（ｂ）を用いて行う。瞳面のＹ軸上に並んだ第１及び第３の極の光強度分布ＩＬ１，ＩＬ２は、Ｘ軸に垂直な方向から格子パターン１０ａ，１１ａに入射する。Ｙ方向の場合と同様に＋／−１次の回折光を考えると、モールド側の格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、基板側の格子パターン１１ａで−／＋１次に回折した回折光Ｄ３は、Ｐ_ｍｍとＰ_ｗが近いためにＸ軸に対して小さな角度で検出光学系２１に入射する。

図８の（ｃ）に回折光Ｄ３の回折の様子を示す。実線の矢印はモールド側の格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、基板側の格子パターン１１ａで−／＋１次に回折しモールド７を透過した回折光を表わしている。また、点線の矢印はモールド側の格子パターン１０ａを透過し、基板側の格子パターン１１ａで−／＋１次に回折し、モールド側の格子パターン１０ａで＋／−１次で回折した回折光を表わしている。このときの回折角φ_Δは以下の式９で表わされる。
ｓｉｎφ_Δ＝λ×｜Ｐ_ｗ−Ｐ_ｍｍ｜／（Ｐ_ｍｍＰ_ｗ）・・・（９）
式９において｜Ｐ_ｗ−Ｐ_ｍｍ｜／（Ｐ_ｍｍＰ_ｗ）＝１／Ｐ_Δとすると、ｓｉｎφ_Δは式１０で表わされる。
ｓｉｎφ_Δ＝λ／Ｐ_Δ・・・（１０）
式１０は、回折光Ｄ３によって周期がＰ_Δの干渉縞が現れることを意味する。この干渉縞がモアレ縞であり、その周期はモールド側の格子パターン１０ａと基板側の格子パターン１１ａの格子ピッチの差に依存する。ただし、本実施形態においてはモールド側の格子パターン１０ａがチェッカーボード状であるため、発生するモアレ縞の周期はＰ_Δ／２となる。このとき、モールド７と基板８の相対位置ずれはモアレ縞の明暗の位置ずれに拡大されるため、解像力が低い検出光学系２１を用いても、高い精度で位置合わせを行うことができる。

モールド側の格子パターン１０ａのみで１次回折した光Ｄ２，Ｄ２′もしくは基板側の格子パターン１１ａのみで１次回折した光Ｄ４，Ｄ４′は、角度φ_ｍｍあるいはφ_ｗで射出する（図８の（ｂ））。Ｄ２，Ｄ２′，Ｄ４，Ｄ４′はモアレ縞を発生させずにノイズとなるので、検出光学系２１によって検出されないことが望ましい。そのため、本実施形態では下記の式１１および１２を満足するように格子パターン１０ａ，１１ａの格子ピッチＰ_ｍｍ，Ｐ_ｗと検出器３の検出開口ＤＥＴの開口数ＮＡ_ｏが調整されている。
ＮＡ_ｏ＋ＮＡ_ｐｍ／２＜｜ｓｉｎφ_ｍｍ｜＝λ／Ｐ_ｍｍ・・・（１１）
ＮＡ_ｏ＋ＮＡ_ｐｍ／２＜｜ｓｉｎφ_ｗ｜＝λ／Ｐ_ｗ・・・（１２）
モールド側の格子パターン１０ａと基板側の格子パターン１１ａのいずれでもＸ方向に回折しなかった光（ゼロ次回折光、図８の（ｂ）のＤ１、Ｄ１′）は、Ｘ軸に対して検出光学系２１で検出される角度で射出する。基板側の格子パターン１１ａで回折せずに基板８での反射の前後でモールド側の格子パターン１０ａでそれぞれＸ方向に＋／−ｎ次回折と−／＋ｎ次回折した（トータルでゼロ次の）回折光Ｄ５、Ｄ５′もＸ軸に対して検出光学系２１で検出される角度で射出する。これらの回折光Ｄ５、Ｄ５′はモアレ縞を生成せずにモアレ縞のコントラストを低下する要因となる。しかし、本実施形態においてはモールド側の格子パターン１０ａがチェッカーボード状であるため、隣り合う格子からの回折光Ｄ５、Ｄ５′の位相がπずれ、互いに打ち消し合う。したがって回折光Ｄ５、Ｄ５′の強度は抑制され、コントラストよくモアレ縞を計測することができる。図８の（ｄ）は図８の（ａ）、（ｂ）を３次元で表わした図である。なお、回折光Ｄ５、Ｄ５′に関しては強度が抑制されるため記載していない。

以上、モールド７と基板８のＸ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出について説明したが、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出についても、マークと照明の方向をＸとＹで入れ替えるだけで基本的に同一である。すなわち、モールド側のＹ方向の位置合わせ用の第３マーク１０にはＸ方向にＰ_ｍｎとＹ方向にＰ_ｍｍの格子ピッチを有するチェッカーボード状の格子パターン１０ｂを用いる。また、基板側のＹ方向の位置合わせ用のマーク１１にはＹ方向のみにＰ_ｍｍと異なる格子ピッチＰ_ｗをもつ格子パターン１１ｂを用いる（図９）。また、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞は、瞳面においてＹ軸上に並んだ第２の極ＩＬ３と第４の極ＩＬ４との光強度分布で２つの格子パターン１０ｂ，１１ｂを照明することで発生する。

以上、格子パターン１０ａと格子パターン１０ｂの周期がそれぞれ同じで、格子パターン１１ａと格子パターン１１ｂの格子ピッチがそれぞれ同じ場合について説明したが、本発明はこれに限定されることはない。すなわち、格子パターン１０ａと格子パターン１０ｂの格子ピッチはそれぞれ異なっていてもよく、また、格子パターン１１ａと格子パターン１１ｂの格子ピッチはそれぞれ異なっていてもよい。さらには、検出光学系２１の光軸から第１及び第３の極ＩＬ１，ＩＬ２の中心までの距離と光軸から第２及び第４の極ＩＬ３，ＩＬ４の中心までの距離はそれぞれ異なっていてもよい。

本実施形態の検出器３は、１つのモアレ縞を検出するのに位置合わせ用のマークを２方向に沿って斜めから照明して垂直方向から検出しているので、１方向のみに沿って斜めから照明して検出する従来の検出器と比べて、２倍の光量を確保することができる。これにより、検出器３は、２物体の相対位置を精度よく検出することができる。本実施形態の検出器３は、式７を満足する範囲の波長λで回折光を検出できることは既に述べたとおりであるが、この波長範囲はできる限り広いことが望ましい。

基板８に形成された第２及び第４マーク１１は基板８の表面に剥き出しになっていることは少なく、数層から数十層積まれたプロセスの内部に構成されている場合が多い。マーク１１の上部に透明な物質からなる層が形成されている場合、いわゆる薄膜干渉によって、照明光の波長によってはマーク１１から返ってくる光の強度が非常に弱くなることがある。このとき、照明光の波長λを変えることで、薄膜干渉の条件から外れ、マーク１１が見えるようになる。これに基づき、検出器３で観察する場合も照明光の波長λを広い範囲で可変とし、基板８を作成するプロセスによって、最もよく検出できる条件を設定できることが望ましい。決定対象の条件は、マークの格子ピッチ、開口数ＮＡ_０、第１及び第２の極の中心位置、照明光の波長範囲、中心波長等である。照明光の波長λは光源２３としてハロゲンランプのような広帯域に波長を持つ光源を用いてバンドパスフィルタなどで所望の波長帯域を切り出しても良いし、ＬＥＤのような単色光光源で中心波長の異なるものを複数備えて切り替えても良い。

図１０のように格子パターン１０ａと格子パターン１１ａ、格子パターン１０ｂと格子パターン１１ｂとをそれぞれ重ねたマークを図５のような有効光源ＩＬ１〜ＩＬ４と検出開口ＤＥＴを有する検出器３の視野に同時に入れる。そうすることによって、Ｘ方向とＹ方向に関する位置合わせのためのモアレ縞を１つの検出器３を用いて同時に観察することができる。すなわち、本実施形態では、１つの検出器３（検出光学系２１と照明光学系２２）によって２方向の相対位置情報を比較的安価で簡易な装置構成で同時に取得することができる。

図１を用いて、本実施形態の効果を説明する。図１の（ａ）は、照明光学系の有効光源及び検出光学系の検出開口がともに円形である従来技術の検出器の模式図である。一方、（ｂ）は、照明光学系の有効光源及び検出光学系の検出開口がともに矩形である本実施形態の検出器の模式図である。有効光源と検出開口のサイズは、（ａ）における円の直径と（ｂ）における矩形の一辺を同一として図示している。説明を簡易化するために、検出開口ＤＥＴと１つの有効光源ＩＬ２のみを図示する。モールド７と基板８との相対位置を検出するために使用する有効光源ＩＬ２からの回折光がＤ３（＋１）とＤ３（−１）である。図１は、有効光源ＩＬ２の長波長帯域側の光が、検出開口ＤＥＴによって一部蹴られる場合を図示している。この条件において、円形と矩形の形状で干渉に寄与する光と寄与しない光の割合を、照明光を基準とした図１の（ｃ）と（ｄ）に変換することで説明する。

図１の（ｃ）は、有効光源ＩＬ２及び検出開口ＤＥＴが円形形状の場合である。回折光Ｄ３（±１）に対して、検出開口ＤＥＴの位置をずらして重ねると、±１次の回折光の両方で計測可能な斜線領域ＩＢと、±１次の回折光の片方で計測可能な領域ＡＩＢに分離できる。ここで、干渉を得るためには、±１次の回折光が必要となるので、斜線領域ＩＢが干渉に寄与する光で、領域ＡＩＢが干渉に寄与しないバイアス光であることが分かる。

一方、検出開口ＤＥＴが矩形である（ｄ）では、回折光Ｄ３（±１）に対して、干渉に寄与する斜線領域ＩＢのみが存在しで、干渉に寄与しない領域ＡＩＢが存在しないことが分かる。よって、検出開口ＤＥＴが円形の（ｃ）では、最大コントラスト、つまり干渉光とバイアス光との比率がＩＢ／（ＩＢ＋ＡＩＢ）に対して、検出開口ＤＥＴが矩形の（ｄ）では、最大コントラストＩＢ／ＩＢ＝１を得ることができる。検出開口ＤＥＴの形状を矩形にすることで、有効光源ＩＬ２が検出開口ＤＥＴで蹴られる波長帯域において、コントラストを落とさないことが可能となる。

図１１は、有効光源ＩＬ２と検出開口ＤＥＴの形状を式で説明する場合の説明図である。瞳領域において、有効光源ＩＬ２と検出開口ＤＥＴ、＋１次回折光Ｄ３（＋１）が図示されている。有効光源ＩＬ２と検出開口ＤＥＴの寸法は、図５の説明図と同じである。回折光Ｄ３（＋１）の回折ＮＡは、式９と同様に、ＳＩＮ（φ_Δ）である。回折光Ｄ３（＋１）が検出開口ＤＥＴで蹴られてしまうと、干渉に寄与しない不要光となってしまう。回折光Ｄ３（＋１）がＸ方向において検出開口ＤＥＴで蹴られない条件は、下記の式１３を満足することである。
ｓｉｎφ_Δ＋ＮＡ_ｐｍ／２≦ＮＡ_ｏ・・・（１３）
ＮＡ_ｐｍは１つの極ＩＬ２の計測方向である第１方向における長さＬ_ｐｍであり、ＮＡ_ｏは検出開口ＤＥＴの第１方向における長さＬ_ｐｍの半分である。したがって、回折光Ｄ３（＋１）がＸ方向において検出開口ＤＥＴで蹴られない条件は、式１３’としても表わすことができる。
ｓｉｎφ_Δ＋Ｌ_ｐｍ／２≦Ｌ_ｏ／２・・・（１３’）
光源の波長帯域によって、回折光Ｄ３（＋１）は、検出開口ＤＥＴの横の一辺ＤＥＴ（Ｅ２）により蹴られることになる。回折光Ｄ３（＋１）の回折方向Ｄ３（ＤＩＲ）と検出開口ＤＥＴの一辺ＤＥＴ（Ｅ２）の方向が異なっていると、±１次の回折光によって蹴られ方が変化するため、干渉に寄与しない光を検出することになる。よって、下記式１４を満足する条件が望ましい。
Ｄ３（ＤＩＲ）／／ＤＥＴ（Ｅ２）・・・（１４）
式１３の等号と式１４を満たす場合、さらに下記式１５を満たすようにＮＡ_ｐｍとＩＬ２の形状を決定することで、干渉に寄与する光量を最大限増加させることができる。
Ｄ３（Ｅ１）／／ＤＥＴ（Ｅ１）・・・（１５）
したがって、有効光源ＩＬ２と検出開口ＤＥＴがともに矩形であり、式１３と式１４と式１５を満たせば、干渉に寄与する光の光量とコントラストが共に最大となる。

図１２や図１３で示す有効光源ＩＬ１〜ＩＬ４、検出開口ＤＥＴも、式１３〜式１５をほぼ満たす。しかし、収差などの別の制約条件によって有効光源、検出開口の形状が制約を受ける場合に、図１２、図１３のように、本発明の目的、効果を逸脱しない範囲での変更が可能である。

図１２では、検出開口ＤＥＴは、Ｘ方向に平行な一対の線分とＹ方向に平行な一対の線分とを含む境界を有する。図１２の（ａ）では、Ｘ方向に平行な線分とＹ方向に平行な線分とは、直線で接続されている。破線ＲＬは、検出器３の最大瞳径を示す。図１２の（ａ）では、検出開口ＤＥＴの形状が、矩形から４隅の角をカットした８角形である。図１２の（ａ）の形状でも、角をカットする量が大きくない場合には、コントラストと光量を殆ど落とさないようにすることができる。図１２の（ａ）の例のように、検出開口ＤＥＴの形状を、８角形や又はそれ以外の多角形とすることができる。また、図１２の（ｂ）では、Ｘ方向に平行な線分とＹ方向に平行な線分とが円弧状の曲線で接続され、検出開口ＤＥＴの境界は、曲線と直線で構成された形状である。図１２の（ｂ）の形状でも、カット量に応じては、コントラストと光量を殆ど落とさない形状となる。直線のみで構成された多角形以外でも、曲線と直線で構成された形状でも、式１３〜式１５をほぼ満たしうる。

図１３は、有効光源ＩＬ１〜ＩＬ４が矩形から変形された場合の説明図である。図１３の（ａ）では、有効光源ＩＬ１〜ＩＬ４は、Ｘ方向に平行な線分とＹ方向に平行な線分と照明光学系２２の瞳面の外周の一部とを含む境界を有する、直線と曲線から構成される形状である。曲線ＩＬ２（Ｅ１）は、有効光源ＩＬ２が矩形から検出器３の最大瞳径ＲＬによって切り落とされた面である。図１３の（ａ）でも、式１３〜式１５を満たし、コントラストを落とすことなく、検出光学系２１の最大瞳径までを有効に使用することができ、光量を最大限増加させることができる。図１３の（ｂ）は、矩形の検出開口ＤＥＴと円形の有効光源ＩＬ１〜ＩＬ４を使用する場合の説明図である。図１３の（ｂ）では、式１３と式１４を満たしていることで、コントラストは最大値となる。図１２の検出開口ＤＥＴと図１３の有効光源ＩＬ１〜ＩＬ４とを組み合わせても、本発明の目的を達成できることは明白である。

本実施形態では、コントラストと光量を最大限増加させることが可能となる検出開口と有効光源の形状の説明を行った。本実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向を同時に計測する方式での説明を行ったが、Ｘ方向とＹ方向を個別に計測する方式でも同様の形態を選択することができる。また、基板側のマーク１１の構造によって、プロセス対応として波長帯域を広げた方が良いことを説明したが、本発明では、波長帯域を広げてもコントラストを落とすことがない。以上説明してきたように、本実施形態によれば、干渉に寄与する光のみを検出することが可能となり、コントラストを向上させることができる。また、検出器３の瞳領域を有効利用することで、光量を最大限増加させる事ができる。

［物品の製造方法］
物品の製造方法について説明する。物品としてのデバイス（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）にパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含み得る。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形成された基板を加工する他の処理を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、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ず、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。

Claims (9)

1. 第１物体と第２物体との第１方向における相対位置を検出する検出器であって、
   前記第１物体に配置された第１マークと前記第２物体に配置された第２マークとを斜めから照明する照明光学系と、
   前記照明光学系によって照明された前記第１マーク及び前記第２マークで回折された回折光同士の干渉光を検出する検出光学系と、
   を備え、
   前記照明光学系は、その瞳面に、少なくとも１つの極を含む光強度分布を形成し、
   前記検出光学系は、その瞳面に、開口が設けられた絞りを有し、
   前記開口は、前記第１方向と平行な線分を含む境界を有する、
   ことを特徴とする検出器。
2. 前記開口は、前記第１方向と平行な一対の線分と前記第１方向に垂直な一対の線分とを含む境界を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の検出器。
3. 前記開口は、矩形形状を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の検出器。
4. 前記第１方向と平行な一対の線分のそれぞれと前記第１方向に垂直な一対の線分のそれぞれとは、直線または曲線で接続されている、ことを特徴とする請求項２に記載の検出器。
5. 前記少なくとも１つの極は、前記第１方向と平行な一対の線分と前記第１方向に垂直な一対の線分とを含む境界を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の検出器。
6. 前記少なくとも１つの極は、前記第１方向と平行な線分と前記第１方向に垂直な線分と前記照明光学系の瞳面の外周の一部とを含む境界を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の検出器。
7. 前記干渉光を生成する回折光の回折角を回折角φ_Δとし、前記開口の前記第１方向における長さをＬ_ｏとし、前記少なくとも１つの極の前記第１方向における長さをＬ_ｐｍとしたとき、ｓｉｎφ_Δ＋Ｌ_ｐｍ／２≦Ｌ_ｏ／２を満たす、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の検出器。
8. 基板の上のインプリント材と型のパターンとを押し付けて前記インプリント材を硬化させ、該硬化されたインプリント材のパターンを前記基板の上に形成するインプリント装置であって、
   前記型に配置された第１マークと前記基板に配置された第２マークとを検出する請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の検出器を備えることを特徴とするインプリント装置。
9. 物品を製造する方法であって、
   請求項８に記載のインプリント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−ンを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方法。