JP2014103385A - 検出装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の上の異物を高精度に、且つ、短時間で検出するのに有利な技術を提供する。
【解決手段】基板の上の異物を検出する検出装置であって、第１パターンを第１面に有する板と、前記第１面とは異なる第２面に配置された第２パターンと、前記基板と前記板とを接触させる駆動機構と、前記基板と前記板とを接触させた状態において、前記第１パターンと前記第２パターンとの相対的な位置ずれを計測する計測部と、前記計測部で計測された位置ずれに基づいて、前記基板の上の異物を検出する処理を行う処理部と、を有することを特徴とする検出装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の上の異物を検出する検出装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法及び検出方法に関する。

インプリント技術は、磁気記憶媒体や半導体デバイスなどの量産用リソグラフィ技術の１つとして注目されている。インプリント技術とは、微細なパターンが形成されたモールド（型）を原版として、シリコンウエハやガラスプレートなどの基板の上にパターンを転写する技術である。

インプリント技術を用いたインプリント装置では、基板の上に供給された樹脂を介して基板にモールドを押し付け、その状態で樹脂を硬化させる。そして、硬化した樹脂からモールドを剥離することで、基板の上にモールドのパターンを転写する。ここで、樹脂の硬化法としては、光硬化法や熱硬化法などがある。光硬化法は、温度制御によるパターンの転写時間の増大や温度変化によるパターンの寸法精度の低下を抑えられることから、半導体デバイスや磁気記憶媒体の製造に適している。

インプリント装置に代表されるリソグラフィ装置では、基板の上などに存在する異物に対する対策が歩留まり（スループット）を向上させる上で重要となる。特に、インプリント装置は、他のリソグラフィ装置と異なり、モールドと基板（の上の樹脂）とを直接接触させるため、基板の上に大きな異物が存在すると、モールドと基板との間に異物が挟み込まれ、モールド（のパターン）が破損する懸念がある。また、パターン寸法程度の小さな異物であっても、モールドのパターンに異物が挟み込まれ、基板の上の各ショット領域に転写されるパターンに欠陥を引き起こす可能性がある。

基板の上の異物を検出する検出装置（異物検査装置）としては、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などがある。これらの検出装置は、数ｎｍレベルの異物を検出することが可能であるが、異物の検出に要する時間（検出時間）が長く、基板の全面を検査するのには適していない。

また、異物を光学的に（例えば、暗視野方式で）検出する検出装置として、Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ２（ＫＬＡ社）、ＬＳ６８００（日立ハイテク社）、ＷＭ−６０００（トプコン社）などが製品化されている（特許文献１及び２参照）。これらの検出装置は、３０ｎｍ程度の検出精度を有し、検出時間も長くはないが、デバイスパターンなどの下地パターンを有していない基板にしか対応（適用）することができないため、実際のプロセスには用いることができない。

下地パターンを有する基板に対応した検出装置としては、ＰＵＭＡ９５００（ＫＬＡ社）、ＩＳ３２００（日立ハイテク社）、ＣｏｍＰｌｕｓ４Ｔ（ＡＭＡＴ社）などがある（特許文献３及び４参照）。これらの検出装置は、下地パターンからの散乱光をフーリエフィルタで除去しながら異物を検出するが、その検出精度が下地パターンに大きく依存してしまうとともに、検出時間も十分に要求を満たしているとはいえない。

更に、欠陥検査装置として製品化されている２８３０（ＫＬＡ社）は、下地パターンを有する基板に対しても５０ｎｍ程度の異物を検出することが可能であるが、検出時間が長く、基板の全面を検査するのには適していない（特許文献５参照）。

特許第４１８３４９２号公報 特許第４３１６８５３号公報 米国特許第７４１０７３７号明細書 米国特許第６８６２４９１号明細書 米国特許第６３１３４６７号明細書

従来の検出装置や欠陥検査装置のリソグラフィ装置への適用を考えると、下地パターンを有する基板の上に存在する異物の検出に要求される条件、具体的には、数十ｎｍ程度の検出精度、且つ、５０枚／時間程度の検出時間を満たすことができていない。また、インプリント装置では、インプリント処理を行う直前に、且つ、インプリント装置の内部で、基板の上に存在する異物を検出する技術が要求されているため、フットプリントの低減も望まれる。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、基板の上の異物を高精度に、且つ、短時間で検出するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、基板の上の異物を検出する検出装置であって、第１パターンを第１面に有する板と、前記第１面とは異なる第２面に配置された第２パターンと、前記基板と前記板とを接触させる駆動機構と、前記基板と前記板とを接触させた状態において、前記第１パターンと前記第２パターンとの相対的な位置ずれを計測する計測部と、前記計測部で計測された位置ずれに基づいて、前記基板の上の異物を検出する処理を行う処理部と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、基板の上の異物を高精度に、且つ、短時間で検出するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の概要を説明するための図である。 図１（ｂ）に示す平板に配置されたパターンの位置ずれを説明するための図である。 基板の上の異物による平板の撓みを模式的に示す図である。 平板のパターンの相対的な位置ずれを求める際の理想的なモデルを示す図である。 平板に与える圧力、平板の厚さ及び平板の撓みの半径と、基板の上の異物のサイズとの関係を示す図である。 基板の上の異物のサイズと、平板のパターンの相対的な位置ずれ量との関係を示す図である。 本発明の一側面としての検出装置に用いられる平板の具体的な構成の一例を示す概略図である。 平板の上のパターンの相対的な位置ずれを計測する計測部の一例を説明するための図である。 基板の上の異物の位置をどのように求めるのかを説明するための図である。 本発明の一側面としての検出装置の構成を示す概略図である。 本発明の一側面としての検出装置の構成を示す概略図である。 図１１に示す検出装置の平板の上のパターン及び計測部の配置を示す概略図である。 本発明の一側面としてのリソグラフィ装置の構成を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、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（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の概要について説明する。図１（ａ）は、本発明の一側面としての検出装置を構成する平板１０２と基板ＳＢの上の異物ＦＰとが接触している状態を示している。図１（ａ）に示す状態から、基板ＳＢと平板１０２とを相対的に移動させて、例えば、平板１０２に力を加えて、基板ＳＢと平板１０２とを接触させると、図１（ｂ）に示すように、平板１０２の異物ＦＰの周辺の部分が凸形状に変形する（膨らむ）。従って、平板１０２の基板側の面（第１面）１０２ａに配置されたパターン（第１パターン）１０４と、平板１０２の基板側の面の反対側の面（第２面）１０２ｂに配置されたパターン（第２パターン）１０６との相対的な位置がずれることになる。

図２を参照して、図１（ｂ）に示すパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれについて詳細に説明する。ここでは、平板１０２の厚さをＴとし、平板１０２の異物ＦＰの周辺の部分の撓み量（曲率）をＢとする。この場合、パターン１０４とパターン１０６とは、平板１０２の中央部の基準線に対して、それぞれ逆方向にずれ、且つ、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれΔｘは、平板１０２の厚さＴ及び撓み量Ｂに比例して大きくなる。

そこで、図３に示すように、基板ＳＢの上の異物ＦＰによる平板１０２の撓み量に基づいて、異物ＦＰのサイズと、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ（位置ずれ量）との関係をシミュレーションで求める。かかるシミュレーションは、図４に示すような理想モデル、具体的には、平板１０２のエッジ部を２点拘束した状態において、平板１０２の全面に対して均等な圧力（加重）Ｐを与える理想モデルで行うものとする。平板１０２は、石英を材料とし、縦弾性係数をＥ＝７１５００［Ｎ／ｍｍ^２］、ポアソン比をｖ＝０．３３５とする。ここで、圧力Ｐ［Ｎ／ｍｍ^２］、平板１０２の厚さＴ［ｍｍ］、平板１０２の撓みの半径Ｒ［ｍｍ］を変数とし、平板１０２の撓み量Ｗを異物ＦＰのサイズとして求めた結果を図５に示す。図５では、縦軸に異物のサイズ［ｎｍ］を採用し、横軸に平板１０２の半径Ｒ［ｍｍ］を採用している。

図５を参照するに、平板１０２の厚さＴ＝１［ｍｍ］、圧力Ｐ＝１０［ｋＰａ］の条件（条件１）では、１００ｎｍ程度のサイズ（微小なサイズ）の異物ＦＰに対する平板１０２の撓みの半径Ｒは、５ｍｍ程度となる。平板１０２の厚さＴ＝１［ｍｍ］、圧力Ｐ＝１００［ｋＰａ］の条件（条件２）や平板１０２の厚さＴ＝０．５［ｍｍ］、圧力Ｐ＝１０［ｋＰａ］の条件（条件３）では、１００ｎｍ程度のサイズの異物ＦＰに対する平板１０２の撓みの半径Ｒは、３ｍｍ程度となる。

ここで、同一のサイズの異物ＦＰに対して、平板１０２の撓みの半径Ｒが大きいということは、平板１０２の曲率が小さいことを意味するため、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ量が小さいということになる。従って、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれに対する敏感度が低い（鈍感である）ともいえる。例えば、条件２や条件３は、条件１と比較して、同一のサイズの異物ＦＰをより敏感に検出することができる条件である。

また、上述したように、数十ｎｍ程度の小さな異物ＦＰに対して、平板１０２の撓みがｍｍオーダーで生じるため、検出対象物のサイズがｍｍオーダーであっても、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれとして検出可能である。但し、これらの条件は、平板１０２の材料の物理特性に大きく依存する。従って、平板１０２に用いられる材料の物理特性に応じて、条件の最適化を行えばよい。

図６を参照して、基板ＳＢの上の異物ＦＰの検出限界サイズについて説明する。図６は、基板ＳＢの上の異物ＦＰのサイズと、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ量との関係を示す図である。図６では、縦軸にパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ量［ｎｍ］を採用し、横軸に異物ＦＰのサイズ［ｎｍ］を採用している。また、図６では、簡易的に、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ量Δｘ＝（異物ＦＰのサイズ／Ｒ）としている。

図６に示すように、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれを数ｎｍ程度の計測精度（分解能）で計測可能な計測部を用いれば、１０ｎｍ程度の異物ＦＰも検出可能であることがわかる。但し、計測部の分解能だけでは、異物ＦＰの検出精度は決められない。異物ＦＰの検出精度においては、半導体デバイスの製造に用いられる基板（ウエハやガラスプレート）の平坦度や計測信号に含まれる下地パターンからの散乱光に起因するノイズを考慮する必要がある。

本発明では、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６とを検出し、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれの変化から基板ＳＢの上の異物ＦＰの検出を行うため、基板ＳＢの平坦度（凹凸）の局所的な変化や高周波成分はノイズとなる。従って、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの平坦度プロセス性能からノイズを予測する必要がある。一般的に、ＣＭＰによる物理的研磨では、下地パターンの線幅やパターン密度によって、基板の平坦度が局所的に変化する。また、基板の全体にグローバルな平坦度が発生することが知られている。

このような場合、基板の局所的な平坦度に関しては、同一の下地パターンを有するショット領域内の平坦度成分を予め抽出し、かかる平坦度成分を計測結果から差し引くことでノイズを低減させることが可能である。一方、基板のグローバルな平坦度に関しては、統計処理などを用いて低い次数の湾曲成分をフィルタリングするなどして、ノイズの低減を図ることで異物の検出精度の劣化を抑制することが可能である。

また、基板の上の異物を検出するための処理では、基板の平坦度も同時に求めることが可能であるため、基板の平坦度の計測にも利用することができる。

更に、下地パターンからの散乱光による影響に関しても、平板１０２の構成を工夫したり、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれを計測する計測部として斜入射光学系を用いたりすることで、ノイズを大幅に低減させることが可能となる。

このように、本発明では、数十ｎｍ程度の非常に高い分解能で、且つ、下地パターンからの影響を受けにくい異物検出が可能となる。換言すれば、本発明では、下地パターンを有する基板の上に存在する異物の検出に要求される条件、具体的には、数十ｎｍ程度の検出精度、且つ、５０枚／時間程度の検出時間を満たすことが可能となる。

図７を参照して、本発明の一側面としての検出装置に用いられる平板１０２の具体的な構成の一例を説明する。平板１０２は、パターン１０４及び１０６を観察するための光に対して透過性を有する材料で構成される。例えば、パターン１０４及び１０６を観察するための光が可視光であれば、ガラスや石英を材料として平板１０２を構成するとよい。

平板１０２の面１０２ａ及び１０２ｂのそれぞれには、パターン１０４及び１０６が形成されており、パターン１０４とパターン１０６とを同時に観察することで、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれを計測可能にしている。

パターン１０４及び１０６としては、代表的には、ライン・アンド・スペースの繰り返しパターン、縦横格子パターン、千鳥格子パターンなどがあるが、これらに限定されるものではない。パターン１０４及び１０６は、例えば、平板１０２（の面１０２ａ及び１０２ｂ）をエッチングして段差で形成してもよい。また、計測信号のコントラストを向上させるために、平板１０２に金属膜などの遮光材を成膜し、かかる遮光材をエッチングすることでパターン１０４及び１０６を形成してもよい。更に、イオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）によって、平板１０２の内部（面１０２ａ及び１０２ｂ）に物質（イオン）をドープすることでパターン１０４及び１０６を形成してもよい。

平板１０２の基板側の面１０２ａには、即ち、パターン１０４の下面には、基板ＳＢで反射された光を遮光する遮光膜１１２を形成するとよい。これにより、パターン１０４及び１０６の観察時において、基板ＳＢの下地パターンからのノイズ光を抑制することができる。従って、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれを計測する際の計測精度の低下を抑え、異物検出の分解能を向上させることができる。

パターン１０４を段差で形成した場合には、かかる段差に基板ＳＢの上の異物ＦＰが挟み込まれ、平板１０２の変形を阻害するため、異物検出の精度の低下を招いたり、異物検出を行うことができなくなったりする可能性がある。そこで、遮光膜１１２を、図７に示すように、パターン１０４を形成する段差を埋めて基板ＳＢと接触する面を平面にするための部材としても機能させるとよい。また、遮光膜１１２とは別に、パターン１０４を形成する段差を埋めて基板ＳＢと接触する面を平面にするための部材を設けてもよい。この場合、かかる部材は、平板１０２の屈折率とは異なる屈折率を有する。

遮光膜１１２は、パターン１０４及び１０６を観察するための光が透過しない材料であることが必要であるが、パターン１０４との屈折率差が大きくなければ、計測信号のコントラストが得られないため、その材料を適切に選択しなければならない。本実施形態では、パターン１０６を金属膜で形成し、パターン１０４を段差で形成し、遮光膜１１２を金属膜で形成することで平板１０２を構成している。

また、平板１０２の基板ＳＢと接触する面には、基板ＳＢと平板１０２との接触を考慮して、撥水膜１１４を形成するとよい。本実施形態では、基板ＳＢに密着層（密着材）が塗布（供給）された状態において、基板ＳＢと平板１０２とを接触させる。従って、基板ＳＢに塗布された密着層と平板１０２とが接触する際に、両者の密着力が大きい、或いは、基板ＳＢ（密着層）と平板１０２との接触面積が大きいと、基板ＳＢと平板１０２とを引き離すことができなくなる可能性がある。そこで、平板１０２の基板ＳＢと接触する面に、密着層に対して撥水性を有する撥水膜１１４を予め形成（塗布）することで、基板ＳＢと平板１０２とを引き離しやすくすることができる。本実施形態では、遮光膜１１２の基板側の面に撥水膜１１４を形成しているが、平板１０２に遮光膜１１２を形成していない場合には、平板１０２の基板側の面１０２ａに形成すればよい。また、撥水膜１１４を、パターン１０４を形成する段差を埋めて基板ＳＢと接触する面を平面にするための部材として機能させてもよい。なお、基板ＳＢに塗布される密着層は、基板ＳＢがリソグラフィ装置に搬入される前に塗布され、基板とレジスト（感光剤）又は樹脂とを強固に密着させるためのものである。特に、インプリント装置では、基板の上の樹脂（硬化樹脂）からモールドを剥離（離型）しなければならないため、レジストパターンに相当する硬化樹脂が基板から引き剥がされないようにするための密着層が必要となる。

図８を参照して、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれを計測する計測部１３０の一例を説明する。ここでは、パターン１０４及び１０６は、互いに異なる格子ピッチを有する格子パターンであって、パターン１０４とパターン１０６との相対関係からモアレ像（モアレ縞）が形成される場合を例に説明する。但し、モアレ像を形成することができれば、パターン１０４及び１０６は、ライン・アンド・スペースのパターンであってもよい。

平板１０２の面１０２ａに形成されたパターン１０４の格子ピッチをＰ１、平板１０２の面１０２ｂに形成されたパターン１０６の格子ピッチをＰ２（Ｐ１＜Ｐ２）とすると、モアレ像のピッチＰ３は、以下の式（１）で表される。

１／Ｐ３＝（１／Ｐ１）−（１／Ｐ２） ・・・（１）
ここで、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ量をΔｘとすると、モアレ像のピッチＰ３のシフト量は、周期Ｐａ（＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２）の位相差に比例する。従って、モアレ像の相対シフト量Ｓは、以下の式（２）で表される。

Ｓ＝（Δｘ／Ｐａ）・Ｐ３ ・・・（２）
式（１）及び式（２）を参照するに、格子ピッチＰ１及びＰ２を適切に選択（設定）することで、実際の位置ずれ量Δｘを拡大して（即ち、高精度に）計測することが可能となる。これは、計測部１３０を構成する光学系の光学倍率を大きくすることなく、モアレ像のピッチＰ３を大きくすることで、実質的に、光学開口（ＮＡ）を小さくすることができることを意味する。換言すれば、モアレ計測方式は、簡易な光学系で計測部１３０を構成しても、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれの計測精度を向上させることができる点で有利である。

図９では、計測部１３０として、パターン１０４及び１０６に照射する光の光路とパターン１０４及び１０６からの光の光路とが同一光路となる斜入射光学系を示している。この場合、パターン１０４及び１０６は、検出方向とは直交する方向にも回折光を発生させる必要があるため、少なくとも一方を、縦横格子パターン又は千鳥格子パターンにしなければならない。本実施形態では、平板１０２の基板側の面１０２ａに、パターン１０４として、千鳥格子パターンを配置し、平板１０２の基板側の面の反対側の面１０２ｂに、パターン１０６として、ライン・アンド・スペースのパターンを配置している。

パターン１０４及び１０６に対する照明を斜入射にする理由は、平板１０２の面１０２ａ及び１０２ｂや基板ＳＢの表面（平面側の面）からの０次光を検出しないようにするためである。モアレ計測方式では、所定の次数同士で結像した光から位置ずれを計測するため、０次光がノイズとなる。

計測部１３０は、本実施形態では、照明系１３２と、スコープ１３４と、パターン１０４とパターン１０６を通過した光によって形成されるモアレ像を検出するセンサ１３６とを含む。照明系１３２からの光は、平板１０２の上のパターン１０６の全体を照明する。パターン１０６を通過する光のうち０次光に着目する。かかる０次光は、パターン１０６を通過して、パターン１０４で回折（反射）される。パターン１０４で回折された１次光は互いに異なる４つの方向に進むが、それらのうち２つの１次光が入射方向に戻るように、パターン１０４の照明方向（紙面に平行な方向）に直交する格子ピッチが設計されている。

更に、２つの１次光はパターン１０６で再び回折され、少なくとも２つ以上の回折光がスコープ１３４を通過する。この際、パターン１０４で反射された０次光や他の２つの１次光は、スコープ１３４には入射しない。但し、スコープ１３４に入射する少なくとも２つ以上の回折光のうち、純粋な１次光によるモアレ像のピッチ（Ｐ３）を得るためには、スコープ１３４の瞳面における開口数（ＮＡ）を十分に小さくする必要がある。最終的には、少なくとも２つ以上の回折光がスコープ１３４を通過し、センサ１３６の上にモアレ像を形成する。

同様に、照明系１３２から照射され、パターン１０６を通過した±１次回折光についても、パターン１０４で回折した回折光によって、少なくとも２つ以上の回折光がスコープ１３４を通過し、モアレ像を形成する。この際、平板１０２の面１０２ｂに配置されたパターン１０６は、平板１０２ではなく、平板１０２の面１０２ａと光学的に共役な面に配置されていてもよい。例えば、平板１０２の上部近傍にパターン１０６が形成された基準プレートを配置してもよいし、スコープ１３４の内部やセンサ１３６の結像面にパターン１０６が形成された基準プレートを配置してもよい。但し、このような場合には、平板１０２にパターン１０４及び１０６が配置されている場合と比較して、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれに対する敏感度が半分になることに注意する必要がある。

本実施形態では、照明系１３２からの光の中心波長を５００ｎｍ、パターン１０４及び１０６を照明する光の入射角度をＮＡで０．１、パターン１０４及び１０６を照明する光のＮＡを０．０２５、スコープ１３４の瞳面における開口数を０．０３としている。また、パターン１０６の格子ピッチを９．０３μｍ、パターン１０４のパターン１０６と直交する方向の格子ピッチを２．５μｍ、パターン１０４のパターン１０６と平行な方向の格子ピッチを９μｍとしている。従って、モアレ像の倍率は、式（１）及び式（２）から、３００倍となり、モアレ像のピッチは、１３５５μｍとなる。

また、センサ１３６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサとし、その画角をΦ３０ｍｍ、分解能を１０μｍ／画素としている。従って、スコープ１３４の光学倍率を０．１にすることで、Φ３００ｍｍの範囲を観察可能となる。また、モアレ像のピッチ（１３５５μｍ）に対して、約１４個分の画素で位置計測を行うことになる。更に、位置ずれに対する敏感度は、画素／モアレ像の倍率＝１００ｎｍ／３００から、３３３ｎｍ／画素となる。従って、サイン波解析から数十ｎｍ程度の位置ずれが検出可能であるため、１００ｎｍ程度のサイズの異物の検査に対応することができる。また、異物の検出精度を更に向上させたい場合には、観察領域を狭めたり、モアレ像の倍率やセンサ１３６の分解能を向上させたりすることで対応可能である。但し、上述したように、モアレ像のピッチと位置ずれの計測精度との関係は重要であり、モアレ像のピッチは１ｍｍ程度であるとよい。

センサ１３６で検出されるモアレ像の情報は、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれに関する情報と、基板ＳＢの上に異物ＦＰがない状態での基板ＳＢの平坦度に関する情報とを含んでいる。従って、基板ＳＢの上に異物ＦＰがない状態での基準モアレ像（の画像）又はパターン１０４とパターン１０６との相対的な基準位置ずれを、例えば、平坦度が保証されたベア基板などを用いて、予め取得する。そして、基準モアレ像（又は基準位置ずれ）と、基板ＳＢの上に異物ＦＰがある状態で、即ち、異物検出時に取得したモアレ像（パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ）とを比較することで、異物ＦＰのサイズや位置を求める。

異物ＦＰのサイズを求める際には、センサ１３６で検出されるモアレ像をピッチごとに、計測領域の全面にわたって位置計測を行う。同様に、基準モアレ像についてもピッチごとに位置計測を予め行い、両者のピッチ座標ごとに位置ずれ量を算出して位置ずれマップを取得する。そして、かかる位置ずれマップから、図６に示すような基板ＳＢの上の異物ＦＰのサイズと、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれ量との関係を用いて、ピッチ座標ごとに異物ＦＰのサイズを求める。また、位置ずれマップから、図９に示すように、パターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれの変化の符号が逆転する変曲点を特定することで異物ＦＰの位置を求めることができる。

本実施形態では、１方向の位置ずれマップから異物ＦＰを検出する場合について説明したが、Ｘ方向及びＹ方向の２方向の位置ずれマップを取得することも可能である。この場合には、パターン１０６をライン・アンド・スペースのパターンから縦横の格子パターンに変更する、或いは、Ｘ方向とＹ方向のライン・アンド・スペースのパターンをモアレ像のピッチごとに千鳥状に配置するなどすればよい。

また、２方向の位置ずれマップから、周波数解析によって低次数の成分を基板ＳＢのグローバルな平坦度として抽出し、ショット領域ごとの位置ずれマップを平均化してショット領域内の平坦度成分として抽出することも可能である。更に、これらの位置ずれ成分を除去して異物検査を行うことも可能である。従って、このような位置ずれ成分を平坦度に変換することで、基板ＳＢの平坦度も計測することが可能である。また、２方向の位置ずれマップを平坦度マップに変換してから基板ＳＢの平坦度を求めてもよい。

ここまでは、２つの異なるピッチによるモアレ像の位置ずれから異物を検出する場合について説明したが、モアレ像の光強度からも異物を検出することが可能である。この場合、重ねるパターンのピッチは、等しくてもよい。２つのパターンからの光強度を計測することで、基板上の異物を検出することができる。センサで計測されたモアレ光強度とレファレンスモアレ光強度マップとの差分から異物を検出することも可能である。

図１０を参照して、本発明の一側面としての検出装置１を説明する。検出装置１は、基板ＳＢの上の異物を検出する装置（異物検査装置）である。検出装置１は、パターン１０４及び１０６が形成された平板（異物検出部材）１０２と、基板ＳＢを保持する基板保持部１４２と、基板保持部１４２を駆動（例えば、６軸駆動）する基板駆動部１４４とを有する。また、検出装置１は、平板１０２を保持する平板保持部１４６と、平板保持部１４６を駆動（例えば、６軸駆動）する平板駆動部１４８とを有する。更に、検出装置１は、計測部１３０と、処理部１５０と、記憶部１５２とを有する。

本実施形態において、平板保持部１４６は、平板１０２に対して、平板１０２の基板側の面１０２ａとは反対側の面１０２ｂから圧力を与えることができるように構成されている。換言すれば、平板保持部１４６は、平板１０２を変形させる変形部としても機能する。また、基板駆動部１４４及び平板駆動部１４８は、基板ＳＢと平板１０２とを相対的に移動させて基板ＳＢと平板１０２とを接触させる移動機構（駆動機構）として機能する。

平板１０２は、上述した通りの構成及び機能を有する。本実施形態では、平板１０２のサイズは、基板ＳＢのサイズよりも大きいものとし、具体的には、平板１０２のサイズをΦ４５０ｍｍ、基板ＳＢのサイズをΦ３００ｍｍとする。これにより、基板ＳＢの全面に対して異物検出を一括して行うことができるため、スループットの点で有利である。但し、平板１０２のサイズが基板ＳＢのサイズよりも小さい、或いは、平板１０２のサイズが基板ＳＢのサイズと同等である場合にも、異物の検出領域を分割することで、基板ＳＢの全面に対して異物検出を行うことが可能である。

計測部１３０は、上述した通りの構成を有し、基板ＳＢと平板１０２とを接触させた状態において、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれを計測する。

処理部１５０は、検出装置１の各部を統括的に制御する。また、処理部１５０は、本実施形態では、計測部１３０で計測されたパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれに基づいて、基板ＳＢの上の異物を検出する処理（異物検出処理）、即ち、上述した処理を行う。記憶部１５２には、処理部１５０で行われる異物検出処理に必要となる情報、例えば、基板ＳＢの上に異物ＦＰがない状態での基準モアレ像やパターン１０４とパターン１０６との相対的な基準位置ずれなどが記憶されている。

検出装置１による異物検出処理について説明する。基板駆動部１４４によって基板ＳＢを保持する基板保持部１４２をＺ軸方向に駆動して、基板ＳＢと平板１０２（平板保持部１４６に保持された平板１０２）とを接触させる。この際、基板保持部１４２は、平板１０２の面１０２ｂに圧力を与えることで、平板１０２を基板側に凸形状とし、平板１０２の中央部（凸部）から基板ＳＢに接触するようにする。そして、平板１０２の中央部が基板ＳＢに接触したら、平板１０２の面１０２ｂに与える圧力を徐々に０に近づけることで、基板ＳＢと平板１０２との間の気体（空気）を外周に追い出しながら基板ＳＢと平板１０２とを接触（密着）させる。換言すれば、基板ＳＢと平板１０２とを接触させる前に、平板１０２が基板ＳＢに向かって凸面となるように平板１０２を変形させる。そして、基板ＳＢと平板１０２とを接触させる際に、基板ＳＢと平板１０２の凸面との接触面積が段階的に増加するように平板１０２の変形量を少なくしていく。これにより、基板ＳＢと平板１０２との間に気体溜まりが発生することを抑制し、理想的な接触状態にすることができる。基板ＳＢと平板１０２との間の気体溜まりを少なくすることで、基板ＳＢの上の異物を正確に平板１０２の変形に反映させることができる。また、基板ＳＢと平板１０２（の凸面）との接触面積を徐々に増加させることで、基板ＳＢと平板１０２との間に大きな異物を挟み込んだ場合には、基板ＳＢと平板１０２とを更に接触させること（異物検出処理）を中断することが可能となる。従って、基板ＳＢの上の異物による基板ＳＢや平板１０２の破損を低減することができる。なお、基板ＳＢの上に密着層やレジストを塗布しておくことで、基板ＳＢと平板１０２とが直接接触することに起因する破損も低減することができる。

基板ＳＢと平板１０２とを接触させたら、計測部１３０によって、平板１０２の上のパターン１０４とパターン１０６との相対的な位置ずれを表すモアレ像を検出する。そして、上述したように、記憶部１５２に記憶された基準モアレ像と検出したモアレ像とを比較して、基板ＳＢの上の異物を検出する。

図１１を参照して、本発明の一側面としての検出装置１の別の構成を説明する。図１１に示す検出装置１は、計測部１３０として、照明系１３２と、結像系１６２と、ラインセンサ１６４とを含む。結像系１６２は、例えば、屈折率分布型レンズ（Ｓｅｌｆｏｃ）を多数配列したＳＬＡ（セルフォックレンズアレイ）（日本板硝子株式会社）で構成され、全体で１つの連続した像（モアレ像）を形成する光学系である。ラインセンサ１６４で検出されたモアレ像は、記憶部１５２に記憶される。

図１１に示す検出装置１による異物検出処理について説明する。基板駆動部１４４によって基板ＳＢを保持する基板保持部１４２をＺ軸方向に駆動して、基板ＳＢと平板１０２（平板保持部１４６に保持された平板１０２）とを接触させる。基板ＳＢと平板１０２とを接触させたら、平板１０２に対して、照明系１３２からライン状の光を斜入射で照射する。照明系１３２からの光の中心波長は５００ｎｍ、パターン１０４及び１０６を照明する光の入射角度はＮＡで０．２、パターン１０４及び１０６を照明する光のＮＡは０．０２５とする。また、照明系１３２からの光のライン長を３００ｍｍよりも長くすることで、１回の走査（スキャン）で基板ＳＢの全面を計測することが可能となる。

基板駆動部１４４は、照明系１３２からのライン状の光に対して、基板ＳＢの全面が走査されるように、基板保持部１４２をＹ軸方向に駆動（走査）する。換言すれば、基板保持部１４２を、ラインセンサ１６４に対してモアレ像を走査する走査機構として機能させる。本実施形態において、平板１０２の基板側の面１０２ａに配置されるパターン１０４は、ライン・アンド・スペースのパターンとし、そのピッチを９．０３μｍとする。一方、平板１０２の基板側の面の反対側の面１０２ｂに配置されるパターン１０６は、千鳥格子パターンとする。また、パターン１０６のパターン１０４と直交する方向の格子ピッチを５μｍ、パターン１０６のパターン１０４と平行な方向の格子ピッチを９μｍとする。また、結像系１６２の瞳面における開口数を０．０３とする。

ここで、平板１０２の上のパターン１０４及び１０６、及び、計測部１３０（照明系１３２、結像系１６２、ラインセンサ１６４）の配置を図１２に示す。図１２を参照するに、照明系１３２、結像系１６２及びラインセンサ１６４は、走査方向に直交して配置され、平板１０２のパターン１０４（ライン・アンド・スペースのパターン）は、走査方向に平行に配置される。

図１１に示す検出装置１では、モアレ像がラインセンサ１６４の上に形成される。従って、基板駆動部１４４による走査と同期して、ラインセンサ１６４の上に形成されるモアレ像を記憶部１５２に記憶することで、基板ＳＢの全面のモアレ像を得ることができる。結像系１６２が等倍である場合、ラインセンサ１６４のライン長も３００ｎｍ以上必要となる。但し、分解能は０．１ｍｍ程度でよいため、ラインセンサ１６４は、３０００画素（３００ｍｍ／０．１ｍｍ）以上を有すればよい。そして、ラインセンサ１６４で検出されたモアレ像と、記憶部１５２に記憶された基準モアレ像と検出したモアレ像とを比較して、基板ＳＢの上の異物を検出する。

このように、本実施形態の検出装置１によれば、基板ＳＢの上の異物を、数十ｎｍ程度の検出精度で短時間に検出することができる。また、検出装置１は、上述したように、簡易な構成であるため、リソグラフィ装置などにも容易に組み込むことができる。

図１３を参照して、本発明の一側面としてのリソグラフィ装置３００について説明する。リソグラフィ装置３００は、基板の上にパターンを転写する装置であって、本実施形態では、インプリント装置として具現化される。リソグラフィ装置３００は、図１３に示すように、検出装置１と、転写処理部３１０と、ＦＯＵＰ３２０と、基板搬送部３３０とを有する。転写処理部３１０は、本実施形態では、基板に供給された樹脂にモールドを押し付けた状態で樹脂を硬化させ、硬化した樹脂からモールドを剥離するインプリント処理を行う。ＦＯＵＰ３２０は、ＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）規格に準拠した基板の搬送容器である。

ＦＯＵＰ３２０に収納された基板は、基板搬送部３３０によって、転写処理部３１０に搬送される。基板搬送部３３０は、基板のアライメントを行うアライメント機構なども含み、基板の回転やシフトを補正しながら基板を搬送する。転写処理部３１０の基板搬入位置には、上述した検出装置１が配置されている。従って、検出装置１の基板保持部１４２及び基板駆動部１４４は、リソグラフィ装置３００の基板ステージや基板チャックで代用することも可能である。かかる基板搬入位置において、検出装置１によって、基板の上の異物検査を行う。

このように、本実施形態のリソグラフィ装置３００によれば、基板にパターンを転写する転写処理を行う直前に、且つ、リソグラフィ装置３００の内部で、基板の上の異物を検出することができる。換言すれば、リソグラフィ装置３００は、基板の上の異物を検出し、かかる検出結果に基づいて転写処理を行うことができる。従って、リソグラフィ装置３００は、例えば、異物によるモールドの破損やパターンの転写不良などを防止することが可能であり、半導体デバイスなどの物品を効率的に製造することができる。物品としてのデバイス（半導体デバイス、液晶表示素子等）の製造方法は、リソグラフィ装置３００を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）にパターンを転写（形成）するステップを含む。かかる製造方法は、パターンが転写された基板をエッチングするステップを更に含む。なお、かかる製造方法は、パターンドットメディア（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、エッチングステップの代わりに、パターンが転写された基板を加工する他の加工ステップを含む。

また、リソグラフィ装置３００は、インプリント装置の他にも、荷電粒子線描画装置、投影露光装置などが考えられる。荷電粒子線描画装置は、基板に荷電粒子線で描画を行うことで基板の上にパターンを転写するリソグラフィ装置である。投影露光装置は、基板にレチクルのパターンを投影光学系によって投影することで基板の上にレチクルのパターンを転写するリソグラフィ装置である。

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及び変更が可能である。

Claims (17)

1. 基板の上の異物を検出する検出装置であって、
   第１パターンを第１面に有する板と、
   前記第１面とは異なる第２面に配置された第２パターンと、
   前記基板と前記板とを接触させる駆動機構と、
   前記基板と前記板とを接触させた状態において、前記第１パターンと前記第２パターンとの相対的な位置ずれを計測する計測部と、
   前記計測部で計測された位置ずれに基づいて、前記基板の上の異物を検出する処理を行う処理部と、
   を有することを特徴とする検出装置。
2. 前記第１面は、前記板の前記基板側の面であって、
   前記第２面は、前記板の基板側の面の反対側の面であることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第２面は、前記第１面と光学的に共役な面であることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
4. 前記計測部は、前記第１パターン及び前記第２パターンを光学的に検出するスコープを含み、
   前記第２面は、前記スコープの内部の面であることを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
5. 前記板を変形させる変形部を更に有し、
   前記変形部は、
   前記基板と前記板とを接触させる前に、前記板が前記基板に向かって凸面となるように前記板を変形させ、
   前記基板と前記板とを接触させる際に、前記基板と前記凸面との接触面積が段階的に増加するように前記板の変形量を少なくしていくことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の検出装置。
6. 前記第１パターンと前記第２パターンとは、互いに異なる格子ピッチを有する格子パターンであり、
   前記計測部は、前記第１パターンと前記第２パターンからの光によって形成されるモアレ像を検出するセンサを含み、前記センサで検出されたモアレ像に基づいて、前記第１パターンと前記第２パターンとの相対的な位置ずれを計測することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の検出装置。
7. 前記センサは、ラインセンサを含み、
   前記ラインセンサに対して前記モアレ像を走査する走査機構を更に有することを特徴とする請求項６に記載の検出装置。
8. 前記第１パターン及び前記第２パターンは、遮光材又は段差で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
9. 前記第１パターンは、段差で形成され、
   前記板は、前記段差を埋めて前記基板と接触する面を平面にするための部材を含み、
   前記部材は、前記板の屈折率とは異なる屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
10. 前記板は、前記基板で反射された光を遮光する遮光膜を前記基板側の面に有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
11. 前記板は、前記基板に供給される密着材に対して撥水性を有する撥水膜を前記基板と接触する面に有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
12. 基板の上の異物を検出する検出装置であって、
    第１パターンを第１面に有する板と、
    前記第１面とは異なる第２面に配置された第２パターンと、
    前記基板と前記板とを接触させる駆動機構と、
    前記基板と前記板とを接触させた状態において、前記第１パターンと前記第２パターンとからの光強度を計測する計測部と、
    前記計測部で計測された光強度に基づいて、前記基板の上の異物を検出する処理を行う処理部と、
    を有することを特徴とする検出装置。
13. 基板の上にパターンを転写するリソグラフィ装置であって、
    前記基板の上の異物を検出する請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の検出装置を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
14. 前記リソグラフィ装置は、前記基板の上の樹脂とモールドとを接触させた状態で当該樹脂を硬化させることで前記基板の上に前記パターンを転写することを特徴とする請求項１３に記載のリソグラフィ装置。
15. 請求項１３又は１４に記載のリソグラフィ装置を用いて基板の上にパターンを転写するステップと、
    前記パターンが転写された前記基板を加工するステップと、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
16. 基板の上の異物を検出する検出装置であって、
    前記基板と、第１パターンを第１面に有する板とを接触させる工程と、
    前記基板と前記板とを接触させた状態において、前記第１パターンと、前記第１面とは異なる第２面に配置された第２パターンとの相対的な位置ずれを計測する工程と、
    前記計測された位置ずれに基づいて、前記基板の上の異物を検出する工程と、
    を有することを特徴とする検出方法。
17. 基板の上の異物を検出する検出方法であって、
    前記基板と、第１パターンを第１面に有する板とを接触させる工程と、
    前記基板と前記板とを接触させた状態において、前記第１パターンと、前記第１面とは異なる第２面に配置された第２パターンとからの光強度を計測する工程と、
    前記計測された光強度に基づいて、前記基板の上の異物を検出する工程と、
    を有することを特徴とする検出方法。

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