JP2018138927A - 位置検出装置、位置検出方法、インプリント装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モアレを生じさせる２つの回折格子の相対位置を検出するのに有利な技術を提供する。【解決手段】第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、を有し、前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンの端のパターンの前記第１方向における幅は、前記少なくとも一方の回折格子の他のパターンの前記第１方向における幅よりも小さいことを特徴とする位置検出装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出装置、位置検出方法、インプリント装置及び物品の製造方法に関する。

インプリント技術は、ナノスケールの微細パターンを形成することができる技術であり、半導体デバイスや磁気記憶媒体の量産用ナノリソグラフィ技術の１つとして提案されている。インプリント技術を用いたインプリント装置は、パターンが形成されたモールド（型）と基板上の樹脂（インプリント材）とを接触させた状態で樹脂を硬化させ、硬化した樹脂からモールドを引き離すことで基板上にパターンを形成する。インプリント装置では、樹脂硬化法として、一般に、紫外線などの光の照射によって基板上の樹脂を硬化させる光硬化法が採用されている。

インプリント装置では、モールドと基板上の樹脂とを接触させる際に、モールドと基板とを正確に位置合わせ（アライメント）する必要があり、例えば、モールドと基板との位置合わせ方式として、ダイバイダイアライメント方式が採用されている。ダイバイダイアライメント方式とは、基板のショット領域ごとに、かかるショット領域に形成されたマークとモールド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方式である。このようなモールドと基板との位置合わせに関する技術は、従来から提案されている（特許文献１及び２参照）。

特許文献１には、モールドと基板との位置合わせに用いるマークを検出するマーク検出機構を有するインプリント装置が提案されている。特許文献１では、モールドと基板との位置合わせに用いるマークとして、回折格子がモールド及び基板のそれぞれに設けられている。モールド側の回折格子は、計測方向に周期を有する回折格子であり、基板側の回折格子は、計測方向及び計測方向に直交する方向（非計測方向）のそれぞれに周期を有するチェッカーボード状の回折格子である。マーク検出機構は、基板側の回折格子とモールド側の回折格子が重なることで生じるモアレを検出する。マーク検出機構は、回折格子を照明する照明光学系と、回折格子からの回折光を検出する検出光学系とを含み、いずれもモールド及び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。換言すれば、照明光学系は、回折格子に対して非計測方向から斜入射照明を行うように構成されている。回折格子に斜入射した光は、基板側の回折格子によって非計測方向に回折され、検出光学系で検出される。検出光学系は、非計測方向に関して、ゼロ次光以外の単一の回折光のみを検出するように配置されている。また、特許文献２には、照明光学系の瞳面に複数の極を形成し、複数の方向に対するモールドと基板との相対位置計測を行う技術が提案されている。

米国特許第７２９２３２６号明細書 特開２０１３−０３０７５７号公報

しかしながら、従来技術では、モールド側の回折格子や基板側の回折格子の端（回折格子のパターンの両端）から強い回折光や散乱光が発生し、その影響がマーク検出機構で得られる検出信号に混入することで騙され（誤差）が発生してしまう。その結果、モールドと基板との位置合わせ精度（重ね合わせ精度）が低下し、パターンの転写不良（製品不良）を招いてしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、モアレを生じさせる２つの回折格子の相対位置を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位置検出装置は、第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、を有し、前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンの端のパターンの前記第１方向における幅は、前記少なくとも一方の回折格子の他のパターンの前記第１方向における幅よりも小さいことを特徴とする。

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、モアレを生じさせる２つの回折格子の相対位置を検出するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としてのインプリント装置の構成を示す概略図である。 図１に示すインプリント装置の位置検出装置の構成の一例を示す概略図である。 位置検出装置の照明光学系の瞳強度分布と検出光学系の開口数との関係を示す図である。 モアレの発生の原理及びモアレを用いたマークの相対位置の検出を説明するための図である。 モールドや基板に設けられる回折格子の一例を示す図である。 モアレの一例を示す図である。 モールドや基板に設けられる回折格子の一例を示す図である。 回折格子の端部におけるモアレの変化を示す図である。 モールドや基板に設けられる回折格子の一例を示す図である。 モールドや基板に設けられる回折格子の一例を示す図である。 回折格子の端部におけるモアレの変化を示す図である。 モールドや基板に設けられる回折格子の一例を示す図である。 モールドや基板に設けられる回折格子の一例を示す図である。 モールドや基板に設けられる回折格子の一例を示す図である。 モアレと回折格子との関係を示す図である。

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。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一側面としてのインプリント装置１００の構成を示す概略図である。インプリント装置１００は、基板上のインプリント材をモールドで成形して基板上にパターンを形成するインプリント処理を行う。本実施形態では、インプリント材として、樹脂を使用し、樹脂硬化法として、紫外線の照射によって樹脂を硬化させる光硬化法を採用する。

インプリント装置１００は、インプリントヘッド３と、位置検出装置６と、基板ステージ１３と、制御部３０とを有する。また、インプリント装置１００は、基板上に樹脂を供給（塗布）するためのディスペンサを含む樹脂供給部、インプリントヘッド３を保持するためのブリッジ定盤、基板ステージ１３を保持するためのベース定盤なども有する。

インプリント装置１００は、基板ステージ１３に保持された基板１に樹脂を塗布し、かかる樹脂に所定のパターンが形成されたモールド２（のパターン面）を接触させる。そして、モールド２と基板上の樹脂とを接触させた状態で、樹脂に紫外線７を照射して硬化させ、硬化した樹脂からモールド２を引き離す（離型する）ことで基板上に樹脂のパターンを形成する。

モールド２は、支持体であるインプリントヘッド３に保持されている。インプリントヘッド３の内部には、図１（ａ）に示すように、モールド２に設けられたマーク４と、基板１に設けられたマーク５とを光学的に観察することで両者の相対位置を検出する位置検出装置６が配置されている。但し、位置検出装置６をインプリントヘッド３の内部（空間）に構成することが困難である場合には、図１（ｂ）に示すように、結像光学系８によって、マーク４やマーク５からの光を上方で結像し、その像を観察してもよい。

また、本実施形態では、インプリント処理を行う際に、基板上の樹脂を硬化させるための紫外線７を上方から照射する。従って、結像光学系８を用いる場合には、図１（ｂ）に示すように、結像光学系８の内部に合成プリズム８ａを配置し、位置検出装置６からの光の光路と紫外線７の光路とを合成してもよい。この場合、合成プリズム８ａは、紫外線７を反射し、位置検出装置６からの光を透過する特性を有する。なお、位置検出装置６と紫外線７との関係は反対でもよく、合成プリズム８ａは、紫外線７を透過し、位置検出装置６からの光を反射する特性を有するものでもよい。

制御部３０は、ＣＰＵやメモリなどを含み、インプリント装置１００の全体（インプリント装置１００の各部）を制御する。制御部３０は、インプリント処理及びそれに関連する処理を制御する。例えば、制御部３０は、インプリント処理を行う際に、位置検出装置６の検出結果に基づいて、インプリントヘッド３や基板ステージ１３をｘｙ方向に移動させて、モールド２と基板１との位置合わせ（アライメント）を行う。

ここで、位置検出装置６やモールド２及び基板１のそれぞれに設けられたマーク４及び５の詳細を説明する。図２は、位置検出装置６の構成の一例を示す概略図である。位置検出装置６は、検出光学系２１と、照明光学系２２とを含む。図２では、検出光学系２１（の光軸）の一部と照明光学系２２（の光軸）の一部とが共通していることを示している。

照明光学系２２は、光源２３からの光を、プリズム２４などの光学部材を用いて検出光学系２１と同一の光軸上に導き、マーク４及び５を照明する。光源２３には、例えば、ハロゲンランプやＬＥＤなどが用いられる。光源２３は、紫外線７の波長とは異なる波長の光を射出する。本実施形態では、樹脂を硬化させるための光として紫外線７を用いているため、光源２３は、可視光や赤外線を射出する。

検出光学系２１と照明光学系２２とは、上述したように、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いる。プリズム２４は、検出光学系２１及び照明光学系２２の瞳面、或いは、その近傍に配置されている。マーク４及び５のそれぞれは、第１方向（Ｘ方向やＹ方向）に配列されたパターンを含む回折格子で構成されている。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４及び５で回折した光を撮像素子２５に結像する。マーク４及び５からの光は、モアレ（モアレ縞）として撮像素子２５に撮像される。撮像素子２５としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどが用いられる。このように、検出光学系２１は、マーク４とマーク５とが重なることで生じるモアレを検出する検出部として機能する。処理部２６は、撮像素子２５で検出されたモアレに基づいて、マーク４とマーク５との相対位置を求める。但し、処理部２６の機能は、制御部３０が備えていてもよい（即ち、処理部２６と制御部３０とを一体的に構成してもよい）。

プリズム２４は、貼り合わせ面において、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を有する。反射膜２４ａは、照明光学系２２の瞳強度分布の形状を規定する開口絞りとして機能する。また、反射膜２４ａは、検出光学系２１の瞳の大きさ（又は検出光学系２１の開口数ＮＡ_Ｏ）を規定する開口絞りとしても機能する。

プリズム２４は、貼り合わせ面に半透膜を有するハーフプリズムであってもよいし、表面に反射膜を有する板状の光学素子に置換されてもよい。また、照明光学系２２や検出光学系２１の瞳形状を変化させるために、プリズム２４は、ターレットやスライド機構などの切り換え機構によって、他のプリズムに交換可能にしてもよい。また、プリズム２４が配置される位置は、検出光学系２１及び照明光学系２２の瞳面やその近傍でなくてもよい。

本実施形態では、照明光学系２２の瞳形状をプリズム２４の反射膜２４ａで規定しているが、これに限定されるものではない。例えば、照明光学系２２の瞳位置にメカ絞りやガラス面に描画した絞りなどを配置しても同様の効果を得ることができる。

図３は、位置検出装置６の照明光学系２２の瞳強度分布（ＩＬ１乃至ＩＬ４）と、検出光学系２１の開口数ＮＡ_Ｏとの関係を示す図である。図３では、照明光学系２２の瞳面における瞳の大きさを、検出光学系２１の開口数ＮＡ_Ｏで示している。本実施形態では、照明光学系２２の瞳強度分布は、第１極ＩＬ１と、第２極ＩＬ２と、第３極ＩＬ３と、第４極ＩＬ４とを含む。照明光学系２２は、マーク４やマーク５のパターンが配列された方向（第１方向）に垂直に入射する光と、かかる方向に平行に入射する光とによって、マーク４やマーク５を照明する。上述したように、開口絞りとして機能する反射膜２４ａを照明光学系２２の瞳面に配置することで、１つの光源２３から複数の極、即ち、第１極ＩＬ１乃至第４極ＩＬ４を形成することができる。このように、複数の極（ピーク）を有する瞳強度分布を形成する場合には、複数の光源を必要としないため、位置検出装置６を簡略化又は小型化することができる。

図４（ａ）乃至図４（ｄ）を参照して、マーク４及び５からの回折光によるモアレの発生の原理、及び、かかるモアレを用いたマーク４（モールド２）とマーク５（基板１）との相対位置の検出について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、マーク４としてモールド２に設けられた回折格子（第１回折格子）３１と、マーク５として基板１に設けられた回折格子（第２回折格子）３２とは、計測方向のパターン（格子）の周期が僅かに異なっている。このような格子の周期が互いに異なる２つの回折格子を重ねると、２つの回折格子からの回折光同士の干渉によって、回折格子間の周期差を反映した周期を有するパターン、所謂、モアレが現れる。この際、回折格子同士の相対位置によってモアレの位相が変化するため、モアレを検出することでマーク４とマーク５との相対位置、即ち、モールド２と基板１との相対位置を求めることができる。

具体的には、周期が僅かに異なる回折格子３１と回折格子３２とを重ねると、回折格子３１及び３２からの回折光が重なり合うことで、図４（ｃ）に示すように、周期の差を反映した周期を有するモアレが発生する。モアレは、上述したように、回折格子３１と回折格子３２との相対位置によって明暗の位置（縞の位相）が変化する。例えば、回折格子３１と回折格子３２の相対位置がＸ方向に変化すると、図４（ｃ）に示すモアレは、図４（ｄ）に示すモアレに変化する。モアレは、回折格子３１と回折格子３２との間の実際の位置ずれ量（変化量）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、回折格子３１と回折格子３２との相対位置を高精度に検出することができる。

このようなモアレを検出するために、回折格子３１及び３２を明視野で検出する（回折格子３１及び３２を垂直方向から照明し、回折格子３１及び３２で垂直方向に回折される回折光を検出する）場合を考える。この場合、検出光学系２１は、回折格子３１及び３２からの０次光も検出してしまう。０次光は、モアレのコントラストを低下させる要因となるため、位置検出装置６は、上述したように、０次光を検出しない（即ち、回折格子３１及び３２を斜入射で照明する）暗視野の構成を有している。本実施形態では、暗視野の構成でもモアレを検出できるように、回折格子３１及び３２のうち、一方の回折格子を図５（ａ）に示すようなチェッカーボード状の回折格子とし、他方の回折格子を図５（ｂ）に示すような回折格子としている。図５（ａ）に示す回折格子は、計測方向（第１方向）に周期的に配列されたパターンと、計測方向に直交する方向（第２方向）に周期的に配列されたパターンとを含む。

図３、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照するに、第１極ＩＬ１及び第２極ＩＬ２からの光は、回折格子に照射され、チェッカーボード状の回折格子によって回折される。ここでは、回折格子によって回折した光のうちＺ軸の方向に回折した光を検出する。Ｙ方向に回折した光は、Ｘ方向の相対位置情報を有して検出光学系２１の瞳上の検出領域（ＮＡ_Ｏ）に入射し、撮像素子２５で検出される。これを用いて、２つの回折格子の相対位置を求めることができる。

図３に示す瞳強度分布と図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す回折格子との関係においては、第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光は、かかる回折格子の相対位置の検出には使用されない。但し、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す回折格子の相対位置を検出する場合には、第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光を回折格子の相対位置の検出に使用し、第１極ＩＬ１及び第２極ＩＬ２からの光を回折格子の相対位置の検出に使用しない。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す回折格子の組と、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す回折格子の組とを、検出光学系２１の同一視野内に配置して同時に２つの方向の相対位置を検出する場合には、図３に示す瞳強度分布は非常に有効となる。

ここで、回折格子の相対位置の検出に使用しない方向の光の影響について説明する。例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す回折格子の組に対して、第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光は、回折格子の端部で散乱や回折を起こす。このような場合に、光学シミュレーションによって求めたモアレを図６（ａ）に示す。図６（ａ）を参照するに、回折格子の端部で大きな強度の光が発生している。また、微小なサブピークが発生していることも確認できる。これらは、回折格子の連続的なパターン（格子条件）が端部で途切れることによって発生した大きな強度の光であると考えられる。なお、このような現象は、回折格子を明視野で検出する場合にも発生するが、回折格子を暗視野で検出する場合に特に顕著に確認できる。このような回折格子の端部で生じている不要光やサブピークがモアレに混入して、検出されると、回折格子の相対位置の検出に誤差を発生させることになる。

そこで、本実施形態では、モールド２や基板１に設けられるマーク、即ち、回折格子のデザインを工夫することによって、この影響を低減する。図７（ａ）は、第１方向に周期的に配列されたパターンを含む回折格子の端部を示す図である。図７（ａ）では、回折格子の両端のパターンのうち一方の端部のパターンＧＰ１（右端のパターン）と、パターンＧＰ１に最も近いパターンＧＰ２と、パターンＧＰ２に最も近いパターンＧＰ３とを示している。図７（ａ）は、図５（ｂ）に示す回折格子の右端の３つのパターンを示しており、パターンＧＰ３の左側には周期的にパターンが形成されている。また、回折格子のパターンの線幅及びパターン同士の間隔のそれぞれを１μｍとする。

ここで、図７（ａ）に示す回折格子のパターンＧＰ１の線幅を変化させた際の回折格子の端部（パターンＧＰ１）におけるモアレの変化を光学シミュレーションによって求めた結果を図８に示す。図８では、パターンＧＰ１の線幅及びパターン同士の間隔が１μｍである場合の回折格子の端部におけるモアレの強度を１としたときの相対比（信号強度比）を縦軸に採用し、パターンＧＰ１の線幅を横軸に採用している。

図８を参照するに、回折格子の端のパターンＧＰ１の線幅をパターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターンの線幅よりも小さくすることによって、回折格子の端部におけるモアレの強度を低減できることがわかる。また、パターンＧＰ１の線幅をパターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターンの線幅の半分、本実施形態では、５００ｎｍにすることによって、回折格子の端部におけるモアレの強度を最も小さくできることがわかる。

従って、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、回折格子の端のパターンＧＰ１の線幅をパターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターンの線幅よりも小さくしている。回折格子の端のパターンＧＰ１の線幅をパターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターンの線幅の半分の５００ｎｍとした場合に光学シミュレーションによって求めたモアレを図６（ｂ）に示す。なお、パターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターンの線幅は同一である。

図６（ｂ）を参照するに、モアレに混入した、回折格子の端部で生じている不要光の強度が低減するとともに、サブピークも低減していることがわかる。但し、回折格子の相対位置の検出に用いるモアレには変化はみられない。これは、回折格子の端部のパターンの線幅を他のパターンの線幅よりも小さくすることで、端部のパターン及び他のパターンのそれぞれから異なる位相の光が発生し、回折格子の端部に対応する位置で発生する光を低減している（打ち消している）からだと考えられる。一方、回折格子の端部のパターンの線幅を他のパターンの線幅よりも大きくした場合には、回折格子の端部で生じている不要光の強度が増加する結果が得られている。このように、回折格子に含まれるパターンのうち、相対位置計測に不要な光を生じさせるパターンの線幅を他のパターンの線幅よりも小さくすることで、不要な光の発生を低減することができる。

本実施形態では、図５（ｂ）に示すような回折格子を例に説明したが、図５（ａ）に示すようなチェッカーボード状の回折格子についても同様な結果を得ている。また、図９に示すように、回折格子の端のパターンＧＰ１及びパターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターンのそれぞれが複数のセグメントＳＧＰ（所謂、微細な線の集合で構成されたセグメントマーク）で構成されている場合がある。このような場合には、１つのパターンを構成する複数のセグメントＳＧＰの幅をパターンの線幅とし、１つのパターンを構成する複数のセグメントＳＧＰと他のパターンを構成する複数のセグメントＳＧＰとの間をパターンの間隔とすればよい。また、回折格子のパターンの間に微細なダミーパターンを構成する場合もあるが、かかるダミーパターンは、回折格子の相対位置の検出には直接関係しないパターンであるため、考慮しなくてよい。

このように、本実施形態では、モールド２に設けられた回折格子（マーク４）及び基板１に設けられた回折格子（マーク５）のうち少なくとも一方の回折格子の両端のパターンの線幅を他のパターンの線幅よりも小さくしている。これにより、モールド２や基板１に設けられた回折格子の端部（両端のパターン）から強い回折光や散乱光が発生することを低減（防止）し、位置検出装置６は、かかる回折格子の相対位置を高精度に検出することができる。従って、インプリント装置１００は、位置検出装置６の検出結果に基づいて、モールド２と基板１との位置合わせを高精度に行うことができ、パターンの転写不良（製品不良）を低減することができる。

＜第２の実施形態＞
図７（ａ）に示す回折格子において、回折格子の端のパターンＧＰ１とパターンＧＰ１に最も近い（即ち、１つ内側の）パターンＧＰ２との間隔を変化させることによって、回折格子のパターンの両端からの信号を変化させることができる。図７（ａ）に示す回折格子のパターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔を変化させた際の回折格子の端部（パターンＧＰ１）からの信号の変化を光学シミュレーションによって求めた結果を図１０に示す。図１０では、回折格子のパターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターン同士の間隔を１μｍとし、パターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔の１μｍからの差分（間隔差）を横軸に採用している。横軸において、マイナス方向がパターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔を狭める方向、プラス方向がパターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔を広げる方向を示す。また、回折格子のパターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔が１μｍである場合の回折格子の端部からの信号の強度を１としたときの相対比（信号強度比）を縦軸に採用している。

図１０を参照するに、回折格子のパターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔を、パターンＧＰ１やパターンＧＰ２の線幅の範囲内で、他のパターン同士の間隔よりも広くする。具体的には、回折格子のパターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔を他のパターン同士の間隔の１．３倍以下にすることによって、回折格子の端部からの信号の強度を低減できることがわかる。また、回折格子のパターンＧＰ１とパターンＧＰ２との間隔が他のパターン同士の間隔の１．１５倍以下、本実施形態では、間隔差＋１５０ｎｍにすることによって、回折格子の端部からの信号の強度を最も小さくできることがわかる。これは、上述したように、回折格子の両端のパターン及び他のパターンのそれぞれから異なる位相の光が発生し、両端のパターンからの光を低減している（打ち消している）からだと考えられる。

そこで、本実施形態では、図１１に示すように、回折格子の端のパターンＧＰ１と、パターンＧＰ１に最も近いパターンＧＰ２との間隔を、他のパターン同士の間隔（例えば、パターンＧＰ２とパターンＧＰ３との間隔）よりも広くしている。なお、回折格子のパターンＧＰ２及びＧＰ３を含む他のパターン同士の間隔は同一である。これにより、モールド２や基板１に設けられた回折格子の端部（両端のパターン）から強い回折光や散乱光が発生することを低減（防止）し、位置検出装置６は、かかる回折格子の相対位置を高精度に検出することができる。従って、インプリント装置１００は、位置検出装置６の検出結果に基づいて、モールド２と基板１との位置合わせを高精度に行うことができ、パターンの転写不良（製品不良）を低減することができる。

＜第３の実施形態＞
回折格子の端部からの信号の強度を低減するためには、回折格子の両端のパターン及び他のパターンのそれぞれから異なる位相の光が発生させればよい。従って、モールド２及び基板１のそれぞれに設けられる回折格子のうち少なくとも一方の回折格子が、同一の位相の光が入射したときに両端のパターンからの光の位相と他のパターンからの光の位相とを異ならせる構造を含んでいればよい。

回折格子の両端のパターンからの光の位相と他のパターンからの光の位相とを異ならせる構造は、回折格子の両端のパターンを構成する物質の屈折率と他のパターンを構成する物質の屈折率とを異ならせることで構成することができる。また、かかる構造は、回折格子の両端のパターンを構成する物質の厚さと他のパターンを構成する物質の厚さとを異ならせることで構成することもできる。更に、かかる構造は、回折格子の両端のパターンを構成する段差の深さと他のパターンを構成する段差の深さとを異ならせることで構成することもできる。

＜第４の実施形態＞
第１の実施形態及び第２の実施形態では、上述したように、回折格子（マーク４やマーク５）を大きくせずに、回折格子のパターンの両端の線幅を細くすることで、回折格子のパターンの両端で発生する信号（不要光）を低減させている。

本実施形態では、回折格子を大きくすることで回折格子のパターンから発生する不要光を低減させる回折格子のパターンについて説明する。上述したように、回折格子の端部（両端のパターン）からの不要光は、回折格子の連続的なパターンが端部で途切れることによって発生するものだと考えられる。

そこで、本実施形態では、回折格子の連続的なパターンが端部で途切れることを緩和するために、図１２（ａ）に示すように、少なくとも回折格子の端のパターンを含む複数のパターンの線幅を、回折格子の他のパターンの線幅よりも小さくする。これにより、回折格子の端部からの不要光を、より効果的に低減することができる。図１２（ａ）において、計測に使用する回折格子の部分でのパターン（以下、「第１パターン」と称する）の線幅をｄ０とし、隣接する第１パターン同士の間隔をｓ０としている。また、回折格子の端部からの不要光を低減するために、少なくとも回折格子の端のパターンを含む複数のパターン（以下、「第２パターン」と称する）の線幅をｄ１とし、隣接する第２パターン同士の間隔をｓ１としている。第２パターンの線幅ｄ１は、第１パターンの線幅ｄ０よりも小さくしている（ｄ０＞ｄ１）。また、隣接する第２パターン同士の間隔ｓ１は、隣接する第１パターン同士の間隔ｓ０以上（ｓ０≦ｓ１）としている。図１２（ａ）に示すように、隣接する第２パターン同士の間隔ｓ１は、第２パターンの線幅ｄ１を第１パターンの線幅ｄ０よりも小さくした分（ｄ０−ｄ１）だけ大きくなっている。

また、回折格子の端部からの不要光を低減させるためには、図１２（ａ）に示すように、複数の第２パターン（図１２（ａ）では、回折格子の端から３つのパターン）の線幅を一律にする必要はない。例えば、図１２（ｂ）に示すように、回折格子の端部に向かって、複数の第２パターンの線幅を連続的に変化させる、即ち、小さくさせてもよい。これにより、回折格子の端部からの不要光を、より効果的に低減することができる。

ここで、線幅を変化させる第２パターンの数がｎである場合を考える。この場合、第２パターンの線幅を、変化させる前の線幅（線幅ｄ０）を（ｎ＋１）で割って得られる値の分だけ連続的に小さくすることで、回折格子の端部からの不要光を低減する効果を得られることがシミュレーションで確認されている。

図１２（ｂ）に示すように、３つの第２パターンの線幅を変化させる場合には、回折格子の端部に向かって、かかる３つの第２パターンの線幅をｄ４、ｄ３、ｄ２を、以下のように設定するとよい。
ｄ４＝３／４×ｄ０
ｄ３＝２／４×ｄ０
ｄ２＝１／４×ｄ０
このように、第２パターンの線幅ｄ４、ｄ３及びｄ２を設定することで、回折格子の端部からの不要光を低減する効果が高くなることが分かっている。

また、図１２（ｂ）では、隣接する第２パターン同士の間隔ｓ２及びｓ３は、図１２（ａ）と同様に、第２パターンの線幅ｄ１を第１パターンの線幅ｄ０よりも小さくした分だけ大きくなっているが、これに限定されるものではない。図１２（ａ）と同様に、隣接する第２パターン同士の間隔ｓ２及びｓ３は、ｓ０≦ｓ２、ｓ０≦ｓ３の関係を満たしていればよい。

また、図１２（ｃ）に示すように、回折格子の端部に向かって、隣接するパターン同士の間隔ｓ０、ｓ６、ｓ５、ｓ４を連続的に変化させる、即ち、連続的に広くしてもよい。なお、第１パターンの線幅や第２パターンの線幅は、図１２（ｂ）と同様である（第１パターンの線幅：ｄ０、第２パターンの線幅（回折格子の端部に向かって）：ｄ４、ｄ３、ｄ２）。特に、計測に使用する回折格子のパターン、即ち、第１パターンの周期ピッチｐと同じ周期ピッチとなるように、隣接するパターン同士の間隔ｓ６、ｓ５及びｓ４を設定すると、回折格子の端部からの不要光を効果的に低減することができる。

また、図１２（ｄ）に示すように、回折格子の端のパターンを含む複数の第２パターンの線幅を、図１２（ａ）と同様にｄ１とし、隣接する第２パターン同士の間隔を、隣接する第１パターン同士の間隔と同様にｓ０としてもよい。隣接する第２パターン同士の間隔を一定にしても、第２パターンの線幅を第１パターンの線幅よりも小さくすることで、回折格子の端部からの不要光を低減することができる。更に、図１２（ｂ）に示すように、回折格子の端部に向かって、第２のパターンの線幅を連続的に変化させる場合にも、隣接する第２パターン同士の間隔を、隣接する第１パターン同士の間隔と同様にｓ０としてもよい。

＜第５の実施形態＞
第４の実施形態のように、回折格子の端のパターンを含む複数のパターンの線幅を、回折格子の他のパターンの線幅よりも小さくすることによって、回折格子の端部からの不要光を低減する場合、端のパターンの線幅が最も小さくなくてもよい。

本実施形態では、回折格子の端のパターンを含む複数の第２パターンのうち、端のパターンの線幅を、他の第２パターンの線幅よりも広くする。例えば、図１３（ａ）に示すように、計測に使用する回折格子の第１パターンの線幅をｄ０とし、端のパターンの線幅ｄ０’を、端のパターンを除く他の第２パターンの線幅ｄ１よりも広くする（ｄ０＞ｄ０’＞ｄ１）。これにより、回折格子の線幅が一定である従来技術と比較して、回折格子の端部からの不要光を低減する効果を得ることができる。

図１３（ａ）は、図１２（ａ）に示す回折格子の端部に、線幅ｄ１よりも広い線幅ｄ０’（＞ｄ１）のパターンを追加した回折格子を示している。図１３（ｂ）は、図１２（ｂ）に示す回折格子の端部に、線幅ｄ２よりも広い線幅ｄ０’（＞ｄ２）のパターンを追加した回折格子を示している。図１３（ｃ）は、図１２（ｃ）に示す回折格子の端部に、かかる回折格子の端のパターンの線幅よりも広い線幅のパターンを追加した回折格子を示している。図１３（ｄ）は、図１２（ｄ）に示す回折格子の端部に、線幅ｄ１よりも広い線幅ｄ０’（＞ｄ１）のパターンを追加した回折格子を示している。

このように、回折格子の端のパターンを含む複数のパターンの線幅を、回折格子の他のパターンの線幅よりも小さくする場合、線幅を小さくしたパターンよりも線幅を広くしたパターンを、回折格子の端部に配置してもよい。換言すれば、回折格子の端のパターンの線幅が最も小さくなくてもよい。このような場合であっても、回折格子の端部からの不要光を低減する効果を得ることができる。

＜第６の実施形態＞
第２の実施形態では、回折格子の端のパターンと、かかるパターンに最も近いパターンとの間隔を、他のパターン同士（計測に使用するパターン）の間隔よりも広くすることで、回折格子の端部からの不要光を低減させている。このような場合、回折格子の端のパターンと、かかるパターンに最も近いパターンとの間隔だけに限らず、複数のパターン同士の間隔を広げてもよい。

本実施形態では、回折格子の端のパターンを含む複数のパターン同士の間隔を、計測に使用する回折格子の第１パターン同士の間隔よりも広くする。例えば、図１４（ａ）では、回折格子の端から３つの第２パターンについて、隣接するパターン同士の間隔ｓ１を、第１パターン同士の間隔ｓ０よりも広げている。また、第２パターンの線幅は、第１パターンの線幅と同様にｄ０としている。このように、回折格子の複数のパターン同士の間隔を広げることで、回折格子の端部からの不要光を低減する効果を得ることができる。なお、図１４（ａ）では、複数のパターン同士の間隔を全てｓ１としているが、そのうちの一部の間隔をｓ１よりも小さくしてもよい。例えば、回折格子の端のパターンと、かかるパターンに最も近いパターンとの間隔をｓ０としてもよい。

また、図１４（ｂ）に示すように、回折格子の端から３つの第２パターンについて、回折格子の端部に向かって、隣接するパターン同士の間隔をｓ１、ｓ２、ｓ３と広げてもよい。隣接するパターン同士の間隔ｓ１、ｓ２及びｓ３は、計測に使用する第１パターン同士の間隔ｓ０よりも広くしている（ｓ０＜ｓ１＜ｓ２＜ｓ３）。また、第２パターンの線幅は、第１パターンの線幅と同様にｄ０としている。このように、回折格子の複数のパターン同士の間隔を広げることで、回折格子の端部からの不要光を低減する効果を得ることができる。なお、図１４（ｂ）では、回折格子の端部に向かって、隣接するパターン同士の間隔を順に広くしているが、これに限定されるものではない。例えば、第１パターン同士の間隔ｓ０よりも広い間隔で配置されたパターンが複数あれば、その間隔が回折格子の端部に向かって順に広くなっていなくてもよい。例えば、複数のパターン同士の間隔のうち、一部の間隔をｓ０としてもよい。

また、各実施形態では、ライン状のパターンを配列した回折格子を例に説明しているが、これに限定されるものではない。上述したように、チェッカーボード状の回折格子でも同様の効果を得ることができる。また、各実施形態では、回折格子のパターンのうち、右端のパターンの線幅や間隔を変化させる場合について説明したが、左端のパターンの線幅や間隔も同様に変化させることができる。また、上述した各実施形態で説明した回折格子は、回折格子（第１回折格子）３１及び回折格子（第２回折格子）３２の少なくとも一方に形成されていればよく、回折格子３１及び回折格子３２の両方に形成されていてもよい。このような回折格子を用いることで、モアレを検出する際に生じる不要光の発生を低減することができる。

また、図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）は、モアレと回折格子との関係を示す図であって、モアレと回折格子のマークとの相対位置を比較している。回折格子の端部（両端のパターン）で発生する信号（不要光）がモアレに混入するため、計測に使用する回折格子のパターン（計測使用範囲）からのモアレを相対位置の計測に用いている。従って、計測に使用しない回折格子のパターン（計測不使用範囲）、即ち、不要光を生じるパターンは、計測に影響を与えない。第４の実施形態、第５の実施形態及び第６の実施形態で説明した回折格子の第１パターンを計測使用範囲のパターンとし、かかる回折格子の第２パターンを計測不使用範囲のパターンとすることができる。図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に示す回折格子のパターンのうち、計測不使用範囲のパターンに対して、上述した各実施形態のパターンを適用することができる。例えば、計測不使用範囲のパターンのうち、少なくとも一部のパターンに本発明を適用してもよいし、全てのパターンに本発明を適用してもよい。

計測使用範囲のパターンが増えると、回折格子（のサイズ）が大きくなるため、かかる回折格子を基板上又はモールド上に配置することが難しくなる。一方、回折格子を大きくしないと、計測使用範囲のパターンが少なくなり、計測精度が低下してしまう。従って、計測不使用範囲を可能な限り小さくしながらパターン（のサイズ）を小さくする、或いは、計測使用範囲を大きくするとよい。回折格子のパターンのサイズは、必要精度との兼ね合いで決定される。

＜第７の実施形態＞
物品としてのデバイス（半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶表示素子等）の製造方法について説明する。かかる製造方法は、インプリント装置１００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。当該処理ステップは、当該パターンの残膜を除去するステップを含みうる。また、当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、生産性及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及び変更が可能である。例えば、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態及び第６の実施形態のそれぞれで説明した回折格子の構成を適宜組み合わせてもよい。

１００：インプリント装置 １：基板 ２：モールド ４、５：マーク ６：位置検出装置 ２１：検出光学系 ２６：撮像素子 ２７：処理部

Claims (20)

1. 第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、
   前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、を有し、
   前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンの端のパターンの前記第１方向における幅は、前記少なくとも一方の回折格子の他のパターンの前記第１方向における幅よりも小さいことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記他のパターンの前記第１方向における幅は、同一であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記端のパターンの前記第１方向における幅は、前記他のパターンの前記第１方向における幅の半分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 前記端のパターンと、前記端のパターンに最も近い他のパターンとの前記第１方向における間隔は、前記他のパターン同士の前記第１方向における間隔よりも広いことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 前記他のパターン同士の前記第１方向における間隔は、同一であることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
6. 第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、
   前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、を有し、
   前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンの端のパターンと、前記端のパターンに最も近いパターンとの前記第１方向における間隔は、前記少なくとも一方の回折格子のパターンの線幅の範囲内で前記少なくとも一方の回折格子の他のパターン同士の前記第１方向における間隔よりも広いことを特徴とする位置検出装置。
7. 前記端のパターンと、前記端のパターンに最も近いパターンとの前記第１方向における間隔は、前記他のパターン同士の前記第１方向における間隔の１．３倍以下であることを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記端のパターンと、前記端のパターンに最も近いパターンとの前記第１方向における間隔は、前記他のパターン同士の前記第１方向における間隔の１．１５倍以下であることを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
9. 前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子は、前記第１方向に直交する第２方向に配列されたパターンを含むことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
10. 第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、
    前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、を有し、
    前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子は、同一の位相の光が入射したときに前記少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンの端のパターンからの光の位相と前記少なくとも一方の回折格子の他のパターンからの光の位相とを異ならせる構造を含むことを特徴とする位置検出装置。
11. 前記構造は、前記端のパターンを構成する物質の屈折率と前記他のパターンを構成する物質の屈折率とを異ならせることで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の位置検出装置。
12. 前記構造は、前記端のパターンを構成する物質の厚さと前記他のパターンを構成する物質の厚さとを異ならせることで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の位置検出装置。
13. 前記構造は、前記端のパターンを構成する段差の深さと前記他のパターンを構成する段差の深さとを異ならせることで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の位置検出装置。
14. 前記パターンは、複数のセグメントで構成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
15. 前記第１方向に垂直に入射する光と前記第１方向に平行に入射する光によって前記第１回折格子及び前記第２回折格子を照明する照明光学系を更に有することを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
16. 第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、
    前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、を有し、
    前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンのうち、前記モアレを検出する際に不要光が生じるパターンの前記第１方向における幅は、前記少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンのうち、前記相対位置を求める際に用いられる回折格子のパターンの前記第１方向における幅よりも小さいことを特徴とする位置検出装置。
17. 第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、
    前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、を有し、
    前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンのうち、前記モアレを検出する際に不要光が生じるパターンに最も近いパターンとの前記第１方向における間隔は、前記少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンのうち、前記相対位置を求める際に用いられるパターン同士の前記第１方向における間隔よりも広いことを特徴とする位置検出装置。
18. 第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する工程と、
    前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める工程と、を有し、
    前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンの端のパターンの前記第１方向における幅は、前記少なくとも一方の回折格子の他のパターンの前記第１方向における幅よりも小さいことを特徴とする位置検出方法。
19. 基板上のインプリント材をモールドで成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記モールドに設けられた第１方向に配列されたパターンを含む第１回折格子と、前記基板に設けられた前記第１方向に配列されたパターンを含む第２回折格子とが重なることで生じるモアレを検出する検出部と、
    前記モアレに基づいて、前記第１回折格子と前記第２回折格子との相対位置を求める処理部と、
    前記相対位置に基づいて、前記モールドと前記基板との位置合わせを行う制御部と、を有し、
    前記第１回折格子及び前記第２回折格子のうち少なくとも一方の回折格子に含まれるパターンの端のパターンの前記第１方向における幅は、前記少なくとも一方の回折格子の他のパターンの前記第１方向における幅よりも小さいことを特徴とするインプリント装置。
20. 請求項１９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ーンを形成された前記基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。