JP2022125867A - 計測装置、リソグラフィ装置、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成でサイクリックエラーの影響を低減するのに有利な計測装置を提供する。【解決手段】物体の形状を計測する計測装置は、前記物体の表面が水平面に対して傾斜を有するように前記物体を保持する保持部と、前記保持部によって保持された前記物体に計測光を照射し、前記物体で反射された前記計測光を受光することにより、前記物体の高さ位置の検出を行う検出部と、前記保持部と前記検出部とを、前記水平面と平行な所定の方向に相対的に移動させる駆動機構と、前記物体の複数の計測点で前記検出が行われるように前記検出部と前記駆動機構とを制御する制御部とを有し、前記検出部による検出結果は、前記検出部と前記物体との間の距離に応じて周期的に変化する誤差を含んでおり、前記制御部は、前記傾斜と、前記誤差の周期とに基づいて、前記複数の計測点間の間隔である計測ピッチを設定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、計測装置、リソグラフィ装置、および物品製造方法に関する。

近年、半導体デバイス製造工程におけるインプリント技術が注目されている。インプリント技術は、基板上にインプリント材を供給し、パターンが形成された型をインプリント材に接触させ、その状態でインプリント材を硬化させることにより、基板の上にパターンを転写する。インプリント材を硬化させる方法の一つとして、光硬化法がある。光硬化法を適用したインプリント装置では、初めに、基板上のインプリント領域（ショット領域）に光硬化性のインプリント材が供給される。次に、このインプリント材と型との接触が行われる。インプリント材と型とが接触した状態で、インプリント材を硬化させるためにインプリント材に光（紫外線）が照射される。インプリント材が硬化した後、インプリント材から型が引き離される。こうして、基板上にパターンが形成される。特許文献１には、光硬化法を採用したインプリント装置が開示されている。

インプリント装置においては、型と基板とを平行にした状態でインプリントを行うことが非常に重要である。図２（Ａ）において、インプリントヘッド４によって保持された型３と基板５とが平行になっていない。この状態で基板５の上のインプリント材１４と型３とを接触させると、図２（Ｂ）に示されるように、ショット領域２０内の部分においてインプリント材の未充填２１が発生しうる。さらには、その部分とは反対側の端部において、インプリント材１４のはみ出し２２も生じうる。このような未充填２１やはみ出し２２は、パターンの欠陥となりうる。また、型と基板とを平行にした状態でインプリントが行われないと、ショット領域内でインプリント材の厚み（残膜厚）が不均一となり、パターンの線幅均一性が低下しうる。

特許文献２には、型の表面および基板の表面をセンサで計測することにより、それぞれの傾きを基板ステージの駆動方向の面を基準として求め、型と基板とを平行にする技術が開示されている。

通常、型または基板の高さを検出する高さセンサには、レーザー干渉計などの光学センサが用いられる。この光学センサによる計測の結果には、光学部品の加工精度などに起因する、計測軸に対して周期的な非線形誤差（サイクリックエラー）が含まれうることが知られている。特許文献３には、サイクリックエラーの周期だけ計測対象物が移動した位置を計測対象とすることで、サイクリックエラーの影響を受けない計測手法が開示されている。特許文献４には、サイクリックエラーの周期の１／ｎ（ｎ≧２）だけ光学系または被検物を駆動させて計測し、それらの計測結果を平均化することで、サイクリックエラーの影響を低減する手法が開示されている。

特許第４１８５９４１号公報 特開２００５－１０１２０１号公報 特開２０１０－１０１７０１号公報 特許第６６５５８８８号公報

特許文献３のように、サイクリックエラーの周期だけ計測対象が移動した位置を計測対象とする手法は、計測軸方向に計測対象を移動させるための駆動機構を持っていることが前提である。計測軸方向に計測対象を移動させる駆動機構を持っていない場合には、その手法を使うことはできない。また、特許文献４のように、サイクリックエラーの周期の１／ｎだけ駆動させてｎ回分の計測結果の平均をとる手法は、計測をｎ回繰り返すことに時間が割かれ、スループットが低下する。

本発明は、例えば、簡便な構成でサイクリックエラーの影響を低減するのに有利な計測装置を提供する。

本発明の一側面によれば、物体の形状を計測する計測装置であって、前記物体の表面が水平面に対して傾斜を有するように前記物体を保持する保持部と、前記保持部によって保持された前記物体に計測光を照射し、前記物体で反射された前記計測光を受光することにより、前記物体の高さ位置の検出を行う検出部と、前記保持部と前記検出部とを、前記水平面と平行な所定の方向に相対的に移動させる駆動機構と、前記物体の複数の計測点で前記検出が行われるように前記検出部と前記駆動機構とを制御する制御部と、を有し、前記検出部による検出結果は、前記検出部と前記物体との間の距離に応じて周期的に変化する誤差を含んでおり、前記制御部は、前記傾斜と、前記誤差の周期とに基づいて、前記複数の計測点間の間隔である計測ピッチを設定する、ことを特徴とする計測装置が提供される。

本発明によれば、例えば、簡便な構成でサイクリックエラーの影響を低減するのに有利な計測装置を提供することができる。

インプリント装置の構成を示す図。 従来技術の課題を説明する図。 インプリント処理を示すフローチャート。 インプリント処理におけるインプリント装置の動作を説明する図。 光学センサの計測値のサイクリックエラーを説明する模式図。 計測対象である基板の表面の傾きを求める処理を説明する図。 基板の表面に傾き与える処理を説明する図。 計測ピッチおよび計測ずらし量の調整を説明する図。 計測対象である型の表面の傾きを求める処理を説明する図。 実施形態における物品製造方法を説明する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
本発明の一側面は、物体の形状を計測する計測装置に関する。本発明に係る計測装置は、露光装置やインプリント装置等のリソグラフィ装置における原版または基板の傾きを含む形状の計測に適用されうるが、加工装置、検査装置、顕微鏡などの他の装置にも適用可能である。なお、露光装置は、原版のパターンを投影光学系を介して基板に投影して基板にパターンを形成する装置である。インプリント装置は、原版のパターン面を基板の上のインプリント材と接触させて基板の上にパターンを形成する。以下では、本発明に係る計測装置がリソグラフィ装置の一つであるインプリント装置に適用された例を説明する。

図１は、実施形態に係るインプリント装置１の構成を示す図である。本明細書および図面においては、水平面をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向が示される。被処理基板である基板５の表面が水平面（ＸＹ平面）と平行になるように基板ステージ６の上に置かれた場合における、基板５の表面に沿う平面内で互いに直交する方向をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とする。また、以下では、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ平行な方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向といい、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向をそれぞれθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向という。

まず、実施形態に係るインプリント装置の概要について説明する。インプリント装置は、基板上に供給されたインプリント材を型と接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることにより、型の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。

インプリント材としては、硬化用のエネルギーが与えられることにより硬化する硬化性組成物（未硬化状態の樹脂と呼ぶこともある）が用いられる。硬化用のエネルギーとしては、電磁波、熱等が用いられうる。電磁波は、例えば、その波長が１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲から選択される光、例えば、赤外線、可視光線、紫外線などでありうる。硬化性組成物は、光の照射により、あるいは、加熱により硬化する組成物でありうる。これらのうち、光の照射により硬化する光硬化性組成物は、少なくとも重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を更に含有してもよい。非重合性化合物は、増感剤、水素供与体、内添型離型剤、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマー成分などの群から選択される少なくとも一種である。インプリント材は、インプリント材供給装置（不図示）により、液滴状、或いは複数の液滴が繋がってできた島状又は膜状となって基板上に配置されうる。インプリント材の粘度（２５℃における粘度）は、例えば、１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下でありうる。基板の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられうる。必要に応じて、基板の表面に、基板とは別の材料からなる部材が設けられてもよい。基板は、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスである。

図１のインプリント装置１は、半導体デバイス製造工程に使用される、基板５の上に原版である型３の凹凸パターンを転写する加工装置である。一例において、インプリント装置１は、インプリント材の硬化法として光硬化法を採用するものとする。

照射部２は、インプリント処理の際に、型３に対して紫外線１７を照射する。照射部２は、紫外線は発する光源と、該光源から射出された紫外線をインプリントに適切な光に調整するための複数の光学素子とを含みうる。

型３の表面（基板５と対向する面）には、所定の凹凸パターン（例えば回路パターン）が形成されている。インプリントヘッド４は、原版である型３を保持する原版保持部であり、型３を基板５の上のインプリント材と接触させるためのＺ駆動機構を含みうる。インプリントヘッド４は、型３を傾ける傾き補正駆動機構を含んでいてもよい。

インプリントヘッド４内の型３の上部には、ＴＴＭ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｍｏｌｄ）によるスコープ１３が配置されている。スコープ１３は、基板５に設けられたアライメントマークと、型３に設けられたアライメントマークを観察するための光学系および撮像系を含むアライメントスコープである。スコープ１３により、基板５上のショット領域と型３との、Ｘ方向及びＹ方向のずれ量を計測することができる。

基板ステージ６は、基板５を例えば真空吸着により保持する基板保持部であり、ＸＹ平面内を自由に移動可能である。基板ステージ６は、基板５をＸＹ方向に移動させる駆動機構Ｍの他に、基板５をθｚ方向に移動（回転）させる回転駆動機構を有しうる。基板ステージ６は、更に、基板５をＺ方向に移動させる駆動機構や、基板５をθｘおよびθｙ方向に移動（回転）させる駆動機構を有し、これらをインプリントヘッド４のＺ駆動機構や傾き補正駆動機構の代用としてもよい。

基板ステージ６は、定盤１５に沿って移動しうる。そのため、基板ステージ６がＸＹ方向に移動するときのＺ方向位置や傾きの基準は、定盤１５の天面となる。定盤１５は、マウント１６によって支持されている。マウント１６は、床からの振動を低減する構造になっている。図１の例では、装置全体が、このマウント１６の上に構成されることで、インプリント装置１は床からの振動の影響を受けないような構造になっている。

基板高さセンサ８は、物体（計測対象物）である基板５の表面の高さ位置の検出を行う検出部である。基板ステージ６をＸＹ平面に沿って移動させながら複数の位置で基板高さセンサ８を用いて計測を行うことにより、基板５の表面の各ＸＹ位置の高さデータを得ることが可能である。基板ステージ６には、型３の表面の高さを計測する型高さセンサ９が配置されている。型高さセンサ９は、物体で型３の表面の高さ位置の検出を行う検出部である。基板ステージ６をＸＹ平面に沿って移動させながら複数の位置で型高さセンサ９を用いて計測を行うことにより、型３の表面の各ＸＹ位置の高さデータを得ることが可能である。この構成例において、駆動機構Ｍは、基板ステージ６と基板高さセンサ８（または型高さセンサ９）とを、水平面と平行な所定の方向（例えばＸ方向）に相対的に移動させるための駆動機構として機能する。

供給部７は、基板５の上に未硬化状態のインプリント材１４を供給する。インプリント材１４は、照射部２からの紫外線１７を受光することにより硬化する光硬化性材料である。

型搬送装置１１は、型３を搬送し、インプリントヘッド４に対して、型３を設置する。基板搬送装置１２は、基板５を搬送し、基板ステージ６に対して、基板５を設置する。

制御部１０は、インプリント装置１の各部を統括的に制御する。また、制御部１０は、各種センサから得られたデータ等に基づいて信号処理を行う処理部としても機能しうる。制御部１０は、プロセッサおよびメモリを含むコンピュータ装置により実現されうる。また、本実施形態において、制御部１０は、基板高さセンサ８（または型高さセンサ９）によって複数の計測点で検出が行われるように基板ステージ６と基板高さセンサ８（または型高さセンサ９）とを制御する。

基板ステージ６の走り面を基準として型と基板の傾きを計測し、それらを平行にした状態で型と基板上のインプリント材とを接触させるインプリント方法は、特開２００５－１０１２０１号公報（特許文献２）に詳しく記されている。概略すると、基板ステージ６をＸＹ方向に駆動しながら型高さセンサ９を用いて、型３の表面の複数個所の高さを計測し、それらの計測値を１次または高次平面近似することで、型３の表面の傾きが算出される。同様に、基板ステージ６をＸＹ方向に駆動しながら基板高さセンサ８を用いて、基板５の表面の複数個所の高さを計測し、それらの計測値を１次または高次平面近似することで、基板５の表面の傾きが算出される。これらの結果に基づいて、インプリントヘッド４または基板ステージ６の傾き補正機構を駆動することで、型３と基板５を平行にした状態で型３と基板５上のインプリント材とを接触させることができる。

図３および図４を参照して、実施形態におけるインプリント処理を説明する。型搬送装置１１により型３が搬送されインプリントヘッド４に搭載された後、工程Ｓ１で、制御部１０は、型３の表面の傾きを計測する。型高さセンサ９を用いて型３のパターン面のある位置の高さが検出される。この検出を、ＸＹ方向それぞれ最低２点で行うことにより、型３のＸＹ方向の傾きを計測することができる。通常、平均化効果や、２次曲面以上の高次成分も同時に算出するため、ＸＹ方向それぞれ３～５点程度の格子の各点において検出が行われる。なお、計測点を何点にするかは、スループットと計測精度との間のトレードオフ関係の観点から、適宜決定されうる。

基板搬送装置１２により基板５が搬送され基板ステージ６に搭載された後、工程Ｓ２で、制御部１０は、基板５の表面形状を計測する。基板ステージ６が基板高さ計測位置まで駆動された後、基板高さセンサ８を用いて基板５のある位置の高さが検出される。この検出を、ＸＹ方向の複数の位置で行うことにより、基板５の表面形状を計測することができる。

なお、型３のインプリントヘッド４への搭載および基板５の基板ステージ６への搭載は、それぞれの計測が開始されるまでに完了していればよい。したがって、型３のインプリントヘッド４への搭載および基板５の基板ステージ６への搭載のタイミングは、上記のように工程Ｓ１および工程Ｓ２の直前であることに限定されない。

工程Ｓ３で、制御部１０は、インプリント処理の対象領域であるショット領域における基板表面の傾きを算出する。例えば、制御部１０は、工程Ｓ２によって得られた基板表面形状に基づいて、ショット領域を一次平面近似することにより、ショット領域の傾きを算出する。

工程Ｓ４で、制御部１０は、ショット領域と型３の表面とを平行にする。例えば、制御部１０は、工程Ｓ３で得られたショット領域の傾きと工程Ｓ１で求めた型３の表面の傾きとに基づいて、ショット領域と型３の表面とが平行になるように、インプリントヘッド４を補正駆動する。ここでは、基板ステージ６は傾きの補正駆動ができない前提で、インプリントヘッド４の補正駆動を行うことが想定されている。この場合、基板ステージ６は、Ｘ、Ｙ、θｚ成分のみの駆動軸を有すればよいため、コスト的に有利である。もちろん、基板ステージ６に、傾き補正駆動機構が設けられていてもよい。その場合、工程Ｓ３で求めたショット領域の傾きに基づいて基板ステージ６で傾き補正駆動を実施し、工程Ｓ１で求めた型３の表面の傾きに基づいてインプリントヘッド４の傾き補正駆動を実施する構成としてもよい。

工程Ｓ５では、制御部１０は、ショット領域が供給部７の下に位置するように基板ステージ６を制御し、その後、ショット領域の上にインプリント材１４が供給されるように供給部７を制御する。インプリント材の供給完了後、制御部１０は、ショット領域が型３の下に位置するように基板ステージ６を制御する。

工程Ｓ６で、制御部１０は、インプリントヘッド４をＺ方向下方に駆動することで、型３の表面と基板５上に供給されたインプリント材１４とを接触させる（接触工程）。制御部１０は、インプリント材１４が型３のパターンに充填する時間を待って、照射部２に紫外線１７を照射させ、これによりインプリント材１４を硬化させる（硬化工程）。なお、この間に、スコープ１３を用いて、型３とショット領域との位置合わせ（ダイバイダイアライメント）が行われうる。また、インプリントヘッド４を下方に駆動する代わりに、基板ステージ６を上方に駆動することにより接触工程が行われてもよい。あるいは、インプリントヘッド４と基板ステージ６の双方を駆動して接触工程が行われてもよい。

工程Ｓ７では、制御部１０は、インプリントヘッド４および基板ステージ６の少なくとも一方を駆動して、硬化したインプリント材１４と型３とを引き離す（離型工程）。この結果、ショット領域には、型３のバターンが転写されたインプリント材が残されることになる。

工程Ｓ８では、制御部１０は、基板５の全てのショット領域について処理が終了したかを判定する。全てのショット領域について処理が終了していない場合には、工程Ｓ２に戻り、次のショット領域の処理が行われる。こうして、上記したＳ３～Ｓ７の一連の工程が、基板５上の全てのショット領域について繰り返される。

工程Ｓ９では、制御部１０は、予定されている全ての基板について処理が終了したかを判定する。全ての基板について処理が終了していない場合には、基板を交換した後、工程Ｓ２に戻る。

なお、各工程の順序は、図３のフローにおける順序に固定されるものでなく、矛盾が生じない限り、順序を入れ替えてもよい。各工程の名称も、順序を固定するために使用されたものではないことに注意されたい。

通常、型高さセンサ９および基板高さセンサ８には、干渉計などの光学センサが使用される。このような光学センサは、物体（基板５／型３）に計測光を照射し、該物体で反射された計測光を受光することにより、該物体の高さの検出を行う。これら光学センサによる検出結果（計測値）には、センサと対象物との間の距離に応じた非線形誤差が含まれうる。その非線形誤差は、センサと対象物との間の距離と誤差との関係が周期的な特性をもつことから、サイクリックエラーとよばれている。干渉計のサイクリックエラーの詳細は、例えば特許第６６５５８８８号公報（特許文献４）に記載されている。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、サイクリックエラーについて説明する。図５（Ａ）において、横軸は、センサと対象物との間の距離を表し、縦軸は、センサの計測値を表す。理想的には、センサ－対象物間の距離と、センサの計測値は、破線で示されるような、傾き１をもつ線形な関係となる。しかし、センサ－対象物間の距離に対するセンサの実際の計測値は、実線で示されるような、周期的な非線形成分（サイクリックエラー）を含む値となる。図５（Ｂ）は、破線で示された基線成分を除去してサイクリックエラーのみを抽出した図である。対象物との距離に対して、サイクリックエラーは、正弦波またはそれに近い波形をしている。このサイクリックエラーの波形の振幅は、センサの構成に依存するが、例えば数１０ｎｍ以上、場合によっては１００ｎｍを超える。サイクリックエラーの周期は、光学センサに使用される光源の波長に依存することが分かっており、例えば６００ｎｍの赤色レーザーを光源に使用する場合、波形の周期は３００ｎｍであったり、１５０ｎｍであったり、それらの合成であったりする。

このように、型高さセンサ９および基板高さセンサ８の計測値にはサイクリックエラーが含まれているため、サイクリックエラーを無視したままでは、型３および基板５の表面の傾きを正確に計測することはできない。

そこで、サイクリックエラーの影響を受けずに、かつ、スループットの低下を抑えつつ、型３および基板５の傾きを精度よく求める方法を、以下に記す。

なお、以下に示す実施例においては、基板ステージ６は傾き補正駆動機構を持っておらず、インプリントヘッド４が傾き補正駆動機構を持っている、という構成を前提にして、計測対象を基板５とする例を説明する。ただし、本発明は、この構成に限定しているわけではない。例えば、基板ステージ６が傾き補正駆動機構を有していてもよく、その場合、計測対象を、基板５ではなく型３と読み替えてもよい。また、以下に示す実施例は、理解しやすい傾き（１次平面）計測を主にして記載しているが、それに限定しているわけでなく、傾き（１次平面）を、高さ（０次）あるいは２次曲面以上の高次成分と読み替えてもよい。

（実施例１）
図６（Ａ）および（Ｂ）を参照して、計測対象を基板側とする、つまり基板５の表面傾きを計測する場合を説明する。図６（Ａ）において、基板ステージ６は、基板５を水平面に対して傾斜させた状態で保持している。基板ステージ６は、基板５を真空吸引または静電吸着により基板を固定するチャック１８を有する。一例において、チャック１８の基板の保持面を水平面に対して傾斜を有する構成とすることにより、基板５は傾いた状態で保持される。基板５をどの程度傾ければよいかについては、以下の説明において順を追って記す。

図６（Ｂ）は、基板５の表面の各計測点における、基板高さセンサ８による計測のようすを示す図である。Ｚ方向、つまり紙面上下方向が、計測軸の方向である。基板５が傾斜しているため、計測点が異なれば基板高さセンサ８と基板５との間の計測軸方向の距離も異なる。図６（Ｂ）には、基板５の表面の理想的な計測値が破線Ｂで示されている。ここで、基板５の表面の傾きをＴｘとする。傾きの基準は、水平面（すなわちＸＹ平面）である。

計測点がＸ方向に移動すると、傾きＴｘとＸ方向の移動距離ｘとに依存して、基板高さセンサ８と基板５（対象物）との間の距離ｚが変化する。距離ｚは次式により表される。

ｚ ＝ ｘ・ｓｉｎ（Ｔｘ） ・・・・・（１）

Ｔｘは非常に小さいため、以下の近似式が成り立つ。

ｚ ＝ ｘ・Ｔｘ ・・・・・（２）

図６（Ｂ）の右側には、基板高さセンサ８と対象物との間の距離とサイクリックエラーとの関係が示されている。以上より、計測点がＸ方向に移動すると、基板高さセンサ８と対象物との間の距離は、式（２）に従い変化する。その結果、基板高さセンサ８の実際の計測値は、実線Ｍで示されるような、サイクリックエラーを含んだ値となる。

このようなサイクリックエラーの影響を受けないように、Ｘ方向の計測点間のピッチ（計測ピッチ）を決定する必要がある。そのためには、サイクリックエラーが常に同じ値になるように計測をすればよい。サイクリックエラーの周期をｄＺとすると、サイクリックエラーの影響を受けないような計測ピッチｄＸは、以下のように求めることができる。

ｄＺ ＝ ｄＸ・Ｔｘ ・・・・・（３）
ｄＸ ＝ ｄＺ／Ｔｘ ・・・・・（４）

式（４）のように、基板の傾斜とサイクリックエラーの周期とに基づいて計測ピッチｄＸを決定することにより、各計測位置におけるサイクリックエラーの値が同じになる。図６（Ｂ）は、理解しやすいよう、常に誤差の周期のピーク位置で計測する態様を示している。実際には、ピーク位置で計測する必要はなく、各計測点において、誤差が同じ値であればよい。この計測結果から基板表面の傾きを算出すれば、サイクリックエラーの影響を受けずに、正しく基板表面の傾きを算出することができる。ここでの目的は基板表面の傾きを算出することであるから、傾きＴｘは、基板５の所定の方向（Ｘ方向）における計測範囲内に少なくとも２周期のサイクリックエラーが含まれるように設定される。

一例において、サイクリックエラーの周期ｄＺが３００ｎｍであるとする。また、傾きＴｘが５０μｒａｄに設定されているとする。この場合、式（４）から、計測ピッチｄＸを６ｍｍにすれば、各計測点における計測が誤差の周期の同位相の位置で行われるようにすることができる。

図６（Ｂ）は、サイクリックエラーの１周期分と計測ピッチとが一致する例を示している。各計測点でサイクリックエラーが同じになればよいので、計測ピッチに関しては次式も成立する。

ｄＸ ＝ ｎ・ｄＺ／Ｔｘ ・・・・・（５）
ただし、ｎは１以上の整数である。

図６（Ｂ）は、ｎ＝１の場合の例である。もちろん、ｎを大きくするためには、それだけ、多くのサイクリックエラーの周期が含まれる必要がある。つまり、傾きＴｘを大きくする必要がある。逆に言えば、傾きＴｘが大きすぎても、ｎを調整することで、必要な計測ピッチ、つまり計測点数に調整することができる。先の例において、計測ピッチｄｘを６ｍｍ、基板の計測範囲を２００ｍｍとして、計測点数を求めると、約３４点（２００／６の整数部である３３個まで計測ピッチを確保可能。計測点としては３３＋１点）もの計測点が存在することになる。これをすべて計測するとスループットに影響があるため、例えばｎ＝１０とすることで、計測ピッチは６０ｍｍとなり、計測点を４点（２００／６０の整数部である３個まで計測ピッチを確保可能。計測点としては３＋１点）まで減らすことができる。

図６（Ｂ）の例では、基板５の面内に、３点の計測点が確保できた場合が示されている。傾きＴｘが小さいと、計測点が少なくなってしまうことがわかる。傾きを求めるためには、最低２点の計測点が必要であるため、傾きＴｘは、計測点が２点以上得られるだけの傾きが必要である。ここで、必要な傾きＴｘは、次式で表される。

Ｔｘ ≧ ｄＺ／ｄＸ ・・・・・（６）

サイクリックエラーの周期を３００ｎｍ、基板５の計測範囲を２００ｍｍとすると、傾きＴｘは、最低１．５μｒａｄの傾きが必要である。つまり、計測範囲の両端に計測点があり、この２点から、傾きを求めることが可能である。もちろん、これは、最低の傾きであり、通常は、計測点数を多くとるので、それに応じて、傾きを決めればよい。例えば、計測点を５点必要とする場合、４個の計測ピッチｄＸが必要であるため、上記の４倍である６μｒａｄが必要となる。

以上をまとめると、傾きＴｘは、基板５の所定の方向（Ｘ方向）における計測範囲内に少なくともＪ周期（Ｊは２以上の整数）にわたる誤差（サイクリックエラー）が含まれるように設定される。この前提の下、誤差の周期のＫ倍（ＫはＪより小さい整数）の距離だけ離れた複数の位置で複数の計測点における計測（検出）が行われるように、計測ピッチが設定される。

Ｙ方向についても、上記と同様に説明できる。ＸＹ同時にサイクリックエラーの影響を受けないためには、チャック１８を、Ｘ方向およびＹ方向のどちらにも傾ける必要がある。

チャック１８に傾きを持たせる以外に、図７（Ａ）に示すように、基板５自体に傾きを持たせる態様も考えられる。チャック１８の基板保持面には傾きがない前提で、基板５の厚みに、差がつけられている。これを便宜上、くさび成分と称する。このように、基板５にくさび成分を持たせることで、図６（Ａ）と同じ効果を得ることができる。

ただし、通常、基板のくさび成分も、チャックの基板保持面の角度も、設計値からのずれ、つまり公差が生じてしまう。基板の設計値からのずれは、各種処理する過程を経て変動しうる。また、チャックの設計値のずれは、その加工精度等の影響を受ける。そのため、基板５の表面が傾きを持つように設計しても、両者の公差の影響で、図７（Ｂ）のように、基板５とチャック１８の傾きが相殺しあうことも考えられる。この場合には、基板５の表面に意図した傾きを設けることができない。

通常、基板のくさび成分は、数１０μｒａｄ、場合によっては１００μｒａｄ程度存在する。つまり、上記した最低１．５μｒａｄという値は、簡単に相殺されてしまう可能性が高い。そこで、チャック１８の傾きを、基板５のくさび成分の最大値よりも十分に大きくする必要がある。傾きが十分に大きい場合、サイクリックエラーの周期も多く含まれることになる。この場合、計測ピッチｄＸを求める式（５）におけるｎが１だと、計測点数が多すぎてスループットが低下しうる。そのような場合は、ｎを２以上に調整することで、スループットが許容範囲に収まるように計測点数を決めるとよい。

チャック１８の傾きを十分に大きくしても、それと同等なくさび成分を持った基板を処理する必要が生じるケースもありうる。その場合にはやはり、図７（Ｂ）のように傾きが相殺されてしまうこともありうる。そこで、インプリント装置１は、チャック１８によって保持されるときの基板５の回転角を調整する調整機構を有しうる。例えば、そのような調整機構は、チャック１８の基板の保持面を回転させる回転機構１８ａによって実現されうる。あるいは、そのような調整機構は、基板搬送装置１２によって実現されてもよい。調整機構により、図７（Ｂ）の状態から、図７（Ｃ）のように、基板５を例えば１８０度回転させることで、基板５の表面に所望の傾斜を確保することができる。なお、この場合、インプリント処理の際には、型３も、基板５と同じ角度回転させる必要がある。図７（Ａ）～（Ｃ）ではＸ方向に対する傾きのみを議論したが、ＸＹ方向を考えると、回転角を９０度、１８０度、２７０度のうちからいずれか１つを選択し、型３もそれと同じ角度回転させるようにしてもよい。

先述したとおり、基板５のくさび成分、および、チャック１８の傾きには、設計値に対する公差が存在している。つまり、これらを合算した、基板５の表面傾きＴｘにも、公差が含まれている。そのため、計測ピッチｄＸの算出に、基板５の表面傾きＴｘの設計値を使うと、正確にサイクリックエラーの同じ高さ部分を計測することができない。

そこで、ある程度の基板５の表面傾きを、あらかじめ計測しておくのが望ましい。もちろん、この傾き計測には、サイクリックエラーの分だけ、誤差が含まれている。あくまで、計測ピッチｄＸを求めるための、粗計測という扱いである。おおよその傾きＴｘ１を求めて、このＴｘ１に基づき計測ピッチｄＸ１を求め、この計測ピッチに基づき高精度な傾きＴｘ２を求める。傾きＴｘ１には計測誤差が含まれているため、計測ピッチｄＸ１にも誤差が含まれ、その結果、傾きＴｘ２も、傾きＴｘ１よりは精度は向上するものの、依然誤差が含まれている。そのため、傾きＴｘ２から計測ピッチｄＸ２を求めて、傾きＴｘ３を求める、というように処理を繰り返すことで、精度よく傾きＴｘを求めることができる。通常、２回目でも十分な精度が得られるが、スループットが許す限りにおいては、３回以上繰り返してもよい。処理を繰り返す回数は、スループットと精度とのトレードオフ関係に基づいて決定すればよい。

（実施例２）
実施例１において、基板５の表面傾きをサイクリックエラーの影響を受けずに計測する手法を説明した。このとき、各計測点におけるサイクリックエラーは同じ値であるため、傾き算出に影響しない。あるいは、２次以上の高次の曲面を求める場合も、同様に、サイクリックエラーの影響を受けない。ただし、計測点は、例えば原点を中心にプラス側とマイナス側で対称の位置を計測する必要がある。つまり、計測点の配置を考慮するだけで、１次（傾き）以上の成分を、精度良く求めることができる。

しかし、実際には、計測値にどの程度サイクリックエラーが含まれているかは不明である。そのため、０次成分、すなわち、高さの算出値は、サイクリックエラーの影響を受けたままである。図６（Ｂ）の例では、波形のピーク位置を計測しているため、サイクリックエラーの波形の振幅分、つまり数１０ｎｍから１００ｎｍ程度の誤差が含まれてしまう。実際には、どの高さの部分を計測しているか不明であるため、＋１００ｎｍから－１００ｎｍの範囲で誤差が含まれうることになる。

そこで、サイクリックエラーの影響を受けずにＺ方向の算出を行うために、例えば、図６（Ｃ）のように、計測ずらし量をサイクリックエラーの半周期にする。言い換えると、図６（Ｂ）の態様に対して、マイナス側のピークの位置にも計測点が設けられるように計測点の数を増やす。そうすると、隣り合う計測点同士で誤差を打ち消しあい、Ｚ方向の誤差が小さくなる（理論上は０になる）。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の計測ピッチｄＸを２分割した例である。すなわち、図６（Ｃ）の計測位置ずらし量ｄＸｍは、計測ピッチｄＸの１／２である。実際には、図６（Ｂ）の計測ピッチｄＸをｍ分割（ｍは２以上の整数）して、ｍ回の計測をすればよい。計測ずらし量ｄＸｍは、次式により表される。

ｄＸｍ ＝ （ｄＺ／Ｔｘ）／ｍ ・・・・・（７）

基板の傾きを大きくすると、計測点数も多くなる。ここで、式（５）のように、ある程度間引いた計測点において、計測位置ずらし量ｄＸｍだけずらし計測を行うのが望ましい。また、ｍを大きくすると、計測点数が増えてスループットが低下してしまうため、通常、ｍ＝２で十分であろう。この例を示したのが、図８（Ａ）および（Ｂ）である。図８（Ａ）では、ｎ＝２として、計測点を間引きしている。図８（Ｂ）では、図８（Ａ）のように間引きされた後の計測点に対して、ｍ＝２として、サイクリックエラーの半周期に相当する計測ずらし量ｄＸｍだけずらした位置に計測点を追加する。

以上の構成により、０次（高さ）の計測値に関しても、サイクリックエラーの影響を受けずに、精度よく求めることが可能となる。また、ｎやｍを適切に設定することで、スループットの低下を最小限にしつつ、計測精度を向上させることができる。

以上の図６（Ｃ）、図８（Ｂ）の態様をまとめると、傾きＴｘは、基板５の所定の方向（Ｘ方向）における計測範囲内に少なくともＪ周期（Ｊは２以上の整数）にわたる誤差（サイクリックエラー）が含まれるように設定される。この前提の下、誤差の周期のＫ倍（ただし、ＫはＪより小さい整数である。）の距離だけ離れた複数の第１位置と、複数の第１位置のそれぞれから誤差の周期の半分の位相差を有する複数の第２位置とで複数の計測点における計測（検出）が行われるように、計測ピッチが設定される。

ここで注意が必要なのが、例えば、図８（Ａ）や図８（Ｂ）のような計測点による計測では、０字（高さ）の精度は高いが、１次（傾き）またはそれ以上の高次成分は、計測誤差が含まれてしまうことである。例えば、図８（Ｂ）では、紙面で最も右側の計測点においては、計測値は下方向（マイナス方向）に、サイクリックエラーに由来する計測誤差が含まれる。他方、紙面で最も左の計測点においては、計測値は上方向（プラス方向）に、サイクリックエラーに由来する計測誤差が含まれる。これらの誤差を含んだ複数の計測値を一次近似すると、図８（Ｃ）における実線で示された直線ＡＰのようになり、破線で示された理想線Ｂからずれてしまう。

そこで、０次（高さ）は、実施例２の計測点による計測値から算出し、１次（傾き）またはそれ以上の高次曲面成分は、実施例１の計測点による計測値から算出する、などのように計測方法を切り替えてもよい。

また、傾きＴｘを大きくすると、計測ずらし量ｄＸｍが小さくなる。その結果、実施例２の計測点による計測値からの算出結果における、１次（傾き）またはそれ以上の高次曲面成分の誤差成分も小さくすることができる。つまり、十分に大きな傾きＴｘとすることで、１次または高次の計算についても、実施例２を用いることが可能となる。

（実施例３）
実施例３では、型３を傾き計測の対象として説明する。図９（Ａ）には、インプリントヘッド４に設けられた、型３を保持し、型３を傾ける傾き補正駆動機構４ａが示されている。実施例１と同様に、計測ピッチｄＸを決定することで、サイクリックエラーの同じ高さで、型高さセンサ９を用いた型３の傾き計測を実施することができる。その結果、型３の表面の傾きを正確に求めることが可能となる。図９（Ｂ）を参照して、型３の表面の傾きを求める処理を説明する。実施例１との違いは、型３の保持面に予め傾きを持たせる必要がない点である。また、傾きＴｘは傾き補正駆動機構４ａによって自由に設定できるため、計測範囲内で必要な計測点数となるように、計測ピッチｄＸをあらかじめ想定しておき、それに合わせて、傾きＴｘ分だけ、傾き補正駆動機構４ａを駆動すればよい。

その他は、実施例１または実施例２に記載の方法をそのまま図９（Ｂ）の例に適用することが可能である。

なお、インプリントヘッド４は、計測軸方向、つまりＺ方向に駆動することが可能である。そのため、傾き補正駆動機構４ａによる型３の傾きを設けずに計測を行うことも可能である。例えば、インプリントヘッド４を計測軸方向にサイクリックエラーの１／ｍ（ｍは２以上の整数）だけ微小駆動させてｍ回計測を実施し、それらの計測結果をｍ回分平均化する。それにより、サイクリックエラーの影響を打ち消すことが可能である。しかしこの場合、平均化のために１つの計測点につき複数回の計測が必要となるため、スループットの点で不利になりうる。したがって、実施例１，２に従い、型３を予め傾けた状態で各計測点を計測すれば、上記したｍ回の平均化は不要となり、スループットにおいて有利である。

以上説明したように、本実施形態では、計測対象の計測面に、（例えばＸ方向に対して）傾きを持たせておく。そうすると、非計測軸方向（Ｘ方向）に計測点を変更した場合、センサと計測対象との間の計測軸方向の距離が変化し、計測値が変化する。これを利用し、計測値の変化がセンサのサイクリックエラーの影響を受けないように、非計測方向の計測点の間隔を決定する。例えば、計測値の変化が、サイクリックエラーの周期のｎ倍（ｎは１以上の整数）となるように、非計測方向の計測ピッチを決定すればよい。

本実施形態によれば、計測対象を計測軸方向に移動させる駆動機構を持たない場合においても、サイクリックエラーの影響を受けずに、型または基板の傾き計測を実施することが可能となる。また、計測軸方向に移動させる駆動機構を持っている場合においても、従来技術のように、サイクリックエラーの１／ｎ（ｎは２以上の整数）の微小ピッチ駆動させながらｎ回計測を繰り返して平均をとる必要がない。そのため、スループットを落すことなく、計測対象の傾きを精度よく求めることができる。その結果、インプリント後の残膜厚の均一性の向上、ショット領域周辺のインプリント材の充填性、および、ショット領域外へのインプリント材のはみ出しを高度に制御できるようになり、歩留まり向上、生産性向上が図られる。

上述の実施例１および実施例２では、基板５の表面の傾きを計測する方法を説明し、実施例３では、型３の表面の傾きを計測する方法を説明した。もっとも、それぞれの実施例は、計測対象物を基板または型に限定しているわけではないことに注意が必要である。それぞれの実施例は、同様な方法によって基板側および型側のどちらにも適用可能である。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態は、半導体等の物品の製造工程におけるインプリント装置の例を示したものである。しかし、インプリント装置は、他の工程にも適用されうる。例えば、インプリント技術により型を複製して型のレプリカを安価に量産するレプリカ製造装置は、インプリント装置の応用例の一つである。レプリカ製造装置において、型はマスターマスクであり、基板は、パターンが未だ形成されていないブランクマスクである。レプリカ製造装置は、第１実施形態と同様な手法で、マスターマスクのパターンをブランクマスクに転写することができる。パターンが転写されたブランクマスクに対するエッチング等の後工程の処理を経て、レプリカマスクが作成される。このように作成されたレプリカマスクは、第１実施形態における型３として使用されうる。

レプリカ製造装置の基本的な構成は、第１実施形態で示した図１と同様である。この場合、基板５は、ウエハではなくブランクマスクとなるだけであると考えてよい。したがって、このようなレプリカ製造装置に対しても、上述の実施例１～３で示した技術を適用することが可能である。

なお、ウエハは一般には直径３００ｍｍの円形であるため、計測範囲を十分広く取ることが可能であるが、ブランクマスクの計測範囲は２０～３０ｍｍ程度であることが想定される。そのため、ウエハを用いた第１実施形態と比較して、ブランクマスクには十分大きな傾きＴｘを与える必要があることに注意が必要である。

例えば、サイクリックエラーの周期が先述の例と同様に３００ｎｍである場合において、ブランクマスクに対する２０ｍｍの計測範囲内で５点の計測点を確保することを考える。この場合、計測ピッチｄＸは２０ｍｍ／５＝５ｍｍであるから、傾きＴｘは、最低６０μｒａｄ必要である。さらに、ブランクマスクのくさび成分、チャック１８のブランクマスクの保持面の最大公差等を考慮した分だけ、傾きを与えればよい。

＜物品製造方法の実施形態＞
インプリント装置を用いて形成した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。

硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。

次に、物品製造方法について説明する。図１０の工程ＳＡでは、絶縁体等の被加工材２ｚが表面に形成されたシリコン基板等の基板１ｚを用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材２ｚの表面にインプリント材３ｚを付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材３ｚが基板上に付与された様子を示している。

図１０の工程ＳＢでは、インプリント用の型４ｚを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材３ｚに向け、対向させる。図１０の工程ＳＣでは、インプリント材３ｚが付与された基板１ｚと型４ｚとを接触させ、圧力を加える。インプリント材３ｚは型４ｚと被加工材２ｚとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとして光を型４ｚを介して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。

図１０の工程ＳＤでは、インプリント材３ｚを硬化させた後、型４ｚと基板１ｚを引き離すと、基板１ｚ上にインプリント材３ｚの硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凸部が硬化物の凹部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材３ｚに型４ｚの凹凸パターンが転写されたことになる。

図１０の工程ＳＥでは、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材２ｚの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝５ｚとなる。図１０の工程ＳＦでは、硬化物のパターンを除去すると、被加工材２ｚの表面に溝５ｚが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１：インプリント装置、２：照射部、３：型、４：インプリントヘッド、５：基板、６：基板ステージ、７：供給部、８：基板高さセンサ、９：型高さセンサ、１０：制御部、１１：型搬送装置、１２：基板搬送装置、１３：スコープ、１４：インプリント材

Claims (10)

1. 物体の形状を計測する計測装置であって、
   前記物体の表面が水平面に対して傾斜を有するように前記物体を保持する保持部と、
   前記保持部によって保持された前記物体に計測光を照射し、前記物体で反射された前記計測光を受光することにより、前記物体の高さ位置の検出を行う検出部と、
   前記保持部と前記検出部とを、前記水平面と平行な所定の方向に相対的に移動させる駆動機構と、
   前記物体の複数の計測点で前記検出が行われるように前記検出部と前記駆動機構とを制御する制御部と、
   を有し、
   前記検出部による検出結果は、前記検出部と前記物体との間の距離に応じて周期的に変化する誤差を含んでおり、
   前記制御部は、前記傾斜と、前記誤差の周期とに基づいて、前記複数の計測点間の間隔である計測ピッチを設定する、ことを特徴とする計測装置。
2. 前記傾斜は、前記物体の前記所定の方向における計測範囲内に少なくともＪ周期（Ｊは２以上の整数）にわたる前記誤差が含まれるように設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記誤差の周期のＫ倍（ＫはＪより小さい整数）の距離だけ離れた複数の位置で前記複数の計測点における前記検出が行われるように、前記計測ピッチが設定されている、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記誤差の周期のＫ倍（ＫはＪより小さい整数）の距離だけ離れた複数の第１位置と、前記複数の第１位置のそれぞれから前記誤差の前記周期の半分の位相差を有する複数の第２位置とで前記複数の計測点における前記検出が行われるように、前記計測ピッチが設定されている、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
5. 前記物体の表面の前記傾斜を確保するために、前記保持部によって保持されるときの前記物体の回転角を調整する調整機構を更に有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の計測装置。
6. 前記保持部は、前記傾斜の角度を補正する補正駆動機構を含む、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測装置。
7. 基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
   原版を保持する原版保持部と、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   前記原版保持部によって保持された前記原版および前記基板保持部によって保持された前記基板のいずれかの形状を計測する請求項１から６のいずれか１項に記載の計測装置と、
   を備え、
   前記計測装置による計測の結果に基づいて前記原版と前記基板とが平行になるようにしてから前記パターンの形成を行う、ことを特徴とするリソグラフィ装置。
8. 前記リソグラフィ装置は、前記原版のパターンを投影光学系を介して前記基板に投影して前記基板にパターンを形成する露光装置であることを特徴とする請求項７に記載のリソグラフィ装置。
9. 前記リソグラフィ装置は、前記原版のパターン面を前記基板の上のインプリント材と接触させて前記基板の上にパターンを形成するインプリント装置であることを特徴とする請求項７に記載のリソグラフィ装置。
10. 請求項７から９のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
    前記パターンが形成された基板を加工する工程と、
    を有し、
    前記加工された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。

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