JP2024014030A - 検出装置、リソグラフィー装置および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１物体と第２物体の相対位置を高い検出精度で検出する技術を提供する。【解決手段】検出装置は、重ねて配置された第１物体と第２物体とにそれぞれ設け第１マークと第２マークとの相対位置を検出する。検出装置は、第１、第２マークを無偏光の照明光で照明する照明系と、撮像素子を含み、照明系によって照明された第１、第２マークからの回折光を撮像素子の撮像面に結像させる検出系と、を備え、第１、第２マークは、第１方向または第１方向に直交する第２方向における相対位置を示す光学情報を撮像面に形成可能に構成され、検出系の瞳面には、検出系の光軸を第３方向（ｘ方向）に平行な方向に横切る第１遮光部ＢＰ１と、検出系の光軸を第４方向（ｙ方向）に平行な方向に横切る第２遮光部ＢＰ２とを含む遮光体ＢＰが設けられ、第３方向は、第１方向に共役な方向であり、第４方向は、第２方向に共役な方向である。【選択図】図１

Description

本発明は、検出装置、リソグラフィー装置および物品製造方法に関する。

インプリント装置では、基板の上に配置されたインプリント材にモールドを接触させインプリント材を硬化させることによってインプリント材の硬化物からなるパターンが形成される。このようなインプリント装置では、基板とモールドを正確に位置合わせすることが重要である。特許文献１には、基板に設けられた回折格子からなるマークとモールドに設けられた回折格子からなるマークとを使って基板とモールドとを位置合わせする技術が記載されている。

特表２００８－５２２４１２号公報

マークを照明すると、マークとその外側の領域との境界であるエッジで反射された光がノイズ光として撮像素子に入射し、これがマークの検出精度を低下させうる。特に、マークの面積が縮小されると、マークからの位置情報を検出するための光によって形成される像に与えるノイズ光の影響が大きくなり、検出精度の低下が顕著になりうる。

本発明は、第１物体と第２物体とにそれぞれ設けられた第１マークと第２マークとの相対位置を高い検出精度で検出するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、重ねて配置された第１物体と第２物体とにそれぞれ設けられた第１マークと第２マークとの相対位置を検出する検出装置に係り、前記検出装置は、前記第１マークおよび前記第２マークを無偏光の照明光で照明する照明系と、撮像素子を含み、前記照明系によって照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの回折光を前記撮像素子の撮像面に結像させる検出系と、を備え、前記第１マークおよび前記第２マークは、第１方向または前記第１方向に直交する第２方向における前記相対位置を示す光学情報を前記撮像面に形成可能に構成され、前記検出系の瞳面には、前記検出系の光軸を第３方向に平行な方向に横切る第１遮光部と、前記検出系の前記光軸を第４方向に平行な方向に横切る第２遮光部とを含む遮光体が設けられ、前記第３方向は、前記第１方向に共役な方向であり、前記第４方向は、前記第２方向に共役な方向である。

本発明によれば、第１物体と第２物体とにそれぞれ設けられた第１マークと第２マークとの相対位置を高い検出精度で検出するために有利な技術が提供される。

第１実施形態における検出系の瞳面に入射する光の光強度分布および照明系の瞳面の出口における光強度分布（ａ）、および、検出系の瞳面に配置された遮光体（ｂ）を示す図。 リソグラフィー装置の一例としてのインプリント装置の装置を例示する図。 第１実施形態の検出装置の構成を例示する図。 比較例を示す図。 モアレ縞を発生する回折格子を例示する図。 モアレ縞を発生する回折格子を例示する図。 視野内のマーク配置を例示する図。 パターンエッジによる散乱光を例示する図。 第２実施形態における検出系の瞳面に入射する光の光強度分布および照明系の瞳面の出口における光強度分布（ａ）、および、検出系の瞳面に配置された遮光体（ｂ）を示す図。 第２実施形態の検出装置の構成を例示する図。 第２実施形態の変形例の出装置の構成を例示する図。 第３実施形態の検出装置の構成を例示する図。 物品製造方法を例示する図。

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。

図２には、原版のパターンを基板に転写するリソグラフィー装置の一例としてのインプリント装置１の構成が示されている。インプリント装置１は、半導体デバイスなどのデバイスの製造に使用され、被処理体である基板８上の未硬化のインプリント材９をモールド（型）７を使って成形することによって、インプリント材９の硬化物からなるパターンを基板８の上に形成する。インプリント装置１によって基板８の上にパターンを形成するパターン形成処理は、接触工程、充填・アライメント工程、硬化工程および分離工程を含みうる。接触工程では、基板８のショット領域の上のインプリント材９とモールド７のパターン領域７ａとが接触させられる。充填・アライメント工程では、基板８とパターン領域７ａとで規定される空間にインプリント材９が充填されるとともに、基板８のショット領域とモールド７のパターン領域７ａとのアライメントがなされる。ショット領域は、１回のパターン形成処理によってパターンが形成される領域、換言すると、１回のパターン形成処理によってモールド７のパターン領域７ａが転写される領域である。

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、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。また、インプリント材は、スピンコーターやスリットコーターによって基板上に膜状に供給されてもよい。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（Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｉＣ等）、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。以下では、インプリント材として光硬化性組成物を採用した例を説明するが、これはインプリント材の種類を制限することを意図したものではない。

本明細書および添付図面では、基板８の表面に平行な方向をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向を示す。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方向とし、Ｘ軸周りの回転、Ｙ軸周りの回転、Ｚ軸周りの回転をそれぞれθＸ、θＹ、θＺとする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向に関する制御または駆動を意味する。また、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な軸の周りの回転、Ｙ軸に平行な軸の周りの回転、Ｚ軸に平行な軸の周りの回転に関する制御または駆動を意味する。また、位置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標に基づいて特定されうる情報であり、姿勢は、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸の値で特定されうる情報である。位置決めは、位置および／または姿勢を制御することを意味する。アライメント（位置合わせ）は、基板８のショット領域とモールド７のパターン領域とのアライメント誤差（重ね合わせ誤差）が低減されるように基板８およびモールド７の少なくとも一方の位置および／または姿勢を制御することを含みうる。また、アライメントは、基板８のショット領域およびモールド７のパターン領域の少なくとも一方の形状を補正あるいは変更するための制御を含みうる。接触工程および分離工程は、モールド駆動機構４によってモールド７を駆動することによって実行されうるが、基板駆動機構５によって基板８を駆動することによって実行されてもよい。あるいは、接触工程および分離工程は、モールド駆動機構４によってモールド７を駆動し、かつ基板駆動機構５によって基板８を駆動することによって実行されてもよい。

インプリント装置１は、硬化部２と、検出装置３と、モールド駆動機構４と、基板駆動機構５と、制御部Ｃとを備えうる。インプリント装置１は、塗布部６を更に備えてもよい。硬化部２は、基板８の上のインプリント材９とモールド７を接触させる接触工程の後に、インプリント材９に対して硬化エネルギーとしての紫外光等の光を照射し、インプリント材９を硬化させる。硬化部２は、例えば、光源と、該光源から射出される光を被照射面となるモールド７のパターン領域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を含みうる。特に、硬化部２による光の照射領域（照射範囲）は、パターン領域７ａの表面積と同程度、またはパターン領域７ａの面積よりもわずかに大きいことが望ましい。これは、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、インプリント材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などで反射した光が塗布部６に到達し、塗布部６の吐出部に残留したインプリント材９を硬化させてしまうことで、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。ここで、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されうる。光源は、被受光体であるインプリント材９の特性に応じて適宜選択されうる。

図３には、検出装置３の構成例が示されている。検出装置３は、モールド（第１物体）７に配置されたモールドマーク（第１マーク）１０と基板（第２物体）８に配置された基板マーク（第２マーク）１１との相対位置を光学的に検出あるいは計測するように構成される。モールドマーク１０および基板マーク１１は、Ｘ方向（第１方向）またはＹ方向（第２方向）における前記相対位置を示す光学情報を後述の撮像素子２５の撮像面に形成可能に構成される。検出装置３は、照明系２２と、検出系２１とを含みうる。照明系２２の一部と検出系２１の一部とは共有されうる。照明系２２は、光源２３を含み、光源２３からの光を使って照明光を生成し、この照明光により計測対象物（第１マーク、第２マーク）を照明する。この照明光は、無偏光の光でありうる。無偏光の照明光を使用することにより、偏光光を使用するよりも高い輝度を有する光学像を撮像面に形成することができる。検出系２１は、照明光で照明された計測対象物からの光を検出することによって計測対象物としてのモールドマーク（第１マーク）１０と基板マーク（第２マーク）１１との相対位置を検出する。

検出装置３の光軸のうち基板８およびモールド７の位置における光軸は、基板８の上面およびモールド７の下面（パターン領域７ａ）に対して垂直、即ち、Ｚ軸に平行である。検出装置３は、モールドマーク１０および基板マーク１１の位置に合わせて、不図示の駆動機構によってＸ方向およびＹ方向に駆動可能に構成されうる。検出装置３は、モールドマーク１０または基板マーク１１の位置に検出系２１の焦点を合わせるためにＺ方向に駆動可能に構成されてもよい。検出装置３は、焦点合わせ用の光学素子あるいは光学系を含んでよい。検出装置３を使って検出あるいは計測されたモールドマーク１０と基板マーク１１との相対位置に基づいて、基板駆動機構５による基板８の位置決め、および、不図示の補正機構によるパターン領域７ａの形状および倍率の補正が制御されうる。補正機構は、モールド駆動機構４に搭載され、モールド７を変形させることによってモールド７のパターン領域７ａの形状および倍率を調整しうる。モールドマーク１０および基板マーク１１については後で詳述する。

モールド駆動機構４は、真空吸引力または静電吸引等によりモールド７を保持するモールドチャック（不図示）と、モールドチャックを駆動することによってモールド７を駆動するモールド駆動部（不図示）とを含みうる。また、モールド駆動機構４は、前述の補正機構を含みうる。モールド駆動部は、例えば、モールドチャックあるいはモールド７をＺ軸に関して駆動するように構成されうる。モールド駆動部は、更に、モールドチャックあるいはモールド７をθＸ軸、θＹ軸、θＺ軸、Ｘ軸およびＹ軸の少なくとも１つの軸に関して駆動するように構成されてもよい。

基板駆動機構５は、真空吸着力または静電力等により基板８を保持する基板チャックと、基板チャックを駆動することによって基板８を駆動する基板駆動部（不図示）とを含みうる。基板駆動部は、例えば、基板チャックあるいは基板８をＸ軸、Ｙ軸およびθＺ軸に関して駆動するように構成されうる。基板駆動部は、更に、基板ドチャックあるいは基板８をθＸ軸、θＹ軸、Ｚ軸の少なくとも１つの軸に関して駆動するように構成されてもよい。

塗布部（ディスペンサ）６は、基板８の上に未硬化のインプリント材９を塗布あるいは配置する。塗布部６は、インプリント装置１の筐体の外部に配置されてもよく、この場合には、塗布部６は、インプリント装置１の構成要素ではないものと理解されてもよい。

モールド７は、そのパターン領域７ａに基板８（の上のインプリント材９）に転写すべき回路パターン等のパターンを有する。モールド７は、硬化エネルギーとしての光を透過させる材料、例えば石英で構成されうる。基板８は、例えば、単結晶シリコン基板等の半導体基板、あるいは、半導体基板の上に少なくとも１つの層を有する基板でありうる。

制御部Ｃは、硬化部２、検出装置３、モールド駆動機構４、基板駆動機構５および塗布部６を制御するように構成されうる。制御部Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又は、プログラムが組み込まれたコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。ＦＰＧＡには、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が含まれうる。制御部Ｃは、メモリおよびプロセッサを含み、メモリに記憶（保存）された演算式、パラメータおよびコンピュータプログラムに基づいて動作し、インプリント装置１の動作及び機能を定義しうる。検出装置３の機能、例えば、撮像素子２５によって撮像された画像を処理する機能の少なくとも一部は、制御部Ｃに組み込まれたモジュールによって提供されてもよく、その場合、制御部Ｃの当該モジュールは、検出装置３の一部として理解されうる。

ここで、インプリント装置１によって実行されるインプリント処理あるいはパターン形成処理について説明する。まず、基板搬送機構（不図示）により基板８が基板駆動機構５の基板チャックに搬送され、基板チャックに固定される。続いて、基板８のショット領域が塗布部６による塗布位置に移動するように基板駆動機構５によって基板８が駆動される。その後、塗布部６により基板のショット領域（インプリント領域）にインプリント材９が塗布、配置あるいは供給される（塗布工程）。

次に、インプリント材９が配置されたショット領域がモールド７のパターン領域７ａの直下位置に配置されるように基板駆動機構５によって基板８が駆動される。次いで、例えば、モールド駆動機構４によってモールド７を降下させることによって基板８の上のインプリント材９とモールド７のパターン領域７ａとが接触させられる（接触工程）。これにより、基板８とモールド７のパターン領域７ａとの間の空間（パターン領域７ａの凹部を含む）にインプリント材９が充填される（充填工程）。また、それぞれモールドマーク１０と基板マーク１１とで構成される複数のマーク対について、モールドマーク１０と基板マーク１１との相対位置が検出装置３を使って検出あるいは計測される。そして、その結果に基づいてパターン領域７ａと基板８のショット領域とのアライメントがなされる（アライメント工程）。この際に、補正機構によってモールド７のパターン領域７ａの形状が補正されてもよい。また、不図示の加熱機構によって基板８のショット領域の形状が補正されてもよい。

充填およびアライメント工程が完了した段階で、硬化部２によってモールド７を通してインプリント材９に光が照射され、インプリント材９が硬化される（硬化工程）。この際、検出装置３は、硬化部２の光路を遮らないように退避駆動されうる。続いて、モールド駆動機構４によってモールド７を上昇させることによってモールド７が基板８の上の硬化したインプリント材９から分離される（分離工程）。

インプリント装置１は、検出装置３を備え、検出装置３の出力に基づいて原版（あるいはパターン領域）と基板（あるいはショット領域）とのアライメントを行い、原版のパターンを基板に転写するリソグラフィー装置の一例として理解されうる。インプリント装置１は、モールドマーク１０（第１マーク）が設けられたモールド７（第１物体あるいは原版）と基板マーク１１（第２マーク）が設けられた基板８（第２物体）とのアライメントを検出装置３の出力に基づいて行う。

以下、図３を参照しながら検出装置３の詳細を説明する。前述のように、検出装置３は、照明系２２および検出系２１を含み、照明系２２の一部と検出系２１の一部とは共有されうる。照明系２２は、プリズム２４等を介して光源２３からの光で生成される照明光を共通光軸へ導き、モールドマーク１０および基板マーク１１を照明する。光源２３は、例えば、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、半導体レーザー（ＬＤ）、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、スーパーコンティニウム光源、ＬＤＬＳ（Laser-Driven Light Source）光源の少なくも１つを含みうる。光源２３が発生する照明光の波長は、インプリント材９を硬化させないように選択される。

プリズム２４は、照明系２２および検出系２１によって共有され、照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌもしくはその近傍、または、検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔもしくはその近傍に配置されうる。モールドマーク１０および基板マーク１１は、回折格子で構成されるマークを含みうる。検出系２１は、照明系２２によって照明されたモールドマーク１０および基板マーク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（干渉縞あるいはモアレ縞）の光学像を撮像素子２５の撮像面に形成しうる。撮像素子２５は、例えば、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどで構成されうる。

プリズム２４は、反射面ＲＳとして、２つの部材が貼り合わせられた面（貼り合わせ面）を有し、その貼り合わせ面に反射膜２４ａを有しうる。プリズム２４は、表面に反射膜２４ａを有する板状の光学素子で置き換えられてもよい。プリズム２４が配置されている位置は、照明系２２、検出系２１の瞳面Ｐｉｌｌ、Ｐｄｅｔおよびそれらのいずれかの近傍でなくてもよい。照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌには、照明開口絞り２７が配置されうる。検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔには、検出開口絞り２６が配置されうる。照明開口絞り２７は、照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌの光強度分布を規定するものである。なお、照明絞り２７は、任意的な構成要素であってよく、反射膜２４ａの領域を規定することによって光軸に平行な照明光が形成されてもよい。

図４には、比較例における検出装置３の照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌにおける光強度分布、および、検出系２１の開口数ＮＡ_Ｏを規定する検出開口絞りが重ねて示されている。ｘ軸、ｙ軸は、それぞれＸ軸、Ｙ軸に共役な軸である。瞳面とモールド／基板との間に光軸を折り曲げるミラーが存在しない場合には、ｘ軸とＸ軸とは平行である。瞳面とモールド／基板との間に光軸を折り曲げるミラーが存在する場合には、該ミラーによって瞳面に写像されたＸ軸、Ｙ軸がそれぞれｘ軸、ｙ軸と一致する。照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌにおける光強度分布は、第１極ＩＬ１、第２極ＩＬ２、第３極ＩＬ３、および、第４極ＩＬ４を含む。このような極ＩＬ１～ＩＬ４を有する光強度分布による照明は、斜入射照明として理解することができる。照明されたマーク１０、１１からの光は、検出系２１の開口数ＮＡ_Ｏを規定する開口絞りの開口を通して撮像素子２５の撮像面に入射する。

図５は、モアレ縞を発生するマーク（回折格子）の一例を示す図である。以下、図５（ａ）乃至図５（ｄ）を参照して、モールドマーク１０及び基板マーク１１からの回折光によるモアレ縞の発生の原理、及び、モアレ縞を用いたモールドマーク１０と基板マーク１１との相対位置の検出について説明する。モールドマーク１０としてモールド７に設けられた回折格子（第１回折格子）４１と、基板マーク１１として基板８に設けられた回折格子（第２回折格子）４２とは、計測方向の周期が僅かに異なっている。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、モアレ縞（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縞の位相が変化するため、モアレ縞を検出することでモールドマーク１０と基板マーク１１との相対位置、即ち、モールド７と基板８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４１と回折格子４２とを重ねると、回折格子４１及び４２からの回折光が重なり合うことで、図５（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縞が発生する。モアレ縞は、回折格子４１と回折格子４２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４１及び４２のうち一方の回折格子をＸ方向にずらすと、図５（ｃ）に示すモアレは示す、図５（ｄ）に示すモアレ縞に変化する。モアレ縞は、回折格子４１と回折格子４２との間の実際の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、検出系２１の解像力が低くても、回折格子４１と回折格子４２との相対位置を高精度に検出することができる。

比較例において、モアレ縞を検出するために回折格子４１及び４２を明視野で検出する場合、検出系２１は、回折格子４１及び４２からの０次光も検出してしまう。回折格子４１及び４２を明視野で検出する場合とは、回折格子４１及び４２を垂直方向から照明し、回折格子４１及び４２で垂直方向に回折される回折光を検出する場合を含みうる。０次光は、モアレ縞のコントラストを低下させる要因となるため、比較例では、検出系２１は、０次光を検出しない構成（暗視野の構成）、即ち、回折格子４１及び４２を斜入射で照明する構成を有する。

図６は、モアレ縞を発生するマーク（回折格子）の他の例を示す図である。図６の例では、回折格子４１及び４２のうち、一方の回折格子を図６（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６（ｂ）に示すような回折格子としている。図６（ｂ）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４（比較例）、図６（ａ）及び図６（ｂ）の構成では、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Ｙ方向に回折するとともに、Ｘ方向にも回折する。さらに、周期が僅かに異なる回折格子によってＸ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系２１の瞳面Ｐｄｅｔ上の検出領域（ＮＡｏ）に通過して撮像素子２５の撮像面に入射し、撮像素子２５によって検出される。これを用いて、２つの回折格子４１、４２の相対位置を求めることができる。

図４（比較例）の構成と図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す回折格子との組み合わせにおいては、第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光は、回折格子の相対位置の検出には使用されない。一方、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示された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からの光は回折格子の相対位置の検出に使用され、第１極ＩＬ１及び第２極ＩＬ２からの光は回折格子の相対位置の検出に使用されない。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す回折格子の組と、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示す回折格子の組とを、検出系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４に示す瞳強度分布は有用である。

ここで、１つの視野内で観察されるマークについて詳述する。図７は、モールド７と基板８を重ね合わせたときに撮像素子２５で検出される像を模式的に表した図である。外枠の範囲７３は検出装置３で一度に観察することが可能な範囲を示している。前述のモールドマーク１０は、粗検マーク７１ａ－１、および、精検マークとしての回折格子７１ａ－２、７１ａ－２’を含み、前述の基板マーク１１は、粗検マーク７２ａ－１、精検マークとしての回折格子７２ａ－２、７２ａ－２’を含む。粗検マーク７１ａ－１と粗検マーク７２ａ－１の幾何的な中心位置を基準として、検出装置３による検出結果からモールド７と基板８との相対的な位置ずれを求めることができる。計測値Ｄ１に対する粗検マーク７１ａ－１と粗検マーク７２ａ－１の設計値の差分が相対的な位置ずれとなる。このマークによって粗い位置合わせが可能となる。

次に、回折格子７１ａ－２と回折格子７２ａ－２とが重なることにより形成させるモアレ縞について説明する。回折格子７１ａ－２と回折格子７２ａ－２は、図６（ｃ）または（ｄ）に示す周期的なパターンで構成されており、計測方向の周期が僅かに異なるため、これらを重ね合わせるとＹ方向に光強度が変化するモアレ縞が形成される。回折格子７１ａ－２と回折格子７２ａ－２との周期の違いによって、相対位置が変化したときのモアレ縞のシフト方向が異なる。例えば、回折格子７１ａ－２の周期が回折格子７２ａ－２の周期よりも僅かに大きい場合、基板８が相対的に＋Ｙ方向へシフトすると、モアレ縞も＋Ｙ方向へシフトする。一方、回折格子７１ａ－２の周期が回折格子７２ａ－２の周期よりも僅かに小さい場合、基板８が相対的に＋Ｙ方向へシフトすると、モアレ縞は－Ｙ方向へシフトする。

回折格子７１ａ－２’および回折格子７２ａ－２’によって別のモアレ縞が形成される。回折格子７１ａ－２と回折格子７２ａ－２との間の周期の大小関係と、回折格子７１ａ－２’と回折格子７２ａ－２’との間の周期の大小関係とは逆である。そのため、相対位置が変化すると、計測される２つのモアレ縞の位置が互いに反対方向に変化する。モアレ縞を発生させるモールド側と基板側の周期的なマークが１周期分ずれていると、モアレ縞検出の原理上、１周期分のずれを検出できない。そのため粗検マーク７１ａ－１、７２ａ－１を用いて、モールド７と基板８との間に１周期分の相対的な位置ずれがないことが確認されうる。粗検マーク７１ａ－１、７２ａ－１は、モールド７の回折格子と基板８の回折格子とが１周期分の位置誤差を生じないピッチであれば、モアレ信号を発生するマークとしてもよい。

モールド７の粗検マーク７１ａ－１と基板８の粗検マーク７２ａ－１とは、構成する物質が互いに異なりうるため、撮像素子２５によって検出される光強度が波長によって異なりうる。そこで、照明系２２は、照明光の波長を変更可能に構成されることが好ましい。これは、例えば、相応の波長範囲を有する光を発生するように光源２３を構成し、該波長範囲のうち任意の波長の光を選択的に透過させるフィルタを設けることによって実現されうる。あるいは、互いに異なる波長の光を発生する複数の光源を設けて、それらから選択される光源を発光させてもよい。照明光の波長を変更可能にすることによって、粗検マーク７１ａ－１の像の光強度と粗検マーク７２ａ－１の像の光強度との比を調整することができる。また、照明光の波長を変更可能にすることは、回折格子７１ａ－２、７１ａ－２’、７２ａ－２、７２ａ－２’が形成するモアレ縞の光強度を調整するためにも有効である。

モールドマーク１０および基板マーク１１に照明光を照射したときに、回折格子７１ａ－２、７１ａ－２’、７２ａ－２、７２ａ－２’のそれぞれのエッジ（以下、パターンエッジ）で照明光が散乱されうる。パターンエッジは、例えば、回折格子７１ａ－２について言えば、回折格子７１ａ－２の全体とその外側との境界である。回折格子７１ａ－２、７１ａ－２’、７２ａ－２、７２ａ－２の段差量および／または構成物質などの要因によって、モアレ縞の信号強度が微弱であると、散乱光によって検出結果に誤差が発生しうる。そのため、パターンエッジでの散乱光の影響（つまり、散乱光が撮像素子２５に入射すること）を減少させることが望まれる。

図８には、比較例における検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔに入射する光の光強度分布と照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌの出口における光強度分布とが重ねて示されている。なお、図５ではＩＬ１～ＩＬ４が記載しているが、図８では簡略化のため、ＩＬ１およびＩＬ３のみが示されている。ＩＬ２およびＩＬ４によってもパターンエッジによる散乱光が発生する。図８のＩＬ１からの照明光による照明によって発生しうる散乱光について説明する。ＩＬ１からの照明光がモールドマーク１０および基板マーク１１に照射される。これによって発生する正反射光は、検出系２１の検出開口絞り２６の開口ＰＤの外に照射されるため、検出開口絞り２６で遮断される。よって、そのような正反射光は、撮像素子２５によって検出されない。Ｘ方向に平行なパターンエッジに照射された照明光はパターンエッジでＹ方向に散乱されて、ＩＬ１からの照明光の正反射光Ｎ１（０）を基準として、１次反射光Ｎ１（１）、２次反射光Ｎ１（２）を発生する。それらの散乱光が検出開口絞り２６の開口ＰＤを通って撮像素子２５に入射すると、撮像素子２５で検出される。これにより、モアレ縞の像にノイズ成分が重畳される。ＩＬ３についても同様に、モールドマーク１０および基板マーク１１での正反射光は検出開口絞り２６で遮断される。しかし、Ｙ方向に平行なパターンエッジに照射された照明光はパターエッジでＸ方向に散乱されて、ＩＬ３からの照明光の正反射光Ｎ３（０）を基準として、１次反射光Ｎ３（１）、２次反射光Ｎ３（２）を発生する。これによりパターンエッジの四辺部分からの散乱光が撮像素子２５の撮像面に結像し、撮像素子２５によって撮像される像に重畳される。

モアレ縞の検出に与える具体的な影響としては、次のようなものがある。計測方向がＸ方向のモアレ縞の像に対してＹ方向に平行なエッジからの光が重畳されると、その光によってモアレ縞の像のエッジに近い個所の光量が上がり、モアレ縞の光量が左右非対称に変化しうる。このため、モアレ縞の像の位置を検出するときに誤差が発生しうる。また、計測方向がＸ方向のモアレ縞に対してＸ方向に平行なエッジからの光が重畳されると、その光によってモアレ縞の像にバイアスが加わる。そのため、モアレ縞を検出するときのコントラストが低下し、検出再現性の悪化につながる。そのため、パターンエッジからの光を検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔにおいて遮断することが検出性能の向上につながる。

図１（ａ）には、第１実施形態における検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔに入射する光の光強度分布と照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌの出口における光強度分布とが重ねて示されている。照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌの出口における光強度分布は、極ＩＬ１、ＩＬ３を含む。極ＩＬ１は、ｙ軸上に配置され、極ＩＬ３は、ｘ軸上に配置されている。極ＩＬ１からの照明光でモールドマーク１０と基板マーク１１が照明されることによって回折光Ｄ１（＋１）およびＤ１（－１）が発生する。回折光Ｄ１（＋１）およびＤ１（－１）は、検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔの開口ＰＤを通過して撮像素子２５の撮像面に入射する。回折光Ｄ１（＋１）およびＤ１（－１）は、撮像素子２５の撮像面にモアレ縞の光学像を形成する。ここで、モールドマーク１０と基板マーク１１との組み合わせは、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなチェッカーボード状の回折格子パターンと１次元の回折格子パターンとの組み合わせでありうる。マーク１０、１１を照明した照明光の回折光は、Ｘ方向およびＹ方向に回折する。例えば、図６（ａ）の回折格子パターンのＸ方向のピッチをＰ１、Ｙ方向のピッチをＰ３、図６（ｂ）のＸ方向のピッチをＰ２とする。ここでは、説明の便宜のためにＰ１＞Ｐ２とするが、大きさが逆であっても回折光が得られることは同業者には理解できよう。また、ここでは、モールドマーク１０を１次元の回折格子パターン、基板マーク１１をチェッカーボード状の回折格子パターンとするが、逆であってもよい。１次回折光の回折角度θ（光軸に平行な方向に対する角度）を、一般的に以下のように表すことができる。

θｘ１=ａｒｃｓｉｎ（λ／Ｐ１）、θｘ２＝ａｒｃｓｉｎ（λ／Ｐ２）
ここで、λは照明光の波長である。回折格子からの回折光はプラスとマイナスの両方向に発生する。したがって、モアレ縞を形成するモールドマーク１０と基板マーク１１の両方で回折した光は、Ｘ方向に４通り（θｘ１＋θｘ２、θｘ１－θｘ２、－θｘ１＋θｘ２、－θｘ１－θｘ２）の回折角度をもって回折する。ここで、θｘ１＋θｘ２と－θｘ１－θｘ２の回折角を持つ回折光を用いると、検出系２１のＮＡを拡大する必要があるのと、その干渉縞の周期が細かくなるため検出しても検出精度を上げることができない。そのため、回折角度が小さい回折角θｘ１－θｘ２、－θｘ１＋θｘ２の回折光を検出する。回折光の光軸に対するＸ方向の角度は、図１（ａ）に示すＤ１（＋１）の場合は－θｘ１＋θｘ２、Ｄ２（－１）の場合はθｘ１－θｘ２と表すことができる。図１（ａ）の検出系２１の検出開口絞り２６の位置では、ｘ方向の座標をＤ１（＋１）はｆ×ｔａｎ（－θｘ１＋θｘ２）、Ｄ１（－１）はｆ×ｔａｎ（θｘ１－θｘ２）と表すことができる。ここで、ｆは、検出系２１の検出開口絞り２６と回折格子（アライメントマーク）との間に配置されたレンズ群の焦点距離である。

次に光軸に対してＹ方向に回折する回折光について説明する。図６（ａ）に示すチェッカーボード状の回折格子はＹ方向にも周期を持つため、図６（ａ）の回折格子からの回折光はＸ方向およびＹ方向に回折する。Ｙ方向のピッチがＰ３であるため、その回折光の回折角度は下記の式で表すことができる。

θｙ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／Ｐ３）
図１（ａ）において、極ＩＬ１からの照明光の正反射光はＹ方向において、Ｘ軸を対称軸として、照明光と対称な位置に反射する。つまり、極ＩＬ１からの照明光のＸＹ平面への入射角度をθＩＬｙとすると、検出開口絞り２６（瞳面Ｐｄｅｔ）上でのその照明光の位置は、ｆ×ｔａｎ（θＩＬｙ）で表される。その正反射光はｆ×ｔａｎ（－θＩＬｙ）の位置となる。チェッカーボード状の回折格子からの１次回折光は正反射光に対してθｙの角度で回折する。つまり、図１（ａ）において、極ＩＬ１からの照明光の正反射光（ｆ×ｔａｎ（－θＩＬｙ））に回折光の角度θｙ分のシフト量であるｆ×ｔａｎ（θｙ）を加えたものが、瞳面Ｐｄｅｔにおける回折光のＹ方向の位置となる。Ｙ方向のピッチＰ３を調整することによって、図１（ａ）に示すＤ１（＋１）とＤ１（－１）の位置に回折させることができる。Ｄ１（＋１）とＤ１（－１）によって撮像素子２５の撮像面にＸ方向に強度が変化する干渉縞（モアレ縞）が形成され、これが撮像素子２５によって検出される。

極ＩＬ３は、極ＩＬ１を時計回りに９０度回転したものであり、図６（ｃ）、（ｄ）の回折格子を照明することによって回折光が発生し、Ｙ方向に強度が変化するモアレ縞を形成することができる。Ｘ方向とＹ方向のモアレ縞については、同じピッチにしてもよいし、マークを配置するパターンの領域を考慮して、互いに異なるピッチにしてもよい。図１（ａ）の例において、照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌの出口に形成される光強度分布は、極ＩＬ１、ＩＬ３で構成されるものであり、光軸に関して非対称な光強度分布である。

図１（ｂ）には、検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔに配置される検出開口絞り２６の例が示されている。白部が開口、黒部が遮光体である。図８を用いて前述したように、パターンエッジからの散乱光は、検出開口絞り２６（瞳面Ｐｄｅｔ）におけるｘ軸上およびｙ軸上に分布する。その不要な散乱光を遮断するため、検出開口絞り２６のｘ軸上およびｙ軸上に光を遮断する遮光部を有する遮光体ＢＰが配置される。これによりパターンエッジからの散乱光を遮断することができる。遮光体ＢＰは、検出系２１の光軸をｘ方向（第３方向）に平行な方向に横切る第１遮光部ＢＰ１と、検出系２１の光軸をｙ方向（第４方向）に平行な方向に横切る第２遮光部ＢＰ２とを含みうる。第１遮光部ＢＰ１は、検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔのｘ方向における直径の全体にわたって延びるように配置されうる。第２遮光部ＢＰ２は、検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔのｙ方向における直径の全体にわたって延びるように配置されうる。

ここで、ｘ軸に平行なｘ方向（第３方向）は、Ｘ軸に平行なＸ方向（第１方向）に共役な方向であり、ｙ軸に平行なｙ方向（第４方向）は、Ｙ軸に平行なＹ方向（第２方向）に共役な方向である。検出系２１において、ｘ方向とＸ方向とが共役とは、モールド７／基板８と検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔとの間に検出系２１の光軸を折り曲げる反射面が存在しない場合には、ｘ方向とＸ方向が同一方向であることを意味する。検出系２１において、ｘ方向とＸ方向とが共役とは、モールド７／基板８と検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔとの間に光軸を折り曲げる反射面が存在する場合には、該反射面によって瞳面Ｐｄｅｔに写像されたＸ方向がｘ方向と一致することを意味する。該反射面が存在する場合において、ｘ方向とＸ方向とが一致する場合もあるし、一致しない場合もある。ｙ方向とＹ方向との共役についても同様である。

上記の説明は、照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌにおけるｘ方向、ｙ方向についても準用される。つまり、瞳面Ｐｉｌｌにおけるｘ軸に平行なｘ方向（第５方向）は、Ｘ軸に平行なＸ方向（第１方向）に共役な方向であり、瞳面Ｐｉｌｌにおけるｙ軸に平行なｙ方向（第６方向）は、Ｙ軸に平行なＹ方向（第２方向）に共役な方向である。照明系２２において、ｘ方向とＸ方向とが共役とは、モールド７／基板８と照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌとの間に照明系２２の光軸を折り曲げる反射面が存在しない場合には、ｘ方向とＸ方向が同一方向であることを意味する。照明系２２において、ｘ方向とＸ方向とが共役とは、モールド７／基板８と照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌとの間に光軸を折り曲げる反射面が存在する場合には、該反射面によって瞳面Ｐｉｌｌに写像されたＸ方向がｘ方向と一致することを意味する。該反射面が存在する場合において、ｘ方向とＸ方向とが一致する場合もあるし、一致しない場合もある。ｙ方向とＹ方向との共役についても同様である。

第１遮光部ＢＰ１の幅（ｙ方向の幅）ＮＡｂｐ１は、極ＩＬ１の幅（ｘ方向の幅）ＮＡ＿ＩＬ１と等しいか、これよりも大きいことが好ましい。つまり、ＮＡｂｐ１≧ＮＡ＿ＩＬ１であることが望ましい。これにより、極ＩＬ１内のいずれの位置からの照明光の散乱光についても第１遮光部ＢＰ１によって遮断することができる。つまり、照明光で照明されたモールドマーク１０（回折格子）と基板マーク１１（回折格子）からの光のうちそれらの相対位置を示す光学情報を含まない不要光は、第１遮光部ＢＰ１および第２遮光部ＢＰ２の双方で遮断されうる。

検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔは、遮光体ＢＰが配置されていない領域に光透過領域ＡＰを有する。照明光で照明されたモールドマーク１０（回折格子）と基板マーク１１（回折格子）からの回折光は、光透過領域ＡＰを通過して、モールド７と基板８との相対位置を示す光学情報を撮像素子２５の撮像面に形成することが好ましい。

具体的には、撮像素子２５の撮像面にモアレ縞を形成する回折光Ｄ１（＋１）とＤ１（－１）が光透過領域ＡＰを通過することが好ましい。そのため、Ｄ１（＋１）、Ｄ１（－１）が遮光体ＢＰに入射しないように、遮光体ＢＰおよびモールドマーク１０（回折格子）と基板マーク１１（回折格子）が設計されうる。まず、簡単化のために、Ｄ１（＋１）、Ｄ１（－１）が幅を有しない場合について考える。

検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔにおいて、Ｄ１（＋１）、Ｄ１（－１）の位置は、ｆ×ｔａｎ（－θｘ１＋θｘ２）、ｆ×ｔａｎ（θｘ１－θｘ２）で表される。つまり、ｘ方向に関しては、回折光Ｄ１（＋１）とＤ１（－１）が光透過領域ＡＰを通過するためには、式（１）を満たすように遮光体ＢＰおよびモールドマーク１０（回折格子）と基板マーク１１（回折格子）が設計されうる。

｜ｆ×ｔａｎ（－θｘ１＋θｘ２）｜≧ＮＡｂｐ１／２
・・・式（１）
また、ｙ方向に関して、式（２）を満たすように、遮光体ＢＰおよびモールドマーク１０（回折格子）と基板マーク１１（回折格子）が設計されうる。

｜ｆ×ｔａｎ（－θＩＬｙ）＋ｆ×ｔａｎ（θｙ）｜≧ＮＡｂｐ３／２
・・・式（２）
ここで、｜ｆ×ｔａｎ（－θＩＬｙ）＋ｆ×ｔａｎ（θｙ）｜について、ｙ方向のマイナス側とプラス側の２か所の解を持つ。検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔにおいて、極ＩＬ１からの照明光の正反射光の付近（ｙ方向のマイナス側）に光透過領域ＡＰがあるとノイズとなりうる。また、回折格子のピッチを細かくした方が所定の面積内に収まる回折格子のピッチの数を多くすることができるため、回折光の角度分布の広がりが小さくなる。そのため、｜ｆ×ｔａｎ（－θＩＬｙ）＋ｆ×ｔａｎ（θｙ）｜は、極ＩＬ１からの照明光の正反射光と反対側、つまり、ｙ方向のプラス側である方が望ましい。

照明光の中心光線については、式（１）と式（２）を満たすことによってモアレ縞を形成する回折光が遮光体ＢＰで遮断されずに撮像素子２５で検出可能である。しかし、極ＩＬ１は、幅ＮＡ＿ＩＬ１を有し、また、回折格子のピッチ数が有限である。これらを考慮すると、式（１）および式（２）は、式（３）および式（４）のように拡張される。

｜ｆ×ｔａｎ（－θｘ１＋θｘ２）｜≧ＮＡｂｐ１／２＋回折光の幅／２
・・・式（３）
｜ｆ×ｔａｎ（－θＩＬｙ）＋ｆ×ｔａｎ（θｙ）｜≧ＮＡｂｐ３／２＋回折光の幅／２
・・・式（４）
式（３）および式（４）を満たすことによって、照明光で照明されたモールドマーク１０（回折格子）と基板マーク１１（回折格子）からの回折光の全てが光透過領域ＡＰを通過して撮像素子２５の撮像面に入射する。

図９（ａ）には、第１実施形態の変形例における検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔに入射する光の光強度分布と照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌの出口における光強度分布とが重ねて示されている。図９（ａ）に示されるように、変形例では、照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌの出口における光強度分布は、極ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４を有する。極ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４を有する光強度分布は、光軸に関して対称な光強度分布である。極ＩＬ１および極ＩＬ２は、ｙ軸上の異なる２点に位置し、極ＩＬ３および極ＩＬ４は、ｘ軸上の異なる２点に位置する。極の個数は、４個に限定されず、他の個数（例えば、８個）であってもよい。

図９（ｂ）には、検出開口絞り２６の形状が示されている。白部が開口、黒部が遮光体である。図１（ｂ）に示された遮光体ＢＰと同様に、図９（ｂ）に示された遮光体ＢＰは、検出開口絞り２６のｘ軸上、ｙ軸上に、それぞれ光を遮断する第１遮光部ＢＰ１、ＢＰ２を有する。遮光体ＢＰによって、パターンエッジからの散乱光が遮断される。

図１（ａ）の構成例では、極ＩＬ１、ＩＬ３の配置が光軸に関して中心対称ではない。そのため、光軸方向における像面の位置誤差によって検出誤差が生じうる。一方、図９（ａ）の構成例のように極ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４を光軸に関して中心対称に配置すると、光軸方向における像面の位置誤差に対して検出誤差を鈍感にすることができる。

図９（ａ）の極ＩＬ１、ＩＬ３からの照明光による回折光については、図１（ａ）の極ＩＬ１、ＩＬ３からの照明光による回折光と同様である。極ＩＬ１、ＩＬ２は、ｘ軸について対称な位置にある。極ＩＬ２からの照明光をモールドマーク１０（回折格子）と基板マーク１１（回折格子）に照射し、それぞれのマークで回折した回折光がＤ２（＋１）、Ｄ２（－１）として示されている。極ＩＬ１、ＩＬ２がｘ軸について対称な位置にあるので、Ｄ１（＋１）とＤ１（－１）とＤ２（＋１）、Ｄ２（－１）とは検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔに対して、ｘ軸について対称な位置に入射する。Ｄ１（＋１）、Ｄ１（－１）、２（＋１）、Ｄ２（－１）は、Ｘ方向に強度が変化するモアレ縞を形成する。

極ＩＬ３、ＩＬ４は、極ＩＬ１、ＩＬ２を時計回りに９０度回転させたものである。極ＩＬ３、ＩＬ４からの照明光によって照明されたＹ方向計測用の回折格子は、不図示の回折光Ｄ３（＋１）、Ｄ３（－１）、Ｄ４（＋１）、Ｄ４（－１）を発生する。Ｄ３（＋１）、Ｄ３（－１）、Ｄ４（＋１）、Ｄ４（－１）は、Ｄ１（＋１）、Ｄ１（－１）、Ｄ２（＋１）、Ｄ２（－１）を光軸の周りで９０度回転させた位置に回折する。Ｄ３（＋１）、Ｄ３（－１）、Ｄ４（＋１）、Ｄ４（－１）によってｙ方向に強度が変化するモアレ縞が形成される。

以下、図１０を参照しながら第２実施形態の検出装置３について説明する。なお、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図１０には、第２実施形態の検出装置３の構成が示されている。第２実施形態の位検出装置３は、第１検出系２１および第２検出系５０を備えている。第１検出系２１の一部と第２検出系５０の一部とは、共有されうる。更に、第１検出系２１の一部、第２検出系５０の一部、および、照明系２２の一部は、共有されうる。第１検出系２１は、第１撮像素子２５を含み、第２検出系５０は、第２撮像素子５１を含む。第１検出系２１は、第１実施形態で詳述したように、精検マークである回折格子によって形成されるモアレ縞を検出するように構成される。第２検出系５０は、ピッチずれを検出するように、即ち、粗検マークを検出するように構成される。

照明系２２および第１検出系２１は、第１実施形態と同様に構成されうる。これにより、図６に例示されるような回折格子によって形成されるモアレ縞を高い精度で検出することができる。第２検出系５０による粗検マークの検出のためには、照明系２２は、例えば、図９（ａ）に例示されるような四重極照明を行うことが有利である。

高い精度でモアレ縞を検出するためには、モールドマーク１０／基板マーク１１から撮像素子２５までの結像倍率を高倍率にすることが望ましい。一方、粗検マークを検出する第２検出系５０では、回折格子のピッチずれを計測できれば十分であるので、モールドマーク１０／基板マーク１１から撮像素子５１までの結像倍率を小さくしても精度上の影響が小さい。モールドマーク１０／基板マーク１１から撮像素子５１までの結像倍率を小さくすることによって、計測視野を広げることができる。そのため、モールド７と基板８の位置に大きなずれがあったとしても、広い範囲を観察できるため模索せずに位置計測が可能になるというメリットがある。以上のように、第２実施形態では、光路を分岐して第１検出系２１および第２検出系５０を設けることにより、第１検出系２１の倍率と第２検出系５０の倍率とを異ならせることができる。

また、変形例として、第１検出系２１の光路と第２検出系５０の光路を分岐した後に検出開口絞りを配置してもよい。これによって、ノイズとなる光を減らすことが可能となる。図１１に例示されるように、モールドマーク１０／基板マーク１１と撮像素子２５との間の光路に第１検出開口絞り２６ａを配置することができる。また、モールドマーク１０／基板マーク１１と撮像素子５１との間の光路に第２検出開口絞り２６ｂを配置することができる。第１検出開口絞り２６ａと第２検出開口絞り２６ｂとは、互いに異なる形状あるいは特性を有しうる。

この変形例では、第１検出系２１でＸ方向に強度が変化するモアレ縞を検出し、第２検出系５０でＹ方向に強度が変化するモアレ縞を検出してもよい。この場合において、図１（ｂ）の検出開口絞りを改良して採用することが好ましい。図１（ｂ）の検出開口絞りでは、Ｘ方向に強度が変化するモアレ縞を検出するための開口はｙ方向プラス側のみであり、Ｙ方向に強度が変化するモアレ縞を検出するための開口はｘ方向プラス側のみである。このため、Ｘ方向に強度が変化するモアレ縞を検出するための検出開口絞り２６ａについては、図１（ｂ）のｙ方向マイナス側をすべて遮光部にしたものとすればよい。また、Ｙ方向に強度が変化するモアレ縞を検出するための出開口絞り２６ｂについては、図１（ｂ）のｘ方向マイナス側をすべて遮光部にしたものとすればよい。これにより、よりノイズとなる光を減らすことができる。なお、検出開口絞りの形状については、これらのものに限定されない。

以下、図１２を参照しながら第３実施形態の検出装置３について説明する。なお、第３実施形態として言及しない事項は、第１又は第２実施形態に従いうる。第３実施形態では、照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌに配置される照明開口絞り２７は、ピンホールを有するピンホール板である。これにより、照明光は、照明系２２の瞳面Ｐｉｌｌにおける照明系２２の光軸およびその近傍のみを通過する光束で構成される。反射膜２４ａは、そのような光束を反射し、モールドマーク１０／基板マーク１１を照明するように構成されうる。なお、照明絞り２７は、任意的な構成要素であってよく、反射膜２４ａの領域を規定することによって光軸に平行な照明光が形成されてもよい。検出系２１の瞳面Ｐｄｅｔに配置される検出開口絞り２６は、第１又は第２実施形態に従いうる。

次に、上記の実施形態に代表されるインプリント装置を利用した物品製造方法について説明する。物品は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイデバイス、ＭＥＭＳ等でありうる。物品製造方法は、リソグラフィー装置あるいはインプリント装置を使って原版のパターンを基板に転写する転写工程と、転写工程を経た基板から物品が得られるように該基板を加工する加工工程と、を含みうる。転写工程は、例えば、基板８のショット領域の上のインプリント材９とモールド７とを接触させる接触工程を含みうる。また、転写工程は、基板８のショット領域（あるいは基板マーク）とモールド７との相対位置を計測する計測工程を含みうる。また、転写工程は、計測工程の結果に基づいて基板８のショット領域とモールド７とをアライメントするアライメント工程を含みうる。また、転写工程は、基板８の上のインプリント材９を硬化させる硬化工程と、そのインプリント材９とモールド７とを分離する分離工程とを含みうる。これにより、基板８の上にインプリント材９の硬化物からなるパターンが形成あるいは転写される。加工工程は、例えば、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれうる。

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、インプリント装置によって基板にパターンを形成し、該パターンが形成された基板を処理し、該処理が行われた基板から物品を製造する物品製造方法について説明する。図１３（ａ）に示すように、絶縁体等の被加工材２ｚが表面に形成されたシリコンウエハ等の基板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１３（ｂ）に示すように、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１３（ｃ）に示すように、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１３（ｄ）に示すように、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１３（ｅ）に示すように、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１３（ｆ）に示すように、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。

本明細書の開示は、以下の検出装置、リソグラフィー装置および物品製造方法を含む。
（項目１）
重ねて配置された第１物体と第２物体とにそれぞれ設けられた第１マークと第２マークとの相対位置を検出する検出装置であって、
前記第１マークおよび前記第２マークを無偏光の照明光で照明する照明系と、
撮像素子を含み、前記照明系によって照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの回折光を前記撮像素子の撮像面に結像させる検出系と、を備え、
前記第１マークおよび前記第２マークは、第１方向または前記第１方向に直交する第２方向における前記相対位置を示す光学情報を前記撮像面に形成可能に構成され、
前記検出系の瞳面には、前記検出系の光軸を第３方向に平行な方向に横切る第１遮光部と、前記検出系の前記光軸を第４方向に平行な方向に横切る第２遮光部とを含む遮光体が設けられ、
前記第３方向は、前記第１方向に共役な方向であり、前記第４方向は、前記第２方向に共役な方向である、
ことを特徴とする検出装置。
（項目２）
前記照明光で照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの光のうち前記相対位置を示す情報を含まない不要光は、前記第１遮光部および前記第２遮光部の双方で遮断される、
ことを特徴とする項目１に記載の検出装置。
（項目３）
前記照明系は、前記第１マークおよび前記第２マークを前記照明光で斜入射照明するように構成されている、
ことを特徴とする項目１又は２に記載の検出装置。
（項目４）
前記照明系の瞳面の出口における光強度分布は、前記照明系の光軸に関して非対称である、
ことを特徴とする項目３に記載の検出装置。
（項目５）
前記照明系の瞳面の出口における光強度分布は、前記照明系の光軸に関して対称である、
ことを特徴とする項目３に記載の検出装置。
（項目６）
前記照明系および前記検出系は、プリズムを共有し、
前記照明系の前記瞳面は、光源と、前記プリズムとの間に配置され、前記照明光は、前記プリズムで反射された後に前記第１マークおよび前記第２マークを照明する、
ことを特徴とする項目１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目７）
前記第１マークおよび前記第２マークからの回折光は、前記プリズムを通過して前記撮像面に入射し、
前記検出系の前記瞳面は、前記プリズムと前記撮像面との間に配置されている、
ことを特徴とする項目６に記載の検出装置。
（項目８）
前記第１遮光部は、前記検出系の瞳面の前記第３方向における直径の全体にわたって延びていて、
前記第２遮光部は、前記検出系の瞳面の前記第４方向における直径の全体にわたって延びている、
ことを特徴とする項目１乃至７のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目９）
前記検出系の前記瞳面は、前記遮光体が配置されていない領域に光透過領域を有し、
前記照明光で照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの回折光は、前記光透過領域を通過して、前記相対位置を示す前記光学情報を前記撮像面に形成する、
ことを特徴とする項目１乃至８のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１０）
前記照明光で照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの１次回折光は、前記光透過領域を通過して、前記相対位置を示す前記光学情報を前記撮像面に形成する、
ことを特徴とする項目９に記載の検出装置。
（項目１１）
第２撮像面を有する第２撮像素子を含む第２検出系を更に備え、
前記第１物体には第３マークが更に設けられ、前記第２物体には第４マークが更に設けられ、
前記第２検出系は、前記照明系によって照明された前記第３マークおよび前記第４マークからの光を前記第２撮像素子の前記第２撮像面に結像させる、
ことを特徴とする項目１乃至１０のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１２）
前記検出系の一部と前記第２検出系の一部とが共有される、
ことを特徴とする項目１１に記載の検出装置。
（項目１３）
前記検出系の倍率と前記第２検出系の倍率とが互いに異なる、
ことを特徴とする項目１１又は１２に記載の検出装置。
（項目１４）
前記検出系の瞳面に第１開口絞りが配置され、前記第２検出系の瞳面に第２開口絞りが配置されている、
ことを特徴とする項目１１乃至１３のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１５）
前記照明系は、前記照明光の波長を変更可能である、
ことを特徴とする項目１乃至１４のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１６）
原版のパターンを基板に転写するリソグラフィー装置であって、
項目１乃至１５のいずれか１項に記載の検出装置を備え、
前記第１マークが設けられた前記第１物体としての前記原版と、前記第２マークが設けられた前記第２物体としての前記基板と、のアライメントを前記検出装置の出力に基づいて行うように構成されたことを特徴とするリソグラフィー装置。
（項目１７）
インプリント装置として構成されていることを特徴とする項目１６に記載のリソグラフィー装置。
（項目１８）
項目１７に記載のリソグラフィー装置を使って原版のパターンを基板に転写する転写工程と、
前記転写工程を経た前記基板から物品が得られるように前記基板を加工する加工工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。

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：検出装置、７：モールド（第１物体）、８：基板（第２物体）、１０：モールドマーク（第１マーク）、１１：基板マーク（第２マーク）、２１：検出系、２２：照明系、２５：撮像素子

Claims (18)

1. 重ねて配置された第１物体と第２物体とにそれぞれ設けられた第１マークと第２マークとの相対位置を検出する検出装置であって、
   前記第１マークおよび前記第２マークを無偏光の照明光で照明する照明系と、
   撮像素子を含み、前記照明系によって照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの回折光を前記撮像素子の撮像面に結像させる検出系と、を備え、
   前記第１マークおよび前記第２マークは、第１方向または前記第１方向に直交する第２方向における前記相対位置を示す光学情報を前記撮像面に形成可能に構成され、
   前記検出系の瞳面には、前記検出系の光軸を第３方向に平行な方向に横切る第１遮光部と、前記検出系の前記光軸を第４方向に平行な方向に横切る第２遮光部とを含む遮光体が設けられ、
   前記第３方向は、前記第１方向に共役な方向であり、前記第４方向は、前記第２方向に共役な方向である、
   ことを特徴とする検出装置。
2. 前記照明光で照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの光のうち前記相対位置を示す情報を含まない不要光は、前記第１遮光部および前記第２遮光部の双方で遮断される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記照明系は、前記第１マークおよび前記第２マークを前記照明光で斜入射照明するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
4. 前記照明系の瞳面の出口における光強度分布は、前記照明系の光軸に関して非対称である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
5. 前記照明系の瞳面の出口における光強度分布は、前記照明系の光軸に関して対称である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
6. 前記照明系および前記検出系は、プリズムを共有し、
   前記照明系の前記瞳面は、光源と、前記プリズムとの間に配置され、前記照明光は、前記プリズムで反射された後に前記第１マークおよび前記第２マークを照明する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
7. 前記第１マークおよび前記第２マークからの回折光は、前記プリズムを通過して前記撮像面に入射し、
   前記検出系の前記瞳面は、前記プリズムと前記撮像面との間に配置されている、
   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遮光部は、前記検出系の瞳面の前記第３方向における直径の全体にわたって延びていて、
   前記第２遮光部は、前記検出系の瞳面の前記第４方向における直径の全体にわたって延びている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
9. 前記検出系の前記瞳面は、前記遮光体が配置されていない領域に光透過領域を有し、
   前記照明光で照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの回折光は、前記光透過領域を通過して、前記相対位置を示す前記光学情報を前記撮像面に形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
10. 前記照明光で照明された前記第１マークおよび前記第２マークからの１次回折光は、前記光透過領域を通過して、前記相対位置を示す前記光学情報を前記撮像面に形成する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
11. 第２撮像面を有する第２撮像素子を含む第２検出系を更に備え、
    前記第１物体には第３マークが更に設けられ、前記第２物体には第４マークが更に設けられ、
    前記第２検出系は、前記照明系によって照明された前記第３マークおよび前記第４マークからの光を前記第２撮像素子の前記第２撮像面に結像させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
12. 前記検出系の一部と前記第２検出系の一部とが共有される、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の検出装置。
13. 前記検出系の倍率と前記第２検出系の倍率とが互いに異なる、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の検出装置。
14. 前記検出系の瞳面に第１開口絞りが配置され、前記第２検出系の瞳面に第２開口絞りが配置されている、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の検出装置。
15. 前記照明系は、前記照明光の波長を変更可能である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
16. 原版のパターンを基板に転写するリソグラフィー装置であって、
    請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の検出装置を備え、
    前記第１マークが設けられた前記第１物体としての前記原版と、前記第２マークが設けられた前記第２物体としての前記基板と、のアライメントを前記検出装置の出力に基づいて行うように構成されたことを特徴とするリソグラフィー装置。
17. インプリント装置として構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のリソグラフィー装置。
18. 請求項１７に記載のリソグラフィー装置を使って原版のパターンを基板に転写する転写工程と、
    前記転写工程を経た前記基板から物品が得られるように前記基板を加工する加工工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。

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