JP2024037437A - マークの相対位置の計測方法、計測装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アライメントマークの占有面積をより小さくしても相対位置を計測可能な計測方法及び計測装置を提供する。【解決手段】 ２つの物体の各々にアライメントマークとの相対位置を計測する計測方法において、マークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出してマークとの第１相対位置を求める工程と、マークからの回折光により形成されるモアレ縞を撮像し、モアレ縞に基づいてマークとの第２相対位置を求める工程と、第１相対位置と第２相対位置に基づいてマークの相対位置を求める工程と、を有する。【選択図】 図８

Description

本発明は、マークの相対位置の計測方法、計測装置及び物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィー技術に加え、基板上の未硬化樹脂をモールド（型）で成形し、樹脂のパターンを基板上に形成する微細加工技術が注目を集めている。この技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。例えば、インプリント技術の１つとして、光硬化法がある。この光硬化法を採用したインプリント装置では、まず、基板（ウエハ）上のインプリント領域であるショットに紫外線硬化樹脂（インプリント樹脂、光硬化性樹脂）を塗布する。次に、この樹脂（未硬化樹脂）をモールドにより成形する。そして、紫外線を照射して樹脂を硬化させたうえで離型することにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。

この光硬化法に適合したインプリント装置は、例えば特許文献１に開示されている。このようなインプリント装置は、基板を保持するステージ、樹脂の塗布機構、インプリントヘッド、紫外線照射装置及び位置合わせマーク検出機構を有する。基板とモールドとの位置合わせ方式には、基板とモールドの押し付け時に、ショット毎に基板とモールドのそれぞれに構成された位置合わせマークを光学的に同時に観察してそれらのずれ量を補正して硬化させる、ダイバイダイ方式がある。

特許文献１に開示されたインプリント装置では、位置合わせマークとしての回折格子がモールドと基板にそれぞれ配置されている。モールド側の回折格子は計測方向に周期をもつ回折格子であり、基板側の回折格子は計測方向と計測方向に直交する方向（非計測方向）とにそれぞれ周期をもつチェッカーボード状の回折格子である。回折格子に照明を行う照明光学系と、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。回折格子に斜入射で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回折格子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。

また、モールドと基板とに配置された回折格子の計測方向の周期は互いに僅かに異なっている。このような周期が互いに異なる回折格子同士を重ねると、２つの回折格子からの回折光同士の干渉により、回折格子間の周期差を反映した周期を有する干渉縞（いわゆるモアレ縞）が現れる。このとき、回折格子同士の相対位置関係によってモアレ縞の位相が変化するので、モアレ縞を観察することにより基板とモールドとの相対位置合わせを行うことができる。

このようなモアレ縞を利用して相対位置を検出する方法では、解像力が低い検出光学系を用いても、高い精度で位置合わせを行うことができるという利点がある。しかし、モールドと基板に配置された回折格子パターン同士が１周期ずれると１周期分の計測誤差が発生する。

特許文献２には、回折格子パターンの１周期以上のずれを計測するために、計測範囲が広い粗検マークを設けることが記載されている。

特表２００８－５２２４１２号公報 特開２０１７－１０３２９６号公報

しかし、モアレ縞を発生させる回折格子パターンとは別のマークを設けると、それらのアライメントマーク全体の占有面積が大きくなる。

そこで、本発明は、アライメントマークの占有面積をより小さくしても相対位置を計測可能な計測方法及び計測装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての計測方法は、第１物体に設けられた第１アライメントマークと第２物体に設けられた第２アライメントマークとの相対位置を計測する計測方法において、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明する工程と、前記第１アライメントマークの外周部と前記第２アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、前記信号に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第１相対位置を求める工程と、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの回折光により形成されるモアレ縞を撮像し、前記モアレ縞に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第２相対位置を求める工程と、前記第１相対位置と前記第２相対位置に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を求める工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、アライメントマークの占有面積をより小さくしても相対位置を計測することができる。

インプリント装置の装置構成の一例を示す図である。 計測光学系の構成の一例を示す図である。 計測光学系の構成の一例を示す図である。 有効光源分布を示す図である。 モアレ縞を発生する位置合わせマークを示す図である。 アライメントマーク位置の一例を示した図である。 重なったアライメントマークを示す図である。 アライメントマークの検出画像の一例を示した図である。 インプリント装置の動作シーケンス図である。 第２実施形態に係る計測光学系の構成の一例を示す図である。 第２実施形態に係る計測光学系の構成の一例を示す図である。

以下に、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、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態のインプリント装置１の構成を示す図である。このインプリント装置１は、半導体デバイスなどのデバイス製造に使用され、被処理体であるウエハ（基板）上の未硬化の樹脂９をモールド（型、マスク）７で成形し、樹脂９のパターンを基板上に形成（転写）する装置である。なお、本実施例のインプリント装置１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、モールド７およびウエハ８に平行な面内に互いに直交する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、計測光学系３と、モールド保持部４と、ウエハステージ５と、塗布部６と備える。また、樹脂９（レジスト、インプリント材、組成物とも呼ぶ）は、例えば紫外線等により硬化する樹脂や熱硬化性樹脂を用いる。

紫外線照射部２は、モールド７とウエハ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紫外線照射装置である。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被照射面となる後述の凹凸パターン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による光の照射領域（照射範囲）は、凹凸パターン７ａの表面積と同程度、または凹凸パターン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、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またはウエハ８が膨張し、樹脂９に転写されるパターンに位置ズレや歪みが発生することを抑えるためである。加えて、ウエハ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可能である。なお、この光源は、被受光体である樹脂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。

計測光学系３はモールド７（第１物体）に配置されたモールドマーク１０とウエハ８（第２物体）に配置されたウエハマーク１１を光学的に検出して両者の相対位置を計測するための光学系である。さらに、計測光学系３はアライメント光源２３からの照明光により対象物を照明するための照明手段の一部として機能する。なお、計測光学系３は照明光で照明された対象物からの光を検出することによって対象物の相対位置を計測する計測手段の一部としても機能する。その光軸がモールド７またはウエハ８に対して垂直になるように配置されている。また、計測光学系３はモールドマーク１０もしくはウエハマーク１１の位置に合わせて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に駆動可能なように構成されている。さらには、モールドマーク１０もしくはウエハマーク１１の位置に光学系の焦点を合わせるためにＺ軸方向にも駆動可能なように構成されている。計測光学系３で計測されたモールド７とウエハ８の相対位置情報に基づいてウエハステージ５や倍率補正機構の駆動が制御される。なお、計測光学系３と位置合わせマーク（アライメントマーク）であるモールドマーク１０およびウエハマーク１１については後で詳述する。

モールド保持部（型保持部）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型保持手段である。このモールド保持部４は、モールドチャック（不図示）と、ウエハ８上に塗布された樹脂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軸方向に駆動するモールド駆動機構とを含む。さらに、モールド保持部４は、モールドをＸ軸方向およびＹ軸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モールド倍率補正機構とを含む。なお、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、ウエハステージ５（ウエハ８）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。

ウエハステージ５は、ウエハ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ウエハ保持部（基板保持部）である。

塗布部（ディスペンサ）６は、ウエハ８上に樹脂（未硬化樹脂）９を塗布する塗布手段である。ここで、樹脂９は、例えば、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。なお、塗布部６は、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を塗布したウエハ８をインプリント装置１の内部に導入する構成であってもよい。この構成によれば、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。

また、モールド７は、ウエハ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７ａ）が３次元状に形成された型である。なお、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。また、ウエハ８は、例えば、単結晶シリコンからなる被処理体であり、この被処理面には、モールド７により成形される樹脂９が塗布される。

制御部１２は、紫外線照射部２、計測光学系３、モールド保持部４、ウエハステージ５および塗布部６を制御する。制御部１２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１２は、メモリを内蔵し、さらにコンピュータとしてのＣＰＵが内蔵されており、メモリに記憶（保存）された関係式やパラメータやコンピュータプログラムに基づき、例えば、装置全体の各種動作を実行する制御手段として機能する。また、制御部１２、アライメント光源２３、計測光学系３等によって位置計測装置が構成されている。制御部１２は、取得した画像などから相対位置を求める演算処理を行う処理部として機能する。

次に、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。まず、基板搬送部（不図示）によりウエハ８をウエハステージ５に搬送し、このウエハ８を載置および固定させる。続いて、ウエハステージ５を塗布部６の塗布位置へ移動させ、その後、塗布部６は、塗布工程としてウエハ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（塗布工程）。次に、ウエハ８上の塗布面がモールド７の直下に位置するように、ウエハステージ５を移動させる。次に、モールド駆動機構を駆動させ、ウエハ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に形成された凹凸パターン７ａに沿って流動する。さらにこの状態で、ウエハ８およびモールド７に配置されたモールドマーク１０およびウエハマーク１１の相対位置を計測光学系３によって検出（計測）する。そして、モールドマーク１０とウエハマーク１１との位置合わせとして、ウエハステージ５の駆動によるモールド７の押型面とウエハ８上の塗布面との位置合わせを行う。また、倍率補正機構（不図示）によるモールド７の倍率補正などを実施する。ここでウエハステージ５、倍率補正機構は、基板とモールドとを位置合わせする位置合わせ手段として機能している。樹脂９の凹凸パターン７ａへの流動と、モールド７とウエハ８との位置合わせ及びモールドの倍率補正等が十分にされた段階で、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を硬化させる（硬化工程）。この際、計測光学系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、モールド駆動機構を再駆動させ、モールド７をウエハ８から離型させる（離型工程）ことにより、モールド７の凹凸パターン７ａがウエハ８上に転写（形成）される（パターン形成工程）。

続いて、計測光学系３とモールド７およびウエハ８にそれぞれ配置された位置合わせのためのモールドマーク１０およびウエハマーク１１の詳細を説明する。図２は、本実施例の計測光学系３の構成の一例を示す図である。

計測光学系３は検出光学系（検出部）２１と照明光学系（照明部）２２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モールドマーク１０とウエハマーク１１からの回折光同士の干渉により発生する干渉縞（モアレ縞）を撮像素子２５上に結像する。検出光学系２１は、後述する回折格子４１と回折格子４２との相対位置を検出する。さらに制御部１２等はモールドマーク１０とウエハマーク１１からの回折光を計測し、ウエハ８の相対位置を演算で求める計測手段としても機能する。照明光学系２２は、アライメント光源２３からの光を、プリズム２４などを用いて、検出光学系２１と同じ光軸上へ導き、モールドマーク１０およびウエハマーク１１を照明する照明手段の一部を構成する。アライメント光源２３には例えばハロゲンランプや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光源が用いられる。また、レジスト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。また、アライメント光源２３は照明手段の一部を構成する。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。

位置合わせマークであるモールドマーク１０およびウエハマーク１１はそれぞれ回折格子から構成され、周期的なパターンを有する。検出光学系２１は照明光学系２２によって照明されたモールドマーク１０とウエハマーク１１からの回折光同士の干渉により発生する干渉縞（モアレ縞）を撮像素子２５上に結像する。撮像素子２５はＣＣＤやＣＭＯＳなどが用いられる。モールドマーク１０およびウエハマーク１１の回折光によって干渉縞（モアレ縞）が発生するため、モールド７およびウエハ８の回折効率によって得られるモアレ縞の光量が変わってくる。特に、回折効率は照明波長に対して周期的に変化するため、効率よくモアレ縞を検出することができる波長とモアレ縞の検出が困難な波長がある。モアレ縞の検出が困難な波長の光はノイズとなりうる。

プリズム２４はその貼り合せ面において、照明光学系の瞳面の周辺部分の光を反射するための反射膜２４ａが構成されている。また、反射膜２４ａは検出光学系２１の瞳の大きさ（あるいは検出ＮＡ：ＮＡｏ）を規定する開口絞りとしても働く。ここで、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。また、図２のプリズム２４の周辺部分を透過部、中心部分を反射部とし、アライメント光源２３と撮像素子２５の位置を入れ替えた構成としてもよい。

また、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。図３は、そのような計測光学系の構成の一例を示す図である。この場合の計測光学系３の構成は、図３に示すように検出光学系２１と照明光学系２２はそれぞれその瞳面に個別の開口絞り２６および２７を有する。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４は、計測光学系３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ＮＡＯとの関係を示す図である。本実施形態では、照明光学系２２の瞳強度分布（有効光源分布）は、第１極ＩＬ１と、第２極ＩＬ２と、第３極ＩＬ３と、第４極ＩＬ４とを含む四重極照明である。照明光学系２２は、ＸＹ平面においてモールドマーク１０やウエハマーク１１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、モールドマーク１０やウエハマーク１１を照明しうる。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の瞳面に配置し、不要な光を遮光することによって、１つのアライメント光源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、計測光学系３を簡略化又は小型化することができる。

図５は、モアレ縞を発生する位置合わせマークの一例を示す図である。以下、図５（ａ）乃至図６（ｄ）を参照して、モールドマーク１０及びウエハマーク１１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モールドマーク１０とウエハマーク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、ウエハマーク１１としてウエハ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（モアレ縞）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、モアレ縞を検出することでモールドマーク１０とウエハマーク１１との相対位置（第２相対位置）、即ち、モールド７とウエハ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）に示すモアレ縞は、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、検出光学系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。そして、相対的な位置ずれから、モールド７とウエハ８の相対的な位置ずれを求める。

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、検出光学系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、モアレのコントラストを低下させる要因となるため、計測光学系３は、０次光を検出しない（即ち、回折格子４１及び４２を斜入射で照明する）暗視野の構成を有することが望ましい。図６は、斜入射照明用の位置合わせ用マークの一例を示す図である。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（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４、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（入射し）、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光学系２１の瞳上の検出領域（ＮＡｏ）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４に示す瞳強度分布と図６（ａ）及び図６（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、回折格子の相対位置の検出には使用されない。但し、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からの光を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からの光を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４に示す瞳強度分布は非常に有効となる。

図７は、本実施形態に係るモールドマーク１０とウエハマーク１１を重ねた状態を示した図である。検出光学系の計測視野４０の中でＸ方向およびＹ方向のマーク位置を示している。ウエハマーク１１ａをチェッカーボード状の回折格子、モールドマーク１０ａをラインアンドスペースの回折格子としているが、モールドマーク１０がチェッカーボード状の回折格子、ウエハマーク１１がラインアンドスペースの回折格子となっても良い。モールドマーク１０ｂとウエハマーク１１ｂはＹ方向の位置計測用のマークである。ここで、モールド７とウエハ８の相対位置がずれていると、モールドマーク１０とウエハマーク１１の相対位置がずれて検出される。モアレ縞計測ではその検出原理上、回折格子の１周期以上の相対位置ずれを計測できないため、１周期以上ずれている場合には、１周期以上の誤差（ピッチずれ）が発生する。そのため、１周期以上の相対位置誤差を検出する手段を設け、モアレ縞計測による相対位置も用いて、モールドマーク１０とウエハマーク１１の相対位置を求める。

１周期以上の相対位置誤差を検知するため、粗検用のモールドマークとウエハマークを別に構成すると、マークを配置するためにスペース（専有面積）が必要となる。例えば、検出光学系のＮＡが０．１、計測波長が７００ｎｍの場合、エアリーディスクを考慮すると、半径ｒは、ｒ＝０．６１×波長／ＮＡで算出できるため、４．３ｕｍと計算できる。マーク同士が重ならないようにするためには、エアリーディスクと相対位置を追い込む前の誤差を考慮して、粗検用のモールドマークとウエハマークとの距離を８．６ｕｍ以上確保することが望ましい。また、粗検用のマークからの散乱光が計測されるのを防止するため、粗検用のモールドマークとウエハマークが、モアレ縞を形成する回折格子マークから離れた位置にあることが望ましい。よって、８．６×３＝２５．８ｕｍのスペースが必要となる。すると、マーク領域を例えば３０×６０ｕｍなどに小型化する上で大きな制約となる。

そこで、本実施形態ではモールドマーク１０とウエハマーク１１の外周部（外枠）からの散乱光を用いてそれぞれの位置を計測する。例えば、図７のパターンを、図４で示す四重極照明を用いてＸＹ方向から照明した場合、図８（ａ）のようにマークが検出される。つまり、モールドマーク１０とウエハマーク１１の外枠（パターンエッジ）によって発生する散乱光４３、４４と、前記マークの重なる範囲でモアレ縞４５、４６が検出される。モールドマーク１０とウエハマーク１１が一部だけ重っている状態で外枠（パターンエッジ）に相当する光強度分布の信号を検出し、その検出信号からマーク外枠の位置を求める。これにより、モールドマーク１０とウエハマーク１１の相対位置ずれ量（第１相対位置）を計測することができる。例えば、散乱光（光強度分布）４３のＸ方向に延びる外周部の辺同士の距離を検出することで、マーク同士のＹ方向の相対位置を求めることができる。また、散乱光（光強度分布）４３のＹ方向に延びる外周部の辺同士の距離を検出することで、マーク同士のＸ方向の相対位置を求めることができる。散乱光（光強度分布）４４についても同様である。また、散乱光（光強度分布）４３から求めた相対位置と、散乱光（光強度分布）４４から求めた相対位置との平均値や統計値を用いて相対位置を求めてもよい。

ここで、例えば、図４に示すＩＬ１のみの照明でＹ方向からマークを照明した場合、検出されるエッジはマークの上下方向のみとなる。そのため、マークのＹ方向の位置を計測することはできるが、マークのＸ方向の位置を計測することができない。つまり、図７のモールドマーク１０ａとウエハマーク１１ａの場合、Ｘ方向のピッチずれを計測できない。そのため、図４のＩＬ３やＩＬ４のようにＸ方向からも光を照明する必要がある。

また、例えばＩＬ１のみの照明の場合、Ｙ方向の＋側の片側からの斜入射照明となるため、パターンの位置がデフォーカスするとマーク外枠の像の位置がシフトして検出される。デフォーカスによるマーク外枠の計測誤差を減らすためには、Ｙ方向の－側のＩＬ２も用いて照明することが望ましい。よって、モアレ縞およびマーク外枠の位置を計測するためには、ＩＬ１～ＩＬ４を用いた四重極照明が望ましい。

モールドマーク１０とウエハマーク１１で反射効率に違いがあるため、検出される外枠からの散乱光には強弱が生じる。照射する波長を変更することによってモールドマーク１０とウエハマーク１１の明るさが変わるため、波長を変えることによってモアレ外枠を計測しやすくすることができる。つまり、モールドマーク１０とウエハマーク１１を照明する光の波長を調整することにより、モールドマーク１０の外周部からの光の強度とウエハマーク１１の外周部からの光の強度との比を変更する。ここで、マーク外枠の位置を計測するときにマーク外枠のみ検出されるため、モールドマーク１０ａのマークがプラス方向にシフトしているのか、ウエハマーク１１ａがプラス方向にシフトしているのか判別することが難しい。そのため、例えば、ウエハステージを少し駆動させて動いたマークがウエハマーク１１ａであるというように、判別する工程を加えることで正確な位置合わせが可能となる。つまり、モールドマーク１０とウエハマーク１１の相対位置をずらした後に、アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して相対位置を求めることができる。

また、モールドマーク１０ａとウエハマーク１１ａの位置の判別方法として、マーク外枠の光量差を検出する方法がある。モールドマーク１０ａとウエハマーク１１ａの外枠の散乱光強度は、その物質の断面構造や物性値によって変わる。そのため、同じ種類のモールド７とウエハ８を用いている限り、照明波長などの計測条件が同じであれば毎回同様に光量差が発生する。そのため、マーク外枠の光量比からモールドマーク１０ａとウエハマーク１１ａの位置関係を知ることが可能となる。

図８（ｂ）はモールドマーク１０とウエハマーク１１が大きくずれて重なる領域がない場合の検出結果を図示している。つまり、モールドマーク１０とウエハマーク１１が重ならない状態でアライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して相対位置を求めることができる。例えば、マークの外周部の光強度分布４７の中の中心位置と光強度分布４８の中心位置の相対位置からマーク同士の相対位置を求めることができる。また、マークの外周部の光強度分布４９の中心位置と光強度分布５０についても同様である。

モールドマーク１０とウエハマーク１１で重なる領域がないため、モアレ縞は検出されない。また、回折格子の周期は１ｕｍ程度であり、例えばＮＡ０．１以下のレンズでは解像されない。そのため、マーク外枠部分の散乱光が強く検出される。図８（ａ）と同様に、モールドマーク１０とウエハマーク１１のどちらがどの方向にずれているか判別する必要がある。

ここで、ウエハ８上で回路等のパターンが形成されている箇所にモールドマーク１０が重なった場合、ウエハ８に形成されているパターンとモールドマーク１０が重なった像が検出される。そうすると、マークの外枠の位置を検出する時の計測誤差につながるため、ウエハ８上のパターンはないことが望ましい。パターンがある場合は、モールドマーク１０に対してパターンマッチングをとるという画像処理を行うことによって誤検知を減らすことができる。

また、精度よくマーク外枠位置を計測するために、図８（ｂ）に示す位置となるように意図的にマーク位置をシフトさせて、マークの外枠位置（第１相対位置）を計測し、計測結果に基づいて高精度なステージでマークが重なるように駆動させてもよい。つまり、モールドマーク１０とウエハマーク１１の相対位置をずらした後に、アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して相対位置を求める。そして、その相対位置に基づいてモールドマーク１０とウエハマーク１１が重なるようにモールドマーク１０とウエハマーク１１の相対位置を変更した後に、モアレ縞を撮像して相対位置を求める。このときステージにエンコーダなどの位置計測センサを取り付けることによってステージの駆動を保証することができる。

図８では１種類のモアレ縞の外枠を計測する手法について説明したが、１種類のモアレ縞の外枠のみでなく、周期や計測方向の異なる複数種類のモアレ縞が集まってできたマーク（モアレ群）の外枠（外周部）の位置を計測しても良い。例えば、隣接した２種類のモアレ縞（モアレ群）の外枠の位置を計測してもよい。

モールドマーク１０とウエハマーク１１の外枠の位置計測精度は、モアレ縞の１周期ずれ（ピッチずれ）を検知することのできる計測精度があればよい。ラインアンドスペースの回折格子とチェッカーボード状の回折格子とのモアレ縞であるため、回折格子のピッチの１／４だけ相対位置がシフトすると、モアレ縞の見え方は同じになる。そのため、マーク外枠の位置計測精度は回折格子の周期の１／４以下であればピッチずれを検出可能となる。

図９は、本実施形態における位置計測装置を含むインプリント装置１の動作シーケンスを示すフローチャートである。なお、図９における位置計測装置を含むインプリント装置の動作は、不図示の制御部（制御手段）がコンピュータプログラムを実行することによって制御される。

まず、ステップ１０１で、生産に用いる積層構造をもったウエハ（物品の製造に用いる基板）８およびモールド７をインプリント装置内に搬送し、ウエハ保持部によって保持される。さらに、ステップ１０１では、物品の製造のためのモールド７がモールド保持部４の駆動機構によってモールド保持部４に搬送され、該モールド保持部４によって保持される。

次に、ステップ１０２では、ウエハ８のショット領域とモールド７のパターン領域とがプリアライメントされる。プリアライメントは、例えば、モールドマーク１０およびウエハマーク１１の相対位置を上述の位置計測装置によって計測されうる。

次に、ステップ１０３では、ウエハ８のショット領域に塗布部６により樹脂９（インプリント材、レジスト）が塗布（配置）される。そして、ウエハ８上の樹脂９にモールド７が接触するようにモールド保持部４の駆動機構またはウエハステージ５のいずれか一方を駆動させる。そして、ウエハ８上の樹脂９にモールド７のパターンを接触させた後に上述の位置計測装置を用いてアライメントを行う。このアライメント時において、モールドマーク１０の外周部とウエハマーク１１の外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、その信号に基づいてモールドマーク１０とウエハマーク１１との第１相対位置を求める。そして、モールドマーク１０とウエハマーク１１からの回折光により形成されるモアレ縞を撮像し、そのモアレ縞に基づいて、モールドマーク１０とウエハマーク１１との第２相対位置を求める。ここで、第２相対位置の計測精度は、第１相対位置の計測精度より高い。しかし、モアレ縞による位置計測範囲は、第１相対位置の計測範囲より狭い。最後に、求めた第１相対位置と第２相対位置に基づいて、モールドマーク１０とウエハマーク１１とのより正確な相対位置を求める。

そして、位置計測結果に基づいてウエハや型を駆動させ、アライメントが完了した後に、ステップ１０４にてウエハ８上の樹脂を露光して樹脂９を硬化させる。次に、ステップ１０５ではウエハおよびマスクの回収を行う。

なお、ステップ１０１ではマスク搬送のための位置合わせを行うため、マーク外周部の位置を計測する。ステップ１０２ではマーク外周部位置とモアレ縞の位置から、インプリント前にピッチずれのないことを確認する。ステップ１０３ではインプリント時に正確にモールド７とウエハ８の位置合わせを行う。ピッチずれが発生していないことをマーク外周部位置計測で確認して、モアレ縞計測で精密にモールド７とウエハ８の位置誤差が無くなるようにウエハステージを駆動させる。

＜第２実施形態＞
次に、図１０に基づいて第２実施形態の位置計測装置について説明する。図１０は第２実施形態の位置計測装置を示した図である。本実施形態の位置計測装置は、図１０に示すように検出側の光分割素子２８で光路を二分割し、撮像素子５１（第１撮像素子）ではマーク外枠を撮像して検出し、撮像素子２５（第２撮像素子）ではモアレ縞を、それぞれの信号から相対位置を計測する。例えば、撮像素子２５で計測するとき、ダイポール照明などのモアレ縞計測に特化した照明方法でマークを照明して、撮像素子２５でモアレ縞を検出する。撮像素子５１で計測するとき、四重極照明でマークを照明して、撮像素子５１でマーク外枠を検出する。このようにすることによって、モアレ縞計測にとってノイズとなる光を照明しないようにできるため、精度良くモアレ縞の位置を計測可能となる。

また、精度良くモアレ縞を計測するためには、ウエハマーク１１から撮像素子２５までの結像倍率を高倍にすることが望ましい。粗の検出系である撮像素子５１に関しては、回折格子のピッチずれを計測できれば良いため、ウエハマーク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。ウエハマーク１１から撮像素子５１までの結像倍率を、ウエハマーク１１から撮像素子２５までの結像倍率より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、例えば図９のステップ１０１、１０２、１０３において、モールド７とウエハ８の位置に大きなずれがあったとしても位置計測が可能となるというメリットがある。

また、開口絞りの形状を変更することで検出されるノイズとなる光を減らすことが可能となる。図１１に示すように光分岐後に開口絞りを配置する。ウエハマーク１１から撮像素子２５の間に配置する開口絞り２６ａと、ウエハマーク１１と撮像素子５１の間に配置する開口絞り２６ｂの開口の形状を変えることができる。つまり、第１開口絞りを介して、前記第１撮像素子を用いてマーク外周部の光強度分布の信号を検出し、前記第１開口絞りとは開口形状が異なる第２開口絞りを介して、前記第２撮像素子を用いてモアレ縞を撮像する。これにより、撮像素子２５においてよりモアレ縞計測に特化した計測が可能となる。開口絞りの種類としては、大σや小σ、また四角や変形形状などが考えられるが、これらのものに限定しない。

（物品製造方法）
次に、前述の位置計測装置を有するインプリント装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、カラーフィルタ、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述のインプリント装置の計測装置（計測方法）を使用して、ウエハ８とモールド７との相対位置計測をする工程を有する。さらに、位置計測の工程の後に、ウエハ８とモールド７との位置合わせを行い、ウエハ８上の樹脂とモールド７のパターンを接触させた状態で樹脂を硬化させて、ウエハ８の上にパターンを形成するパターン形成工程を有する。さらに、パターン形成工程でパターンが形成されたウエハ８を加工する加工工程と、加工された前記基板から物品を製造する工程とを少なくとも有する。なお、前記加工工程には、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る。本半導体デバイス製造方法によれば、従来よりも高品位の半導体デバイスを製造することができる。

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及び変更が可能である。

本明細書の開示は、以下の計測方法、計測装置および物品製造方法を含む。

（項目１）
第１物体に設けられた第１アライメントマークと第２物体に設けられた第２アライメントマークとの相対位置を計測する計測方法において、
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明する工程と、
前記第１アライメントマークの外周部と前記第２アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、前記信号に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第１相対位置を求める工程と、
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの回折光により形成されるモアレ縞を撮像し、前記モアレ縞に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第２相対位置を求める工程と、
前記第１相対位置と前記第２相対位置に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を求める工程と、を有することを特徴とする計測方法。

（項目２）
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置をずらした後に、前記アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して前記第１相対位置を求めることを特徴とする項目１に記載の計測方法。

（項目３）
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークが重ならない状態で前記アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、前記第１相対位置を求めることを特徴とする項目１又は２に記載の計測方法。

（項目４）
前記第１相対位置に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークが重なるように前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を変更した後に、前記モアレ縞を撮像して前記第２相対位置を求めることを特徴とする項目１乃至３の何れか１項に記載の計測方法。

（項目５）
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を分割して、分割されたそれぞれの光を第１撮像素子と第２撮像素子で検出し、
前記第１撮像素子を用いて、前記第１アライメントマークの外周部と前記第２アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出し、
前記第２撮像素子を用いて、前記モアレ縞を撮像することを特徴とする項目１乃至４の何れか１項に記載の計測方法。

（項目６）
第１開口絞りを介して、前記第１撮像素子を用いて前記光強度分布の信号を検出し、
前記第１開口絞りとは開口形状が異なる第２開口絞りを介して、前記第２撮像素子を用いて前記モアレ縞を撮像することを特徴とする項目５に記載の計測方法。

（項目７）
第１倍率で前記第１撮像素子を用いて前記光強度分布の信号を検出し、
前記第１倍率より高い第２倍率で前記第２撮像素子を用いて前記モアレ縞を撮像することを特徴とする項目５又は６に記載の計測方法。

（項目８）
第１有効光源分布で前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明して、前記光強度分布の信号を検出し、
前記第１有効光源分布とは異なる第２有効光源分布で前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明して、前記モアレ縞を撮像することを特徴とする項目１乃至７の何れか１項に記載の計測方法。

（項目９）
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明する光の波長を調整することにより、前記第１アライメントマークの外周部からの光の強度と前記第２アライメントマークの外周部からの光の強度との比を変更することを特徴とする項目１乃至８の何れか１項に記載の計測方法。

（項目１０）
第１物体に設けられた第１アライメントマークと第２物体に設けられた第２アライメントマークとの相対位置を計測する計測装置において、
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明する照明部と、
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果を用いて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を求める処理部と、を有し、
前記検出部が前記第１アライメントマークの外周部と前記第２アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、前記処理部が前記信号に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第１相対位置を求め、
前記検出部が前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの回折光により形成されるモアレ縞を撮像し、前記処理部が前記モアレ縞に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第２相対位置を求め、
前記処理部が前記第１相対位置と前記第２相対位置に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を求めることを特徴とする計測装置。

（項目１１）
項目１乃至９の何れか１項に記載の計測方法を用いて型に設けられた第１アライメントマークと基板に設けられた第２アライメントマークとの相対位置を計測する工程と、
計測された前記相対位置に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの位置合わせを行う工程と、
位置合わせがされた前記型と前記基板を接触させた状態で前記基板上のインプリント材を硬化させて、前記基板上にパターンを形成する工程と、
パターンが形成された基板から物品を製造する工程と、を有することを特徴とする物品の製造方法。

Claims (11)

1. 第１物体に設けられた第１アライメントマークと第２物体に設けられた第２アライメントマークとの相対位置を計測する計測方法において、
   前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明する工程と、
   前記第１アライメントマークの外周部と前記第２アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、前記信号に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第１相対位置を求める工程と、
   前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの回折光により形成されるモアレ縞を撮像し、前記モアレ縞に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第２相対位置を求める工程と、
   前記第１相対位置と前記第２相対位置に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を求める工程と、を有することを特徴とする計測方法。
2. 前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置をずらした後に、前記アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して前記第１相対位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
3. 前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークが重ならない状態で前記アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、前記第１相対位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
4. 前記第１相対位置に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークが重なるように前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を変更した後に、前記モアレ縞を撮像して前記第２相対位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
5. 前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を分割して、分割されたそれぞれの光を第１撮像素子と第２撮像素子で検出し、
   前記第１撮像素子を用いて、前記第１アライメントマークの外周部と前記第２アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出し、
   前記第２撮像素子を用いて、前記モアレ縞を撮像することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
6. 第１開口絞りを介して、前記第１撮像素子を用いて前記光強度分布の信号を検出し、
   前記第１開口絞りとは開口形状が異なる第２開口絞りを介して、前記第２撮像素子を用いて前記モアレ縞を撮像することを特徴とする請求項５に記載の計測方法。
7. 第１倍率で前記第１撮像素子を用いて前記光強度分布の信号を検出し、
   前記第１倍率より高い第２倍率で前記第２撮像素子を用いて前記モアレ縞を撮像することを特徴とする請求項５に記載の計測方法。
8. 第１有効光源分布で前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明して、前記光強度分布の信号を検出し、
   前記第１有効光源分布とは異なる第２有効光源分布で前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明して、前記モアレ縞を撮像することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
9. 前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明する光の波長を調整することにより、前記第１アライメントマークの外周部からの光の強度と前記第２アライメントマークの外周部からの光の強度との比を変更することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
10. 第１物体に設けられた第１アライメントマークと第２物体に設けられた第２アライメントマークとの相対位置を計測する計測装置において、
    前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを照明する照明部と、
    前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を検出する検出部と、
    前記検出部による検出結果を用いて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を求める処理部と、を有し、
    前記検出部が前記第１アライメントマークの外周部と前記第２アライメントマークの外周部に相当する光強度分布の信号を検出して、前記処理部が前記信号に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第１相対位置を求め、
    前記検出部が前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの回折光により形成されるモアレ縞を撮像し、前記処理部が前記モアレ縞に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの第２相対位置を求め、
    前記処理部が前記第１相対位置と前記第２相対位置に基づいて、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークの相対位置を求めることを特徴とする計測装置。
11. 請求項１に記載の計測方法を用いて型に設けられた第１アライメントマークと基板に設けられた第２アライメントマークとの相対位置を計測する工程と、
    計測された前記相対位置に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの位置合わせを行う工程と、
    位置合わせがされた前記型と前記基板を接触させた状態で前記基板上のインプリント材を硬化させて、前記基板上にパターンを形成する工程と、
    パターンが形成された基板から物品を製造する工程と、を有することを特徴とする物品の製造方法。

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