JP6039222B2

JP6039222B2 - 検出装置、検出方法、インプリント装置及びデバイス製造方法

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Description

本発明は、異なる２つの物体の回転ずれ量を計測するための検出装置、及びその検出方法に関する。

インプリント技術は微細パターンが形成された型を原版として、シリコンウエハやガラスプレート等の基板上に塗布した転写材料に型を押し付けてパターンを転写することで微細パターンを形成する手法である。

型と基板の位置合わせには、型に形成されたマークと基板に形成されたマークのずれ量を計測する検出装置が用いられる。特に、モアレ信号を用いた計測方法は、簡易な光学系で高い計測精度を出すことができるため、有用である。特許文献１にはアライメントマークにモアレマークを用いたインプリント装置が記載されている。

基板と型とのずれ量を計測するには、Ｘ軸およびＹ軸沿いの平行移動誤差をそれぞれ計測していた。

特表２００８−５０９８２５公報

インプリント装置では、型と基板上に塗布された転写材料とが接触するため、型と基板とのずれが生じる。特許文献１では、型のマークと基板のマークとのシフトずれを計測することができる。

しかし、回転ずれを計測するには、型のマークと基板のマークとのシフトずれを複数個所で計測する必要がある。そのため、回転ずれの計測に要する時間がかかっていた。

そこで、本発明は、異なる２つの物体の回転ずれを計測する際に、従来と比較して計測時間の短い検出装置、検出方法、インプリント装置及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の検出装置は、異なる２つの物体にそれぞれ形成され、互いに間隔が異なる複数のラインが形成された格子マークが重なることによって生じる干渉縞を用いて、前記異なる２つの物体の相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求める検出装置において、前記異なる２つの物体にそれぞれ対応する位置に形成された一対の格子マークが重なることによって互いに干渉パターンが異なる３段以上に分かれた干渉縞が形成され、前記３段以上に分かれた干渉縞から所望の３段の前記干渉縞を検出する検出器と、該検出器で検出された前記所望の３段の前記干渉縞のそれぞれのずれを求め、求めた前記所望の３段の前記干渉縞のそれぞれのずれから、前記異なる２つの物体の相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求める演算部と、を有することを特徴とする。

異なる２つの物体の回転ずれを、従来と比較して短い計測時間で計測できる検出装置とすることができる。

第１実施形態のインプリント装置を示した図である。第１実施形態の検出装置を示した図である。第１実施形態の型に形成されたマークを示した図である。第２実施形態の格子マークを示した図である。第２実施形態の型と基板の回転ずれを示した図である。第２実施形態の回転ずれがあるときのモアレ信号を示した図である。第２実施形態の型とモールドの位置合わせを行う時のシーケンスを示した図である。第３実施形態のモアレ信号を示した図である。第３実施形態の型とモールドの位置合わせを行う時のシーケンスを示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の検出装置を備えたインプリント装置の図である。本実施形態の検出装置を構成したインプリント装置は、図１に示すように基板１を保持する基板ステージ１２と、パターンが形成された型２を保持するインプリントヘッド３を備えている。

インプリントヘッド３には、スコープ６（検出器）を備えている。スコープ６は、型２に形成されたマーク４と、基板１上に形成されたマーク５とを光学的に検出することができる。マーク４とマーク５は互いに対応する一対のマークである。検出された両マークのずれ量の計測結果から、不図示の演算部によって型２と基板１とのずれ量を求めることができる。インプリント時には、樹脂を硬化させるために露光光を不図示の光源から型２を透過させて基板１上を照射する。そのため、露光光の光路を確保するため、スコープ６が型に向かって図１のように傾いている。スコープ６が移動する場合は、特に傾く必要はなく、垂直に構成し、露光する際に露光光の光路から外れればよい。

ここでずれ量とは、基板（又は型）の面に垂直な方向を軸とした回転方向のずれの大きさを示す回転ずれ量と、基板（又は型）の面内をシフトしたずれの大きさを示すシフトずれ量とを含む。本発明では、型のマーク４と基板のマーク５の一対のマークをスコープ６で検出し、その検出結果からマーク４とマーク５の回転ずれ量を求める。そして、マーク４とマーク５の一対のマークの回転ずれ量の結果から型２と基板１の回転ずれ量を求める。一対のマークの回転ずれ量と型２と基板１の回転ずれ量が対応しているので、一対のマークの回転ずれ量をそのまま、型２と基板１の回転ずれ量としてもよい。

図２を用いてスコープ６の詳細を説明する。スコープ６は、不図示の光源からの光をハーフプリズム７などで、検出光学系と同じ軸上へ導きマーク４、及びマーク５を照射する。スコープ６は撮像素子８を備えている。マーク４とマーク５からの反射光は、プリズム７を透過し、撮像素子８上で結像する。本発明では撮像素子８（検出器）の検出領域に結像されたマーク４とマーク５を一度に検出することで両者のずれ量を求める。なお、図２はｙ方向を後述の位置計測方向、ｘ方向を後述の非計測方向としている。

図３を用いて、型２に形成されたマーク４と基板１に形成されたマーク５とを検出する方法と、検出された２つのマークのずれ量を求める方法を説明する。図３（ａ）と図３（ｂ）のような一定の間隔でラインが伸びたマークを用意する。図３（ａ）や図３（ｂ）のように一定の間隔でラインが伸びている方向をここでは非計測方向（ｘ方向）とし、非計測方向に垂直な方向を計測方向（ｙ方向）とする。

図３（ａ）には４本のラインが形成されたマーク、図３（ｂ）には３本のラインが形成されたマークを示したが、計測方向に並ぶラインの数は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。また、本実施例では図３（ａ）を型２に形成されたマーク４、図３（ｂ）は、基板１上に形成されたマーク５として説明するが、逆に形成されていても良い。

マーク４とマーク５をスコープ６で検出して、型２と基板１の位置を合わせる方法を説明する。スコープ６でマーク４とマーク５を一度（同時）に検出するために、両マークを接近させスコープ６の焦点深度内に両マークが収まるように、型２と基板１の位置を合わせる。型２のマーク４と基板１のマーク５がそれぞれ複数ある場合は、少なくとも一対のマークがスコープ６の焦点深度内に収まるように位置合わせする。

こうして、マーク４とマーク５を同時にスコープ６で検出することができる。図３（ｃ）は、このときスコープ６で検出されるマークの模式図を示している。マーク４とマーク５とを同時に検出した状態で計測される、マーク４とマーク５の間隔をＡ〜Ｆとすることができる。このそれぞれの間隔を計測する非計測方向（ｘ軸方向）の位置を、図３（ｃ）で示した計測ライン１，計測ライン２，計測ライン３とする。それぞれの計測ラインは撮像素子上の画素列であっても良いし、ある程度の大きさを有する検出領域としても良い。

型２と基板１の位置があっている場合、スコープ６で検出されるマーク４とマーク５の位置の関係が所望の位置の関係になるようにマーク４とマーク５を設計する。例えば、図３（ａ）で示されたマークと図３（ｂ）で示されたマークのラインを等しい間隔で設計する方法などがある。この場合、型２と基板１の位置があっていれば、間隔Ａ〜Ｆはすべて等しくなる。

図３（ｃ）のようにＡ〜Ｆの間隔が等しければ、マーク４とマーク５の位置が設計通りとなっているので、型２と基板１の位置も合っているといえる。このとき、マーク４とマーク５がずれていれば上記Ａ〜Ｆの関係が設計値と異なり、Ａ＜Ｂのような結果となる。この場合は、Ａ＝Ｂの状態が設計値として正しいので、Ｂが小さくなる方向に型２および基板１の少なくとも一方を移動させることで型と基板との相対位置を補正することができる。

例えば、Ａ，Ｃ，Ｅの間隔がＢ，Ｄ，Ｆの間隔と比較して小さい場合は、マーク４とマーク５の位置は計測方向にずれていることを示している。マーク４とマーク５の位置を合わせることで相対位置を合わせるために、マーク４が形成された型２をＡ〜Ｆの間隔が等しくなるように移動させる。または、マーク５が形成された基板１を移動させてもよく、型２と基板１の両者を移動させて相対位置を合わせても良い。

上記では計測方向にシフトずれが生じている場合を考えた。次に、型２と基板１とに回転ずれが生じている場合について考える。型２と基板１とに回転ずれが生じている場合は、スコープ６でマーク４とマーク５を検出すると両マークに回転ずれが生じる。このように回転ずれが生じている時には、スコープ６でマーク４とマーク５を検出すると図３（ｄ）のような状態になる。

このとき、図３（ｄ）の状態でスコープ６の撮像素子８はマーク４とマーク５を計測方向の直線（計測ライン１〜３）の異なる位置上でＡ〜Ｆの間隔を検出する。計測ライン１〜３の異なる位置の直線上で計測された間隔を比較すると、位置によって間隔に違いが発生する。

例えば、Ａの位置で検出した間隔と、間隔を検出したラインの位置の関係を示したものが図３（ｅ）である。Ａの位置でマークを検出しても、非計測方向に異なる計測ラインの位置で間隔が異なるので、マーク４とマーク５とに回転ずれが生じていることが分かる。マークを検出するラインの位置並びにライン同士の距離は受光素子の画素に応じて既知である。また、ライン毎の間隔はスコープ６により両マークを検出することによって求める。ライン毎の間隔から図３（ｅ）のような関係を求めることができ、この計測値を結ぶ直線の傾きが型２と基板１との回転ずれ量を表す。このようにして求めた直線の傾きを、２つのマークの回転ずれ量として検出装置もしくは検出装置を制御する装置に保存しておくことができる。

この回転ずれ量の結果を基に、型２と基板１の回転ずれを補正する。補正の方法としては、例えばＡ〜Ｆのそれぞれの位置において計測ライン１〜３の異なる位置で検出されるマーク４とマーク５の間隔が等しくなるように型２又は基板１を回転移動させることによって回転ずれを補正する。型２と基板１の両方を回転移動させて回転ずれを補正しても良い。求めた型と基板の回転ずれ量と実際に補正する型と基板の回転ずれ量とは必ずしも一致しない。これは、型に形成されたパターンと基板のショットとが位置合わせされた状態でマーク４とマーク５が予め回転ずれの成分を有している場合があるためである。このときは、本発明で求めた回転ずれ量と予めマーク４とマーク５に有している回転ずれ量との差が、実際に型のパターンと基板のショットとの回転ずれ量である。

本実施形態では、マーク４とマーク５は検出方向に並ぶマークのラインの間隔が等しい場合について説明をしたが、マークのラインの間隔はマーク４とマーク５が互いに異なっていても良いし、等間隔に並ばなくても良い。上述の、検出された２つのマークから回転ずれ量の計測や回転ずれの補正は検出装置に接続された図１の制御部１３で行うこともできる。

このように、型２に形成されたマーク４と基板１に形成されたマーク５を同時に検出することで、型２と基板１との計測方向のシフトずれを計測できることに加え回転ずれ量をも計測することができる。計測した結果から、シフトずれと回転ずれを含むマーク４とマーク５のずれを補正することによって、型２と基板１とを位置合わせすることができる。また、マーク４とマーク５の一対のマークの回転ずれ量から、型と基板の回転ずれ量（角度のずれ）を求めることができるため、計測時間を短くすることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では型２に形成されたマーク４と基板１上に形成されたマーク５として、マークのラインの間隔が十分に広く、両マークを同時に観察でき、その間隔を計測できるマークを用いた。上述の計測方法では、結像光学系により撮像素子上に結像した信号を用いて２つのマークの回転ずれ量を不図示の演算部で算出する。このため、分解能の高いスコープが必要である。分解能の高いスコープを用いる場合、ＮＡを上げる必要があるためスコープが大きくなってしまう。型２を保持するインプリントヘッド３の周辺に大きなスコープを置くことは困難である。そのため、本実施形態では解像力が低く、小さなスコープでも回転ずれを高精度に計測する方法を説明する。

本実施形態では、マーク４とマーク５に格子マークを用いて両マークが重なることで生じる干渉縞を検出する検出装置である。インプリントヘッド３に備えられたスコープ６がマーク４とマーク５との干渉縞の光強度を検出する。検出された干渉縞の光強度を計測することで、マーク４とマーク５のずれ量を計測することができる。マーク４とマーク５のずれ量を計測することによって型２と基板１との位置関係を求めることができる。第１実施形態で説明した図１のインプリント装置と図２のスコープは本実施形態でも用いることができる。

図４を用いて、２つの格子マークから２つのマークのずれ量を計測する方法を説明する。図４（ａ）と図４（ｂ）のような互いにピッチの異なる二種類の格子マークを用意する。このように、本発明で用いられる格子マークは一定の間隔で複数のラインが形成されているものを用いる。２つのマークは互いに対応した一対のマークである。第１実施形態と同様に、図４（ａ）や図４（ｂ）のように一定の間隔でラインが伸びている方向をここでは非計測方向（ｘ方向）とし、非計測方向に垂直方向を計測方向（ｙ方向）とする。２つの格子マークを重ね合わせると、図４（ｃ）のように明暗の干渉縞が生じる。この干渉縞がモアレ信号である。モアレ信号は、図４（ａ）のマークと図４（ｂ）のマークとのシフトずれによって明暗の位置が変化する。例えば、マーク４及びマーク５の少なくとも一方をｙ方向へ少しだけずらしてやると、図４（ｄ）のようにモアレ信号の明暗縞が変化する。このモアレ信号は、実際にマーク４とマーク５とがシフトする量を拡大して大きな明暗縞のシフトとなって現れる。そのため、スコープ６の解像力が低くても精度良く２つの格子マークのシフトずれ量を計測することができる。シフトずれ量の大きさは後述のモアレ倍率によって決定される。

本発明では図１のように別途、高精度スコープ１０をインプリントヘッド３に隣接する部分に備えていてもよい。これは、スコープ６では十分な計測ができない場合、高精度スコープ１０を使ってグローバルアライメントを行うことを想定している。上述のモアレ信号をグローバルアライメントのキャリブレーションとして用いる際には、まず、基板ステージ１２に搭載した基準マーク１１と型２に形成されたマーク４とのずれ量をスコープ６により測定する。その後、制御部１３は、基板ステージ１２を駆動して、高精度スコープ１０の下へ基準マーク１１を送り込み、高精度スコープ１０により基準マーク１１を測定する。この時、干渉計など高精度にステージの駆動量を計測する装置（不図示）を用いて基板ステージ１２の駆動量を計測することで、型２と高精度スコープ１０との距離（所謂ベースライン量）が計測できる。このベースライン量とグローバルアライメント結果を用いて、制御部１３は、ショット毎にインプリント動作を繰り返す。

インプリント装置で用いるスコープ６は、上述したように少し傾けるため、図４（ａ）に示したライン状の１次元の回折格子マークでは、光が返ってこない。そこで、基板１上のマーク５は図４（ｅ）に示すチェッカーボード状（市松模様状）に配置することで一つの回折格子マークとする。ライン幅分だけずらした回折格子を配置する。マーク４は図４（ａ）のような回折格子マークを用いる。このように、ｘ方向のマークピッチを調整することで回折角を制御し、傾けて計測することができる。回折格子マークを垂直に計測した場合と同等の精度でモアレ信号を得ることができる。

基板１上のショットの周辺に形成されたマーク５と、型２に形成されたマーク４に図４（ａ）と図４（ｂ）のマークを用いてモアレ信号による計測を行う。本発明では、１箇所のマーク（マーク４とマーク５の一対）を検出することによってインプリントする際の型２が基板１上のショットに対して、ＸＹシフトずれや回転ずれなどがないか判断することができる。ショットの周辺に配置された複数のマーク５の計測結果を統合することにより、精度を向上させることができる。

ここで、ショットの四隅に配置されたマークを計測することによって位置合わせを行う場合を考える。１つの角にはショットのＸ方向とＹ方向の位置を検出するために２つのマーク５が形成されている。

図５（ａ）は、型２もしくは基板１のショットどちらかが回転しており、回転ずれが生じている状態を示した図である。この場合、それぞれのマーク位置において、マーク４とマーク５の回転ずれが発生し、モアレ干渉を用いた位置合わせの計測が出来ない状態となっている。

回転ずれが生じる原因としては、インプリントヘッド３への型の取り付け誤差や型２に形成されるパターンが型に対して回転して形成される場合などがある。また基板側の原因としては、基板を基板ステージへ搭載する際の搭載誤差や基板上に前の工程で既に形成されているパターンの製造誤差などがある。つまり、型を位置合わせしたとしても型に形成されたパターンが基板上のショットに対する相対的な回転ずれが生じている可能性がある。

そこで、マーク一つ一つを順に検出し、大まかな計測を行うことで基板のマークと型のマークをスコープ６で同時に検出、計測ができる程度に重ね合わせる。ここではこのような計測のことを、粗検と呼ぶことにする。例えば、このような粗検を行うことによって図５（ａ）のような状態から図５（ｂ）に示すような右上の角を合わせた状態にする。

図５（ｂ）のように右上の角でマーク４とマーク５が合った状態であるとき、型と基板とが回転ずれをもっていると、他の角のマークは計測できなくなってしまう。そこで、次に計測する部分で、さらにマークの一つ一つを順に検出し、粗検を行うことによって一つの角毎に型と基板のマークを合わせることを繰り返す。このような方法によりマークの検出を行っていると、スループットが低下する要因となり、生産性が落ちてしまう。

そこで、検出されたモアレ信号から回転ずれ量を算出し、それを補正する手法を述べる。本実施形態では、図５（ｂ）のように、基板１と型２に複数のマークがある場合に、少なくとも一対のマークを重ね合わせる。重ね合わせた一対のマークを検出することで基板１と型２の相対的な回転ずれ量を求める。図６（ａ）はマーク４とマーク５が回転ずれを持っているときのモアレ信号を示している。図６（ａ）に記された位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃでのそれぞれの信号強度をグラフにしたものが、図６（ｂ）である。図６（ｂ）の横軸はモアレ信号のｙ方向を示しており、縦軸はモアレ信号の光強度を示している。光強度が大きく、明るい箇所がグラフの山を示しており、信号のピーク部分を示す。また、光強度が小さく、暗い箇所はグラフの谷を示している。これによると、ｘ方向の位置によって、明暗の出る位置に違いがあることがわかる。この非計測方向（ｘ方向）の位置による光強度の違いを計測することで、回転ずれ量を求めることができる。

図６（ｃ）を用いて、型と基板の回転ずれ量の求め方を詳細に説明する。図６（ａ）や図６（ｂ）で得られたモアレ信号から、２箇所検出して図６（ｃ）に示したような直角三角形を導く。例えば、検出する２箇所の位置を位置Ａの干渉縞のピーク部分と位置Ｃの干渉縞のピーク部分とする。図６（ｃ）に記されたΔｘはモアレ信号中の非計測方向（ｘ方向）で計測する位置の差を示している。図６（ａ）で示されたＡとＣのｘ方向の差分がこれに当たる。このときモアレ信号は、実際のマークのずれ量に対して、下記式で示した倍率分だけ拡大されてモアレ信号のシフトが現れている為、計測値に倍率分を加味して算出する。

ここで、Ｐ１、Ｐ２はそれぞれマーク４のピッチとマーク５のピッチを示しており、これらはマークの設計値から既知である。Δｙはモアレ信号のシフト分に相当する。Δｘを求めるときに設定した計測位置でのモアレ信号の明暗のずれ量を求める。例えば、図６（ｂ）に示すようなグラフでいうと、光強度信号の山部分（明部）間の距離でも良いし、谷の部分（暗部）間の距離でも良い。

これにより図６（ｃ）における直角を挟む２辺の距離がわかるので、下記式により型２と基板１との回転ずれ量θを求めることができる。

撮像素子が２次元のＣＣＤを用いた場合には、所望の位置の画素からの出力を使うことで、型２と基板１との回転ずれ量θを求めることができる。図６（ａ）のようなモアレ信号が撮像素子であるＣＣＤ上で検出されるような場合には、位置Ａと位置Ｃに対応する場所の画素からの出力を読み取ることによって回転ずれ量θを求める。これらの回転ずれ量は不図示の演算部で求められる。

撮像素子がラインセンサのように、非計測方向（ｘ方向）で分割できない場合は、複数の撮像素子を用意し、各位置をそれぞれ計測できる光学系を構成することや、光学系の中間像面に絞りを構成し、所望の位置の計測部分が切り替えられるようにしておく。または、スコープ６を駆動して位置Ａや位置Ｃに対応する場所の光強度を検出できるようにしてもよい。

図７は上記に記載した方法を用いて型とモールドの位置合わせを行う時のシーケンスを示したフローチャートである。

まず、基板１上のショットに不図示の塗布機構により転写材料である樹脂を塗布する。その後、ステップＳ６０で樹脂が塗布されたショットと型２との位置ずれを計測するために、基板１を保持するウエハステージを駆動させインプリントヘッド下へ移動させる。

移動させた後、ステップＳ６１では型のマークと基板のマークをスコープ６で観察して型のマークと基板のマークが高精度に位置合わせを行う精検が可能かどうかを判断する。精検ができないと判断された場合は、スコープ６による粗検を行う。一般的には粗検用の粗検マークをマーク４やマーク５とは別に構成しておき、精検を行える程度に位置合わせを行う。

図５（ａ）のように回転ずれ量が大きい場合、複数のマークを同時に計測できないため、ステップＳ６２で粗検マークの情報を元に一つのマーク４とマーク５を計測範囲に追い込む。このように、一対のマークを追い込むことによって、マーク４とマーク５から発生するモアレ信号をステップＳ６３で検出できるようになる。検出されたモアレ信号から上述の数１や数２の式に基づいてステップＳ６４で型と基板上のショットの回転ずれ量を不図示の演算部で算出する。算出された回転ずれ量に基づいて、ステップＳ６５で基板１もしくは型２を回転させ、回転ずれ量を補正する。

回転ずれ量を補正した後、ステップＳ６６でモアレ信号を検出してシフトずれ量を算出する。算出されたシフトずれ量に基づいて、ステップＳ６７で基板１又は型２の少なくとも一方をシフト移動させ、型と基板のシフトずれ量を補正する。

ステップＳ６１で精検が可能と判断された場合や、スコープ６による粗検で位置合わせが終了すると、ステップＳ６８でスコープ６による精検を行う。精検の内容としては、例えば、粗検時には１つのマークについて回転ずれ量とシフトずれ量を算出、補正していたものを、複数のマークに対して行うことにより精度を高める方法がある。回転ずれ量の算出と補正、シフトずれ量の算出と補正はステップＳ６３〜ステップＳ６７と同様なので、説明を省略する。

なお、基板ステージと型との回転ずれ量を算出して、算出された回転ずれ量に基づいて基板を基板ステージに搭載する場合など、補正ができない場合には回転ずれ量をオフセットとして管理することにより、ショットと型との回転ずれ量を補正することができる。精検や粗検の結果、十分に補正を行うことができなければ、再度精検や粗検を行うこととしても良い。

必要とされる精度で位置合わせを行った後にステップＳ６９で、実際にインプリントの処理を行う。実際にインプリントの処理を行う代わりに計測結果を用いてキャリブレーション処理に移っても良い。

型と基板に複数のマークが形成されている場合には、最も隣接している２つのマークが重なるように型と基板の位置合わせを行う。最も隣接している一対のマークが重なるように、基板ステージ１２を制御する。こうすることで、精検を行える程度にマークを追い込みに係る時間を短くすることができる。追い込みに係る時間を短くすることでスループットが向上する。

本実施形態では、スコープ６は主にマーク４とマーク５の位置ずれについて記載しているが、上述のベースライン計測のように、基準マーク１１と型に形成されたマーク４の位置計測を行う場合においても本実施形態を適応することができる。基準マーク１１と型に形成されたマーク４との回転ずれ（位置ずれ）を補正してベースライン計測を行うことができる。

このように、格子マークが重なることによって生じる干渉縞を検出することによって、型と基板の回転ずれ量（角度のずれ）を求めることができるため、計測時間を短くすることができる。また、格子マークを用いることにより、解像力が低いスコープを用いることができる。

（第３実施形態）
本実施形態ではマーク４として、図４（ａ）に示されたマークのマークピッチがそれぞれ異なるように３段有するものについて説明する。マーク４をスコープ６により斜めから検出する際には、３つのマークのそれぞれを第２実施形態で説明した図４（ｅ）のようにする。

図８は１次元のマークを３段用いたものを１つのマークとしてモアレ信号を検出したものである。図８（ａ）は型に形成されたマーク４と基板に形成されたマーク５とのＸＹ平面におけるシフトずれが生じておらず、回転ずれも生じていない時に検出されたモアレ信号の様子を示している。３段のマークが上段、中段、下段でマークのピッチが異なるので、生じる干渉縞の干渉パターンは異なる。このように、本実施形態では干渉縞の光強度は明暗の間隔が３段のマークで互いに異なっている。

図８（ｂ）はマーク４とマーク５のシフトずれ量がＹ方向にｙずれており、回転ずれ量がθのときに検出されるモアレ信号の様子を示している。ここでも、形成されている３段のマークはそれぞれマークピッチが異なっている。各段のｙ方向におけるモアレ信号のずれ量Δｙ_１、Δｙ_２、Δｙ_３は下記式のように表される。

ここで、α・β・γはそれぞれ各段の計測方向のマークピッチによって決まるモアレ倍率を示す。モアレ倍率は前述の数１を用いることで求めることができる。Δｘ１、Δｘ２、Δｘ３は位置Ｄ、位置Ｅ、位置Ｆのｘ方向の計測位置を示す。本実施形態では３段のマークの上端を基準にしているが、基準はどこにあっても良い。また、Δｙ１、Δｙ２、Δｙ３も分かりやすくするために検出範囲の左端を基準にしているが、基準の場所はどこにあっても良い。各段のシフト量差（Δｙ_１−Δｙ_２、Δｙ_２−Δｙ_３、Δｙ_３−Δｙ_１）はモアレ信号の計測によって求めることができる。そのため、マーク４とマーク５のシフトずれ量ｙと回転ずれ量θが変数となる連立方程式として、両者を求めることができる。

このように、３段以上のモアレ信号があり、各段それぞれの計測方向のマークピッチが互いに異なると、基板１のショットと型２のシフトずれ量並びに回転ずれ量を同時に求めることができる。このような計測を行うためには少なくても３段のモアレ倍率が異なっていれば良く、マーク４のマークピッチを変えても良いし、マーク５のマークピッチを変えても良い。マーク４のマークピッチとマーク５のマークピッチの組み合わせにより３段のモアレ倍率を変えても良い。

図９のフローチャートを用いて本実施形態のシーケンスについて説明する。不図示の樹脂塗布機構より基板上のパターン領域に転写材料としての樹脂が塗布される。樹脂が塗布された基板１上のショットにインプリントを行うために、ステップＳ８０でショットを、型２に形成されたパターンの下に移動させる。具体的には基板１を保持する基板ステージ１２を駆動させることにより、次にパターンを形成するショットを移動させる。

移動させた結果、ステップＳ８１で型のマークと基板のマークが高精度に位置合わせを行う精検が可能かどうかを判断する。精検ができないと判断された場合は、スコープ６による粗検を行う。第２実施形態と同様にステップＳ８２で粗検マークの情報を元に一つのマーク４とマーク５を計測範囲に追い込み、マーク４とマーク５から発生するモアレ信号をステップＳ８３で検出する。基板と型にそれぞれ複数のマークが形成されている場合は、少なくとも一対のマークを計測範囲に追い込む。

マーク検出の結果から本実施形態では、ステップＳ８４で型と基板の回転ずれ量とシフトずれ量を同時に算出することができる。必ずしも同時に算出する必要はなく、別々に算出してもよい。算出された回転ずれ量とシフトずれ量に基づいてステップＳ８５で回転ずれ量とシフトずれ量を補正する。

ステップＳ８１で精検が可能と判断された場合や、スコープ６による粗検で位置合わせが終了すると、ステップＳ８６でスコープ６による精検を行う。精検の内容は第２実施形態と同様に、ステップＳ８４の回転ずれ量とシフトずれ量の算出を複数のマークに対して行うことにより精度を高める方法がある。必要とされる精度で位置合わせを行った後にステップＳ８７で、実際にインプリントの処理を行う。実際にインプリントの処理を行う代わりに計測結果を用いてキャリブレーション処理に移っても良い。

本実施形態では３段のマークピッチがそれぞれ異なるものを説明したが、その方法は種々の方法が考えられる。基板１と型２のいずれか一方に間隔がそれぞれ異なる格子マークを３段形成し、他方には３段の格子マークとは異なる間隔の格子マークを１つだけ形成する方法がある。また、本実施形態による計測を行うために少なくとも必要なことは、数１で求められる３段のモアレ倍率が互いに異なっていることである。

第３実施形態が成り立つには、３つの異なるモアレ倍率を有するモアレ信号を検出すればよい。本実施形態では図８のように３段の格子マークを有するものを用いて説明した。しかし、少なくとも３段あれば良いので４段以上の格子マークを有していても良い。異なるモアレ倍率のモアレ信号の数が多ければ多いほど算出される回転ずれ量とシフトずれ量の精度は向上する。

また、上記の何れの実施形態もマーク４とマーク５の回転ずれ量とシフトずれ量を含むずれ量を求めインプリント時のショットに対する相対的なずれ量を計測するものについて説明した。しかし、ショット周辺のマーク計測だけではなく、ベースライン計測のように基板ステージ１２上の基準プレートに形成された基準マーク１１を計測するときにも本発明を適用することもできる。基板ステージと型との回転ずれ量を算出して、算出された回転ずれ量に基づいて基板を基板ステージに搭載する場合がある。このように算出された結果に基づいて補正をしなくても、回転ずれ量をオフセットとして管理することにより、ショットと型との回転ずれ量を補正することができる。また、精検や粗検の結果、十分に補正を行うことができなければ、再度精検や粗検を行うこととしても良い。

さらに、上記の実施形態では１つのスコープでそれぞれ型に形成されたマークと、基板または基準プレートに形成されたマークとの回転量を求める方法について説明した。モアレ信号を検出することでスコープの回転量異常値の検出を行うことができる。ここでは撮像素子で検出されたモアレ信号からスコープ（撮像素子）の回転量を求める方法について説明する。

例えば、図５Ａに示したように基板と型との対応する場所に８つのマークが形成されている場合は、それぞれのマーク対を検出するために８個のスコープがインプリントヘッドに備わっている。マーク４とマーク５のモアレ信号を検出可能な状態で、全てのスコープで検出されたモアレ信号から回転量を求める。モアレ信号から回転量を求める方法は、上記の何れの実施形態を用いても良い。

このとき、全てのスコープで検出された回転量には、型と基板との回転量に加えてそれぞれのスコープの回転量が含まれている。スコープの取り付け誤差などの影響で、それぞれのスコープに回転量が含まれている場合があるためである。ここで、スコープの回転量とは、インプリント装置を基準としたｘ方向、ｙ方向に対する回転量とする。それぞれのスコープによって検出されたモアレ信号から求めた回転量は、スコープ毎に異なる場合がある。そのため、それぞれのスコープを用いて求めた回転量の平均値を、型と基板との回転量とする。

しかし、複数備わっているスコープのうち取り付け誤差が大きなスコープがあると、回転量の平均値の結果に影響を与え、精度の高い回転ずれ量を求めることができない。そこで回転量の平均値を求めた後、それぞれのスコープの回転量と平均値とを比較する。求めた平均値から所望の許容値を外れているスコープは他のスコープの計測値より大きく値が乖離しているため、スコープに何らかの不具合があると考えられる。所望の許容値としては、回転量の平均値にばらつきの許容率を掛けた値を用いることができる。許容率は、スコープの計測精度や実績などから所望の値を使用者で設定する。この平均値±ばらつきの許容値の範囲内から外れているスコープに不具合があるとする。

平均値として取りうる数値には、評価しようとするスコープの数値を含めないほうが評価しようとするスコープの数値を関連性の無いデータとして比較できるので良い。

本例でいうと、８本分のスコープの回転量を平均した場合と、評価しようとするスコープを抜いた７本のスコープの回転量を平均した場合とでは平均値に差があり、その差分は評価しようとするスコープの回転量に関する数値が含まれているからである。

よって、評価しようとするスコープを除いた７本と評価しようとするスコープを比較する作業を構成されている全てのスコープに対して行う方がより不具合を見つけやすいと考えられる。

不具合のあるスコープが含まれている場合の対応として、例えば、不具合のあるスコープから求めた回転量を除いて、再度回転量の平均値を求める。所望の許容値内の回転量を用いることで、型と基板との精度の高い回転量をもとめることができる。また、回転量の平均値と不具合のあるスコープの回転量との差をオフセット（取り付け誤差量）としてインプリント装置の制御部に記憶させておくこともできる。不具合のあるスコープで検出されたモアレ信号から求めた回転量には、オフセットを反映して回転量を求める。

このように、スコープの取り付け誤差を詳細に検討する指標としてモアレ信号を用いることができる。なお、本手法はスコープの取り付け誤差を求めるために、特別に計測しなくても良い。通常の生産工程中のアライメント計測値を用いて行うことができるため、日常の異常値検出として有効である。

上記のいずれの実施形態も光を照射することによって硬化する樹脂を用いた光硬化法について説明した。光硬化法に限らず、熱可塑性の樹脂を用いてパターンの形成を行う熱サイクル法によるインプリントを行っても良い。その場合、インプリント装置には樹脂に熱を与えるため、インプリントヘッド３や基板ステージ１２などにヒーターなどの熱源を備えている。熱サイクル法では、熱可塑性のインプリント樹脂をガラス転移温度以上の温度に加熱し、樹脂の流動性を高めた状態で樹脂を介して基板にモールドが押し付けられる。そして、冷却した後に樹脂からモールドを引き離すことによりパターンが形成される。

また、本発明で説明した実施形態ではインプリント装置に用いた場合の検出装置について説明した。しかし、本発明の検出装置はインプリント装置に限るものではない。異なる２つの物体にそれぞれ形成されたマークを検出することによって異なる２つの物体の回転ずれ量を求める装置であれば、本発明の検出装置を用いることができる。

［デバイス製造方法］
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）製造方法は、上述したインプリント装置を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板）にパターンを形成する工程を含む。さらに、該デバイス製造方法は、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア（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、該製造方法は、エッチングの代わりに、パターンを形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも一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ず、その要旨の範囲内で種々の組み合わせ、変形および変更が可能である。

１基板
２型
３インプリントヘッド
４型のマーク
５基板のマーク
６スコープ
７ハーフプリズム
８撮像素子
１０高精度スコープ
１１基準マーク
１２基板ステージ

Claims

異なる２つの物体にそれぞれ形成され、互いに間隔が異なる複数のラインが形成された格子マークが重なることによって生じる干渉縞を用いて、前記異なる２つの物体の相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求める検出装置において、
前記異なる２つの物体にそれぞれ対応する位置に形成された一対の格子マークが重なることによって互いに干渉パターンが異なる３段以上に分かれた干渉縞が形成され、前記３段以上に分かれた干渉縞から所望の３段の前記干渉縞を検出する検出器と、
該検出器で検出された前記所望の３段の前記干渉縞のそれぞれのずれを求め、求めた前記所望の３段の前記干渉縞のそれぞれのずれから、前記異なる２つの物体の相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求める演算部と、
を有することを特徴とする検出装置。
前記検出器で検出された前記干渉縞の検出領域から干渉縞の光強度のピーク部分または谷の部分の少なくとも一方を検出することで、前記異なる２つの物体の前記相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求めることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
前記異なる２つの物体にそれぞれ形成された一対の格子マークの一方は、３段に分かれており、３段に分けられたそれぞれの箇所に複数のラインが一定の間隔で形成された格子マークからなり、複数のラインはその間隔がそれぞれ互いに異なるものが形成され、
前記異なる２つの物体にそれぞれ形成された一対の格子マークの他方は、前記３段に分けられたそれぞれの箇所に形成された前記複数のラインの間隔とは異なる間隔のラインが形成された格子マークであることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
型を用いて基板上に塗布された転写材料にパターンを形成するインプリント装置において、前記一対の格子マークの一方は前記型に形成され、他方は前記基板に形成された格子マークを検出することにより、前記型と前記基板の相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求める請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出装置を備える、
ことを特徴とするインプリント装置。
前記一対の格子マークを検出することで求めた前記型と前記基板の前記相対的なシフトずれ量および回転ずれ量に基づいて、前記型と前記基板を補正、又は、前記回転ずれ量をオフセットとして管理してインプリントを行うことを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置。
前記一対の格子マークとは異なる間隔を持つ複数のラインが形成された格子マークであって、前記基板を保持する基板ステージに設けられた基準プレートに前記格子マークが形成され、該格子マークと前記型に形成された格子マークとが重なることによって生じる干渉縞を前記検出器が検出することによって、前記型と前記基準プレートの位置ずれを求めることを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置。
請求項４〜６のいずれか１項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が形成された基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
異なる２つの物体にそれぞれ形成され、互いに間隔が異なる複数のラインが形成された格子マークが重なることによって生じる干渉縞を用いて、前記異なる２つの物体の相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求める検出方法において、
前記異なる２つの物体にそれぞれ対応する位置に形成された一対の格子マークが重なることによって互いに干渉パターンが異なる３段以上に分かれた干渉縞が形成され、前記３段以上に分かれた干渉縞から所望の３段の前記干渉縞を検出することによって、検出された前記所望の３段の前記干渉縞のそれぞれのずれを求め、求めた前記所望の３段の前記干渉縞のそれぞれのずれから、前記異なる２つの物体の相対的なシフトずれ量および回転ずれ量を求めることを特徴とする検出方法。