JP6884515B2 - 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

位置検出方法、インプリント装置及び物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、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、基板上に供給されたインプリント材にモールドを用いてパターンを形成することができる技術である。インプリント技術は、半導体デバイスや磁気記憶媒体などの量産用リソグラフィ技術の1つとして提案されている。インプリント装置は、基板の上に供給されたインプリント材にモールドを用いてパターンを形成する。インプリント装置は、モールドとインプリント材を接触させた状態でインプリント材を硬化させ、硬化したインプリント材からモールドを引き離すことで基板上にインプリント材のパターンを形成する。
インプリント装置では、モールドとインプリント材を接触させる際に、モールドと基板とを正確に位置合わせ(アライメント)する必要がある。インプリント装置では位置合わせの方式として、例えば、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に形成されたマークとモールドに形成されたマーク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)。
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装置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、モールド及び基板のそれぞれに回折格子が設けられている。モールド及び基板に形成された回折格子は、モールドと基板の相対位置を求める方向(計測方向)に周期を有する回折格子である。さらに、モールド及び基板に形成された回折格子の少なくとも一方の回折格子は、計測方向に交わる方向(非計測方向)に周期を有する回折格子であり、例えばチェッカーボード状の回折格子である。
位置検出装置は、基板側の回折格子とモールド側の回折格子とで生じるモアレを検出する。位置検出装置は、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(モアレ縞など)を検出する検出光学系が含まれる。特許文献1には、照明光学系の瞳面に複数の極を形成し、複数の計測方向に対応した回折格子が形成され、複数の方向に対するモールドと基板の相対位置計測を行う技術が提案されている。
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非計測方向の端から、マークの検出に関係しない回折光や散乱光(不要光)が発生する。そのため、位置検出装置で検出される検出信号に不要光が混入することで、マークの検出に騙され(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)が低下する恐れがある。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、モールド側の回折格子や基板側の回折格子の非計測方向の端から発生する回折光や散乱光を低減することを目的とする。
本発明の位置検出装置は、第1方向に配列された第1パターンを含む第1回折格子と、第1方向に配列された第2パターンを含む第2回折格子からの光を検出する検出部と、検出部が検出した光に基づいて、第1回折格子と第2回折格子の相対位置を求める制御部と、を有し、第1回折格子の第1パターンの第1方向とは異なる第2方向の端部に、第1方向における第1回折格子の第1パターンの幅よりも小さい幅の第3パターンを有することを特徴とする。
本発明によれば、モールド側の回折格子や基板側の回折格子の非計測方向の端から発生する回折光や散乱光を低減することができる。
第1実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。 第1実施形態のインプリント方法、及び被加工物を加工する方法を示す図である。 第1実施形態の検出部の構成を示す図である。 第1実施形態の検出部の構成を示す図である。 第1実施形態の検出部の瞳における照明光の分布を示す図である。 モアレが発生する位置合わせマークを示す図である。 第1実施形態のX方向のアライメントマークを示す図である。 第1実施形態のY方向のアライメントマークを示す図である。 モアレが発生する回折格子における非計測方向の位置と回折格子からの光の光量を示す図である。 実施例1の回折格子の端部に配置されたパターンを示す図である。 第1実施形態の回折格子における非計測方向の位置と回折格子からの光の光量を示す図である。 実施例2の回折格子の端部に配置されたパターンを示す図である。 実施例3の回折格子の端部に配置されたパターンを示す図である。 実施例4の回折格子の端部に配置されたパターンを示す図である。 実施例5の回折格子の端部に配置されたパターンを示す図である。 実施例6乃至8の回折格子の端部に配置されたパターンを示す図である。 第2実施形態の回折格子の端部に配置されたパターンを示す図である。 回折格子の計測方向の端部に配置されたパターンを示す図である。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて説明する。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実施形態)
(インプリント装置について)
図1を用いて、本発明のインプリント装置について説明する。図1は、本発明の一側面としてのインプリント装置1の構成を示す概略図である。インプリント装置は、基板8上に供給されたインプリント材9をモールド7と接触させ、インプリント材9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。例えばインプリント装置は、半導体デバイスなどのデバイス製造に使用される。図1に示すように、以下の図面では基板およびモールドの平行な面内に、互いに直交するX軸およびY軸をとり、X軸とY軸に直交する方向をZ軸として説明する。インプリント装置1は、凹凸状のパターン7aが形成されたモールド7を用いて基板8上にパターンを形成する。インプリント装置1は、基板8に供給されたインプリント材9とモールド7を接触させた状態で、インプリント材9を硬化させる。そして、硬化したインプリント材9からモールド7を引き離すことによって、基板8上にインプリント材のパターンを形成することができる。
インプリント材には、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、熱等が用いられる。電磁波としては、例えば、その波長が10nm以上1mm以下の範囲から選択される、赤外線、可視光線、紫外線などの光である。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る。このうち、光により硬化する光硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始剤とを少なくとも含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を含有してもよい。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。
インプリント装置1は、光照射部2と、位置検出装置3、モールド保持部4、基板ステージ5、塗布機構6、制御部12を備える。本発明のインプリント装置1は、インプリント材を硬化させる方法として、紫外線などの光の照射によって基板上のインプリント材を硬化させる光硬化法が採用されている。
光照射部2は、インプリント材9を硬化させるために、光を照射する照射装置である。光照射部2は光源(不図示)を備えている。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(LED)など用いることができる。また、光照射部2は光源から射出される光を基板上のインプリント材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を備えていても良い。光照射部2から照射された光の基板上の照射領域(照射範囲)は、モールド7のパターン7aが形成されている領域の面積と同程度、または、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、光の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に形成されるパターンに位置ズレや歪みが発生することを低減することができる。加えて、基板8などで反射した光がインプリント材を塗布(供給)する塗布機構6(供給機構)に到達し、塗布機構6の吐出口に残留したインプリント材が硬化してしまうことを低減することができる。
検出部3はモールド7と基板8の相対的な位置合わせのためにマークの検出を行う。具体的には、検出部3はモールド7に形成されたモールド側マーク10と基板8に形成された基板側マーク11を検出することで、モールド7と基板8の相対的な位置を求めることができる。また、検出部3は後述するようにモールド側マーク10と基板側マーク11からの回折光によって生じるモアレを検出することで、モールド7と基板8の相対的な位置を求めることができる。検出部3の光軸はモールド7または基板8に対して鉛直方向になるように配置されている。また、検出部3には駆動機構が設けられていてもよく、検出部3はモールド側マーク10と基板側マーク11の位置に合わせて、モールド7と基板8の面に沿って移動することができる。さらには、検出部3の光学系の焦点をマークの位置に合わせるためにモールド7と基板8の面に垂直な方向(Z方向)に移動してもよい。インプリント装置1の制御部12は、モールド7と基板8の相対的な位置に基づいてモールド保持部4や基板ステージ5や後述の形状補正機構を制御する。また、制御部12はインプリント装置1に設けてもよいし、インプリント装置1とは別の場所に設置し遠隔で制御しても良い。
モールド保持部4(型保持部)は、真空吸着力や静電力によりモールド7を保持するモールドチャック機構を含む。モールド保持部4は、パターン7aが形成されている面が基板8に対向するようにモールド7を保持する。光照射部2はモールド7を介して光(硬化光)をインプリント材9に照射するため、モールド7は光を透過する材料(例えば石英)で作られている。また、モールド保持部4は、基板8上のインプリント材9とモールド7を接触させるためにモールド7を移動させるためのモールド駆動機構(不図示)を含んでいる。モールド駆動機構はモールド7を基板8に近づけたり離したりする方向(Z方向)に動かすことができる。さらにモールド保持部4には、モールド7を変形させるための形状補正機構13を含む。形状補正機構13としては、例えば、モールド7の側面から力を加えることによって、モールド7を変形させるものがある。
基板ステージ5(基板保持部)は、真空吸着力や静電力により基板8を保持する基板チャック機構と、基板8をXY面内の方向に移動させるための基板駆動機構(不図示)を含んでいる。なお、インプリント装置1では、モールド保持部4(モールド7)がZ方向に移動することで、モールド7とインプリント材9を接触させたり(押印)引き離したり(離型)しているが、基板ステージ5(基板8)がZ方向に移動してもよい。また、モールド保持部4と基板ステージ5の両方を移動させてもよい。基板は、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられ、必要に応じて、その表面に基板とは別の材料からなる部材が形成されていてもよい。基板としては、具体的に、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスなどである。
塗布機構6(ディスペンサ)は、基板8上にインプリント材9を供給する供給装置である。塗布機構6は、インプリント材9を供給するための吐出口(ノズル)を備えている。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り基板上に膜状に付与される。或いは液体噴射ヘッドにより、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付与されてもよい。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以下である。このため、塗布機構6は、インプリント装置1の内部に備えていなくてもよい。例えば、インプリント装置1の外部に設けられた塗布機構により予めインプリント材が供給された基板8をインプリント装置1に搬入する形態もあり得る。
(インプリント方法について)
インプリント装置1によるインプリント方法について説明する。まず、基板搬送部(不図示)は基板8をインプリント装置1に搬送し、基板8を基板ステージ5に載置する。基板ステージ5に保持された基板8は、その表面に塗布機構6を用いてインプリント材9を塗布するために塗布位置へ移動する。その後、塗布機構6は基板8上の所定のショット領域(インプリント領域)にインプリント材9を供給する(塗布工程)。例えば、図2(a)に示すように、絶縁体等の被加工材14が表面に形成されたシリコンウエハ等の基板8を用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材14の表面にインプリント材9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9が基板8上に付与された様子を示している。
次に、インプリント材9が供給されたショット領域が、モールド7(パターン7a)の直下に移動する。図2(b)に示すように、インプリント用のモールド7を、その凹凸パターンが形成された側を基板8上のインプリント材9に向け、対向させる。
次に、基板8上に供給されたインプリント材9にモールド7を接触させる(押印工程)。このとき、インプリント材9は、パターン7aの凹部に充填される。さらにこの状態で、検出部3がモールド側マーク10および基板側マーク11を検出する。インプリント装置1は、検出部3の検出結果に基づいて、モールド7と基板8の位置合わせや形状補正機構13によるモールド7の形状補正などを実施する。インプリント材9のパターン7aへの充填と、モールド7と基板8との位置合わせおよびモールド7の形状補正などが十分になされた段階で、光照射部2は光を照射しインプリント材9を硬化させる(硬化工程)。例えば、図2(c)に示すように、インプリント材9が付与された基板8に対して、モールド7を押し当て、圧力を加える。インプリント材9はモールド7と被加工材14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照射すると、インプリント材は硬化する(硬化工程)。
インプリント材9を硬化させた後、硬化したインプリント材9からモールド7を引き離すことにより、基板8の上にインプリント材9のパターンが形成される(離型工程)。図2(d)に示すように、インプリント材9を硬化させた後、モールド7を基板8から引き離すと、基板8上にインプリント材9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、型の凹部が硬化物の凸部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材9にモールド7の凹凸パターンが転写されたことになる。
図2(a)〜図2(d)の工程をショット領域ごと繰返すことにより、基板8上の複数のショット領域に対してインプリント材のパターンを形成することができる。
さらに、インプリント材のパターンを用いて被加工物を加工する方法の一例について説明する。図2(e)に示すように、インプリント材9の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14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15となる。そして、図2(f)に示すように、インプリント材9の硬化物のパターンを除去すると、被加工材14の表面に溝15が形成された物品を得ることができる。ここではインプリント材9の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。
(位置合わせ方法について)
モールド7に形成されたモールド側マーク10と、基板8に形成された基板側マーク11を検出し、モールド7と基板8の位置合わせ方法について説明する。
図3は本実施形態の検出部3の構成の一例を示す概略図である。検出部3は検出光学系21と照明光学系22を含む構成である。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と同じ光路へ導き、モールド側マーク10および基板側マーク11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から照射される光の波長は、光照射部2から照射される光の波長とは異なるのがよい。例えば、光照射部2から照射される光に紫外線を用いて、光源23から照射される光に可視光や赤外線を用いる。
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。モールド側マーク10および基板側マーク11はそれぞれ回折格子で構成されている。照明光学系22によって照明されたモールド側マーク10からの回折光と、基板側マーク11からの回折光により生じるパターン(モアレ)は撮像素子25によって検出される。検出光学系21はモールド側マーク10および基板側マーク11からの光を撮像素子25に導く。撮像素子25はCCDやCMOSなどが用いられる。
プリズム24はその貼り合せ面において、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働く。また、反射膜24aは検出光学系21の瞳の大きさを規定する開口絞りとして働く。あるいは検出NA(NAo)を規定する。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。さらに、照明光学系22あるいは検出光学系21の瞳形状を変化させるために、プリズム24は不図示のターレットやスライド機構の切り換え機構によって、他の開口形状を有するプリズムと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、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。
さらに、瞳強度分布の形状を規定する開口絞りはプリズム24に配置しなくても良い。例えば、図4に示すように、検出光学系21の瞳面に開口絞り26を配置し、照明光学系22の瞳面に開口絞り27を配置する。開口絞り26は検出光学系21の瞳の大きさを規定し、開口絞り27は照明光学系22の瞳強度分布を規定する。このとき、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。さらに、開口絞り26および開口絞り27は、不図示のターレット等の切り換え機構によって、異なる開口形状を有する開口絞りに切り替え可能にしてもよい。
図5は検出部3の瞳における照明光の分布と検出光学系のNAとの関係を示したものである。図5では瞳の大きさを開口数NAで示している。本実施形態の照明光学系22の瞳における照明光の分布はIL1からIL4の4つの照明光の分布からなる。前述のように照明光学系22の瞳面に開口絞り27を配置することによって、1つの光源23から複数の照明光の分布を形成することができる。照明光の分布IL1〜IL4はそれぞれ直径NApの円形である。ここでは、X軸とY軸の交点を検出光学系と照明光学系の光軸とする。
照明光の分布IL1とIL2は照明光学系の瞳面のY軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向にNAil(NAil1)だけ離れた位置に配置されている。このように、光軸上を除きY軸方向に平行な軸上に、光軸に対して対称に配置することができる。また、照明光の分布の大きさはNAp(NAp1)である。
照明光の分布IL3とIL4は照明光学系の瞳面のX軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向にNAil(NAil2)だけ離れた位置に配置されている。このように、光軸上を除きX軸方向に平行な軸上に、光軸に対して対称に配置することができる。また、照明光の分布の大きさはNAp(NAp2)である。
このように、照明光学系22にはモールド側マーク10および基板側マーク11に対して斜入射照明を行うように照明光の分布が形成されている。このとき、モールド側マーク10および基板側マーク11への入射角度θは
θ=sin−1(NAil) ・・・式1
である。また、NAo、NAp、NAilは下記の式2を満足する。
NAo<NAil−NAp/2 ・・・式2
すなわちモールド側マーク10および基板側マーク11からの正反射光(ゼロ次回折光)を検出しない構成(暗視野照明)になっている。
次に図6を用いて、モールド側マーク10および基板側マーク11からの回折光により生じるパターン(モアレ)の発生する原理とモアレを用いた相対位置検出について説明する。回折格子31(図6(a))のパターン(第1パターン)と回折格子32(図6(b))のパターン(第2パターン)は、計測方向(図6ではX軸方向)の周期が互いに僅かに異なっている。回折格子のパターンの周期が異なる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により、図6(c)に示すように2つの回折格子の周期差を反映した周期を有するパターン(いわゆるモアレ)が現れる。このとき、2つの回折格子の相対的な位置によってモアレの位相が変化するので、検出部3でモアレを検出することにより基板とモールドの位置合わせを行うことができる。ここで、回折格子の周期とは計測方向に配列されているパターンとパターンの間隔を示す。
モアレは、2つの回折格子31と回折格子32の相対的な位置によって明暗の位置(縞の位相)が変化する。例えば、一方の回折格子をX方向にシフトすると、図6(c)のモアレは図6(d)のように変化する。このモアレは、2つの回折格子が実際にシフトした大きさよりも、大きな周期でモアレの位相が変化するため、検出光学系21の解像力が低くても、精度良く2物体間の相対的な位置を計測することができる。
ここで、モアレを検出するために図6(a)と図6(b)の回折格子を明視野で検出(垂直方向から照明し、垂直方向から回折光を検出)しようとすると、回折格子からのゼロ次光も検出してしまう。ゼロ次光はモアレのコントラスを下げる要因になるので、本実施形態の検出部3は、前述のようにゼロ次光を検出しない暗視野の構成をとっている。そこで、斜入射で照明する暗視野の構成でもモアレを検出できるように、モールド側マークの回折格子と基板側マークの回折格子のいずれか一方を、計測方向(X方向)に交わる非計測方向(Y方向)に周期構造を設ける。例えば、図7(a)に示すようなチェッカーボード状の回折格子10aにする。モールド側マークの回折格子と基板側マークの回折格子のどちらの回折格子をチェッカーボード状の回折格子にしても、基本的に同一であるが、以下ではモールド側マークの回折格子をチェッカーボード状にした場合を説明する。
図7(a)は、モールド側マーク10(第一マーク)の回折格子10aを図示したものであり、図7(b)は、基板側マーク11(第二マーク)の回折格子11aを図示したものである。検出部3で回折格子10aと回折格子11aからの回折光を検出することで、モールドと基板のX方向に関する相対位置を求めることができる。モールド側マーク10はX方向(第二方向)とY方向(第一方向)にそれぞれ周期Pmの周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子10aである。また、基板側マーク11はX方向に周期Pmと異なる周期Pwの周期構造をもつ回折格子11aである。
X方向に関する相対位置を検出するためのモアレは、回折格子10aと回折格子11aを照明光学系から照射した光で照明することで発生する。すなわち、図5に示した照明光学系22の瞳においてY軸に沿った方向に並んだ照明光の分布IL1とIL2によってモアレは発生する。
図8(a)は、モールド側マーク10(第三マーク)の回折格子10bを図示したものであり、図8(b)は、基板側マーク11(第四マーク)の回折格子11bを図示したものである。検出部3で回折格子10bと回折格子11bからの回折光を検出することで、モールドと基板のY方向に関する相対位置を求めることができる。モールド側マーク10はX方向(第二方向)とY方向(第一方向)にそれぞれ周期Pmの周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子10bである。また、基板側マーク11はY方向に周期Pmと異なる周期Pwの周期構造をもつ回折格子11bである。
Y方向に関する相対位置を検出するためのモアレは、回折格子10bと回折格子11bを照明光学系から照射した光で照明することで発生する。すなわち、図5に示した照明光学系22の瞳においてX軸に沿った方向に並んだ照明光の分布IL3とIL4によってモアレは発生する。
このように、図7(a)及び図7(b)に示す回折格子の組と、図8(a)及び図8(b)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、1つの検出系で2つの方向の相対位置を検出する場合には、図5に示す照明光の分布は有効である。
ここまで、計測方向と非計測方向が垂直な場合について説明したが、計測方向と非計測方向は必ずしも垂直である必要はない。そのため、計測方向と非計測方向が垂直に出ない場合には、その角度に合わせた照明光の分布が適宜選択される。また、同一視野内に配置されたX方向に関する相対位置を検出するためのモアレとY方向に関する相対位置を検出するためのモアレとを同時に検出する必要はなく、順次検出しても良い。
上述した回折格子に光を照明すると、回折格子の非計測方向における端部では照明光が散乱あるいは回折され、大きな信号(光)が発生する。この大きな信号はアライメントマークの相対位置を計測するのには不要となる信号である。例えば、図7(a)及び図7(b)に示す回折格子の組に光を照射した際の、光学シミュレーションによって求めた非計測方向の回折格子からの信号の大きさ(光の強度)を図9に示す。図9は、回折格子からの信号を計測方向に積算した結果であり、横軸を非計測方向の位置とし、縦軸にアライメントマークからの信号強度(光の強度)としている。図9を参照するに、回折格子のパターンの非計測方向の端部でも大きな信号(光)が発生していることが確認できる。これは、非計測方向に沿った回折格子のパターンが端部で途切れることによって発生した信号であると考えられる。このように、非計測方向における回折格子の端部で発生する信号がモアレに混入すると、回折格子の相対位置の検出結果に誤差が生じる恐れがある。
そこで本発明の回折格子は、モールド7や基板8に形成された回折格子の非計測方向における端部の形状を工夫することによって、この影響を低減する。
(実施例1)
図10(a)及び図10(b)は、回折格子10aと回折格子11aの非計測方向における端部にパターンAP1とパターンAP2(第3パターン)を設けたアライメントマーク(モールド側マーク10、基板側マーク11)の一部を示した図である。アライメントマークに設けられたパターンAP1及びパターンAP2の線幅は回折格子の周期よりも小さく、より好適には回折格子の周期の半分(1/2)以下、もしくは検出光学系の解像力よりも小さいことが望ましい。さらにパターンの線幅は、アライメントマークを検出するために用いられる光の波長以下にすることが望ましい。図10では、パターンAP1及びパターンAP2は回折格子の計測方向及び非計測方向(X方向とY方向)と異なる方向に配列されている。回折格子の端部に設けられたパターンAP1とパターンPA2は、モールド側マーク10と基板側マーク11の相対位置を求めるために使用されるパターンとは異なる。
実施例1においては、例えばパターンAP1の計測方向及び非計測方向の線幅はPm/4であり、パターンAP2の計測方向及び非計測方向の線幅はPw/4である。実施例1においては、パターンAP1の計測方向と非計測方向の線幅を等しくしているが、これに限定されることなく、計測方向と非計測方向の線幅は異なっていてもよい。また、パターンAP1及びパターンAP2の数や配列ピッチは組み合わされる回折格子や検出光学系の構成により適宜選択され、パターンの数や配列ピッチに限定されない。また、回折格子10aと回折格子11aのいずれか一方に設けられていてもよい。
ここで、図10(a)及び図10(b)に示した回折格子の組によるモアレを光学シミュレーションによって求めた結果を図11に示す。図11は回折格子10aと回折格子11aからの光を検出した結果を示しており、横軸を非計測方向の位置とし、縦軸にアライメントマークからの信号強度(光の強度)としている。図11では回折格子にパターンAP1及びパターンAP2を設けるによって、非計測方向における回折格子の端部で発生する信号が、パターンAP1及びパターンAP2が設けられていない場合よりも減少していることが分かる。
これはパターンAP1及びパターンAP2によって、非計測方向における回折格子の端部からの光が検出光学系の検出NA(NAo)の外に散乱、あるいは回折されることによるものと考えられる。パターンAP1及びパターンAP2は計測方向及び非計測方向と異なる方向に配列されているため、検出NA(NAo)の外に散乱もしくは回折させる構成となっている。また、パターンAP1及びパターンAP2の線幅は回折格子の周期の半分(1/2)よりも小さいため、パターンAP1及びパターンAP2がない場合の非計測方向における回折格子の端部よりも位相の変化が小さくなっている。そのため、検出光学系により検出されるパターンAP1及びパターンAP2からの光(回折光や散乱光)は、パターンAP1及びパターンAP2がない場合の非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)よりも小さく(低減)することができる。
(実施例2)
回折格子に設けられるパターンAP1及びパターンAP2の実施例2について説明する。図12(a)及び図12(b)は、回折格子10aと回折格子11aの非計測方向における端部にパターンAP1とパターンAP2(第3パターン)を設けたアライメントマーク(モールド側マーク10と基板側マーク11)の一部を示した図である。アライメントマークに設けられたパターンAP1及びパターンAP2は、計測方向及び非計測方向と異なる方向に配列されて、回折格子から離れる方向に線幅が徐々に小さくなっている。パターンの線幅を徐々に小さくして、パターンAP1及びパターンAP2の密度を連続的に変化させることで、パターンからの光の位相が連続的に変化する。そのため、検出光学系により検出されるパターンAP1及びパターンAP2からの光(回折光や散乱光)は、パターンAP1及びパターンAP2がない場合の非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)よりも小さく(低減)することができる。
(実施例3)
回折格子に設けられるパターンAP1及びパターンAP2の実施例3について説明する。図13(a)及び図13(b)は、回折格子10aと回折格子11aの非計測方向における端部にパターンAP1とパターンAP2(第3パターン)を設けたアライメントマーク(モールド側マーク10と基板側マーク11)の一部を示した図である。図13(a)及び図13(b)に示すように、アライメントマークに設けられたパターンAP1及びパターンAP2は三角形の形状をしており、回折格子の非計測方向の端部に設けられている。アライメントマークに設けられた三角形のパターンのうち少なくとも一辺は計測方向及び非計測方向と異なる方向である。そのため、パターンAP1及びパターンAP2の少なくとも一辺からの光(回折光や散乱光)は、計測方向及び非計測方向と異なる方向に散乱もしくは回折する。そのため、検出光学系により検出されるパターンAP1及びパターンAP2からの光(回折光や散乱光)は、パターンAP1及びパターンAP2がない場合の非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)よりも小さく(低減)することができる。
(実施例4)
回折格子に設けられるパターンAP1及びパターンAP2の実施例4について説明する。図14(a)及び図14(b)は、回折格子10aと回折格子11aの非計測方向における端部にパターンAP1とパターンAP2(第3パターン)を設けたアライメントマーク(モールド側マーク10と基板側マーク11)の一部を示した図である。アライメントマークに設けられたパターンAP1及びパターンAP2は、回折格子10a及び回折格子11aの計測方向におけるパターンの周期と同じ周期で配列されているが、回折格子のパターンの線幅よりも小さい線幅を有している。パターンAP1とパターンAP2の線幅は、回折格子のパターンの線幅よりも小さい。すなわち、パターン密度を非計測方向に変化させることで、非計測方向に位相が変化するため、非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)よりも小さく(低減)することができる。
(実施例5)
回折格子に設けられるパターンAP1及びパターンAP2の実施例5について説明する。図15(a)及び図15(b)は、回折格子10aと回折格子11aの非計測方向における端部にパターンAP1とパターンAP2(第3パターン)を設けたアライメントマーク(モールド側マーク10と基板側マーク11)の一部を示した図である。アライメントマークに設けられたパターンAP1及びパターンAP2は、回折格子10a及び回折格子11aの計測方向におけるパターンの周期と同じ周期で配列されている。一方で、パターンAP1及びパターンAP2は、回折格子から離れる方向に従って、計測方向におけるパターンの線幅を徐々に小さくしている。図15(a)に示すように非計測方向におけるパターンの線幅を徐々に小さくしてもよい。パターンの線幅を徐々に小さくして、パターンAP1及びパターンAP2の密度を連続的に変化させることで、パターンからの光の位相が連続的に変化する。
そのため、パターンAP1及びパターンAP2によって、検出光学系により検出される非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)を小さく(低減)することができる。さらに、図15(a)及び図15(b)に示すパターンの線幅は、図14に示したパターンの線幅よりも連続的に変化するため、図14に示した非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)より低減することができる。
(実施例6)
回折格子に設けられるパターンAP2の実施例6について説明する。図16(a)は、回折格子11aの非計測方向における端部にパターンAP2(第3パターン)を設けたアライメントマーク(基板側マーク11)の一部を示した図である。本実施例では回折格子10aに設けられるパターンAP1を図示していないが、回折格子10aに設けられるパターンAP1はパターンAP2と同様である。図16(a)に示すように、アライメントマークに設けられたパターンAP2は、回折格子11aの計測方向におけるパターンの幅と同じ幅で形成されている。一方で、パターンAP2は、回折格子から離れる方向に従って、非計測方向におけるパターンの線幅を徐々に小さくしている。パターンの線幅を徐々に小さくして、パターンAP1及びパターンAP2の密度を連続的に変化させることで、パターンからの光の位相が連続的に変化する。
そのため、パターンAP1及びパターンAP2によって、検出光学系により検出される非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)を小さく(低減)することができる。
(実施例7)
回折格子に設けられるパターンAP2の実施例7について説明する。図16(b)は、回折格子11aの非計測方向における端部にパターンAP2(第3パターン)を設けたアライメントマーク(基板側マーク11)の一部を示した図である。本実施例では回折格子10aに設けられるパターンAP1を図示していないが、回折格子10aに設けられるパターンAP1はパターンAP2と同様である。図16(b)に示すように、アライメントマークに設けられたパターンAP2は、回折格子11aの計測方向におけるパターンの周期と同じ周期で配列されている。一方で、パターンAP2は、回折格子から離れる方向に従って、計測方向におけるパターンの線幅を徐々に小さくしている。また、本実施例のパターンAP2は、線幅が異なるパターン同士が非計測方向に離れて配列されている。パターンの線幅を徐々に小さくして、パターンAP1及びパターンAP2の密度を連続的に変化させることで、パターンからの光の位相が連続的に変化する。
そのため、パターンAP1及びパターンAP2によって、検出光学系により検出される非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)を小さく(低減)することができる。
このように、回折格子に設けられるパターンAP1やパターンAP2は、回折格子の非計測方向における端部と接していなくてもよい。回折格子の非計測方向における端部とパターンAP1(パターンAP2)との距離は、検出光学系の解像力以下となるようにパターンAP1を配置する。もしくはアライメントマークを検出するために用いられる光の波長の2倍以下(望ましくは波長以下)となるようにパターンAP1を配置することが望ましい。
以上、第1実施形態の各実施例について説明した。第1実施形態ではモールド側マーク10の回折格子10aと基板側マーク11の回折格子11aの両方にパターンAP1とパターンAP2を設けたが、いずれか一方の回折格子にパターンAP1もしくはパターンAP2を設けてもよい。また、回折格子10aと回折格子11aの非計測方向におけるパターンの長さが異なっていてもよい。さらに、図16(b)に示すように回折格子11aを構成するパターンとパターンの間の非計測方向における端部にパターンAP3(第4パターン)を設けてもよい。
第1実施形態では、図7に示す回折格子を例に説明したが、回折格子のパターンは図16(c)に示すように、複数のセグメントSGP(所謂、微細な線やドット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の非計測方向における端部にパターンを設けてもよい。また、回折格子の非計測方向における端部に設けられたパターンAP1(AP2)が複数のセグメントで構成されていてもよい。さらに、回折格子の非計測方向における端部だけをセグメントAGPで構成されていてもよい。
第1実施形態では回折格子10a及び回折格子11aについて説明したが、計測方向がY方向である回折格子10b及び回折格子11bについても同様に非計測方向における回折格子の端部にパターンAP1及びパターンAP2を設けることができる。さらに、非計測方向における回折格子の端部は各パターンに2か所存在する。そのため、非計測方向における回折格子の端部の2か所にパターンAP1及びパターンAP2を設けてもよいし、1か所にだけ設けてもよい。
第1実施形態ではモールド側マーク10と基板側マーク11の回折格子を暗視野検出する場合について説明した。上述の回折格子を明視野検出する場合にも同様に、非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)の影響で、アライメントマークの検出精度が低下する恐れがある。従って、回折格子を明視野検出する場合にも、非計測方向における回折格子の端部に回折格子のパターンの周期よりも小さい線幅のパターンを設けることで、非計測方向における回折格子の端部からの光(回折光や散乱光)を低減することができる。第1実施形態ではモールド側マーク10の回折格子10aの周期と基板側マーク11の回折格子11aの周期とが異なる場合について説明した。しかし、回折格子10aの周期と回折格子11aの周期は同じでもよい。その場合はモアレの検出ではない方式でモールドと基板の相対位置を検出する。
第1実施形態では、モールド側マーク10の回折格子10a及び基板側マーク11の回折格子11aのうち少なくともいずれか一方の非計測方向における回折格子の端部に、回折格子の周期よりも小さい線幅のパターンを設けている。これにより、非計測方向における回折格子10a及び回折格子11aの端部からの強い光(散乱光や回折光)の発生を抑えて、検出部3は回折格子の相対的な位置の検出精度を向上することができる。そして、インプリント装置1は、検出部3によるアライメントマークの検出結果に基づいてモールド7と基板8の位置合わせを行うことで、位置合わせの精度を向上させることができる。
(第2実施形態)
次に、図17を用いて第2実施形態について説明する。図17は基板(またはモールド)に形成されたアライメントマークをY方向から見た断面図である。第2実施形態のインプリント装置及びインプリント方法は、第1実施形態のインプリント装置1及びインプリント方法と同様である。
アライメントマークの非計測方向における回折格子の端部からの光(散乱光や回折光)を低減するためには、非計測方向における回折格子の端部に、回折格子と異なる位相の光を発生させればよい。したがって、モールド7と基板8のそれぞれに形成された回折格子のうち少なくとも一方の非計測方向における回折格子の端部に、回折格子からの光の位相と異なる位相の光を発生する構造のパターンを設ければよい。
第2実施形態のアライメントマークの回折格子は、図17(a)に示すように回折格子11b(10b)のパターンを構成する物質の屈折率と非計測方向における回折格子の端部のパターンAPを構成する物質の屈折率が異なっている。または、図17(b)に示すように回折格子11b(10b)のパターンを構成する物質の厚さ(Z方向の高さ)と非計測方向における回折格子の端部に設けられたパターンAPを構成する物質の厚さ(Z方向の高さ)を異ならせてもよい。さらに、回折格子のパターンを構成する凹凸形状の段差の深さと非計測方向における回折格子の端部に設けられたパターンAPを構成する凹凸形状の段差の深さとを異ならせてもよい。
ここで、非計測方向における回折格子の端部に設けられたパターンを構成する物質の屈折率、厚さ、あるいは凹凸形状の段差の深さは、回折格子から離れる方向に、段階的あるいは連続的に変化させてもよい。このようにパターンが連続的に変化することによって、非計測方向における回折格子の端部からの光(散乱光や回折光)をさらに低減することができる。
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。第1実施形態と第2実施形態で説明した回折格子と非計測方向における端部のパターンの構成を適宜組み合わせてもよい。
例えば、上述した実施形態に記載された回折格子の計測方向の端部に、図18に示すようなパターンの幅やパターンの間隔が異なるパターンを設けても良い。このような技術は特許文献(特開2016‐027325)に記載されている。
図18に示すように回折格子のパターンの端部(計測方向の端部)の線幅を細くすることで、回折格子のパターンの両端(計測方向の端部)で発生する信号(不要光)を低減させることができる。また、回折格子のパターンの端部(計測方向の端部)のパターンの間隔を広くしてもよい。相対位置を計測するために用いられる回折格子のマークの間隔(S0)よりも端部のマークの間隔(S1〜S6)を広くすることで、回折格子のパターンの両端(計測方向の端部)で発生する信号(不要光)を低減させることができる。このようなマークを組み合わせることで、回折格子の計測方向と非計測方向の端部からの不要光を低減することができ、アライメントマークの検出精度の低下を防ぐことができる。
(物品の製造方法)
物品としてのデバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)の製造方法は、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。
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。光学素子としては、マイクロレンズ、導光体、導波路、反射防止膜、回折格子、偏光素子、カラーフィルタ、発光素子、ディスプレイ、太陽電池等が挙げられる。MEMSとしては、DMD、マイクロ流路、電気機械変換素子等が挙げられる。記録素子としては、CD、DVDのような光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、磁気ヘッド等が挙げられる。センサとしては、磁気センサ、光センサ、ジャイロセンサ等が挙げられる。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。
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。
1 インプリント装置
3 位置検出装置
7 モールド
8 基板
10、11 マーク
12 制御部
21 検出光学系
25 撮像素子

Claims (15)

  1. 第1方向に配列された第1パターンを含む第1回折格子と、前記第1方向に配列された第2パターンを含む第2回折格子からの光を検出する工程と、
    前記光に基づいて、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回折格子の前記第1パターンの前記第1方向とは異なる第2方向の端部に第3パターンを備え、前記第1方向における前記第3パターンの幅は、前記第1回折格子の第1パターンの前記第1方向における幅よりも小さく、
    前記第3のパターンは、前記第1方向および前記第2方向とは異なる方向に配列されており、
    前記光を検出する工程で検出される光は、照明光学系により前記第2方向から前記第1回折格子および前記第2回折格子に斜入射照明されることで検出されることを特徴とする位置検出方法。
  2. 第1方向に配列された第1パターンを含む第1回折格子と、前記第1方向に配列された第2パターンを含む第2回折格子からの光を検出する工程と、
    前記光に基づいて、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回折格子の前記第1パターンは、前記第1方向とは異なる第2方向の端部に前記第1パターンの前記第2方向の端部からの光を減少させる第3パターンが設けられており、
    前記第3のパターンは、前記第1方向および前記第2方向とは異なる方向に配列されており、
    前記光を検出する工程で検出される光は、照明光学系により前記第2方向から前記第1回折格子および前記第2回折格子に斜入射照明されることで検出されることを特徴とする位置検出方法。
  3. 前記照明光学系は、前記第1方向からも斜入射照明することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の位置検出方法。
  4. 前記第3のパターンは、前記異なる方向において、前記第1パターンまたは前記第2パターンから離れるにつれて幅が小さくなるように連続的に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の位置検出方法。
  5. 第1方向に配列された第1パターンを含む第1回折格子と、前記第1方向に配列された第2パターンを含む第2回折格子からの光を検出する工程と、
    前記光に基づいて、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回折格子の前記第1パターンの前記第1方向とは異なる第2方向の端部に第3パターンを備え、前記第1方向における前記第3パターンの幅は、前記第1回折格子の第1パターンの前記第1方向における幅よりも小さく、
    前記第3のパターンは、前記第1方向および前記第2方向とは異なる方向に配列され、さらに、
    前記第3のパターンは、前記異なる方向において、前記第1パターンまたは前記第2パターンから離れるにつれて幅が小さくなるように連続的に設けられていることを特徴とする位置検出方法。
  6. 第1方向に配列された第1パターンを含む第1回折格子と、前記第1方向に配列された第2パターンを含む第2回折格子からの光を検出する工程と、
    前記光に基づいて、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回折格子の前記第1パターンは、前記第1方向とは異なる第2方向の端部に前記第1パターンの前記第2方向の端部からの光を減少させる第3パターンが設けられており、
    前記第3のパターンは、前記第1方向および前記第2方向とは異なる方向に配列されており、
    前記第3のパターンは、前記異なる方向において、前記第1パターンまたは前記第2パターンから離れるにつれて幅が小さくなるように連続的に設けられていることを特徴とする位置検出方法。
  7. 第1方向に配列された第1パターンを含む第1回折格子と、前記第1方向に配列された第2パターンを含む第2回折格子からの光を検出する工程と、
    前記光に基づいて、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回折格子の前記第1パターンは、前記第1方向とは異なる第2方向の端部に前記第1パターンの前記第2方向の端部からの光を減少させる第3パターンが設けられており、
    前記第3のパターンを形成する一辺は、前記第1方向および前記第2方向とは異なる方向に延伸していることを特徴とする位置検出方法。
  8. 前記光を検出する工程で検出される光は、照明光学系により前記第2方向から前記第1回折格子および前記第2回折格子に斜入射照明されることで検出されることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の位置検出方法。
  9. 前記第2回折格子の第2パターンの前記第2方向の端部に、前記第1方向における前記第2回折格子の第2パターンの幅よりも小さい幅の第3パターンを有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の位置検出方法。
  10. 前記相対位置を求めるために用いられるパターンの前記第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乃至9のいずれか1項に記載の位置検出方法。
  11. 前記第3パターンの前記第1方向における幅は、前記第1パターンの前記第1方向における周期の半分以下、もしくは前記光を検出する工程で検出に用いる検出部の解像力よりも小さい幅であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の位置検出方法。
  12. 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11のいずれか1項に記載の位置検出方法。
  13. 前記第1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12のいずれか1項に記載の位置検出方法。
  14. モールドを用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
    請求項1乃至13のいずれか1項に記載の位置検出方法を用いて検出した前記相対位置を用いて、前記モールドと前記基板との位置合わせを行うことを特徴とするインプリント装置。
  15. 請求項14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。
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