JP7328806B2 - 計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 - Google Patents

計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、被検物の位置を計測する計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。
モールド（型）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が、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装置の１つとして注目されている。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とモールドとを接触させた状態で当該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剥離することにより、基板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。
インプリント装置では、基板のショット領域とモールドとを位置合わせするための方式としてダイバイダイ方式が用いられる。ダイバイダイ方式は、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との相対位置をショット領域ごとに計測し、その結果に基づいて、ショット領域とモールドとの相対位置や形状差をショット領域ごとに補正する方式である。
特許文献１には、モールドと基板とにそれぞれ形成された位置合わせ用のマークを検出し、Ｘ方向およびＹ方向におけるモールドと基板との相対位置を計測する検出器を有するインプリント装置が開示されている。特許文献１に記載の検出器は、Ｘ方向位置を計測するためのＸマークとＹ方向位置を計測するためのＹマークとの両方を照明し、両方のマークからの光を１つの撮像素子で撮像するように構成されている。
特開２０１３－１０２１３９号公報
特許文献１に記載の検出器では、例えば、位置合わせ用のマークのエッジで散乱された不要光が生じることがある。このような不要光は、撮像素子に入射すると、マークからの検出光に対してノイズとなるため、マーク位置に計測誤差が生じ、被検物としてのモールドと基板との相対位置を精度よく計測することが困難になりうる。
そこで、本発明は、被検物の位置を精度よく計測するために有利な技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、第１方向の物体の位置を計測するための第１マークと、前記第１方向とは異なる第２方向の物体の位置を計測するための第２マークとを有する被検物の位置を計測する計測装置であって、前記第１マークと前記第２マークとが撮像視野内に収まっている状態で、前記第１マークと前記第２マークとを撮像する撮像部と、第１偏光方向の第１偏光光と、前記第１偏光方向とは方向が異なる第２偏光方向の第２偏光光を生成する偏光素子と、を含み、前記第１偏光光が前記第１マークを照明して、前記第１偏光光で照明された前記第１マークからの光が前記撮像部に入射し、前記第２偏光光が前記第２マークを照明して、前記第２偏光光で照明された前記第２マークからの光が前記撮像部に入射する、ことを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、例えば、被検物の位置を精度よく計測するために有利な技術を提供することができる。
インプリント装置の構成例を示す概略図 アライメントマークの構成例を示す図 従来のアライメントスコープによるマークの照明を説明するための図 従来のアライメントスコープでの問題点を説明するための図 従来のアライメントスコープでの問題点を説明するための図 第１実施形態のアライメントスコープの構成例を示す概略図 第１実施形態の光学素子の構成例を示す概略図 第１実施形態の光学素子により偏向された光を示す図 第１実施形態の光学素子により生成された光の角度分布を示す図 第１実施形態の開口絞りおよび偏光素子による偏光制御を説明するための図 第１実施形態の照明光学系により被検面を照明する例を示す概念図 第１実施形態のアライメントスコープによるマークの検出を説明するための図 第１実施形態のアライメントスコープで検出されたモアレ縞信号の信号強度分布を示す図 開口絞りおよび偏光素子の他の構成例を示す図 光学素子の他の構成例を示す図 物品の製造方法を示す図
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、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。
以下の実施形態では、リソグラフィ装置として、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を例示して説明するが、それに限られるものではない。例えば、部材を用いて基板上の組成物を平坦化する平坦化装置、基板を露光して当該基板上に原版のパターンを転写する露光装置、荷電粒子線を用いて基板上にパターンを形成する描画装置などの他のリソグラフィ装置においても本発明を適用することができる。
＜第１実施形態＞
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と型とを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギ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、基板上にインプリント材を供給し、凹凸のパターンが形成されたモールド（型）を基板上のインプリント材に接触させた状態で当該インプリント材を硬化させる。そして、モールドと基板との間隔を広げて、硬化したインプリント材からモールドを剥離（離型）することで、基板上のインプリント材にモールドのパターンを転写することができる。このような一連の処理は「インプリント処理」と呼ばれ、基板における複数のショット領域の各々について行われる。
インプリント材には、硬化用のエネルギ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、重合成化合物と光重合開始材とを少なくとも含有し、必要に応じて非重合成化合物または溶剤を含有してもよい。非重合成化合物は、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、スピンコータやスリットコータにより基板上に膜状に付与される。あるいは、液体噴射ヘッドにより、液滴状、あるいは複数の液滴が繋がってできた島状また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。
［インプリント装置の構成］
図１は、インプリント装置１０の構成例を示す概略図である。インプリント装置１０は、例えば、硬化部２０と、モールド保持部３０と、モールド補正部４０と、基板保持部５０と、供給部６０と、観察部７０と、計測部１００（計測装置）と、制御部ＣＮＴとを含みうる。制御部ＣＮＴは、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータによって構成され、インプリント装置１０の各部を制御する（インプリント処理を制御する）。また、インプリント装置１０は、モールド保持部３０を支持するためのブリッジ定盤ＢＳや、基板保持部５０を移動可能に支持するためのベース定盤（不図示）なども有する。ここで、図１では、基板Ｗの表面に平行な面内において互いに異なる２つの方向（例えば、互いに直交する２つの方向）をＸ方向およびＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向としている。
モールドＭは、例えば、デバイスの回路パターン等の凹凸パターンが３次元状に形成された型であり、紫外線を透過させることが可能な石英などの材質を用いて作製される。また、基板Ｗとしては、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Ｗとしては、具体的に、シリコンウェハ、化合物半導体ウェハ、石英ガラスなどである。また、インプリント材の供給前に、必要に応じて、インプリント材と基板との密着性を向上させるために密着層を設けてもよい。
硬化部２０は、モールドＭを介して基板上のインプリント材Ｒ（樹脂、レジスト）に光（例えば紫外光）を照射することにより、当該インプリント材Ｒを硬化させる。本実施形態において、インプリント材Ｒは、紫外光の照射によって硬化する性質を有する紫外光硬化樹脂である。硬化部２０は、例えば、光源部２１と、光学系２２とを含む。光源部２１は、例えば、インプリント材Ｒを硬化させるための硬化光（例えば、ｉ線、ｇ線）を発する水銀ランプなどの光源と、該光源から発せられた硬化光を集光する楕円鏡とを含みうる。光学系２２は、光源部２１から射出された硬化光がショット領域上のインプリント材Ｒに照射されるように、該硬化光を整形するためのレンズ、アパーチャなどを含みうる。アパーチャは、インプリント処理の対象となるショット領域（対象ショット領域）に硬化光を照射するための画角制御や、硬化光が基板Ｗのショット領域の外側に照射されることを制限するための外周遮光制御などに使用されうる。光学系２２は、モールドＭを均一に照明するためのオプティカルインテグレータを含んでもよい。光学系２２から射出された光は、ハーフミラーＨＭ１で反射され、ハーフミラーＨＭ２およびモールドＭを介して基板上のインプリント材Ｒに入射する。
モールド保持部３０は、インプリントヘッドとも呼ばれ、例えば、モールドＭを保持するモールドチャック３１と、モールドチャック３１を駆動することによってモールドＭを駆動するモールド駆動部３２とを含みうる。モールド保持部３０は、モールドＭの位置を６軸に関して制御する位置決め機構、および、モールドＭを基板Ｗ或いはその上のインプリント材Ｒに押し付けたり、硬化したインプリント材ＲからモールドＭを分離したりする機構を含む。ここで、６軸は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に加えて、それらの各軸周りの回転を含みうる。
モールド補正部４０は、例えば、モールド保持部３０に設けられ、空気や油等の流体で作用するシリンダなどのアクチュエータを用いてモールドＭを外周方向から加圧することにより、モールドＭの形状を補正する。また、モールド補正部４０は、例えば、モールドＭの温度を制御する温度制御機構を含み、モールドＭの温度を制御することにより、モールドＭの形状を補正する構成であってもよい。基板Ｗは、熱処理などのプロセスを経ることによって変形（典型的には、膨張又は収縮）しうる。モールド補正部４０は、このような基板Ｗの変形に応じて、モールドＭのパターンと基板上の既パターン（ショット領域）とのオーバーレイ誤差が許容範囲に収まるように、モールドＭの形状を補正することができる。
基板保持部５０は、基板ステージとも呼ばれ、基板Ｗを保持して移動可能に構成されうる。基板保持部５０は、例えば、基板Ｗをチャックする基板チャック５１と、基板チャック５１を駆動することによって基板Ｗを駆動する基板駆動部５２とを含みうる。基板駆動部５２は、基板Ｗの位置を前述の６軸に関して制御することによって基板Ｗの位置を制御する位置決め機構を含みうる。
供給部６０は、基板上にインプリント材Ｒを供給（塗布）する。供給部６０は、例えば、インプリント材Ｒを収容するタンクと、該タンクから供給路を通して供給されるインプリント材Ｒを基板Ｗに対して吐出する複数の吐出口と、各吐出口に連通する供給路に設けられた圧電素子と、供給量制御部とを有しうる。供給量制御部は、例えば、圧電素子に供給する信号値を調整することにより、１つの吐出口から液滴として吐出されるインプリント材Ｒの量を制御することができる。
観察部７０は、インプリント処理が行われている基板Ｗの対象ショット領域を観察するためのスコープを含む。例えば、観察部７０は、対象ショット領域全体が収まる視野を有する撮像素子を含み、インプリント処理が行われている対象ショット領域を撮像素子により撮像する。観察部７０は、モールドＭとインプリント材Ｒとの押印（インプリント）の状態や、モールドＭのパターンの凹部へのインプリント材Ｒの充填の進み具合などを確認するために用いられる。
計測部１００（計測装置）は、例えば、アライメントスコープ１１０と、駆動機構１２０と、光学系１３０とを含みうる。アライメントスコープ１１０は、モールドＭに設けられたアライメントマーク（以下では、型マークと呼ぶことがある）と、基板Ｗに設けられたアライメントマーク（以下では、基板マークと呼ぶことがある）とを検出する。具体的な構成については後述するが、アライメントスコープ１１０は、型マークと基板マークとを撮像素子により撮像して得られた画像に基づいて、それらのマークの相対位置（即ち、モールドＭと基板Ｗとの相対位置）を計測することができる。アライメントスコープ１１０は、型マークと基板マークとから成るマーク対の数に対応するように複数設けられうる。また、駆動機構１２０は、例えば、各アライメントスコープ１１０に設けられており、検出すべきマーク対の位置に応じてアライメントスコープをＸＹ方向に駆動する。光学系１３０は、アライメントスコープ１１０の光路を調整するためのレンズ、アパーチャ、ミラー、ハーフミラーなどを含みうる。
［インプリント処理］
上述したインプリント装置１０によるインプリント処理について説明する。インプリント処理は、制御部ＣＮＴによって制御されうる。まず、モールドＭが、モールド搬送部（不図示）によりモールド保持部３０に搬送され、真空チャックなどでモールド保持部３０（モールドチャック３１）により保持される。基板Ｗは、基板搬送部（不図示）により基板保持部５０に搬送され、真空チャックなどで基板保持部５０（基板チャック５１）により保持される。次に、インプリント処理を行うショット領域（対象ショット領域）を供給部６０の下方に移動させ、供給部６０により、インプリント材Ｒ（例えば液滴）を対象ショット領域上に供給する（供給工程）。
対象ショット領域上にインプリント材を供給した後、対象ショット領域をモールド３の下方に移動させ、モールドＭと基板Ｗとをそれらの間隔が狭まるようにＺ方向に相対駆動してモールドＭと基板上のインプリント材Ｒとを接触させる（接触工程）。接触工程において、インプリント材Ｒは、モールドＭと基板Ｗとの間を徐々に拡がり、モールドＭに形成されたパターン凹部に充填される。また、接触工程では、計測部１００での計測結果に基づいて、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせ（アライメント）が行われる。当該位置合わせは、モールド駆動部３２および基板駆動部５２によるモールドＭと基板Ｗとの相対位置（ＸＹ方向）の補正と、モールド補正部４０によるモールドＭの形状補正とを含みうる。
モールドＭのパターン凹部にインプリント材Ｒが充填され、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせが終了した後、硬化部２０によりインプリント材Ｒに光を照射して当該インプリント材Ｒを硬化させる（硬化工程）。そして、モールドＭと基板Ｗとをそれらの間隔が広がるようにＺ方向に相対駆動することにより、硬化したインプリント材ＲからモールドＭを剥離する（剥離工程）。これにより、モールドＭの凹凸パターンが転写されたインプリント材Ｒのパターン層を対象ショット領域上に形成することができる。このようなインプリント処理は、基板Ｗにおける複数のショット領域の各々に対して行われる。
［アライメントマークの構成］
次に、アライメントマーク（型マーク２、基板マーク３）の構成例について説明する。図２は、アライメントスコープ１１０により撮像されるアライメントマークの構成例を示す図である。アライメントマークは、アライメントスコープ１１０（後述する撮像部１１５）の撮像視野内に収まるように被検物（モールドＭ、基板Ｗ）に設けられている。図２では、アライメントスコープ１１０の撮像視野４内において型マーク２と基板マーク３とを重ね合わせた状態を示している。
型マーク２は、Ｘ方向の位置を計測するためのマーク（Ｘ計測用の型マーク２ａ）と、Ｙ方向の位置を計測するためのマーク（Ｙ計測用の型マーク２ｂ）とを含みうる。図２に示す例では、Ｘ計測用の型マーク２ａおよびＹ計測用の型マーク２ｂはそれぞれ、Ｘ方向の格子ピッチＰ１とＹ方向の格子ピッチＰ２とを有するチェッカボード状の格子パターンを含む。
一方、基板マーク３も、型マーク２に対応するように、Ｘ方向の位置を計測するためのマーク（Ｘ計測用の基板マーク３ａ）と、Ｙ方向の位置を計測するためのマーク（Ｙ計測用の基板マーク３ｂ）とを含みうる。図２に示す例では、Ｘ計測用の基板マーク３ａは、Ｘ方向において、Ｘ計測用の型マーク２ａの格子ピッチＰ１とは異なる格子ピッチＰ３を有する格子パターンを含む。また、Ｙ計測用の基板マーク３ｂは、Ｙ方向において、Ｙ計測用の型マーク２ｂの格子ピッチＰ２とは異なる格子ピッチＰ４を有する格子パターンを含む。
このように構成された型マーク２と基板マーク３とが重なり合うと、それらのマーク（格子パターン）からの回折光が干渉し、モアレ縞（干渉縞）が生成される。アライメントスコープ１１０は、このように生成されたモアレ縞を撮像することで、それにより得られた画像から型マーク２と基板マーク３との相対位置（即ち、モールドＭと基板Ｗとの相対位置）を計測することができる。
［従来のアライメントスコープの問題点］
次に、上述したアライメントマーク（型マーク２、基板マーク３）を従来のアライメントスコープで検出した場合の問題点について、図３～図５を参照しながら説明する。従来のアライメントスコープでは、図３に示すように、照明光学系の瞳面上の照明光分布ＩＬ１～ＩＬ４（即ち、照明光ＩＬ１～ＩＬ４の全て）により、型マーク２（２ａ、２ｂ）と基板マーク３（３ａ、３ｂ）とがそれぞれ照明される。そして、照明光学系の瞳面上の検出開口Ｄ１を介して、撮像素子により型マーク２と基板マーク３とが同時に撮像される。即ち、型マーク２および基板マーク３のそれぞれで回折された光が、照明光学系の瞳面上の検出開口Ｄ１を介して、図４（ａ）に示すようなモアレ縞信号として撮像素子で検出される。
ここで、Ｘ計測用の型マーク２ａおよび基板マーク３ａでは、照明光ＩＬ１～ＩＬ２で照明することによりモアレ縞信号が生成され、照明光ＩＬ３～ＩＬ４はモアレ縞信号の生成に使用されない。そのため、照明光ＩＬ３～ＩＬ４でＸ計測用の型マーク２ａおよび基板マーク３ａを照明すると、それらのマークのエッジ（端）で照明光ＩＬ３～ＩＬ４が散乱し、その散乱光がフレアとしてモアレ縞信号に混入してしまう。例えば、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すモアレ縞信号（Ｘ計測用）におけるＸ方向の信号強度分布（撮像素子の受光面上における光強度分布）を示している。図４（ｂ）に示すように、照明光ＩＬ３～ＩＬ４でＸ計測用の型マーク２ａおよび基板マーク３ａを照明すると、それらのマークのエッジによる散乱光の影響により、信号強度分布の端部におけるピーク信号の強度が中央部分に比べて増加してしまう。図４（ｂ）に示す例では、４周期あるピーク信号のうち両端にある２周期のピーク信号が散乱光の影響を受け、それによりマーク位置の計測精度が低下しうる。ここでは、モアレ縞信号にピーク信号が４周期ある場合について説明したが、ピーク信号の周期は任意の周期でよい。
同様に、Ｙ計測用の型マーク２ｂおよび基板マーク３ｂでは、照明光ＩＬ３～ＩＬ４で照明することによりモアレ縞信号が生成され、照明光ＩＬ１～ＩＬ２はモアレ縞信号の生成に使用されない。そのため、照明光ＩＬ１～ＩＬ２でＹ計測用の型マーク２ｂおよび基板マーク３ｂを照明すると、それらのマークのエッジ（端）で照明光ＩＬ１～ＩＬ２が散乱し、その散乱光がフレアとしてモアレ縞信号に混入してしまう。その結果、マーク位置の計測精度が低下しうる。
また、一般的に、モアレ縞信号が生成されないマークを検出する場合でも同様に、マーク位置の計測に使用しない光が散乱光となり、マーク位置の計測精度に影響を与える。これについて、図５を参照しながら説明する。図５（ａ）は、Ｘ方向の位置を計測するためのマーク（Ｘ計測用マーク）と、Ｙ方向の位置を計測するためのマーク（Ｙ計測用マーク）との構成例を示す図である。また、図５（ｂ）～（ｄ）は、図５に示す各マークを所定の照明光分布で照明したときに撮像素子で得られる検出画像を示す図である。図５（ｂ）～（ｄ）に示す検出画像では、各マークからの反射光を黒太線で示している。
図５（ｂ）は、照明光ＩＬ１～ＩＬ２（Ｙ方向の角度分布）で各マークを照明した場合に撮像素子で得られる検出画像を示している。この場合、撮像素子では、各マークにおけるＹ方向のエッジで反射された光が検出されるため、Ｙ計測用マークを用いてＹ方向の位置を計測することができる。また、図５（ｃ）は、照明光ＩＬ３～ＩＬ４（Ｘ方向の角度分布）で各マークを照明した場合に撮像素子で得られる検出画像を示している。この場合、撮像素子では、各マークにおけるＸ方向のエッジで反射された光が検出されるため、Ｘ計測用マークを用いてＸ方向の位置を計測することができる。一方、図５（ｄ）は、従来のアライメントスコープのように照明光ＩＬ１～ＩＬ４の全てで各マークを照明した場合に撮像素子で得られる検出画像を示している。この場合、各マークのエッジにおいて、非計測方向からの照明光が散乱し、マーク位置の計測に不要な散乱光がノイズ成分として検出画像に生じ、マーク位置の検出精度が低下しうる。
［本実施形態のアライメントスコープの構成］
次に、本実施形態のアライメントスコープ１１０について説明する。図６は、本実施形態のアライメントスコープ１１０の構成例を示す概略図である。本実施形態のアライメントスコープ１１０は、例えば、光源ＬＳからの光を用いて、被検面Ｓ（被検物）に設けられたマークを照明する照明光学系と、当該マークからの光を検出する検出光学系とを含む。
以下では、特に言及されない限り、被検面Ｓに設けられたマークとして、モアレ縞信号が生成されるマーク（型マーク２、基板マーク３）を用いる例について説明する。また、以下の説明で用いられるＸ方向およびＹ方向は、光軸に垂直な方向として定義され、被検面Ｓ上での方向を基準として被検面Ｓ上での方向に換算したものである。即ち、被検面Ｓ上で定義されるＸ方向およびＹ方向は、後述する光学素子１１１、開口絞り１１２および偏光素子１１３上においてもＸ方向およびＹ方向として定義される。一例として、被検面Ｓ上におけるＸ偏光およびＹ偏光は、偏光素子１１３上でもＸ偏光およびＹ偏光と規定される。
照明光学系は、例えば、光学素子１１１と、開口絞り１１２と、偏光素子１１３と、プリズム１１４（ビームスプリッタ）と、複数のレンズ１１６ａ～１１６ｂとを含む。開口絞り１１２および偏光素子１１３は、照明光学系の瞳面に配置されうる。また、検出光学系は、プリズム１１４と、受光面を有する撮像部１１５と、マークからの光を撮像部１１５の受光面に結像する複数のレンズ１１６ｂ～１１６ｃとを含み、プリズム１１４およびレンズ１１６ｃを照明光学系と共用している。撮像部１１５は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの２次元イメージセンサ(撮像素子)を含み、Ｘ計測用マーク（型マーク２ａ、基板マーク３ａ）とＹ計測用マーク（型マーク２ｂ、基板マーク３ｂ）とが収まる撮像視野４を有する。
本実施形態のアライメントスコープ１１０では、被検面Ｓに設けられたマークからの光は、プリズム１１４の透過部（光軸近傍）を透過して撮像部１１５に入射する。また、Ｘ計測用マーク（型マーク２ａ、基板マーク３ａ）とＹ計測用マーク（型マーク２ｂ、基板マーク３ｂ）とは、撮像部１１５の同一視野内に収められる。即ち、Ｘ計測用マークからの光およびＹ計測用マークからの光は、同一のプリズム１１４およびレンズ１１６ｂ～１１６ｃを通過して同一の撮像部１１５に入射する。
光学素子１１１は、光源ＬＳからの光を偏向して、所望の角度分布を有する光を生成する。光学素子１１１は、光源ＬＳからの光で被検面Ｓ（像面）を照明する１つの照明光学系の光路内に配置されうる。また、光学素子１１１は、図６に示すように、駆動部１１７（アクチュエータ）に接続され、生成すべき角度分布を切り換える（変更する）ことができるように構成されてもよい。光学素子１１１としては、例えば回折光学素子、マイクロレンズアレイ、空間変調器、プリズム等のうち少なくとも１つが適用されうるが、以下では回折光学素子を適用した例について説明する。空間変調器としては、例えばＤＭＤ（Digital Mirror Array、Digital Micromirror Device）が用いられうる。
本実施形態の光学素子１１１は、図７に示すように、光源ＬＳからの光を互いに異なる角度で回折するＡ領域（第１領域）およびＢ領域（第２領域）を有する。Ａ領域は、光源ＬＳから垂直に入射してきた光をＹ方向に回折角度φで回折し、図８（ａ）に示すように第１光ＬＡを生成する。Ｂ領域は、光源ＬＳから垂直に入射してきた光をＸ方向に回折角度φで回折し、図８（ｂ）に示すように第２光ＬＢを生成する。光学素子１１１は、Ａ領域とＢ領域とを１枚のガラス板（１枚の光学部材）上に設けた構成としてもよいが、Ａ領域が形成されたガラス板とＢ領域が形成されたガラス板とが隣り合わせた構成としてもよい。
また、光学素子１１１のＡ領域に最大入射角度θ／２で入射した光束は、照明光学系の瞳面の位置（例えば開口絞り１１３の位置）において、角度θとＹ方向の回折角度φとをコンボリューションした角度分布（図９（ａ）に示す第１光ＬＡの分布）となる。このような角度分布（第１角度分布）を有する第１光ＬＡは、被検面Ｓのうち、Ａ領域に対応する（共役な）第１部分のマーク（第１マーク）を照明する。同様に、光学素子１１１のＢ領域に最大入射角度θ／２で入射した光束は、照明光学系の瞳面の位置において、角度θとＸ方向の回折角度φとをコンボリューションした角度分布（図９（ｂ）に示す第２光ＬＢの分布）となる。このような角度分布（第２角度分布）を有する第２光ＬＢは、被検面Ｓのうち、Ｂ領域に対応する（共役な）第２部分のマーク（第２マーク）を照明する。
被検面Ｓの第１部分に配置される第１マークとしては、例えば、モアレ縞信号を生成する場合にはＸ計測用マーク（型マーク２ａ、基板マーク３ａ）が適用され、モアレ縞信号を生成しない場合にはＹ計測用マークが適用されうる。一方、被検面Ｓの第２部分に配置される第２マークとしては、例えば、モアレ縞信号を生成する場合にはＹ計測用マーク（型マーク２ｂ、基板マーク３ｂ）が適用され、モアレ縞信号を生成しない場合にはＸ計測用マークが適用される。
開口絞り１１２は、光学素子１１１に対してフーリエ変換の関係となる位置に配置されており、光学素子１１１からの不要光や０次光を遮断する。開口絞り１１２は、被検面Ｓに設けられたマークの照明に使用したい部分の光を透過させる開口部を有し、その他の光を遮断するように構成されている。開口絞り１１２の開口部を透過した光は、プリズム１１４で反射されて被検面Ｓに入射する。
偏光素子１１３は、光学素子１１１に対してフーリエ変換の関係となる位置に配置されており、光学素子１１１からの光の偏光方向（偏光状態）を調整する。偏光素子１１３は、例えば、光学素子１１１からの光に対して直線偏光を切り出す偏光子や、偏光方向を回転させる旋光子、１／４波長板、１／２波長板の少なくとも１つを含みうる。偏光素子１１３は、図６に示すように、駆動部１１８（アクチュエータ）に接続され、調整すべき偏光方向を切り替える（変更する）ことができるように構成されてもよい。
ここで、開口絞り１１２および偏光素子１１３は、光学素子１１１に対してフーリエ変換の関係となる位置に厳密に配置される必要はなく、実質的にフーリエ変換の関係となる位置に配置されていればよい。また、本実施形態では、偏光素子１１３は、照明光学系に含まれ、光学素子１１１と開口絞り１１２との間に配置されているが、それに限られるものではない。例えば、偏光素子１１３は、撮像部１１５に入射するＸ計測用マークからの光とＹ計測用マークからの光とで互いに異なる偏光方向（偏光状態）を生じさせることができるのであれば、光源ＬＳと撮像部１１５との間の光路上の任意の位置に配置されてもよい。
図１０は、開口絞り１１２および偏光素子１１３による偏光制御を説明するための図である。開口絞り１１２は、被検面Ｓに設けられたマークの照明に使用すべき光を開口部ＩＬ１Ａ～ＩＬ４Ａで透過させ、その他の光を遮断する。本実施形態の場合、開口部ＩＬ１Ａ～ＩＬ２Ａでは、光学素子１１１で生成された第１光ＬＡが透過するため、開口部ＩＬ１Ａ～ＩＬ２Ａを透過した照明光（第１光ＬＡ）は、被検面Ｓの第１部分を第１角度分布で照明する。一方、開口部ＩＬ３Ａ～ＩＬ４Ａでは、光学素子１１１で生成された第２光ＬＢが透過するため、開口部ＩＬ３Ａ～ＩＬ４Ａを透過した照明光（第２光ＬＢ）は、被検面Ｓの第２部分を第２角度分布で照明する。
また、偏光素子１１３は、開口絞り１１２の開口部ＩＬ１Ａ～ＩＬ２Ａを通過する第１光ＬＡと、開口絞り１１２の開口部ＩＬ３Ａ～ＩＬ４Ａを通過する第２光ＬＢとで、互いに異なる偏光方向（偏光状態）を生じさせるように構成される。例えば、第１光ＬＡで照明される被検面Ｓの第１部分にＸ計測用マークが配置されている場合、偏光素子１１３のうち第１光ＬＡが通過する領域は、Ｘ方向に振幅を有する偏光状態（第１偏光方向）を生じさせる偏光子を含みうる。また、第２光ＬＢで照明される被検面Ｓの第２部分にＹ計測用マークが配置されている場合、偏光素子１１３のうち第２光ＬＢが通過する領域は、Ｙ方向に振幅を有する偏光状態（第２偏光方向）を生じさせる偏光子を含みうる。この構成により、マーク位置の検出に用いられない偏光方向を有する光が当該マークで散乱し、その散乱光がノイズ成分として検出信号に生じることが低減されるため、マーク位置の検出精度を向上させることができる。
図１１は、上述した光学素子１１１および偏光素子１１３を有する照明光学系により被検面Ｓを照明する例を示す概念図である。ここでは、モアレ縞信号が生成されるマークが被検面Ｓに設けられている例について説明する。光学素子１１１のＡ領域を通過した光は、Ｙ方向に偏向されて、第１角度分布を有する第１光ＬＡとなる。第１光ＬＡは、偏光素子１１３で、Ｘ方向に振幅を有する偏光状態に形成され、被検面ＳのうちＸ計測用マーク（型マーク２ａ、基板マーク３ａ）が配置されている第１部分を照明する。一方、光学素子１１１のＢ領域を通過した光は、Ｘ方向に偏向されて、第２角度分布を有する第２光ＬＢとなる。第２光ＬＢは、偏光素子１１３で、Ｙ方向に振幅を有する偏光状態に形成され、被検面ＳのうちＹ計測用マーク（型マーク２ｂ、基板マーク３ｂ）が配置されている第２部分を照明する。
本実施形態のアライメントスコープ１１０では、図１２に示すように、被検面Ｓの第１部分に配置されたＸ計測用マークに対しては、Ｙ方向の角度分布およびＸ偏光を有する第１光ＬＡで照明される。即ち、Ｘ計測用マークは、Ｘ方向の角度分布を有する光（例えば第２光ＬＢ）で照明されないため、当該光がＸ計測用マークのエッジで散乱し、その散乱光がノイズ成分として検出信号（モアレ縞信号）に混入することを低減することができる。また、一般的にブリュースタ角で知られるように、反射角度が大きくなるほど、Ｘ偏光とＹ偏光との反射率差が大きくなることが知られている。つまり、Ｘ方向への回折パターン（即ち、Ｙ方向に延びる複数のライン要素がＸ方向に配列されたパターン）を有するＸ計測用マークでは、Ｙ方向の角度分布で且つＸ偏光で照明することにより回折効率を高め、Ｘ計測用マークを精度よく検出することができる。
被検面Ｓの第２部分に配置されたＹ計測用マークについても同様である。Ｙ計測用マークに対しては、Ｘ方向の角度分布およびＹ偏光を有する第２光ＬＢで照明される。即ち、Ｙ計測用マークは、Ｙ方向の角度分布を有する光（例えば第１光ＬＡ）で照明されないため、当該光がＹ計測用マークのエッジで散乱し、その散乱光がノイズ成分として検出信号（モアレ縞信号）に混入することを低減することができる。また、Ｙ方向への回折パターンを有するＹ計測用マークでは、Ｘ方向の角度分布で且つＸ偏光で照明することにより回折効率を高め、Ｙ計測用マークを精度よく検出することができる。
図１３は、本実施形態のアライメントスコープ１１０において、撮像部１１５で検出されたモアレ縞信号（Ｘ計測用）におけるＸ方向の信号強度分布を示す図である。本実施形態のアライメントスコープ１１０では、上述した構成により、Ｘ計測用マークのエッジでの散乱光を低減し、信号強度分布の端部におけるピーク信号の強度の増加を低減することができるため、マーク位置の検出精度を向上させることができる。
ここで、モアレ縞信号が生成されないマーク（図５に示すマーク）を用いる場合においても、上述したように当該マークを照明することで、散乱光の影響を低減することができる。例えば、Ｙ計測用マークに対しては、図５（ｂ）に示すＹ方向の角度分布を有する光で照明する際に、当該光をＹ偏光にすることで、マーク検出時のコントラストを向上させることができる。同様に、Ｘ計測用マークに対しては、図５（ｃ）に示すＸ方向の角度分布を有する光で照明する際に、当該光をＸ偏光にすることで、マーク検出時のコントラストを向上させることができる。
上述したように、本実施形態のアライメントスコープ１１０では、Ｘ計測用マークを照明する光とＹ計測用マークを照明する光とで、互いに異なる角度分布を光学素子１１１で生成するとともに、互いに異なる偏光方向を偏光素子１１３で生成する。これにより、マークの検出に用いられない不要光（散乱光）が生成されることを防止し、当該マークの位置を精度よく計測することができる。
Ｘ計測用マークおよびＹ計測用マークは、撮像部１１５の視野内に同時に収められて撮像される。即ち、撮像部１１５は、Ｘ計測用の型マーク２ａおよび基板マーク３ａにより生成されたモアレ縞信号と、Ｙ計測用の型マーク２ｂおよび基板マーク３ｂにより生成されたモアレ縞信号とを同時に撮像する。撮像部１１５で得られたモアレ縞信号のデータ（画像）では、上記の照明方法により散乱光（不要光）が低減されているため、Ｓ／Ｎ比が高い。したがって、制御部ＣＮＴは、そのモアレ縞信号のデータに基づいてピーク位置を特定し、モールドＭと基板Ｗ（ショット領域）のＸＹ方向における相対位置を精度よく求めることができる。また、制御部ＣＮＴは、求めた相対位置に基づいて、モールド保持部３０および基板保持部５０によりモールドＭと基板Ｗとを相対駆動することにより、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせを精度よく行うことができる。
＜第２実施形態＞
被検面Ｓに設けられたマークの位置の計測方向によっては、開口絞り１１２の開口部ＩＬ１Ａ～ＩＬ４Ａの各々を透過する光の偏光状態を変えることが望まれる場合がある。例えば、図５に示すようにモアレ縞が生成されないマークを用いる場合には、第１光ＬＡと第２光ＬＢとに、図１４に示すような偏光方向を生じさせることが望まれる場合がある。そのため、アライメントスコープ１１０は、図１０や図１４に示すような複数種類の偏光素子１１３を備えておき、被検面Ｓに設けられたマークの位置の計測方向に応じて、光路上に配置する偏光素子１１３を駆動部１１８（切換部）により切り換えてもよい。
同様に、被検面Ｓに設けられたマークの大きさや位置の計測方向によっては、光学素子１１１で生成される光の角度分布を変えることが望まれる場合がある。例えば、マークの大きさや位置の計測方向に合わせて回折角度や領域の大きさが異なるＡ領域～Ｄ領域を有する光学素子１１１を用いることが望まれる場合がある。そのため、アライメントスコープ１１０は、図７や図１５に示すような複数種類の光学素子１１１を備えておき、被検面Ｓに設けられたマークの大きさや位置の計測方向に応じて、光路上に配置する光学素子１１１を駆動部１１７（切換部）で切り換えてもよい。
また、光学素子１１１は、被検面Ｓと共役な位置に配置されることが好ましい。そのため、アライメントスコープ１１０は、被検面Ｓにおける照明光のフォーカス（結像位置）を合わせるように、照明光学系の光軸方向（Ｚ方向）に光学素子１１１を駆動部１１７により駆動してもよい。さらに、アライメントスコープ１１０は、被検面Ｓのマークの位置（例えば中心位置）と光学素子１１１による照明領域との位置合わせ（ＸＹ方向）を行うため、照明光学系の光軸方向に対して垂直な方向に光学素子１１１を駆動部１１７で駆動してもよい。
また、光学素子１１１として空間変調器を用いる場合、照明光の角度分布を時間ごとに変更してもよい。例えば、第１角度分布を有する第１光ＬＡでのマーク（例えばＸ計測用マーク）の照明と、第２角度分布を有する第２光ＬＢでのマーク（例えばＹ計測用マーク）の照明とを、時間的に分離して行ってもよい。この場合、アライメントスコープ１１０は、複数種類の偏光素子１１３のうち光路上に配置する偏光素子１１３を駆動部１１８により時間ごとに切り替えてもよい。また、光学素子１１１として液晶や空間光位相変換器を用いて、第１光ＬＡでのマークの照明と第２光ＬＢでのマークの照明とを時間ごとに切り替えてもよい。
＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に供給（塗布）されたインプリント材に上記のインプリント装置（インプリント方法）を用いてパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンを形成された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、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１つにおいて有利である。
インプリント装置を用いて成形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、物品の具体的な製造方法について説明する。図１６（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ェハ等の基板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１６（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１６（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を通して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。
図１６（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１６（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１６（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。
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。
１０：インプリント装置、２０：硬化部、３０：モールド保持部、５０：基板保持部、１００：計測部、１１０：アライメントスコープ、１１１：光学素子、１１２：開口絞り、１１３：偏光素子、１１４：プリズム、１１５：撮像部

Claims (14)

  1. 第１方向の物体の位置を計測するための第１マークと、前記第１方向とは異なる第２方向の物体の位置を計測するための第２マークとを有する被検物の位置を計測する計測装置であって、
    前記第１マークと前記第２マークとが撮像視野内に収まっている状態で、前記第１マークと前記第２マークとを撮像する撮像部と、
    第１偏光方向の第１偏光光と、前記第１偏光方向とは方向が異なる第２偏光方向の第２偏光光を生成する偏光素子と、
    を含み、
    前記第１偏光光が前記第１マークを照明して、前記第１偏光光で照明された前記第１マークからの光が前記撮像部に入射し、
    前記第２偏光光が前記第２マークを照明して、前記第２偏光光で照明された前記第２マークからの光が前記撮像部に入射する、ことを特徴とする計測装置。
  2. 前記第１マークと前記第２マークとを照明する照明光学系を更に含み、
    前記偏光素子は、前記照明光学系に含まれている、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
  3. 前記偏光素子は、前記照明光学系の瞳面に配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
  4. 前記照明光学系は、光源からの光を用いて第１光と第２光とを生成する光学素子を含み、
    前記光学素子は、第１角度分布で前記第１マークを照明するように前記第１光を生成し、前記第１角度分布とは異なる第２角度分布で前記第２マークを照明するように前記第２光を生成する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の計測装置。
  5. 前記光学素子は、前記第１光を生成する領域と前記第２光を生成する領域とを有する１つの部材によって構成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
  6. 前記偏光素子は、前記光学素子と前記被検物との間の光路上に配置されている、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の計測装置。
  7. 前記偏光素子は、前記光学素子により前記第１角度分布に形成された前記第１光に対して前記第１偏光光を生じさせ、前記光学素子により前記第２角度分布に形成された前記第２光に対して前記第２偏光光を生じさせる、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の計測装置。
  8. 前記光学素子は、回折光学素子、マイクロレンズアレイおよび空間変調器のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の計測装置。
  9. 前記計測装置は、複数種類の前記光学素子と、複数種類の前記光学素子のうち光路上に配置する光学素子を切り換える切換部とを更に含む、ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の計測装置。
  10. 前記計測装置は、複数種類の前記偏光素子と、複数種類の前記偏光素子のうち光路上に配置する偏光素子を切り換える切換部とを更に含む、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の計測装置。
  11. 前記偏光素子は、偏光子、旋光子および波長板のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の計測装置。
  12. 前記偏光素子は、前記第１マークに互いに異なる角度で斜めに入射する複数の第１偏光光を生成し、前記第１偏光方向は前記第１マークへの入射時の偏光方向が前記第１方向に平行であり、
    前記偏光素子は、前記第２マークに互いに異なる角度で斜めに入射する複数の第２偏光光を生成し、前記第２偏光方向は前記第２マークへの入射時の偏光方向が前記第２方向に平行である、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の計測装置。
  13. 基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
    被検物としての前記基板の位置を検出する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の計測装置と、
    前記計測装置での計測結果に基づいて、前記基板の位置を制御する制御部と、
    を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
  14. 請求項１３に記載のリソグラフィ装置を用いて基板上にパターンを形成する形成工程と、
    前記形成工程でパターンが形成された前記基板を加工する加工工程と、を含み、
    前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
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