JP7500258B2 - 検出装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法、及び検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置等におけるマークの検出装置等に関する。

例えば光硬化型インプリント装置においては、まず、基板の上のインプリント領域であるショットにインプリント材（光硬化性樹脂）を供給する。インプリント材に型（モールド）のパターンを押し付けた状態でインプリント材に光を照射することによってインプリント材を硬化させる。硬化した樹脂から型を引き離すことにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。

基板上のインプリント材に型のパターンを押印するためには、基板と型との正確な位置合わせを必要とする。インプリント装置における基板と型との位置合わせには、型に形成されたマークと、ショット毎に基板に形成されたマークとを検出することによって位置合わせを行う、いわゆるダイバイダイ方式が知られている。

特許文献１には、型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、基板面におけるＸ方向とＹ方向の位置を求める検出器を有するインプリント装置が記載されている。具体的には、Ｘ方向位置を検出するためのＸマークを照明するための照明領域と、
Ｙ方向位置を検出するためのＹマークを照明するための照明領域を持ち、それぞれの照明領域でＸマークとＹマークからの光を１つの撮像素子で撮像する。

特開２０１７－４１６０８号公報

特許文献１に記載の検出器では、例えば、回折光学素子などの光学素子の取り付け誤差があった場合に、Ｘマークを照明するための照明領域の外でＸマークを検出してしまう可能性がある。その場合には、マーク位置の計測精度が悪化したり、マーク位置の計測自体が失敗したりしてしまう。

また、マーク位置をずらしつつ計測を行い、計測精度が良く、計測が成功する場所を手作業で探すことも可能である。しかし、光学素子の取り付け位置が経時変化する場合は、手作業で探す作業を頻繁に行うこととなり、装置の運用コストが増大し、生産性の低下を招いてしまう。
そこで、本発明は、位置検出精度の高い検出装置を提供することを目的とする。

検出装置において、
被照明面と光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面を照明するための照明光を形成するための領域と、前記領域の周囲に形成され前記被照明面で前記照明光を遮光するための領域とを含む光学素子と、
前記被照明面に配置されたマークからの光を受光する受光素子と、
前記光学素子において前記照明光によって照明された前記マークからの光が受光された領域の境界を検出することにより、前記光学素子のずれを検出する検出部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、位置検出精度の高い検出装置を実現することができる。

インプリント装置の概要図である。 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照明および検出の様子を示す図である。 アライメントマークからの光の検出信号を示す図である。 マークの照明光と検出画像との関係を示す図である。 アライメントスコープ１７２の構成を示すである。 光学素子１の構成を示す図である。 光学素子１の回折作用を説明するための図である。 照明光学系の瞳面における光強度分布を示す図である。 開口絞りの構成を示す図である。 アライメントスコープ１７２による検出信号を示す図である。 光学素子の取り付け誤差がある場合について示した図である。 ハッチング状の領域ずれ計測用マークを示した図である。 横長のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを示した図である。 縦長のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを示した図である。 横長と縦長の両方のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを示した図である。

以下、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実施例を用いて説明する。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。

図１はインプリント装置の概要図であり、図１を参照しながら実施例のインプリント装置について説明する。ここでは、リソグラフィ装置の一例として、ＵＶ光（紫外光）の照射によってインプリント材（樹脂）を硬化させるＵＶ光硬化型インプリント装置を例に説明する。ただし、他の波長域の光の照射によって樹脂を硬化させるインプリント装置や、他のエネルギー（例えば、熱）によって樹脂を硬化させるインプリント装置に適用することも可能である。
また、リソグラフィ装置の一例として、原板（マスク、レチクル）を介して基板を露光してパターンを形成する露光装置であってもよい。リソグラフィ装置の一例として、凹凸パターンがない平面部を有するモールド（平面テンプレート）を用いて基板の組成物を平坦化するように成形する平坦化装置であってもよい。また、リソグラフィ装置の一例として、荷電粒子光学系を介して荷電粒子線（電子線やイオンビームなど）で基板に描画を行って、基板にパターン形成を行う描画装置などの装置であってもよい。

インプリント装置１００は、インプリント処理を繰り返すことによって基板Ｗ（ウエハ）上の複数のショット領域にパターンを形成するように構成されている。ここで、インプリント処理は、型（モールド）Ｍのパターン部をインプリント材に接触させて、押し付けた（押印）状態で該インプリント材を硬化させることによって基板Ｗ上の１つのショット領域にパターンを形成する処理である。インプリント装置１００は、硬化ユニット１２０と、型操作機構１３０と、型形状補正機構１４０と、基板駆動部１６０と、検出器１７０と、塗布機構１８０と、観察スコープ１９０と、制御部ＣＮＴとを含む。制御部ＣＮＴにはコンピュータとしてのＣＰＵが内蔵されており、制御部ＣＮＴはメモリに記憶されたプログラムに基づき装置全体の各種動作を実行させる制御手段として機能する。

また、インプリント装置１００は、図示を省略しているが、型操作機構１３０を保持するためのブリッジ定盤、基板駆動部１６０を保持するためのベース定盤なども有する。図１においては、基板Ｗの表面に平行な面内にＸ軸及び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。

硬化ユニット１２０は、透明な型Ｍを通過して、基板Ｗ上のインプリント材（樹脂、レジスト）Ｒに紫外光を照射してそれを硬化させる。インプリント材Ｒは、紫外光硬化樹脂である。硬化ユニット１２０は、例えば、光源部１１０と、光学系１１２とを含む。光源部１１０は、例えば、紫外光（例えば、ｉ線、ｇ線）を発生する水銀ランプなどの光源と、該光源が発生した光を集光する楕円鏡とを含む。

光学系１１２は、インプリント材Ｒを硬化させるための光をショット領域内のインプリント材に照射するためのレンズ、アパーチャ、ハーフミラーＨＭなどを含む。アパーチャは、画角制御や外周遮光制御に使用される。画角制御によって目標とするショット領域のみを照明することができ、外周遮光制御によって紫外光が基板のショット領域を超えて照射されることを制限することができる。

光学系１１２は、型を均一に照明するためにオプティカルインテグレータを含んでもよい。アパーチャによって範囲が規定された光は、光学系１１２内の結像光学系と型Ｍを介して、型Ｍとインプリント材Ｒが接触した状態で、基板上のインプリント材Ｒに入射する。型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る。型Ｍ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。

型操作機構１３０は、例えば、型Ｍを保持する型チャック１３２と、型チャック１３２を駆動することによって型Ｍを駆動する型駆動機構１３４と、型駆動機構１３４を支持する型ベース１３６とを含む。型駆動機構１３４は、型Ｍの位置を６軸に関して制御する位置決め機構、および、型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から型Ｍを分離したりする機構を含む。ここで、６軸は、型チャック１３２の支持面（基板Ｗを支持する面）をＸＹ平面、それに直交する方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびそれらの各軸回りの回転である。

型形状補正機構１４０は型チャック１３２に搭載されている。型形状補正機構１４０は、例えば、空気や油等の流体で作動するシリンダを用いて型を外周方向から加圧することによって型Ｍの形状を補正することができる。或いは、型形状補正機構１４０は、型Ｍの温度を制御する温度制御部を含み、型Ｍの温度を制御することによって型Ｍの形状を補正する。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。

型形状補正機構１４０は、このような基板Ｗの変形に応じて、型Ｍのパターンと基板Ｗ上の既パターンとのオーバーレイ誤差が許容範囲に収まるように型Ｍの形状を補正する。
基板駆動部１６０は、例えば、基板Ｗを吸着することで保持する基板チャック１６２と、基板チャック１６２を駆動することによって基板Ｗを駆動する基板ステージ１６４と、不図示のステージ駆動機構を含みうる。ステージ駆動機構は、基板ステージ１６４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。

検出器（検出装置）１７０は、例えば、アライメントスコープ１７２と、ステージ機構１７４と、光学系１７５を含む。検出器１７０は、型Ｍと基板Ｗ上のショット領域との相対位置（位置ずれ）を検出する。アライメントスコープ１７２は、型Ｍに形成されているアライメントマークと、基板Ｗ上に形成されているアライメントマークとを検出する。

ステージ機構１７４は、基板Ｗ上のマークの位置に基づいて、アライメントスコープ１７２の位置決めを行う。光学系１７５は、アライメントスコープ１７２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む。

塗布機構１８０は、基板Ｗ上にインプリント材を塗布する。塗布機構１８０は、インプリント材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を基板に対して吐出するノズルと、該供給路に設けられたバルブと、供給量制御部とを有しうる。供給量制御部は、典型的には、１回のインプリント材の吐出動作において１つのショット領域にインプリント材が塗布されるように、バルブを制御することによって基板Ｗ上へのインプリント材の供給量を制御する。

観察スコープ１９０はショット領域全体を観察するためのスコープであり、ショット領域全体を撮像する撮像素子を有する。観察スコープ１９０は、型Ｍとインプリント材Ｒとの接触状態や、型Ｍのパターンの凹凸部への、インプリント材Ｒの充填の進み具合の確認のために使用する。

インプリント装置１００によるインプリント処理について説明する。制御部ＣＮＴは、まず、基板Ｗを基板チャック１６２上に搬送させ、この基板Ｗを基板チャック１６２上に固定させる。続いて、制御部ＣＮＴは、基板ステージ１６４を塗布機構１８０による塗布位置へ移動させ、その後、塗布機構１８０は、塗布工程として基板Ｗの所定のショット（インプリント領域）にインプリント材Ｒを吐出することによって塗布する（塗布工程）。次に、制御部ＣＮＴは、基板Ｗ上の塗布面が型Ｍの直下に位置するように、基板ステージ１６４を移動させる。

次に、制御部ＣＮＴは、型駆動機構１３４を駆動させ、基板Ｗ上のインプリント材Ｒに型Ｍを押型（押圧）する（押型工程）。このとき、インプリント材Ｒは、型Ｍの押型により型Ｍに形成されたパターン面に沿って流動する。さらにこの状態で、検出器１７０は基板Ｗ及び型Ｍに配置されたマークからの光を検出し、検出結果に基づいて制御部ＣＮＴは、基板ステージ１６４の駆動による型Ｍと基板Ｗとの位置合わせ、及び型Ｍの補正機構による補正などを実施する。

そして、インプリント材Ｒの型Ｍのパターン面への流動（充填）と、型Ｍと基板Ｗとの位置合わせ及び型Ｍの補正等が十分になされた後で、硬化ユニット１２０は型Ｍの背面（上面）から紫外線を照射する。これによって、型Ｍを透過した紫外線によりインプリント材Ｒが硬化される（硬化工程）。続いて、型駆動機構１３４を再駆動させ、型Ｍを基板Ｗから離型させること（離型工程）により、基板Ｗ上のインプリント材Ｒに型Ｍの凹凸パターンが転写される。

次に、アライメントマークと、従来のアライメントスコープＳについて図２～図５を用いて説明する。図２はアライメントマークを示す図であり、マーク観察領域４において、型Ｍに形成されたアライメントマークとしてのパターン２ａ、２ｂと、基板Ｗ上の形成されたアライメントマークとしてのパターン３ａ、３ｂとが重なった状態を示す。マーク観察領域４は、アライメントスコープＳの観察視野である。

なお、リソグラフィ装置がレチクルを用いてパターンを基板に形成する露光装置の場合には上記アライメントマーク（位置合わせ用のマーク）としてのパターン２ａ、２ｂはレチクルに設けても良い。
パターン２ａ、２ｂは、Ｙ方向の格子ピッチＰ１とＸ方向の格子ピッチＰ２とを有するチェッカーボード状の格子パターンである。パターン３ａ、３ｂは、Ｘ方向にのみＰ２とは異なる格子ピッチＰ３を有する格子パターンである。

この２つの格子パターンを重ねた状態で、格子パターンからの回折光が干渉して形成されるモアレ縞（干渉光）が検出される。パターン２ａとパターン３ａは、型Ｍと基板Ｗ（被検物）のＸ方向の相対位置を検出するためのマーク（第１アライメントマーク）である。
パターン２ｂとパターン３ｂは、型Ｍと基板ＷのＹ方向の相対位置を検出するためのマーク（第２アライメントマーク）である。パターン２ｂのＹ方向ピッチとパターン３ｂのＹ方向ピッチも異なる。

図３はアライメントマークの照明および検出の様子を示す図である。従来のアライメントスコープＳは、型Ｍ上のパターン２ａ、２ｂと、基板Ｗ上のパターン３ａ、３ｂを、図３に記載の、照明光学系の瞳面上の照明光ＩＬ１～ＩＬ４で照明する。そして、アライメントスコープＳは、型Ｍを介して検出開口Ｄ１を通ったパターン２ａ、３ａからの光およびパターン２ｂ、３ｂからの光を検出する（スルー・ザ・モールド（ＴＴＭ）検出）。

これにより、パターン２ａ、３ａとパターン２ｂ、３ｂをアライメントスコープＳで同時に観察することができる。図４はアライメントマークからの光の検出信号を示す図である。パターン２ａ、３ａは照明光ＩＬ１及びＩＬ２からの光で照明されて、パターン２ａ、３ａで回折された光が、図４（Ａ）に記載のモアレ縞信号として撮像素子等で検出される。

このモアレ縞信号から、パターン２ａとパターン３ａの相対位置、つまり、型Ｍと基板Ｗの相対位置が求められる。また、パターン２ｂ、３ｂは照明光ＩＬ３及びＩＬ４からの光で照明されて、パターン２ｂ、３ｂで回折された光が、図４（Ｂ）に記載のモアレ縞信号として検出される。

なお、パターン２ａ、３ａの計測を行う為に使用する照明光ＩＬ１、ＩＬ２と、パターン２ｂ、３ｂの計測を行う為に使用する照明光ＩＬ３、ＩＬ４と、によってパターン２ａ、３ａ、２ｂ、３ｂが照明される。つまり、Ｘ、Ｙ方向位置の同時計測を行うために、照明光ＩＬ１～ＩＬ４でマークの同時照明をおこなっている。

図４（Ａ）に示したように、Ｘ方向位置の計測では、Ｘ方向位置の計測に用いない照明光ＩＬ３、ＩＬ４からの光が、パターン２ａ、３ａのエッジ（端）で散乱してしまい、フレアとなってモアレ縞信号に混入しまう。図４（Ｃ）に、図４（Ａ）におけるモアレ縞信号の断面における信号強度（撮像素子の受光面上の光強度分布）を示す。

パターン２ａ、３ａのエッジによる散乱光がモアレ縞信号に入り、信号強度の端のピークが大きくなって影響が出ていることが分かる。４周期あるモアレ縞信号の内、２周期は散乱光の影響を受けてしまい、位置計測精度に影響が出てしまう。また、Ｙ方向位置の計測についても同様であり、Ｙ方向位置の計測に用いない照明光ＩＬ１、ＩＬ２からの光がパターン２ｂ、３ｂのエッジで散乱してしまい、フレア光となってモアレ縞信号に混入してしまうことが分かった。

また、一般的に、モアレ縞信号が生じないマークを検出する場合でも、検出に使用しない光が散乱光となり位置計測精度に影響を与えることを、図５を用いて示す。図５はマークの照明光と検出画像との関係を示す図である。図５（Ａ）は、Ｘ方向位置計測用のマークとＹ方向位置計測用のマークである。図５（Ｂ）は、照明光学系の瞳面における照明光ＩＬ１、ＩＬ２（Ｙ方向の角度分布）でマークを照明したときの、撮像素子で検出されるマークからの光の検出信号（検出画像）を示したものである。

照明光ＩＬ１、ＩＬ２で照明した場合、Ｘ方向位置計測用のマークからの光は検出されず、Ｙ方向位置計測用のマークからの光の信号のみが検出される。図５（Ｃ）は、照明光学系の瞳面における照明光ＩＬ３、Ｉｌ４（Ｘ方向の角度分布）でマークを照明したときの、マークからの光の検出信号（検出画像）を示したものである。照明光ＩＬ３、Ｉｌ４で照明した場合、Ｙ方向位置計測用のマークからの光は検出されず、Ｘ方向位置計測用のマークからの光の信号のみが検出される。

図５（Ｄ）は、照明光学系の瞳面における照明光ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４で照明したときの、マークからの光の検出信号（検出画像）を示したものである。Ｘ、Ｙ方向位置計測用のマークからの光の信号が同時に検出できるが、非計測方向からの照明光によりマークのエッジ部が光り、検出信号に位置計測には不要な散乱光が発生してしまう。
図５（Ｄ）では、散乱光を黒太線で示した。散乱光は計測方向における検出信号において強度をもつため、その検出信号を用いると計測誤差となる。

次に、上記の問題を解決するアライメントスコープ１７２の詳細を図６～９を用いて説明する。アライメントスコープ１７２は、型Ｍに形成されたパターン２ａ、２ｂと基板Ｗ上のパターン３ａ、３ｂを照明する照明光学系と、パターン２ａ、３ａからの光およびパターン２ｂ、３ｂからの光を検出する検出光学系とを有する。アライメントマークとしてのパターンは上述のパターンと同様である。

図６はアライメントスコープ１７２の構成を示すであり、図６に示すように、照明光学系は、不図示の光源と、光学素子１、照明光学系の瞳面に配置された開口絞り２０、分離プリズム３０を有し、マーク観察面４０（被照明面）を照明する。このマーク観察面４０は、基板ステージ１６４をＸやＹ方向に動かし、型操作機構１３０をＺ下方向に駆動することにより、型Ｍの表面のみを観察面としても良い。また、型Ｍを基板Ｗ或いはその上のインプリント材Ｒに押し付けた状態で観察面としても良い。

また、型Ｍが基板Ｗと非接触の状態で、基板Ｗの表面を観察面としても良い。また、基板ステージ１６４上にステージ基準プレート１６５を配備し、ステージ基準プレート１６５の表面を観察面としても良い。検出光学系は、受光素子５と、マークからの光を受光素子５の受光面に結像するレンズ系から成る。なお、分離プリズム３０は検出光学系を兼用する。

マーク観察面４０と光学素子１とは光学的に共役な位置関係である。即ち、光学素子１は被照明面と光学的に共役な位置に配置されている。マーク観察面４０にあるアライメントマークからの光は、分離プリズム３０の透過部（光軸上近傍）を透過して、受光素子５に到達する。Ｘ方向位置計測用のマークからの光も、Ｙ方向位置計測用のマークからの光も、同一のレンズ（光学系）を透過し、分離プリズム３０の透過部を透過して、受光素子５に到達する。

開口絞り２０は、光学素子１に対してフーリエ変換面（瞳面）に配置されており、光学素子１からの不要光や０次光を遮光するために使用する。開口絞り２０は、アライメントマークの照明に使用したい部分の光を開口部により透過させ、その他は遮光する。開口絞り２０の開口を透過した光は分離プリズム３０の反射面で反射され、マーク観察面４０を照明する。

光学素子１は、回折光学素子、マイクロレンズアレイ、空間変調器（Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｒｒｏｒ ａｒｒａｙ）、プリズムなどの光の角度を偏向させるものを適用することができる。光学素子１は、光源からの光で像面を照明する１つの照明光学系の光路内に配置されている。

図７は光学素子１の構成を示す図である。ここでは、回折光学素子の例を示す。光学素子１は、光学素子１に光が垂直に入射したときに、Ｙ方向に回折角度φで回折するＡ領域（第１の領域）と、Ｘ方向に回折角度φで回折するＢ領域（第２の領域）を有している。即ち、光学素子１は、被照明面を第１の角度分布で照明する照明光を形成する第１の領域と、前記第１の角度分布とは異なる第２の角度分布で前記被照明面を照明する照明光を形成する第２の領域とを含む。
図８は光学素子１の回折作用を説明するための図である。Ａ領域によってＹ方向に回折角度φで回折した光を図８（Ａ）に黒丸で示し、Ｂ領域によってＸ方向に回折角度φで回折した光を図８（Ｂ）に黒丸で示す。

図９は照明光学系の瞳面における光強度分布を示す図である。Ａ領域に最大入射角度θ／２で入射した光束は、図９（Ａ）に示すように、瞳面（開口絞り２０）の位置において、角度θとＹ方向の回折角度φをコンボリューションした分布（黒丸）となる。図９（Ａ）に示す角度分布（第１角度分布）により、マーク観察面４０における、Ａ領域に対応する（共役な）位置の部分（第１部分）を照明する。同様にＢ領域に最大入射角度θ／２で入射した光束は、図９（Ｂ）に示すように、瞳面（開口絞り２０）の位置において、角度θとＸ方向の回折角度φをコンボリューションした分布（黒丸）となる。

図９（Ｂ）に示す角度分布（第２角度分布）により、マーク観察面４０における、Ｂ領域に対応する（共役な）位置の部分（第２部分）を照明する。Ａ領域とＢ領域を１枚のガラス板（１つの光学部材）上に設けられた例を示したが、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を隣接させて構成してもよい。

図１０は開口絞り２０の構成を示す図である。開口絞り２０は、アライメントマークの照明に使用したい部分の光を開口部ＩＬ１Ａ、ＩＬ２Ａ、ＩＬ３Ａ、ＩＬ４Ａにより透過させ、その他は遮光する。開口部ＩＬ１Ａ、ＩＬ２Ａを透過した照明光が、マーク観察面４０における、Ａ領域に対応する位置の部分を照明し、開口部ＩＬ３Ａ、ＩＬ４Ａを透過した照明光が、マーク観察面４０における、Ｂ領域に対応する位置の部分を照明する。光学素子１からの０次光は、開口絞り２０の遮光部分で遮光される。

アライメントマークを照明する光の角度分布は、マーク観察面４０における、Ａ領域に対応する部分ではＹ方向の角度分布（第１角度分布）、マーク観察面４０における、Ｂ領域に対応する部分ではＸ方向の角度分布（第２角度分布）となる。マーク観察面４０における、Ａ領域に対応する位置の部分には、パターン２ａとパターン３ａのような、型Ｍと基板ＷのＸ方向の相対位置を検出するためのマーク（第１アライメントマーク）が配置されている。

また、マーク観察面４０における、Ｂ領域に対応する位置の部分には、パターン２ｂとパターン３ｂのような、型Ｍと基板ＷのＹ方向の相対位置を検出するためのマーク（第２アライメントマーク）が配置されている。そのため、第１角度分布で照明された第１アライメントマークからの光と、第２角度分布で照明された第２アライメントマークからの光と、を受光素子５で検出する。

このように、アライメントスコープ１７２により、マーク観察面４０における、Ａ領域に対応する部分ではＹ方向の角度分布の照明光、マーク観察面４０における、Ｂ領域に対応する部分ではＸ方向の角度分布の照明光が形成される。つまり、マーク観察面４０における、Ａ領域に対応する部分（第１アライメントマーク）はＸ方向の角度分布の照明光で照明されないため、従来、Ｘ方向位置計測用マークの左右で発生していた照明光ＩＬ３、４による散乱光は発生しない。

また、マーク観察面４０における、Ｂ領域に対応する部分（第２アライメントマーク）はＹ方向の角度分布の照明光で照明されないため、従来Ｙ方向位置計測用マークの上下で発生していた照明光ＩＬ１、２による散乱光が発生しない。

図１１はアライメントスコープ１７２による検出信号を示す図であり、Ａ領域に対応する部分（第１アライメントマーク）のパターン２ａとパターン３ａで回折された光によるモアレ縞信号のＸ方向断面における信号強度を示す。信号強度の端において散乱光が無くなることにより、本来の位置計測に用いられる４周期の信号を精度よく検出することが可能となっている。このように、位置計測対象とする方向が互いに異なる複数のマークに対し、互いに異なる照明光（角度分布）で照明することにより、不要な散乱光を発生することなく、アライメントマークからの光を検出することが可能である。

このようにアライメントスコープ１７２の受光素子５により検出された、Ａ領域に対応する部分（第１アライメントマーク）のパターン２ａとパターン３ａで回折された光によるモアレ縞信号のデータは、制御部ＣＮＴなどのデータ処理部へ送信される。そして、データ処理部は、そのモアレ縞信号のデータからピーク位置を特定し、型Ｍと基板Ｗ（ショット領域）のＸ方向における相対位置を求めることができる。

モアレ縞信号のデータには、散乱光による不要光が含まれていないため、Ｓ／Ｎ比が高いため、位置計測精度の低下を抑えることができる。そして、制御部ＣＮＴは、求められた相対位置に基づいて基板ステージ１６４を駆動して、型Ｍと基板Ｗ（ショット領域）との位置合わせを行う。なお、相対位置を求めることなく、モアレ縞信号のピーク位置に基づいて型Ｍと基板Ｗ（ショット領域）との位置合わせを行ってもよい。
ここで、図１２は光学素子の取り付け誤差がある場合について示した図である。

図１２に示すようなＡ～Ｅ領域を有する光学素子１の取り付け誤差がある場合を想定する。なお、光学素子１において、例えばＡ領域とＣ領域ではＹ方向の角度分布の照明光、Ｂ領域とＤ領域ではＸ方向の角度分布の照明光が形成され、Ｅ領域ではＸＹ方向の角度分布の照明光が形成されるものとする。
ここで、例えば本来図１２（Ａ）のような配置の光学素子１で照明されるはずが、図１２（Ｂ）のように、光学素子１の全ての領域が一様に大幅にずれた状態で取り付けられてしまい、そのまま照明されてしまう場合がある。

そのため、各領域がずれると、基板ステージ１６４やアライメントスコープ１７２を設計値通りに動かしても、Ｘ方向位置計測用マークがＡ領域の外で照明される可能性がある。また、同様に、Ｙ方向位置計測用マークがＢ領域の外で照明される可能性がある。このように、領域外でアライメントマークが照明され、その照明されたアライメントマークの信号を受光素子５が受光した場合、マーク位置の計測精度が悪化したり、マーク位置の計測自体が失敗したり、アライメント精度の悪化につながる。

なお、図１２（Ａ）、（Ｂ）で黒く塗られている部分は遮光された領域であり、照明はされないので、この遮光された領域に対応した位置のマークからは、何も検出されない。そのため、計測用マークが照明されなかった場合は、計測自体が失敗してしまう。
なお、図６の光学素子１で、例えば、素ガラスの領域を設けると、素ガラスの領域では光が回折されないので、開口絞り２０にて素ガラスの領域に入射される光が全て遮光され、マーク観察面４０（被照明面）において遮光された領域が形成される。従って図１２において黒く塗られている領域は光学素子１において素ガラスの領域とすることができる。

また、マーク観察面４０（被照明面）において、計測用マークなどの反射物が無ければ、マーク観察面４０で照明光が回折も散乱もしないため、分離プリズム３０で照明光が透過せず、照明光を受光素子５が受光できず、全領域が真っ暗な状態で検出される。そのため、図１２（Ｂ）のように全ての領域がマーク観察面４０のマークからずれてしまった場合、マークが検出されないので領域ずれがどの程度あるのかを調べることも出来ない。

そこで、Ａ領域に対応する部分でＹ方向の角度分布の照明光が形成されている場合、基板ステージ１６４やアライメントスコープ１７２を少しずつ動かしてはスコープで観察する作業を行う。これによって、Ｘ方向位置計測用マークの設計上の目標位置がＡ領域に対してどの程度Ｘ方向にずれているか調べ、そのずれ量を基板ステージ１６４やアライメントスコープ１７２の駆動位置に反映させることができる。

このため、光学素子１の取り付け誤差があっても、計測用マークを計測することが可能である。しかし、光学素子１の取り付け位置が経時変化する場合は、手作業で探す作業を頻繁に行うこととなり、装置の運用コストが増大したり、生産性の低下を招いたりする場合がある。

図１３はハッチング状の領域ずれ計測用マークを示した図である。本実施例では、図１３（Ａ）のようなハッチング状の領域ずれ計測用マークを例えば図１のステージ基準プレート１６５の上に配置する。即ち、被照明面としてのステージ基準プレート１６５の上に配置された領域ずれ計測用マーク（ハッチング状マーク）を有する。

そして、ハッチング状の領域ずれ計測用マークを、図１３（Ｂ）のように、例えばＡ領域（第１の領域）とＢ領域（第２の領域）等で照明しつつ、基板ステージ１６４やアライメントスコープ１７２を動かす。それによって、照明されたハッチング状マークの例えば角の２辺を短時間で検出することができる。即ち、アライメントスコープ１７２は、光学素子１の第１の領域と第２の領域による照明位置をずらしながら領域ずれ計測用マークからの反射光を検出することによって、領域ずれ計測用マークの位置を検出することができる。

そして領域ずれ計測用マークの所定の角の２辺が検出できたときの、光学素子１のずれ方向とずれ量を検出することによって、光学素子の取り付け誤差を検出できる。勿論、第１の領域と第２の領域による照明位置をずらさなくても最初から図１３（Ｃ）のように、領域ずれ計測用マークの所定の角の位置が検出できれば、光学素子の取り付け誤差を検出できる。

このように、検出部としてのアライメントスコープは、光学素子の第１の領域と第２の領域によって照明された領域ずれ計測用マークからの反射光に基づき、光学素子のずれ方向とずれ量を検出している。
なお、図１２～図１６に示すように、第１の領域と前記第２の領域は離れて配置されているので領域ずれ計測用マークの所定の角の２辺を検出しやすくなっている。

また第１の領域と第２の領域は光学素子１にそれぞれ複数設けられているので、領域ずれ計測用マークの所定の角の２辺をより短時間で検出しやすいという効果がある。
そして、ハッチング状マークの例えば角の２辺と例えばＡ領域とＢ領域の位置関係に基づき、ハッチングマークのずれ方向とずれ量を検出することが出来る。

そしてアライメントスコープ（検知部）１７２で検知した角の２辺の位置の平均値などの統計情報に基づき、光学素子１の取り付け誤差を自動的に算出し、その誤差をゼロに近づけるように自動的に位置制御することが出来る。
即ち、上記のずれ方向とずれ量がわかれば、例えばインプリント装置において、モールドのアライメントマークと基板のアライメントマークに光を照射する際に、予め上記ずれを補正して照射することができる。

つまり、例えば図１２（Ｂ）のように位置がずれている光学素子からの光を、図１２（Ａ）のような状態になるように、例えば基板ステージ等の位置をずらした上で、アライメントマークに照射することができ、短時間で高精度の位置合わせが可能となる。
なお、前記ずれ方向とずれ量に応じて、基板ステージ等の位置をずらす代わりに、アライメントスコープ１７２の位置や、光学素子１の位置をずらすようにしても良い。

なお、本実施例では、ハッチング状の領域ずれ計測用マーク（ハッチングマーク）を用いているので各セグメントのエッジ部に照明された光が散乱する。
従って、Ｙ方向の角度分布の照明光であっても、Ｘ方向の角度分布の照明光であっても、ＸＹ方向両方の角度分布の照明光であっても、検出することが可能である。
なお、遮光された領域とハッチングマークの境界を検出する際、Ａ領域とＢ領域の両方を用いて検出しても良いし、Ａ領域とＢ領域の一方だけを用いて検出しても良い。

更にまた、図１３（Ｃ）のように、Ａ領域とＢ領域とＣ領域とＤ領域とＥ領域のいずれか複数の、隣接していない領域から、遮光された領域とハッチングマークの境界を検出する。そして、その検出した境界の位置の平均値などの統計情報から、光学素子１の取り付け誤差を自動的に算出しても良い。Ａ領域～Ｅ領域など、或いは更に多数の領域を用いれば短時間でマークの角を見つけることができる。

次に図１４を用いて領域ずれ計測用マークの他の例を説明する。図１４は横長のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを示した図である。図１４（Ａ）では、Ｘ方向のラインアンドスペース（平行な複数のストライプからなるパターン）の領域ずれ計測用マークを例えばステージ基準プレート１６５に配備する。
そして、図１４（Ｂ）のように、例えばＡ領域とＢ領域で照明されるように、基板ステージ１６４やアライメントスコープ１７２を駆動させると、Ｂ領域では照明光の向きとラインアンドスペースの向きが異なるため、検出されない。

一方、Ａ領域では、ラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークが検出される。従って、図１４（Ｃ）の矢印が示すようにラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークと遮光された領域の境界を１方向分だけ求めることが出来る。

次に図１５を用いて領域ずれ計測用マークの更に他の例を説明する。図１５は縦長のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを示した図である。
図１５（Ｂ）のように、例えばＣ領域とＤ領域で照明されるように、基板ステージ１６４やアライメントスコープ１７２を駆動させると、Ｃ領域では照明光の向きとラインアンドスペースの向きが異なるため、検出されない。

一方、Ｄ領域では、ラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークが検出されるため、図１５（Ｃ）の矢印が示すようにラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークと遮光された領域の境界を１方向分だけ求めることが出来る。
このように、図１４、図１５のように２種類のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを用いることで、ＸＹ方向両方で光学素子１の取り付け誤差を自動で算出することが出来る。

次に図１６を用いて領域ずれ計測用マークの別の例を説明する。図１６は横長と縦長の両方のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを示した図である。図１６（Ａ）のように、横長と縦長の、互いに直交する２種類のラインアンドスペースをそれぞれ含むように構成された領域ずれ計測用マークを用いる。
それによって、図１６（Ｂ）の例えばＡ領域からＸ方向の領域ずれ、Ｂ領域、Ｄ領域からＹ方向の領域ずれを検出し、ＸＹ方向両方で光学素子１の取り付け誤差を自動で算出することも可能である。

なお、アライメントスコープ１７２の別の例としては、光学素子１を用いることなく開口絞りで照明光を形成する場合でも、以下の処理を時間的に分離して行う事が出来る。つまり、開口絞りで第１角度分布の照明光を形成してＡ領域に対応する部分を照明して受光素子で画像を取得する。また、開口絞りで第２角度分布の照明光を形成してＢ領域に対応する部分を照明して受光素子で画像を取得する。この場合、開口絞りの複数の開口を選択的に遮光したり、開口絞りを回転させたり、開口位置が互いに異なる複数の開口絞りを切り替えて光路内に配置したりすることによって、種々の照射角度分布を形成することできる。

以上のように、実施例においては、光学素子１の例えばＸ方向、Ｙ方向、ＸＹ方向の角度分布の照明光が形成される領域を用いて、例えばハッチング形状の領域ずれ計測用マークを照明、検出している。従って、遮光された領域と領域ずれ計測用マークの角の２辺を効率的に検出することが出来る。あるいは、Ｘ方向の角度分布の照明光が形成される領域で、縦長のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを照明、検出することができる。

あるいは、Ｙ方向の角度分布の照明光が形成される領域で、横長のラインアンドスペースの領域ずれ計測用マークを照明、検出することにより、遮光された領域と領域ずれ計測用マークの境界（角の２辺）を効率的に検出することが出来る。これらの境界の検出を利用することで、光学素子１の取り付け誤差を補正し、位置検出精度を高めることができる。また、位置ずれ検出のための効率を向上することが出来る。
［物品の製造方法］

以上のような検出装置や検出方法を用いることによって、物品（半導体集積回路デバイス、液晶表示デバイス、ＭＥＭＳ、ハードディスク、カラーフィルタ等）をリソグラフィ装置により製造することができる。即ち、物品の製造方法において、実施例の検出部によって光学素子１の取り付け位置のずれ方向とずれ量を検出するステップと、このずれ方向とずれ量に基づき、型またはレチクルのパターンと基板上の位置合わせを行うステップとを含む。更にインプリント装置や露光装置等のリソグラフィ装置によって、基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）にパターンを転写（形成）するステップを含む。

さらに、該製造方法は、パターンが形成された基板をエッチングやダイシングなどで加工するステップを含みうる。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、エッチングステップの代わりに、パターンを転写された前記基板を加工することによって物品を製造する他の加工ステップを含みうる。本物品製造方法は、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１つにおいて有利である。

以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
なお、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して検出装置に供給するようにしてもよい。そしてその検出装置におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

１ 光学素子
５ 受光素子
２０ 開口絞り
４０ マーク観察面
１６４ 基板ステージ
１７２ アライメントスコープ

Claims (12)

1. 被照明面と光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面を照明するための照明光を形成するための領域と、前記領域の周囲に形成され前記被照明面で前記照明光を遮光するための領域とを含む光学素子と、
   前記被照明面に配置されたマークからの光を受光する受光素子と、
   前記光学素子において前記照明光によって照明された前記マークからの光が受光された領域の境界を検出することにより、前記光学素子のずれを検出する検出部と、を有することを特徴とする検出装置。
2. 前記光学素子は、前記被照明面を第１の角度分布で照明する照明光を形成する第１の領域と、前記第１の角度分布とは異なる第２の角度分布で前記被照明面を照明する照明光を形成する第２の領域と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 開口絞りと、を有し、
   前記第１の領域と前記第２の領域を離間して配置することで、前記開口絞りにより前記マークの配置面に遮光された領域を形成し、
   前記検出部は、前記マークと前記遮光された領域の境界を検出することによって前記光学素子のずれを検出することを特徴とする、請求項２に記載の検出装置。
4. 前記マークは、ハッチングマークを含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の検出装置。
5. 前記マークは、ラインアンドスペースのマークを含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の検出装置。
6. 前記マークは、互いに直交する２種類のラインアンドスペースのマークを含むことを特徴とする請求項５に記載の検出装置。
7. 前記光学素子のフーリエ変換面に配置された絞りを有することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の検出装置。
8. 前記第１の領域と前記第２の領域は前記光学素子にそれぞれ複数設けられていることを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の検出装置。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の前記検出装置を有し、前記検出部によって検出された前記ずれに基づき、型またはレチクルのパターンと基板上の位置合わせを行って前記基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置。
10. 前記型または前記レチクルと前記基板にそれぞれ位置合わせ用のマークを有することを特徴とする請求項９に記載のリソグラフィ装置。
11. 請求項９または１０に記載のリソグラフィ装置を用いて、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前記基板を加工することによって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。
12. 被照明面と光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面を照明するための照明光を形成するための領域と、前記領域の周囲に形成され前記被照明面で前記照明光を遮光するための領域とを含む光学素子と、前記被照明面に配置されたマークからの光を受光する受光素子と、を有する検出装置を用いる検出方法であって、
    前記光学素子において前記照明光によって照明された前記マークからの光が受光された領域の境界を検出することにより、前記光学素子のずれを検出する検出工程を有することを特徴とする検出方法。
    

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