JP5637931B2 - インプリント装置、インプリント方法およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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インプリント装置におけるマークの検出系に関する。

半導体デバイスの微細化要求が進み、従来のフォトリソグラフィ技術以外に、モールドに形成された微細なパターンと基板上に供給されたインプリント材とを接触させる（押印する）ことでパターンを形成するインプリント技術が注目を集めている。

インプリント技術の一例として、光インプリント方式について説明する。まず、基板（例えば半導体ウエハ）上に光硬化樹脂（以下、インプリント樹脂）からなる層を形成する。次にこのインプリント樹脂と所望の微細な凹凸構造（パターン）が形成されたモールドとを接触させる。次にインプリント樹脂とモールドを接触させたまま、紫外線を照射することでインプリント樹脂を硬化させる。インプリント樹脂を硬化させた後、インプリント樹脂とモールドを引き離すことで基板上に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樹脂とを接触させる前に、ショット毎にアライメントを行う。インプリント装置のアライメントではモールドとウエハに形成されたマークを同時に検出してアライメントできるスルー・ザ・モールド検出系（以下、ＴＴＭ検出系）を使っていた。特許文献１には、モールドの上部からモールドを透過して紫外線を樹脂層に照射するための照明系がモールドの上部に配置されており、照明系を避けるようにＴＴＭ検出系が配置されているインプリント装置が記載されている。

特開２００５−２８６０６２号公報

照明系や照明光束との干渉を避けるようにＴＴＭ検出系を配置するため、照明系の光軸に対して傾けて配置せざるを得なかった。照明系の光軸に対して傾けて配置されたＴＴＭ検出系でウエハをアライメントする為に、ＴＴＭ検出系はリトロー配置となっており、リトロー角で回折した光を取り込む事で信号を検出していた。しかし、リトロー配置されたＴＴＭ検出系では、配置上の制約からＴＴＭ検出系の検出開口数（以下、ＮＡ）も十分に上げることができない為、検出光量が少なくアライメント精度が低下してしまうと言う問題があった。

本発明はＴＴＭ検出系の検出開口数を上げて、基板と型のアライメント精度を向上させることを目的とする。

本発明のインプリント装置は、基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、受光素子と、リレー光学系と、前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記リレー光学系を介して前記受光素子に導く検出系とを有し、前記リレー光学系による前記基板の表面の結像面が前記リレー光学系と前記検出系の間にあり、前記検出系を前記結像面に沿って移動させる手段を有することを特徴とする。

本発明によりＴＴＭ検出系の検出開口数を上げて、基板と型のアライメント精度を向上させることができる。

本発明の第２実施形態のインプリント装置を概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態のインプリント装置を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態のインプリント装置を概略的に示す図である。 本発明の第４実施形態のインプリント装置を概略的に示す図である。 本発明の第５実施形態のインプリント装置を概略的に示す図である。 本発明の第６実施形態のインプリント装置を概略的に示す図である。 基板とアライメントマークを示す図である。 インプリント技術を概略的に示す図である。 従来のインプリント装置を概略的に示す図である。

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。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］
図９は従来のインプリント装置１の構成を概略的に示す図である。インプリント装置１は図９に示すように、インプリント樹脂を硬化させるために照明光３（主に紫外線）を照射する照明系２と、型としてのモールド５を保持するインプリントヘッド４、基板としてのウエハ８を保持するウエハステージ９を備える。さらにインプリント装置１は、ＴＴＭ検出系７、樹脂塗布機構６、制御部１０を備える。

ＴＴＭ検出系７は、モールド５に形成されたモールドアライメントマーク（不図示）とウエハ８に形成されたウエハアライメントマーク（不図示）を検出することができる。アライメントマークの検出結果に基づいて、モールド５とウエハ８の位置合わせをする事ができる。ＴＴＭ検出系７は、内部に設けられた光源を用いて、モールドアライメントマークとウエハアライメントマークに計測光１１（主に可視光や赤外線）を照射し、その反射光を検出する。ＴＴＭ検出系７には反射光を検出する為の受光素子として光電変換素子（例えばＣＣＤ）などを搭載している。

この時、モールドアライメントマークとウエハアライメントマークの位置・フォーカスを合わせることで、モールド５とウエハ８の相対位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。ＴＴＭ検出系７の検出結果は制御部１０に出力され、制御部１０はＴＴＭ検出系７の検出結果に基づいてウエハステージ９もしくはインプリントヘッド４をＸＹ方向に制御することで、モールド５もしくはウエハ８のＸＹ方向における位置を調整することができる。

ＴＴＭ検出系７によるモールド５とウエハ８の位置計測では、ウエハアライメントマークの上部にインプリント樹脂が供給される為、単色光では干渉縞が発生してしまう。そのため、アライメント信号に干渉縞の信号が加算された状態で検出され、高精度に検出できなくなる。また、計測光１１に紫外線領域の光を用いると、今度はウエハアライメントマークの上部に供給されたインプリント樹脂が感光してしまう。従って、一般的にこうしたＴＴＭ検出系７の照明光源としては、広帯域かつ非露光光の波長を持つものが使用され、干渉縞の少ない信号として検出する。ここで、非露光光とはインプリント樹脂を硬化させるために照射する光とは異なる波長を持つ光のことを示す。

モールド５とウエハ８のアライメントが終わると、モールドに形成されたパターンの転写が行われる。樹脂塗布機構６を用いてウエハ８にインプリント樹脂を供給する。インプリントヘッド４はモールド５を保持しながら移動して、ウエハ８に供給されたインプリント樹脂と、モールド５に形成されたパターンを接触させる（押印）。この状態で、インプリント樹脂を硬化させる為に、照明系２から照明光３（紫外線）が照射される。インプリント樹脂が硬化したら、モールド５と硬化したインプリント樹脂とを引き離す（離型）。

インプリント装置１を用いたインプリント技術によるパターン転写方法について図８を用いて説明する。モールド５には基板上のインプリント樹脂に転写するパターン１３が形成されている。

まずは図８（ａ）に示すように、樹脂塗布機構６がインプリント材としてのインプリント樹脂１４をウエハ８上に供給する。ここでは、光を照射することで硬化する光硬化樹脂を用いて説明する。インプリント樹脂１４が供給されたウエハ８を、図８（ｂ）のようにモールド５の真下に来るようにウエハステージ９が移動する。モールド５の真下にインプリント樹脂１４が供給されたウエハ８が来たら、図８（ｃ）のようにモールド５をウエハ８上のインプリント樹脂１４に押し付ける。ここでは、モールド５をインプリント樹脂に対して押し付ける場合を説明したが、ウエハチャックが移動してウエハ８に供給されたインプリント樹脂１４をモールド５に対して押し付けるようにしても良い。また、モールド５とウエハ８を互いに押し付け合うようにしても良い。

モールド５を押し付けた状態で、照明系２からインプリント樹脂１４を硬化させる為の紫外線１５が照射される。インプリント樹脂１４が硬化したら、図８（ｄ）のようにモールド５をインプリント樹脂１４から引き離す。すると、モールド５に形成されたパターン１３がインプリント樹脂１４に転写され、パターン１３と反転したパターン１６を形成する事ができる。

そして、ウエハステージ９を移動させて、次のショットにインプリント樹脂を供給してパターンの転写を行う。このようにウエハ上のショットに対して押印と離型を繰り返すことで、ウエハ８上の全てのショットに微細なパターン１６を形成することができる。

しかし、このモールド５の押印と離型により、ウエハ８に力が加わる。力が加わる事によって、ウエハステージ９に対してウエハ８の位置が図７（ａ）のようにずれてしまうことがある。これは、従来の光露光装置とは異なり、型（モールド）と基板（ウエハ）上に供給されたインプリント樹脂とが接触するためである。図７（ａ）のようにウエハ８がウエハステージ９に対してずれた状態で、次のショットでモールドの押印を行えば、下地のパターンとの重ね合わせが上手くいかず、デバイスの歩留まり低下の原因となってしまう。そこで、ショットに対してモールドの押印と離型を行い、次のショットの押印の前に、そのショットのアライメントマーク１２を計測することで、ウエハのずれを補正するアライメント手法（ダイバイダイアライメント）が必要になってくる。ダイバイダイアライメントでは、ショット毎にショットのアライメントマーク１２を計測し、ウエハ８のずれを補正する事で、モールドの押印と離型によるウエハのずれの影響を低減することができる為、下地のパターンと高精度に重ね合わせることができる。

しかし、図９に示した従来のインプリント装置１では、ＴＴＭ検出系７が照明系２と照明光３の照明光束を避けるように配置されている。そのため、ＴＴＭ検出系７のＮＡを十分に上げる事が出来ないと言う問題があった。ＴＴＭ検出系７のＮＡ４５はＴＴＭ検出系７それ自体の大きさに依存しており、照明系２と照明光３の照明光束を避けるように配置されたＴＴＭ検出系７では、ＴＴＭ検出系７を大型化する事ができず、ＮＡ４５を大きくする事ができない。

ＴＴＭ検出系７のＮＡを十分に大きくする事が出来なければ、アライメント時の光量が少なくなり、アライメント精度の低下に繋がってしまう。ＴＴＭ検出系７は、モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークを同時に検出して位置合わせする為、モールド５の上部に配置せざるを得ない。但し、モールド５の上部が配置上混みあっている事から、従来のインプリント装置１では、ＴＴＭ検出系７のＮＡを上げる事ができず、アライメント精度が低下する、と言う問題があった。ＴＴＭ検出系７のアライメント精度が低下すれば、ダイバイダイアライメントの際のウエハの位置ずれを正確に補正する事ができなくなり、モールドの押印時に下地のパターンとの重ね合わせが上手くいかず、デバイスの歩留まりが低下する原因となってしまう。

そこで本発明では、モールド５とウエハ８をダイレクトに位置合わせするＴＴＭ検出系のＮＡを上げる事ができ、アライメント精度を向上させたインプリント装置を提供する事に特徴がある。結果として、モールド５に形成されたパターンとウエハ８のショット領域と高精度に重ね合わせする事ができ、歩留まりの向上に貢献できる。

図３は、第１実施形態に係るインプリント装置１７の構成を概略的に示す図である。図３は、モールド５の上部（Ｚ軸方向）にリレー光学系１８を構成する事を特徴とするインプリント装置１７を示している。第１実施形態のインプリント装置１７は図３に示すように、ウエハ８を保持するウエハステージ９と、モールド５を保持するインプリントヘッド４、樹脂塗布機構６、制御部１０を備える。ここまでは、図９に示した従来のインプリント装置の構成と同じである。

リレー光学系１８には、リレー光学系内レンズ４９が構成されており、ウエハ面が結像されている結像面４７（共役面）をモールド５の上部に作り出す事ができる。リレー光学系は型を介してウエハ面を結像させる機能を有しており、ウエハ面を結像させればリレー光学系の倍率は等倍であっても、拡大系であっても良い。ここで、リレー光学系の画面の大きさ（結像させるウエハ面の領域）は、１つのショット領域全面であることが望まれる。ショット領域全面を結像することにより、ショットに対応する複数のマークを検出することができる。また、リレー光学系の画面の大きさは、後述する照明系が基板上のインプリント材を照射する照明光の領域以上にすることができる。こうすることで、型に形成されたパターンを転写する領域の外側に形成されたマークをリレー光学系により結像させることができる。結像したマークが検出系（検出光学系）により受光素子に導かれることで、マーク検出が行われる。

ＴＴＭ検出系１９は内部に設けられた光源を用いて、モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークに計測光１１（主に可視光や赤外線）を照射し、その反射光を検出する。上述のＴＴＭ検出系７には受光素子が含まれると説明したが、ここでは、ＴＴＭ検出系１９と受光素子４６は異なるものとして説明する。

ＴＴＭ検出系１９はリレー光学系１８の上部に配置されており、ＴＴＭ検出系１９から照射された計測光１１はリレー光学系１８内のリレー光学系内レンズ４９を透過し、モールド５とウエハ８を照射する。モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークからの反射光はリレー光学系１８、ＴＴＭ検出系１９を通りＴＴＭ検出系用の受光素子４６で検出される。検出信号に基づいてモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。受光素子４６としては光電変換素子（例えばＣＣＤカメラ）などを用いればよい。特に、モールド５とウエハ８が近接または密接した際に、モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークから反射した光を受光素子に導くようにする。こうすることで、インプリント材を硬化させる前にモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。

図３のように、リレー光学系１８をモールド５の上部に配置する事で、モールド５上部の配置上の混みあいを避けて、配置上余裕のあるスペースまで、ＴＴＭ検出系１９の配置場所を移動させることができる。図３のように、配置上余裕のあるスペースにＴＴＭ検出系１９を配置する事により、ＴＴＭ検出系１９は大型化しても配置可能となり、ＴＴＭ検出系１９のＮＡを大きくする事ができる。図３のＴＴＭ検出系１９のＮＡ５２は、図９のＴＴＭ検出系７のＮＡ４５よりも十分に大きくする事ができる。ＴＴＭ検出系１９のＮＡ５２を大きくする事が出来る為、アライメント時に十分な光量を確保する事ができる。そのため、本実施形態のインプリント装置１７では、ダイバイダイアライメントの精度が従来と比較して向上する。よって、本実施形態のインプリント装置１７は、モールド５とウエハ８の押印・離型時に発生するウエハの位置ずれを高い精度で補正する事ができ、モールドの押印時に下地のパターンと高精度に重ね合わせする事ができる。そのため、デバイスの歩留まり向上に貢献できる。

本実施形態のインプリント装置１７の照明系２０は、図３のようにモールド５の真上ではなく、ＴＴＭ検出系１９からの計測光１１の光軸に対して傾けて配置することができる。この配置であれば、照明系２０からの照明光３は、モールド５とウエハ８の押印後にインプリント樹脂を硬化させるために光を照射することができる。モールド５を透過して、インプリント樹脂を照射する事ができる。よって、図３のリレー光学系１８は照明系２０からの照明光３（紫外線）が通らない。そのため、本実施形態のリレー光学系は照明光３とは異なる光（非露光光）が結像するリレーレンズである事も特徴である。

［第２実施形態］
図１を用いて第２実施形態について説明する。

図３のインプリント装置１７では、照明系２０はＴＴＭ検出系１９からの計測光１１の光軸に対して傾けて配置していたが、照明系はできれば傾けずに、ウエハ８に対して垂直に照明光を入射する事が望ましい。そこで、第２実施形態ではモールド上部に高いアライメント精度を実現できるＮＡの高いＴＴＭ検出系と、照明系の両方を配置し、計測光と照明光の両方をウエハ面に対して垂直に入射できる事を特徴とするインプリント装置について説明する。

図１はビームスプリッター２２を備えたリレー光学系２３をモールド上部に配置したインプリント装置２１の概略ブロック図を示したものである。インプリント装置２１は図１に示すように、ウエハ８を保持するウエハステージ９と、モールド５を保持するインプリントヘッド４、樹脂塗布機構６、制御部１０を備える。ここまでは、図９で示したインプリント装置の構成と同じである。

ＴＴＭ検出系１９はリレー光学系２３を介して配置されている。ＴＴＭ検出系１９から照射された計測光１１は、リレー光学系２３に構成されたリレー光学系内レンズ４９とビームスプリッター２２とリレー光学系内レンズ４９を透過して、モールド５とウエハ８に照射される。モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークからの反射光はリレー光学系２３、ＴＴＭ検出系１９を通りＴＴＭ検出系用の受光素子４６で検出される。検出信号に基づいてモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。リレー光学系２３に構成されたリレー光学系内レンズ４９によって、ウエハ面が結像されている結像面４７がモールド５の上部に形成される。ＴＴＭ検出系１９については、図３のＴＴＭ検出系１９と同様の構成とすることができる。

リレー光学系２３は型を介して基板の表面の結像面４７を形成することができる。リレー光学系２３の画面の大きさ（結像させるウエハ面の領域）は、第１実施形態のリレー光学系１８と同じく、ショット領域全面とすることができる。また、照明系がインプリント材を照明する照明光の領域以上とすることができる。少なくともショットに対応して基板上に形成されたアライメントマークが、同時に結像されるようにリレー光学系２３の画面の大きさを決めればよい。

図１のインプリント装置２１のＴＴＭ検出系１９は、図３と同じくモールド上部の配置上の混みあいを避けて、配置上余裕のあるスペースに配置されている。このため、ＴＴＭ検出系１９が大型化しても配置可能となり、ＴＴＭ検出系１９のＮＡを上げる事ができる。図１のＴＴＭ検出系１９のＮＡ５２は、図９に示した従来のインプリント装置のＴＴＭ検出系７のＮＡ４５よりも十分に大きくすることができる。ＴＴＭ検出系１９のＮＡ５２を大きくする事が出来る為、アライメント時に十分な光量を確保する事ができる。そのため、第２実施形態のインプリント装置２１では、ダイバイダイアライメントの精度が従来と比較して向上する。よって、第２実施形態のインプリント装置２１は、モールド５とウエハ８の押印・離型時に発生するウエハの位置ずれを高い精度で補正する事ができ、モールドの押印時に下地のパターンと高精度に重ね合わせする事ができる。そのため、デバイスの歩留まり向上に貢献できる。

第２実施形態のインプリント装置２１の照明系２４は、ＴＴＭ検出系１９と同じく、モールド上部の配置上の混みあいを避けて、配置上余裕のあるスペースに配置されている。照明系２４から照射された照明光３は照明系用レンズ４８を通ってビームスプリッター２２まで導光された後、ビームスプリッター２２で反射する。反射した照明光３はリレー光学系内レンズ４９と、モールド５を透過し、ウエハ８に供給されたインプリント樹脂を照射することができる。インプリント樹脂は照明光３が照射されることで硬化する。ビームスプリッター２２は照明系２４と部分的に共通な構成である。

このように、第２実施形態のインプリント装置ではビームスプリッター２２を備えたリレー光学系２３をモールド上部に構成する事で、ＴＴＭ検出系１９と照明系２４の両方を配置上余裕のあるスペースに配置する事が可能である。

また、リレー光学系２３は照明光３とは異なる光（非露光光）でショット全面を結像しているテレセントリック光学系（軸外主光線が光軸に平行）である。上述したようにリレー光学系２３は複数のアライメントマークを同時に結像することができる。そのため、ＴＴＭ検出系１９を移動可能に構成し、その位置を変えることで、複数のアライメントマークの各点を計測する事ができる。リレー光学系２３がテレセントリック光学系だと、軸外主光線が光軸に対して平行である為、ＴＴＭ検出系１９の像高変更の手段が容易になると言うメリットがある。図１では、ウエハ８上の３点がウエハ面の結像面４７に結像している例を示しており、ＴＴＭ検出系１９の位置を変える事で、ウエハショットの異なる点を計測できる事が分かる。図１では簡単の為、ビームスプリッター２２内での光線の屈折を図示していないが、実際にはビームスプリッター２２に垂直に入射するリレー光学系２３の軸上光線以外は、ビームスプリッター２２を透過する時にわずかながらシフトする。

［第３実施形態］
図２を用いて第３実施形態について説明する。

上述の実施形態のように、リレー光学系の配置は検出系とモールドの間に構成されていることを特徴とする。また検出系は、リレー光学系を介してモールドとウエハの順に計測光を照射し、モールドに形成されたアライメントマークとウエハに形成されたアライメントマークの反射光を検出する。検出結果に基づいてモールドとウエハの位置ずれを検出し、位置合わせができる構成になっている。

第２実施形態で説明したビームスプリッター２２は、ＴＴＭ検出系１９の計測光１１を透過し、照明系２４から照射される照明光３を反射する特性であるとした。しかし、ビームスプリッターの特性は逆でも良い。

第３実施形態のインプリント装置は、ＴＴＭ検出系１９の計測光１１を反射し、照明系２４から照射される照明光３を透過する特性を持ったビームスプリッター２６を用いる。図２はビームスプリッター２６を備えたインプリント装置２５の概略ブロック図を示したものである。

ＴＴＭ検出系１９から照射された計測光１１は、ＴＴＭ検出系用レンズ５０を透過し、ビームスプリッター２６まで導光された後、ビームスプリッター２６で反射する。反射した計測光１１はリレー光学系内レンズ４９を透過し、モールド５とウエハ８を照射する。モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークからの反射光はＴＴＭ検出系１９を通りＴＴＭ検出系用の受光素子４６で検出される。検出信号に基づいてモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。

リレー光学系２３は、第２実施形態で説明したリレー光学系２３と同様の構成とすることができる。ただし、計測光１１はビームスプリッター２６で反射するため、リレー光学系２３に構成されたリレー光学系内レンズ４９とＴＴＭ検出系用レンズ５０によって、ウエハの表面（ウエハ面）の結像面４７が形成される。このように、ウエハ面の結像面４７がモールド５の上部に形成される。ＴＴＭ検出系１９については、図３のＴＴＭ検出系１９と同様の構成とすることができる。

リレー光学系の画面の大きさ（結像させるウエハ面の領域）は、第１実施形態のリレー光学系１８と同じく、ショット領域全面とすることができる。また、照明系がインプリント材を照明する照明光の領域以上とすることができる。少なくともショットに対応して基板上に形成されたアライメントマークが、同時に結像されるようにリレー光学系の画面の大きさを決めればよい。

照明系２４から照射された照明光３はリレー光学系２３に備えられたリレー光学系内レンズ４９、ビームスプリッター２６、リレー光学系内レンズ４９を透過し、モールド５を透過してウエハ８上に供給されたインプリント樹脂を照明する。インプリント樹脂は照明光３が照射されることで硬化する。

このように、第３実施形態のインプリント装置２５では、計測光１１を反射し、照明光３を透過する特性を持ったビームスプリッター２６を備える。こうして、第２実施形態と同じく、高アライメント精度を実現できるＮＡの高いＴＴＭ検出系１９と照明系２４をモールド上に配置する事が可能となる。

図２のインプリント装置では、ＴＴＭ検出系からの計測光を反射し、照明系からの照明光を透過させる特性を持つビームスプリッター２６をリレー光学系が備えている事を特徴とした。このビームスプリッターの特性は完全反射や完全透過でなくても良い。例えば、ＴＴＭ検出系からの計測光の９０％を反射し、１０％は透過する特性のビームスプリッターであっても良い。また、照明系からの照明光の９０％を透過し、１０％は反射する特性のビームスプリッターであっても良い。ビームスプリッターの反射と透過の比は、９：１ではなく、８：２でも７：３などでも良いとする。

［第４実施形態］
図４を用いて第４実施形態について説明する。

図１や図２のように、ビームスプリッターを備えたリレー光学系を構成するインプリント装置では、ＴＴＭ検出系と照明系の両方をモールド上に配置する事が可能で、かつＴＴＭ検出系のＮＡを十分に上げる事が出来ると言うメリットがある。しかし、リレー光学系内に備えられるビームスプリッターの特性を出すのが難しいことがある。また、特性を出せたとしてもビームスプリッターのコストが高い場合がある。また、図３のようなビームスプリッターを備えていないリレー光学系では、ＴＴＭ検出系のＮＡを十分に上げてモールド上に配置する事はできても、照明系はＴＴＭ検出系の光軸に対して斜めに配置せざるを得ない。

そこで第４実施形態としては、ビームスプリッターを備えないリレー光学系を構成するインプリント装置について説明する。ＮＡが十分に大きいＴＴＭ検出系と照明系の両方をモールド上に配置し切り替える事を特徴とする。

図４は第４実施形態のＴＴＭ検出系と照明系を切り替えるインプリント装置２７の概略ブロック図を示したものである。第４実施形態のインプリント装置２７は図４に示すように、ウエハ８を保持するウエハステージ９と、モールド５を保持するインプリントヘッド４、樹脂塗布機構６、制御部１０を備える。ここまでは、上述の実施形態で説明したインプリント装置の構成と同じである。

ＴＴＭ検出系２８と照明系２９は、モールド５とウエハ８に対してリレー光学系３０を介して配置されており、それぞれ駆動機構（不図示）を備えている。アライメント時には、図４（ａ）のように、ＴＴＭ検出系２８から照射された計測光１１はリレー光学系３０に構成されたリレー光学系内レンズ４９を透過し、モールド５とウエハ８を照射する。モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークからの反射光はリレー光学系３０、ＴＴＭ検出系２８を通りＴＴＭ検出系用の受光素子４６で検出される。検出信号に基づいてモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。

リレー光学系３０は型を介してウエハの表面の結像面４７を形成することができる。リレー光学系の画面の大きさ（結像させるウエハ面の領域）は、第１実施形態のリレー光学系１８と同じく、ショット領域全面とすることができる。また、照明系がインプリント材を照明する照明光の領域以上とすることができる。少なくともショットに対応して基板上に形成されたアライメントマークが、同時に結像されるようにリレー光学系３０の画面の大きさを決めればよい。リレー光学系３０に構成されたリレー光学系内レンズ４９によって、ウエハの表面（ウエハ面）の結像面４７が形成される。このように、ウエハ面の結像面４７がモールド５の上部に形成される。ＴＴＭ検出系２８については、図３のＴＴＭ検出系１９と同様の構成とすることができる。

ウエハ８を照明系２９が照明する時には、図４（ｂ）のように、ＴＴＭ検出系２８と照明系２９の位置を入れ替える。照明系２９から照射された照明光３はリレー光学系３０に構成されたリレー光学系内レンズ４９とモールド５を透過し、ウエハ８に供給されたインプリント樹脂を照射する。インプリント樹脂は照明光３が照射されることで硬化する。

このように、ＴＴＭ検出系２８と照明系２９の配置を切り替えるインプリント装置２７では、リレー光学系３０内にビームスプリッターを備えずに、ＮＡを十分上げたＴＴＭ検出系と照明系をモールド上部に配置する事が可能となる。

［第５実施形態］
図５を用いて第５実施形態について説明する。

上述の実施形態では説明を簡単にする為に、ＴＴＭ検出系は１系統の構成で説明した。しかし、ＴＴＭ検出系は複数系統の構成でも良い。例えば、ダイバイダイアライメント時にショットの複数個所に形成されたアライメントマークを同時に計測したい時などには、ＴＴＭ検出系が複数系統ある方が望ましい。ＴＴＭ検出系が１系統でも、ステージを移動させるか、もしくはＴＴＭ検出系を移動させる事で、ショットの複数個所に形成されたアライメントマークを計測する事はできる。しかし、ステージまたは検出系を移動させる為に、アライメント精度が低下し易く、かつスループットも低下すると言う問題がある。モールド上は配置上混みあっており、従来、ＴＴＭ検出系をモールド上に複数系統配置することは、配置上容易ではなかった。

そこで第５実施形態では、モールド上にリレー光学系を配置する事で、ＮＡが十分に大きいＴＴＭ検出系を複数系統、モールド上に配置する事を特徴とする。

図５は第５実施形態の複数のＴＴＭ検出系を備えるインプリント装置の概略ブロック図を示したものである。第５実施形態のインプリント装置は図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ウエハ８を保持するウエハステージ９と、モールド５を保持するインプリントヘッド４、樹脂塗布機構６と、制御部１０を備える。ここまでは、上述の実施形態で説明したインプリント装置の構成と同じである。

図５（ａ）は、２系統のＴＴＭ検出系をモールド５の上部に配置したインプリント装置３１の概略ブロック図を示したものである。モールド５の上部にリレー光学系３４が構成されており、モールド上部の配置上の混みあいを避けて、配置上余裕のあるスペースにＴＴＭ検出系を配置することができる。図５（ａ）では、ＴＴＭ検出系３２とＴＴＭ検出系３３が配置上余裕のあるスペースに配置されており、それぞれＮＡが十分に大きいＴＴＭ検出系で高いアライメント精度を実現することができる。

ＴＴＭ検出系が２系統構成される事により、同一ショットの異なる２点のアライメントマークを同時に検出する事ができ、高精度なアライメント計測を実現する事ができる。例えば、Ｘ方向のアライメントマークとＹ方向のアライメントマークを検出すれば、Ｘ方向のアライメント計測とＹ方向のアライメント計測を同時にする事もできる。また、ショット内の異なる２点のアライメントマークを検出する事で、ショット形状を補正する事もできる。

また、第５実施形態のリレー光学系３４は照明光３とは異なる光（非露光光）でショット全面を結像しているテレセントリック光学系であり、複数のＴＴＭ検出系を配置する事が可能である。リレー光学系３４は型を介してウエハの表面の結像面４７を形成することができる。リレー光学系３４は、第１実施形態で説明したリレー光学系１８と同様の構成とすることができる。また、リレー光学系３４は、第２実施形態や第３実施形態で説明したリレー光学系２３と同様の構成としても良い。リレー光学系にビームスプリッターを挿入して照明系２４が照射する照明光３の光路と計測光１１の一部を共通にすることができる。

また、図５（ａ）のＴＴＭ検出系３２とＴＴＭ検出系３３の相対位置は可変である。ＴＴＭ検出系３２とＴＴＭ検出系３３の位置を変えることで、ウエハショットの各点を計測する事が可能となる。リレー光学系の画面の大きさ（結像させるウエハ面の領域）は、少なくとも基板上に形成された複数のアライメントマークが、同時に結像されるようにリレー光学系の画面の大きさを決めればよい。

ＴＴＭ検出系３２とＴＴＭ検出系３３から照射された計測光１１はリレー光学系３４を透過し、モールド５とウエハ８を照射する。モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークからの反射光はリレー光学系３４、ＴＴＭ検出系３２、ＴＴＭ検出系３３を通りＴＴＭ検出系用の受光素子４６でそれぞれ検出される。検出信号に基づいてモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。リレー光学系３４に構成されたリレー光学系内レンズ４９によって、ウエハ面が結像されている結像面４７がモールド５の上部に形成される。ＴＴＭ検出系３２、３３については、図３のＴＴＭ検出系１９と同様の構成とすることができる。

本実施形態のインプリント装置３１では照明系３５は、モールド５とウエハ８の押印後にウエハに供給されたインプリント樹脂に照明光３を照射すれば良い。そのため、照明系３５はモールド５の真上ではなく、ＴＴＭ検出系３２やＴＴＭ検出系３３からの計測光１１の光軸に対して傾けて配置しても良い。この配置であれば、照明系３５からの照明光３は、モールド５とウエハ８の押印後にモールド５を透過して、ウエハ８に供給されたインプリント樹脂を照射する事ができる。インプリント樹脂は照明光３が照射されることで硬化する。このように、図５（ａ）のリレー光学系３４は照明系３５からの照明光３（紫外線）が通らない。そのため、本実施形態のリレー光学系は照明光３とは異なる光（非露光光）が結像するリレーレンズである事も特徴である。

図５（ａ）の説明では複数のＴＴＭ検出系として２系統配置したインプリント装置について説明した。しかし複数系統であれば、ＴＴＭ検出系は２系統でなくて３系統でも４系統でも良い。

図５（ｂ）はモールド５の上部にＴＴＭ検出系を４系統配置したインプリント装置３６の概略ブロック図を示したものである。第５実施形態では、モールド上にリレー光学系３４を構成しており、ＴＴＭ検出系を配置上余裕のあるスペースに配置することが可能である。その為、ＴＴＭ検出系を縦方向（Ｚ方向）だけでなく、横方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に配置する事が可能となる。

インプリント装置３６のＴＴＭ検出系は、図５（ａ）と同じＺ方向に配置されたＴＴＭ検出系３２とＴＴＭ検出系３３に加えて、Ｙ方向にＴＴＭ検出系３７とＴＴＭ検出系３８が配置され、合わせて４系統配置されている。ＴＴＭ検出系３２とＴＴＭ検出系３３は、ここでは図５（ａ）で説明したものと同じものとする。ＴＴＭ検出系３７とＴＴＭ検出系３８から照射された計測光１１は、それぞれミラー３９とミラー４０で反射し、リレー光学系３４を透過し、モールド５とウエハ８を照射する。モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークからの反射光はリレー光学系３４、ＴＴＭ検出系３７、ＴＴＭ検出系３８を通りＴＴＭ検出系用の受光素子４６でそれぞれ検出される。検出信号に基づいてモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。

ミラー３９とミラー４０は結像面４７の近傍に配置されており、反射光を折り曲げて取り出す事ができる。結像面４７の近傍にミラーを配置する事で、光線有効径が広がる前に光線を折り曲げる（反射）事が出来る為、複数のＴＴＭ検出系を容易に配置する事が可能となる。

図５（ｂ）の説明では、結像面４７の後にミラー３９とミラー４０を配置しているが、ミラーは結像面４７の手前に配置しても良い。このように、リレー光学系が形成する結像面、又は結像面付近にミラーを配置することで、インプリント装置全体の高さを抑えたり、設計の自由度が増したりする。また、本実施形態では一部の光束を折り曲げているが、装置の高さを抑えたい場合には全ての光束を折り曲げて、検出系を横方向に配置しても良い。

図５（ｃ）はミラー３９とミラー４０を結像面４７の手前に配置したインプリント装置５３の概略ブロック図を示したものである。図５（ｃ）のＴＴＭ検出系３７とＴＴＭ検出系３８はリレー光学系３４が結像面４７を形成する前に、ミラー３９とミラー４０で一部の光線を折り曲げている事に特徴がある。図５（ｂ）と同じく、光線有効径が広がる前に光線を折り曲げる事が出来る為、複数のＴＴＭ検出系を容易に配置する事が可能になる。

リレー光学系３４は上述の実施形態で説明したリレー光学系と同様の構成にすることができる。しかし、図５（ｃ）のように結像面４７を形成する前にミラーを配置して反射光を折り曲げている場合には、必ずしも結像面４７は形成されない。このような場合は、ミラー３９とミラー４０で光線が折り曲げられた後に、アライメントマークから反射した光が結像している。そのため、ミラー３９とミラー４０はリレー光学系の一部とみなすことができる。ここでは、このような場合も「リレー光学系はウエハ面の結像面４７を形成する」と呼ぶことにする。

このように、モールドの上部にリレー光学系を構成する手法を用いれば、モールド上の配置上の混みあいを緩和して、十分にＮＡの大きいＴＴＭ検出系を複数、配置する事ができる。これによって、複数のアライメントマークを同時に検出する時にも、ＴＴＭ検出系の光量を十分に確保する事ができ、精度の高いアライメントを実現する事ができる。

［第６実施形態］
図６を用いて第６実施形態について説明する。

図５（ａ）〜（ｃ）の説明では、簡単のために照明系３５はＴＴＭ検出系の光軸に対して傾けて配置した。しかし、複数のＴＴＭ検出系をモールド５の上部に配置した時であっても、照明系からの照明光をウエハに対して垂直に入射させてもよい。

図６は第６実施形態の複数のＴＴＭ検出系を備え、照明系からの照明光をウエハに対して垂直に入射させるインプリント装置４１の概略ブロック図を示したものである。第６実施形態のインプリント装置４１は図６に示すように、ウエハ８を保持するウエハステージ９と、モールド５を保持するインプリントヘッド４、樹脂塗布機構６と、制御部１０を備える。ここまでは、上述の実施形態で説明したインプリント装置の構成と同じである。また、インプリント装置４１には図５（ｂ）と同じくＴＴＭ検出系３２、３３、３７、３８が構成されている。

図６（ａ）はアライメント時のインプリント装置４１を示した図である。アライメント時には、ＴＴＭ検出系から照射された計測光１１はリレー光学系３４に構成されたリレー光学系内レンズ４９を透過し、モールド５とウエハ８を照射する。モールド５に形成されたアライメントマークとウエハ８に形成されたアライメントマークからの反射光はリレー光学系３４、ＴＴＭ検出系を通りＴＴＭ検出系用の受光素子４６で検出される。検出信号に基づいてモールド５とウエハ８の位置合わせを行うことができる。このようにアライメント時の計測光１１の光路は図５（ｂ）と変わらない。

リレー光学系３４は上述の実施形態で説明したリレー光学系と同様の構成にすることができる。リレー光学系の画面の大きさ（結像させるウエハ面の領域）は、少なくとも基板上に形成された複数のアライメントマークが、同時に結像されるようにリレー光学系の画面の大きさを決めればよい。

計測光１１や反射光を折り曲げるミラー３９とミラー４０はリレー光学系の結像面４７の後に配置しているが、第５実施形態と同様に、結像面４７の手前に配置しても良いし、結像面４７に配置しても良い。このように、結像面付近にミラーを配置することで、光線の有効径が広がる前に光線を折り曲げる事が出来る為、複数のＴＴＭ検出系を容易に配置することが可能になる。

第６実施形態のインプリント装置４１の照明系４２はモールド５の上部に配置されている。ウエハ８を照明する時には、図６（ｂ）のように、照明系４２用のミラー４３がリレー光学系３４内に配置される。照明系４２から照射された照明光３は照明系用レンズ４８を通り、折り曲げミラー５１で折り曲げられ、リレー光学系３４内に配置されたミラー４３にまで導光される。ミラー４３で反射した照明光３は、モールド５を透過し、ウエハ８に供給されたインプリント樹脂を照射する。インプリント樹脂は照明光３が照射されることで硬化する。

図６（ｃ）は複数のＴＴＭ検出系と照明系４２を一つのユニット４４にまとめてモールド５の上部に配置したインプリント装置４１を示した図である。第６実施形態のように、モールド上にリレー光学系３４を構成する手法を用いれば、ＴＴＭ検出系３２、３３、３７、３８と照明系４２のユニット４４のような大型のユニットをまとめてモールド５の上部に配置する事も可能となる。モールド５の上部にリレー光学系３４を構成することで、図６（ｃ）に示したような大型のユニット４４をモールド５の上部に配置する事が可能となり、十分にＮＡの大きいＴＴＭ検出系を用いて、高精度なアライメントを実現する事ができる。

第６実施形態では、リレー光学系３４にミラー４３を出し入れすることで計測光１１と照明光３を選択的にモールド５とウエハ８を照射することができる。ここでは、ミラー４３に限られず、照明光と計測光を分離する光学部材であれば良い。例えば、図１及び図２で説明したビームスプリッターを用いても良い。ビームスプリッターを用いれば、ミラー４３を移動させるための駆動機構（不図示）を必要としなくなる。

モールド５の上部は配置上、非常に混みあっており、従来は図９のようなＮＡの小さいＴＴＭ検出系しか配置する事が出来なかった。何れの実施形態のインプリント装置もＮＡの大きいＴＴＭ検出系を配置することができ、精度の高いアライメントを実現することができる。よって、本発明のインプリント装置では、モールド５とウエハ８の間で発生する位置ずれを高精度に補正する事ができ、モールドと下地のパターンと高精度に重ね合わせる事ができる。また、デバイスの歩留まり向上に貢献できる。

上記の何れの実施形態もＴＴＭ検出系に光源を有し、アライメントマークに計測光を照射するものとして説明したが、必ずしもＴＴＭ検出系に光源を有していなくても良い。アライメントマークに計測光を照射するための光源（計測光照明部）をＴＴＭ検出系とは別に有していても良い。アライメントマークを計測光照明部から照射された光で照射し、アライメントマークから反射した光をＴＴＭ検出系が受光素子に導くようにしてもよい。

上記の何れの実施形態もリレー光学系はショット全面を結像するものとして説明したが、必ずしもショット全面である必要はなく、複数のマークを同時に検出系まで導ければ良い。また、複数のショットの領域を結像するリレー光学系を用いても良い。

［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、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の製造方法は、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。

３ 照射光
５ モールド（型）
８ ウエハ（基板）
１０ 制御部
１１ 計測光
１９ ＴＴＭ検出系
２１ インプリント装置
２２ ビームスプリッター（光学部材）
２３ リレー光学系
２４ 照明系
４６ 受光素子

Claims (19)

1. 基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
   受光素子と、
   リレー光学系と、
   前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記リレー光学系を介して前記受光素子に導く検出系とを有し、
   前記リレー光学系による前記基板の表面の結像面が前記リレー光学系と前記検出系の間にあり、
   前記検出系を前記結像面に沿って移動させる手段を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
   受光素子と、
   リレー光学系と、
   前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記リレー光学系を介して前記受光素子に導く検出系とを有し、
   前記リレー光学系は前記基板に形成された第１基板マーク及び第２基板マークからの光と、前記型に形成された第１型マーク及び第２型マークからの光を前記リレー光学系と前記検出系の間で結像させ、
   前記受光素子と前記検出系の組を複数組備え、
   該複数組のうち第１の組の検出系により前記第１基板マークと前記第１型マークからの光を前記第１の組の受光素子に導き、前記複数組のうち第２の組の検出系により前記第２基板マークと前記第２型マークからの光を前記第２の組の受光素子に導くことを特徴とするインプリント装置。
3. 前記リレー光学系による前記基板の表面の結像面が前記リレー光学系と前記検出系の間にあり、前記第１の組の前記受光素子および前記検出系と前記第２の組の前記受光素子および前記検出系とを前記結像面に沿って移動させる手段を有することを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記リレー光学系により結像される前記基板上の領域の大きさは、前記リレー光学系により結像される前記型に形成されたパターンの領域の大きさ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインプリント装置。
5. 基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
   受光素子と、
   リレー光学系と、
   前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記リレー光学系を介して前記受光素子に導く検出系と、
   前記インプリント材を硬化させる照明光を供給する照明系と、を有し、
   前記リレー光学系は、前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光と前記照明光のうちの一方の光が透過し他方の光が反射する光学部材を有し、
   前記リレー光学系による前記基板の表面の結像面が前記リレー光学系と前記検出系の間にあり、前記検出系を前記結像面に沿って移動させる手段を有することを特徴とするインプリント装置。
6. 基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
   受光素子と、
   リレー光学系と、
   前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記リレー光学系を介して前記受光素子に導く検出系と、
   前記インプリント材を硬化させる照明光を供給する照明系とを有し、
   前記リレー光学系は、前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光と前記照明光のうちの一方の光が透過し他方の光が反射する光学部材を有し、
   前記リレー光学系は前記基板に形成された第１基板マーク及び第２基板マークからの光と、前記型に形成された第１型マーク及び第２型マークからの光を前記リレー光学系と前記検出系の間で結像させ、
   前記受光素子と前記検出系の組を複数組備え、
   該複数組のうち第１の組の検出系により前記第１基板マークと前記第１型マークからの光を前記第１の組の受光素子に導き、前記複数組のうち第２の組の検出系により前記第２基板マークと前記第２型マークからの光を前記第２の組の受光素子に導くことを特徴とするインプリント装置。
7. 前記リレー光学系による前記基板の表面の結像面が前記リレー光学系と前記検出系の間にあり、前記第１の組の前記受光素子および前記検出系と前記第２の組の前記受光素子および前記検出系とを前記結像面に沿って移動させる手段を有することを特徴とする請求項６に記載のインプリント装置。
8. 前記リレー光学系により結像される前記基板上の領域の大きさは、前記リレー光学系により結像される前記型に形成されたパターンの領域の大きさ以上であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載のインプリント装置。
9. 前記検出系は前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークに光を照射する光源を有し、
   前記光源からの光の波長と前記照明光の波長は互いに異なることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のインプリント装置。
10. 前記照明光は紫外線であり、前記光源からの光は可視光または赤外線であることを特徴とする請求項９に記載のインプリント装置。
11. 前記光学部材は、前記照明系からの照明光を反射し、前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を透過させることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載のインプリント装置。
12. 前記光学部材は、前記照明系からの照明光を透過し、前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を反射することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載のインプリント装置。
13. 前記インプリント材を硬化させる照明光を供給する照明系を備え、
    前記照明光は前記リレー光学系を透過して前記インプリント材を照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のインプリント装置。
14. 前記検出系と前記照明系の配置を切り替える切り替え機構を備え、
    前記切り替え機構は、
    前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を検出する際は、前記リレー光学系からの光が前記受光素子に導かれるように前記検出系を配置し、
    前記インプリント材を硬化させる際は、前記照明光が前記リレー光学系を介して前記基板を照明するように前記照明系を配置することを特徴とする請求項１３に記載のインプリント装置。
15. 前記インプリント材を硬化させる照明光を供給する照明系と、
    前記照明光を反射して前記インプリント材に照射するミラーと、
    前記ミラーを移動させる駆動機構と、を備え、
    前記駆動機構は、前記インプリント材を硬化させる際に、前記ミラーを移動させて前記リレー光学系内に配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のインプリント装置。
16. 前記リレー光学系により結像される前記基板上の領域の大きさは、前記リレー光学系により結像される前記基板上の前記照明光の照射領域の大きさ以上であることを特徴とする請求項５〜１５のいずれか一項に記載のインプリント装置。
17. 前記リレー光学系は、テレセントリック光学系であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のインプリント装置。
18. 前記リレー光学系が形成する前記基板の表面の結像面又は該結像面付近に、ミラーを備え、該ミラーにより前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光の光路を折り曲げることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載のインプリント装置。
19. 請求項１〜１８のいずれか一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製造方法。

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