JP6632252B2 - 検出装置、インプリント装置、物品の製造方法及び照明光学系 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置、インプリント装置、物品の製造方法及び照明光学系に関する。

インプリント技術は、基板上に塗布されたインプリント材をモールド（型）で成形し、基板上に微細なパターンを形成する技術である。例えば、インプリント技術の１つとして光硬化法がある。この光硬化法を用いたインプリント技術では、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開示されている。具体的には、Ｘ方向位置を検出するためのＸマークと、Ｙ方向位置を検出するためのＹマークと、の両方を照明して、両方のマークからの光を１つの撮像素子で撮像する。

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り、撮像素子に不要光が到達して、マークからの検出光に対してノイズになり、マーク位置の計測精度が低下してしまう。

そこで、本発明は、マークの位置の計測精度の低下を抑えることを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての検出装置は、光源を有し、当該光源からの光を用いて、被検物の第１方向の位置を検出するための第１アライメントマークと、前記被検物の前記第１方向と異なる第２方向の位置を検出するための第２アライメントマークと、を照明する照明光学系と、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を検出する検出光学系と、を備える検出装置であって、前記照明光学系は、被照明面とは光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面の第１部分を第１角度分布で照明する照明光を形成する領域と、前記被照明面の第１部分とは異なる第２部分を前記第１角度分布とは異なる第２角度分布で照明する照明光を形成する領域と、を含む光学素子を有し、前記検出光学系は、前記第１角度分布で照明された前記被照明面の第１部分にある前記第１アライメントマークからの光を検出し、前記第２角度分布で照明された前記被照明面の第２部分にある前記第２アライメントマークからの光を検出し、前記検出光学系は、共通の受光素子を用いて前記第１アライメントマークからの光と前記第２アライメントマークからの光を検出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、マークの位置の計測精度の低下を抑えることができる。

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１の変形例を示す図である。 マークと照明光の変形例を示す図である。

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。

図１を参照しながら本実施形態のインプリント装置について説明する。ここでは、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。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とを含みうる。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、型Ｍを介して、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みうる。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などを含みうる。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、結像光学系と型Ｍを介して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とを含みうる。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に搭載されうる。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を含みうる。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みうる。

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との押印の状態や、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る。そして、硬化ユニット１２０は型Ｍの背面（上面）から紫外線を照射し、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の説明と、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に、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。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。

従来のアライメントスコープＳは、基板Ｗ上のパターン２ａ、２ｂと、型Ｍ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分布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。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（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分布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。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。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の関係となる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に光学素子１の平面図を示す。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領域と、Ｘ方向に回折角度φで回折するＢ領域を有している。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。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に開口絞り２０を示す。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、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）、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、Ａ領域に対応する部分ではＹ方向の角度分布の照明光、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、Ａ領域に対応する部分は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、Ｂ領域に対応する部分は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に、Ａ領域に対応する部分のパターン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。

上述のように、照明光学系は、被照明面の第１部分を第１角度分布で照明する照明光を形成する領域と、被照明面の第１部分とは異なる第２部分を第１角度分布とは異なる第２角度分布で照明する照明光を形成する領域と、を含む光学素子を有する。さらに、検出光学系は、第１角度分布で照明された被照明面の第１部分にある第１アライメントマークからの光を検出し、第２角度分布で照明された被照明面の第２部分にある前記第２アライメントマークからの光を検出する。これによって、第１アライメントマークを第２角度分布の照明光で照明することがなく、第２アライメントマークを第１角度分布の照明光で照明することがないため、マークのエッジにおける散乱光など、位置計測に使用しない不要な光が発生しなくなる。

なお、アライメントスコープ１７２の光源としてレーザー等の干渉性の高い物を用いた場合、マーク観察面４０においてスペックルが発生することが懸念される。この場合、照明光学系の瞳面に、偏光板などの偏光素子や、旋光素子を置くことで、スペックルを低減することができる。図９（ａ）に示す、上部の照明光（＋１次光）と、下部の照明光（−１次光）の偏光方向を直交させるように、瞳面に偏光素子や旋光素子を配置することで、スペックルを低減することが可能である。光学素子１はマーク観察面４０と共役な位置に配置されているため、マーク観察面４０に照明光のフォーカス（結像位置）を合わせるために、照明光学系の光軸方向（Ｚ方向）における光学素子１の位置を変更するためのアクチュエータ（駆動部）６を設けている。

また、アクチュエータ６により、照明光学系の光軸方向に対して垂直な方向における光学素子１の位置を変更可能にして、アライメントマークの中心位置と、光学素子１による照明領域と、の位置合わせを行うことも可能である。図１２に示すように、アライメントマークの大きさや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〜Ｄ領域を設けた光学素子１´を使用することもできる。例えば、光学素子１´をアクチュエータ６で照明光学系の光軸方向に対して垂直な方向に駆動することによって、アライメントマークの位置と光学素子１´による照明領域の位置とを合わせることも可能である。アライメントマークの検出に使用する光の波長を変える場合、光学素子１で回折される光の回折角度が変わるので、使用する光の波長に応じて、アクチュエータ６により光学素子１を移動させて使用する領域を変更することもできる。また、互いに回折角度が異なる複数の光学素子１を用意しておき、使用する光の波長に応じて、複数の光学素子のうち光路内に配置する光学素子１を切り替える切替部を設けることもできる。また、アライメントマークの回転角度に合わせて、アクチュエータ６で光学素子１を照明光学系の光軸周りに回転させて位置合わせをしてもよい。

図１０に示すように、開口部ＩＬ１Ａに入射する光に関して、二点鎖線部で示すように、相対的に長波長側の光と相対的に短波長側の光とでは波長によって回折角度が変わるため、長波長側の光と短波長側の光の位置が瞳面においてずれてしまう。この場合、使用する波長間においても光が重なる領域を開口部ＩＬ１Ａで切り取り使用することも可能である。

なお、上述のように、図５（ａ）に示すモアレ縞信号が生じないマークを検出する場合にも適用することができる。これまで、Ｘ方向、Ｙ方向の位置計測用に限定したマークで説明を行った。しかし、図１３に示すように、４５°方向の計測マークを瞳面における照明光分布（ＩＬ７，ＩＬ８）で照明し、−４５°方向の計測マークを瞳面における照明光分布（ＩＬ５，ＩＬ６）で照明することも可能である。そのため、マークの角度や方向、照明光の分布には限定的な条件はなく適用可能である。また、散乱光を防止するために周期パターンの端の幅やピッチを中央部とは変えたマークを適用して、更なる散乱光の発生を抑えることもできる。

光学素子１として空間変調器を用いた場合、照明光の角度分布を時間毎に変更することができる。第２角度分布でＢ領域に対応する部分にあるマークを照明して受光素子５で画像を取得することと、第１角度分布でＡ領域に対応する部分にあるマークを照明して受光素子５で画像を取得することを、時間的に分離して行う事が出来る。この場合、Ｘ方向のみの位置計測のためのマーク検出と、Ｙ方向のみの位置計測のためのマーク検出を時間的に分離することが可能であり、位置計測に不要な光が散乱光となって検出信号（受光素子５）に混入することを防止することができる。

また、光学素子１として回折光学素子を用いた場合でも、以下の処理を時間的に分離して行う事が出来る。つまり、上記Ａ領域を照明して第１角度分布でＡ領域に対応する部分にあるマークを照明して受光素子５で画像を取得することと、上記Ｂ領域を照明して第２角度分布でＢ領域に対応する部分にあるマークを照明して受光素子５で画像を取得することの処理である。

また、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ことと、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ととの処理である。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、種々の角度分布を形成することできる。

以上のように、照明光学系が第１角度分布の照明光を形成して、第１アライメントマークを第１角度分布で照明して、検出光学系が第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を検出する第１工程を行う。そして、第１工程の後、照明光学系が第２角度分布の照明光を形成して、第２アライメントマークを第２角度分布で照明して、検出光学系が第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を検出する第２工程を行うことができる。

［物品の製造方法］
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）の製造方法は、前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他の加工ステップを含みうる。本物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

Claims (17)

1. 光源を有し、当該光源からの光を用いて、被検物の第１方向の位置を検出するための第１アライメントマークと、前記被検物の前記第１方向と異なる第２方向の位置を検出するための第２アライメントマークと、を照明する照明光学系と、
   前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を検出する検出光学系と、を備える検出装置であって、
   前記照明光学系は、被照明面とは光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面の第１部分を第１角度分布で照明する照明光を形成する領域と、前記被照明面の第１部分とは異なる第２部分を前記第１角度分布とは異なる第２角度分布で照明する照明光を形成する領域と、を含む光学素子を有し、
   前記検出光学系は、前記第１角度分布で照明された前記被照明面の第１部分にある前記第１アライメントマークからの光を検出し、前記第２角度分布で照明された前記被照明面の第２部分にある前記第２アライメントマークからの光を検出し、
   前記検出光学系は、共通の受光素子を用いて前記第１アライメントマークからの光と前記第２アライメントマークからの光を検出する、ことを特徴とする検出装置。
2. 前記光学素子は、回折光学素子、レンズアレイ、プリズム、又は、空間変調器であることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 光源を有し、当該光源からの光を用いて、被検物の第１方向の位置を検出するための第１アライメントマークと、前記被検物の前記第１方向と異なる第２方向の位置を検出するための第２アライメントマークと、を照明する照明光学系と、
   前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を検出する検出光学系と、を備える検出装置であって、
   前記照明光学系は、被照明面とは光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面の第１部分を第１角度分布で照明する照明光を形成する領域と、前記被照明面の第１部分とは異なる第２部分を前記第１角度分布とは異なる第２角度分布で照明する照明光を形成する領域と、を含む光学素子を有し、
   前記検出光学系は、前記第１角度分布で照明された前記被照明面の第１部分にある前記第１アライメントマークからの光を検出し、前記第２角度分布で照明された前記被照明面の第２部分にある前記第２アライメントマークからの光を検出し、
   前記検出装置は、前記光学素子を駆動する駆動部を有することを特徴とする検出装置。
4. 前記駆動部は、前記照明光学系の光軸方向における前記光学素子の位置を変更することを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
5. 前記駆動部は、前記アライメントマークの位置に基づいて、前記照明光学系の光軸方向に対して垂直な方向における前記光学素子の位置を変更することを特徴とする請求項３又は４に記載の検出装置。
6. 前記駆動部は、前記照明光学系の光軸を中心に前記光学素子を回転することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の検出装置。
7. 前記光学素子は、各領域において所定の角度で光を回折し、
   前記検出装置は、前記光学素子と回折角度が異なる第２の光学素子と、光路内に配置する光学素子を前記光学素子から前記第２の光学素子に切り替える切替部と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置。
8. 前記検出装置は、照明光の波長に応じて、前記光路内に配置する光学素子を切り替えることを特徴とする請求項７に記載の検出装置。
9. 前記検出装置は、前記光学素子に対してフーリエ変換の関係となる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乃至８のいずれか１項に記載の検出装置。
10. 前記検出装置は、前記光学素子に対してフーリエ変換の関係となる面に配置された偏光素子を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の検出装置。
11. 型のパターンと基板上のインプリント材とを接触させて前記インプリント材に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１０のいずれか１項に記載の検出装置を有し、
    前記検出装置は、被検物としての前記型と前記基板の位置ずれを検出することを特徴とするインプリント装置。
12. 請求項１１に記載のインプリント装置を用いて、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。
13. 光源を有し、当該光源からの光を用いて、被検物の第１方向の位置を検出するための第１アライメントマークと、前記被検物の前記第１方向に直交する第２方向の位置を検出するための第２アライメントマークと、を照明する照明光学系において、
    被照明面とは光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面の第１部分を前記第１方向および前記第２方向のうちいずれか一方の方向の第１角度分布で照明する照明光を形成する領域と、前記被照明面の第１部分とは異なる第２部分を前記第１方向および前記第２方向のうち他方の方向の第２角度分布で照明する照明光を形成する領域と、を含む光学素子を有し、
    前記被照明面の第１部分にある前記第１アライメントマークを前記第１角度分布で照明し、前記被照明面の第２部分にある前記第２アライメントマークを前記第２角度分布で照明する、ことを特徴とする照明光学系。
14. 光源を有し、当該光源からの光を用いて、被検物の第１方向の位置を検出するための第１アライメントマークと、前記被検物の前記第１方向と異なる第２方向の位置を検出するための第２アライメントマークと、を照明する照明光学系と、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を検出する検出光学系と、を用いた検出方法であって、
    前記照明光学系が第１角度分布の照明光を形成して、前記第１アライメントマークを前記第１角度分布で照明して、前記検出光学系が前記第１角度分布で照明された前記第１アライメントマークからの光を検出する第１工程と、
    前記第１工程の後、前記照明光学系が前記第１角度分布とは異なる第２角度分布の照明光を形成して、前記第２アライメントマークを前記第２角度分布で照明して、前記検出光学系が前記第２角度分布で照明された前記第２アライメントマークからの光を検出する第２工程と、を有し、
    前記第１工程において、受光素子を用いて前記第１アライメントマークからの光を検出し、前記第２工程において、前記第１工程と共通の受光素子を用いて前記第２アライメントマークからの光を検出することを特徴とする検出方法。
15. 前記光学素子の第１領域からの前記第１角度分布の照明光で前記被照射面の第１部分に照明領域を限定して前記第１部分にある前記第１アライメントマークを照明し、前記第２領域からの前記第２角度分布の照明光で前記被照明面の前記第１部分とは異なる第２部分に照明領域を限定して前記第２部分にある前記第２アライメントマークを照明する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の検出装置。
16. 前記光学素子の前記第１領域からの前記第１角度分布の照明光で、前記被照明面の前記第１部分にある前記第１アライメントマークを照明し、前記被照明面の前記第２部分にある前記第２アライメントマークを照明せず、前記光学素子の前記第２領域からの前記第２角度分布の照明光で、前記被照明面の前記第２部分にある前記第２アライメントマークを照明し、前記被照明面の前記第１部分にある前記第１アライメントマークを照明しない、ことを特徴とする請求項１５に記載の検出装置。
17. 光源を有し、当該光源からの光を用いて、被検物の第１方向の位置を検出するための第１アライメントマークと、前記被検物の前記第１方向に直交する第２方向の位置を検出するための第２アライメントマークと、を照明する照明光学系と、
    前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークからの光を検出する検出光学系と、を備える検出装置であって、
    前記照明光学系は、被照明面とは光学的に共役な位置に配置され、前記被照明面の第１部分を前記第１方向および前記第２方向のうちいずれか一方の方向の第１角度分布で照明する照明光を形成する領域と、前記被照明面の第１部分とは異なる第２部分を前記第１方向および前記第２方向のうち他方の方向の第２角度分布で照明する照明光を形成する領域と、を含む光学素子を有し、
    前記検出光学系は、前記第１角度分布で照明された前記被照明面の第１部分にある前記第１アライメントマークからの光を検出し、前記第２角度分布で照明された前記被照明面の第２部分にある前記第２アライメントマークからの光を検出する、ことを特徴とする検出装置。