JP6685821B2 - 計測装置、インプリント装置、物品の製造方法、光量決定方法、及び、光量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置、インプリント装置、物品の製造方法、光量決定方法、及び、光量調整方法に関する。

半導体デバイスやＭＥＭＳなどの微細化の要求が進み、基板上のインプリント材をモールドで成形し、インプリント材のパターンを基板上に形成する微細加工技術が注目されている。かかる技術は、インプリント技術と呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。

インプリント技術の１つとして、例えば、光硬化法がある。光硬化法を採用したインプリント装置では、まず、基板のショット領域に未硬化のインプリント材を供給（塗布）する。次いで、ショット領域に供給された未硬化のインプリント材に型（モールド）を接触させて（押し付けて）成形する。そして、インプリント材と型とを接触させた状態において、インプリント材に光（例えば、紫外線）を照射して硬化させ、硬化されたインプリント材から型を引き離すことで、基板上にインプリント材のパターンが形成される。

インプリント装置でこのような処理を行う際、型と基板の位置合わせが必要である。特許文献１には、型と基板をインプリント材を介在した状態で接触させ、位置合わせを行う方法が開示されている。まず、基板に設けられたアライメントマーク以外の部分にインプリント材を塗布する。次に、基板を型に相対する位置に移動させる。そして、型と基板の距離を縮め、アライメントマークがインプリント材で埋まらないような高さまで近づける。この状態で、型に設けられたアライメントマークと、基板に設けられたアライメントマークとを検出することによってマーク間の相対位置を計測し、計測結果に基づいて型と基板との位置合わせを行う。その後、型と基板との押圧を行う。

特許文献１には、マーク間の相対位置を計測する計測装置において、型と基板のギャップや型のマーク部の膜厚に応じて撮像素子に入射する光の波長を選択することが開示されている。これは、型と基板のギャップに応じたマークからの反射光の光量の変化が波長によって異なるためである。

特開２０１１−１８１９４４号公報

特許文献１には、型のマークと基板のマークの１組のアライメントマークを検出する際の波長を選択的に用いることが開示されている。

アライメントマークとして、例えば、低い計測精度でマーク間の相対位置が計測されるマークや、より高い計測精度でマーク間の相対位置を計測できる別の種類のマークのように、複数種類のマークを用いる場合がある。この場合、マークの材質、パターン形状又は厚み等が異なる、若しくは、マーク上にプロセス層が形成されている等によって、マークの反射率が異なる。マークの反射率が異なる場合、複数種類のマークからの光の各検出光量に差が生じるため、少なくとも１種類のマークについて、マーク間の相対位置の計測信号を高精度に検出することができない場合がある。そのため、マーク間の相対位置の計測精度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、マーク間の相対位置を高精度に計測す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計測装置は、第１波長の照明光を出す第１光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の照明光を出す第２光源とを有し、前記第１部材に設けられた第１アライメントマーク、前記第２部材に設けられた第２アライメントマーク、前記第１部材に設けられ、前記第１アライメントマークとは異なる第３アライメントマーク、及び、前記第２部材に設けられ、前記第２アライメントマークとは異なる第４アライメントマーク、を前記第１波長及び前記第２波長の照明光で照明する照明部と、前記第１波長の照明光及び前記第２波長の照明光によって照明された、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、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光、を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記第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に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの相対位置を求め、前記検出部によって検出された前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光に基づいて前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークとの相対位置を求める処理部と、前記検出部によって検出される前記第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の検出光量と、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光の検出光量と、の相対値が所定の範囲内に収まるように、前記第１アライメントマーク、前記第２アライメントマーク、前記第３アライメントマーク及び前記第４アライメントマークを照明する前記第１波長の光量と前記第２波長の光量を調整する調整部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、マーク間の相対位置を高精度に計測することができる。

インプリント装置の代表的な構成例を示した図である。 計測装置の構成の一例を示す図である。 計測装置の構成の変形例を示す図である。 光源の構成例を示した図である。 照明光学系の瞳面における光強度分布を示す図である。 マークとモアレ縞を表す図である。 モアレ縞を発生する位置合わせマークを示す図である。 モアレ縞と粗検マークの画像を示す図である。 基板側マークの回折効率の一例を示す図である。 各マークからの光量の一例を示す図である。 光源からの光量の調整方法を示すフローチャートである。 回折格子からの光量のシミュレーション波形である。 光源の構成の変形例を示した図である。 物品の製造方法を説明するための図である。

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。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係るインプリント装置の構成について説明する。図１は、本実施形態のインプリント装置１の代表的な構成を示す図である。インプリント装置１は、基板上に供給されたインプリント材を型と接触させ、インプリント材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基板上に形成する装置である。

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。

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。

なお、本実施形態のインプリント装置は、光硬化法を採用するものとする。また、図１においては、基板面に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軸とに垂直な方向にＺ軸を取っている。インプリント装置１は、照射部２と、計測装置３と、モールド保持部４と、ウエハステージ５と、塗布部６と、制御部１２とを備える。

照射部２は、モールド（型）７とウエハ（基板）８上のインプリント材とを接触させる押型処理の後に、インプリント材を硬化させるために、モールド７及びインプリント材に対して紫外線を照射する照射装置である。照射部２は、紫外線を出す光源と、該光源から射出される紫外線をモールド７及び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とを有する。特に、照射部２による光の照射領域（照射範囲）は、モールド７の凹凸パターン７ａの表面積と同程度、又は、凹凸パターン７ａの表面積よりも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、照射に伴う熱に起因してモールド７またはウエハ８が膨張し、インプリント材に転写されるパターンに位置ズレや歪みが発生することを抑えるためである。加えて、ウエハ８などで反射された紫外線が塗布部６に到達し、塗布部６の吐出部に残留したインプリント材を硬化させてしまうことで、塗布部の後の動作に異常が生じることを防止するためでもある。ここで、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、エキシマレーザまたは発光ダイオードなどが採用可能である。なお、この光源は、被受光体であるインプリント材の特性に応じて適宜選択されるが、光源の種類、数または波長などにより限定されるものではない。

また、モールド７は、ウエハ８に対する面に所定のパターン（例えば、回路パターン等の凹凸パターン７ａ）が３次元状に形成された型である。なお、モールド７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。

モールド保持部（型保持部）４は、真空吸着力や静電力によりモールド７を引きつけて保持する型保持手段である。このモールド保持部４は、モールドチャックと、モールドチャックをＺ軸方向に駆動するモールド駆動機構と、モールドをＸ軸方向およびＹ軸方向に変形させてインプリント材に転写されるパターンの歪みを補正するモールド倍率補正機構とを含む。モールド駆動機構は、ウエハ８上に塗布された紫外線硬化用のインプリント材にモールド７を押し付けるために設けられている。なお、インプリント装置１における押型および離型の各動作は、このようにモールド７をＺ方向に移動させることで実現してもよいが、例えば、ウエハステージ５（ウエハ８）をＺ方向に移動させることで実現してもよく、または、その両方を移動させてもよい。

ウエハステージ５は、ウエハ８を例えば真空吸着により保持し、かつ、ＸＹ平面内を移動可能とする基板保持部である。ここで、ウエハ８は、例えば、単結晶シリコンからなる被処理体であり、この被処理面には、モールド７により成形される紫外線硬化用のインプリント材９が塗布される。

また、インプリント装置１は、ウエハ８とモールド７（第１部材と第２部材）との相対位置合わせのための計測を行う計測装置３を備える。計測装置３は、モールドに設けられた位置合わせマーク１０とウエハ８に設けられた位置合わせマーク１１を光学的に検出して、両マークの相対位置を計測する。また、計測装置３は、モールド又はウエハに配置されたマークの位置に合わせて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に駆動可能なように構成されている。さらには、マークの位置に焦点を合わせるために、計測装置３はＺ軸方向にも駆動可能なように構成されている。

制御部１２は、照射部２、計測装置３、モールド保持部４、ウエハステージ５、および、塗布部６と電気的に接続され、それぞれに制御指令を送信したり、それぞれから情報を取得したりする。例えば、制御部１２は、計測装置３で計測されたマーク間の相対位置の情報を取得し、その情報に基づいてウエハステージ５やモールド保持部４のモールド倍率補正機構（位置合わせ部）の駆動を制御する。計測装置３と位置合わせマーク１０および１１については後で詳述する。

塗布部６は、ウエハ８上にインプリント材９を塗布する塗布手段である。ここで、インプリント材９は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性のインプリント材であって、半導体デバイスの種類などにより適宜選択される。なお、図１ではインプリント装置１の内部に塗布部６があるが、塗布部６をインプリント装置１の内部に設置せずにインプリント装置１の外部に設けても良い。塗布部が外部に設けられた場合、塗布部により予めインプリント材が塗布されたウエハ８をインプリント装置１の内部に導入する構成となる。この構成によれば、インプリント装置１の内部での塗布工程がなくなるため、インプリント装置１での処理の迅速化が可能となる。

次に、インプリント装置１によるインプリント処理について説明する。まず、不図示の基板搬送部によりウエハ８をウエハステージ５上に搬送し、ウエハ８を載置および固定させる。次に、ウエハステージ５を塗布部６の塗布位置へ移動させ、その後、塗布部６は、塗布工程としてウエハ８の所定のショット（インプリント）領域にインプリント材９を塗布する。次に、ウエハ８上の塗布面がモールド７の直下に位置するように、ウエハステージ５を移動させる。次に、モールド駆動機構を駆動させ、ウエハ８上のインプリント材９にモールド７を押型する（押型工程）。このとき、インプリント材９は、モールド７の押型によりモールド７に形成された凹凸パターン７ａに沿って流動する。さらに、ウエハ８及びモールド７に設けられたマーク１０及び１１を計測装置３によって検出し、ウエハステージ５の駆動によるモールド７の押型面とウエハ８上の塗布面との位置合わせ、及び、モールド倍率補正機構によるモールド７の倍率補正等を実施する。インプリント材９の凹凸パターン７ａへの流動と、モールド７とウエハ８との位置合わせ及びモールドの倍率補正等が十分になされた状態とする。その状態で、照射部２は硬化工程としてモールド７の背面（上面）から紫外線を照射し、モールド７を透過した紫外線によりインプリント材９が硬化する。この際、計測装置３は紫外線の光路を遮らないように位置に配置される。続いて、モールド駆動機構を再駆動させ、モールド７とウエハ８とを引き離す（離型工程）。以上の工程により、ウエハ８上にモールド７の凹凸パターン７ａが転写される。

続いて、計測装置３と、モールド７およびウエハ８にそれぞれ設けられた位置合わせ用マーク（アライメントマーク）１０および１１の詳細を説明する。図２は、本実施形態の計測装置３の構成の一例を示す図である。計測装置３は、検出光学系（検出部）２１、照明光学系（照明部）２２、処理部２６、及び、制御部３７を有する。照明光学系２２は光源２３からの光を、プリズム２４などを用いて検出光学系２１と同じ光軸上へ導き、位置合わせマーク１０および１１を照明する。光源２３には例えばハロゲンランプやＬＥＤ、半導体レーザ（ＬＤ）、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプが用いられ、レジストを硬化させる紫外線を含まない可視光線や赤外線を照射するように構成されている。制御部３７は光源２３の駆動を制御する。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。位置合わせマーク１０および１１は、例えば、回折格子を有し、検出光学系２１は照明光学系２２によって照明された位置合わせマーク１０と１１からの回折光同士の干渉により発生する干渉縞（モアレ縞）を撮像素子２５（センサ）上に結像する。撮像素子２５はＣＣＤやＣＭＯＳなどが用いられる。処理部２６は撮像素子２５で撮像された画像データを取得し、処理する。モールド７およびウエハ８上のマークの回折光によって干渉縞（モアレ縞）が発生するため、モールド７およびウエハ８の回折効率によって得られるモアレ縞の光量が変わってくる。特に、回折効率は波長に対して周期的に変化するため、効率よくモアレ縞を検出することができる波長とモアレ縞の検出が困難な波長がある。ここで、モアレ縞の検出が困難な波長の光は、撮像素子２５で検出される計測信号に対してノイズとなりうる。処理部２６は、制御部１２の一部であり、撮像素子２５で撮像された画像の情報を取得し、その画像に基づいて、マーク１０とマーク１１の相対位置を計算によって求める。計測装置３の制御部１２は、求められた相対位置に基づいて位置合わせ部の制御を行い、少なくともマーク１０とマーク１１を含む領域の相対位置ずれが小さくなるように位置合わせを行う。これにより、基板のパターンと型のパターンとの重ね合わせを高精度に行うことができる。

プリズム２４はその貼り合せ面において、照明光学系の瞳面の周辺部分の光を反射するための反射膜２４ａが構成されている。また、反射膜２４ａは検出光学系２１の瞳の大きさあるいは検出ＮＡを規定する開口絞りとしても働く。ここで、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。なお、プリズム２４の周辺にある反射膜２４ａの領域を透過部にして、プリズム２４の中心部分を反射部としてた構成、つまり、光源２３と撮像素子２５の位置を入れ替えた構成としてもよい。

また、本実施形態にかかる照明光学系の瞳面における光強度分布、及び、検出光学系の検出ＮＡを決める位置は、必ずしもプリズム２４の位置でなくてもよい。例えば、図３に示すように、検出光学系２１と照明光学系２２はそれぞれ個別の開口絞り２７および２８を有してもよい。この構成では、開口絞り２８の開口形状により検出光学系の検出ＮＡが決まり、開口絞り２７の開口形状により照明光学系の瞳面における光強度分布が決まる。また、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。

次に、光源２３について説明する。図４は光源２３の詳細な構成を示した図である。光源２３には複数の光源３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ（３０ａ〜ｄ）が設けられている。複数の光源３０ａ〜ｄとして半導体レーザを示しているが、これに限らず、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプやナトリウムランプを用いてもよいし、それらの組み合わせた光源を用いてもよい。また、複数の光源３０ａ〜ｄの各々が射出する光の波長は互いに異なるように構成されている。例えば、第１光源３０ａは第１波長の光を射出し、第２光源３０ｂは第１波長とは異なる第２波長の光を射出する。また、第１光源３０ａは第１波長帯域の光を射出し、第２光源３０ｂは第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光を射出してもよい。ただし、特定の波長（帯域）の光量を上げるために、特定の複数の光源で同じ波長（帯域）を射出するように構成してもよい。なお、光源と波長（帯域）の数は４つに限らない。

光学系３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（３１ａ〜ｄ）は例えばレンズであり、複数の光源３０ａ〜ｄの各々に対応して設けられている。光学系３１ａ〜ｄの各々は、複数の光源３０ａ〜ｄの各々から放出された光を所望の状態（形状）に成形する。光学系３１ａ〜ｄを通過した光は光学素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ（３２ａ〜ｄ）により反射又は透過して、１つの光束として合成される。光学素子３２ａ〜ｄは、例えばダイクロイックミラーやハーフミラーなどである。合成に用いる複数の光源３０ａ〜ｄの各々の波長帯域が、例えば５０ｎｍ程度以上異なる場合、ダイクロイックミラーを用いて合成することができる。合成に用いる複数の光源の波長が同じまたは近傍であるために、ダイクロイックミラーで効率よく合成できない場合は、ハーフミラーを用いて合成する。図４では複数の光源３０ａ〜ｄを直列に合成しているが、２つずつ並列に合成してもよい。光源３０ａ〜ｄの種類や波長、およびスペースを考慮して合成の仕方を選択できる。複数の光源３０ａ〜ｄには、各光源を駆動する制御部（変更部）３７が接続されている。制御部３７は、複数の光源３０ａ〜ｄの駆動電流や印加電圧を変更することによって、各光源の出力エネルギー（光源からの光量）を個別に変更することができる。なお、１つの光源に１つの制御部を設けても良い。

光学素子３２ａ〜ｄによって合成された光は、ＮＤフィルタ３４を通過して光量調整される。ＮＤフィルタ３４は、通過する光の強度を調整可能な素子であり、例えば石英に付与した金属膜の種類や膜厚によって透過光量が変わる。光源２３の光量を調整するために、ＮＤフィルタ３４として透過率が互いに異なる複数種類のフィルタを用意し、必要な光量に応じてフィルタを切り替えて光路内に挿入する。また、フィルタにおいて光が通過する位置によって透過率が連続的に変化する方式のフィルタを用いてもよい。ＮＤフィルタ３４は、光源３０ａ〜ｄからの光が合成された光の光量を調整する。

ＮＤフィルタ３４を通過した光は拡散板３５を通過して、ファイバー３６に導かれる。半導体レーザは波長帯域が数ｎｍと狭いため、干渉によって観察される像にノイズ（スペックルノイズ）が発生する。そのため、拡散板３５を回転させて時間的に波形の状態を変化させることによって、観察されるスペックルノイズを低減する。ファイバー３６からの射出光が光源２３から射出される光となる。

なお、複数の光源３０ａ〜ｄの各々に対応して、各光源から射出された光が他の光と合成される前の各光路内に、透過光量を変更可能なＮＤフィルタ（変更部）を設けてもよい。このＮＤフィルタとして、フィルタにおいて光が通過する位置によって透過率が連続的に変化する方式のフィルタを用いることができる。また、透過率が互いに異なる複数種類のフィルタを用意し、必要な透過光量に応じてフィルタを切り替えて光路内に挿入してもよい。また、光学素子３２ａ〜ｄによって合成された光を回折格子で分光し、分光された光の光量分布に対して、場所によって透過光量が変化するＮＤフィルタ等で光量分布を調整して、各波長の光量を調整してもよい。

図５は、計測装置３の照明光学系２２の瞳面における光強度分布（ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４）と、検出光学系２１の瞳面における検出開口ＮＡｏとの関係を示す図である。図５では、照明光学系２２の瞳面（開口絞り２７）と、検出光学系２１の瞳面の開口（開口絞り２８）とを重ね合わせて表示している。本実施形態では、照明光学系２２の瞳面における光強度分布は、円形状の光強度分布である第１極ＩＬ１と、第２極ＩＬ２と、第３極ＩＬ３と、第４極ＩＬ４とを含む。各極は、各極内において光強度のピークを有する。照明光学系２２は、これらの極で、マーク１０やマーク１１の回折格子の周期方向（第１方向）に対して垂直な方向から斜入射する光と、かかる周期方向に平行な方向から斜入射する光とによって、マーク１０やマーク１１を照明する。上述したように、開口絞り２７を照明光学系２２の瞳面に配置することで、１つの光源２３から複数の極、即ち、第１極ＩＬ１乃至第４極ＩＬ４を形成することができる。このように、１つの光源の光から複数の極（ピーク）を有する光強度分布を形成する場合には、計測装置３を簡略化又は小型化することができる。

図６を参照して、回折格子マークからの回折光によるモアレの発生の原理、及び、かかるモアレを用いたマーク間（モールド７と基板８）の相対位置の計測、について説明する。図６（ａ）に、マーク１０に相当する、モールド７に設けられる回折格子４１を示す。図６（ｂ）に、マーク１１に相当する、基板８に設けられる回折格子４２を示す。回折格子４１と回折格子４２とは、周期パターン（格子）の周期が僅かに異なっている。格子の周期が互いに異なる２つの回折格子を近づけて重ねると、２つの回折格子からの回折光同士の干渉によって、回折格子間の周期差を反映した周期を有するパターン、所謂、モアレが現れる。この際、回折格子同士の相対位置によってモアレの位相が変化するため、モアレを検出することで回折格子４１と回折格子４２との相対位置、即ち、モールド７と基板８との相対位置を求めることができる。

具体的には、周期が僅かに異なる回折格子４１と回折格子４２とを重ねると、回折格子４１及び４２からの回折光が重なり合うことで、図６（ｃ）に示すように、周期の差を反映した周期を有するモアレが発生する。モアレは、上述したように、回折格子４１と回折格子４２との相対位置によって明暗の位置（縞の位相）が変化する。例えば、回折格子４１及び４２のうち一方の回折格子をＸ方向にずらすと、図６（ｃ）に示すモアレは、図６（ｄ）に示すモアレに変化する。モアレは、回折格子４１と回折格子４２との間の実際の位置ずれ量を拡大し、大きな周期の縞として発生するため、検出光学系２１の解像力が低くても、回折格子４１と回折格子４２との相対位置を高精度に検出することができる。

このようなモアレを検出するために、回折格子４１及び４２を明視野で検出する（回折格子４１及び４２を垂直方向から照明し、回折格子４１及び４２で垂直方向に回折される回折光を検出する）場合を考える。この場合、検出光学系２１は、回折格子４１及び４２からの０次光も検出してしまう。０次光は、モアレのコントラストを低下させる原因となる。そのため、計測装置３は、０次光を検出しない、即ち、回折格子４１及び４２を斜入射で照明する暗視野の構成となっている。

本実施形態では、暗視野の構成でもモアレを検出できるように、マーク１０及びマーク１１のうち、一方を図７（ａ）に示すようなチェッカーボード状の第１回折格子とし、他方を図７（ｂ）に示すような第２回折格子としている。第１回折格子は、Ｘ方向（第１方向）と、Ｘ方向に垂直なＹ方向（第２方向）にそれぞれ周期をもつ回折格子である。第２回折格子は、Ｘ方向（第１方向）に周期をもち、第１回折格子のＸ方向における周期とは異なる周期の回折格子である。なお、第１方向と第２方向とは垂直に限らず、互いに異なれば計測が可能である。

図５に示す第１極ＩＬ１及び第２極ＩＬ２からの光は、Ｙ方向側から斜入射で第１回折格子に照射され、第１回折格子によってＹ方向およびＸ方向にも回折し、周期が僅かに異なる第２回折格子によってＸ方向に回折する。このように回折された光は、第１回折格子と第２回折格子のＸ方向の相対位置情報をもち、図５に示す検出光学系２１の瞳上の検出領域（ＮＡ_Ｏ）に入射し、撮像素子２５でモアレとして検出される。処理部２６は、撮像素子２５で撮像されたモアレの画像から、Ｘ方向（計測方向）における２つの回折格子の相対位置を求めることができる。

図５に示す第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す回折格子間の相対位置の計測には使用されない。但し、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示す回折格子間の相対位置を検出する場合には、第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光を用いる。図７（ｃ）に示すチェッカーボード状の第３回折格子は、Ｘ方向と、Ｘ方向に垂直なＹ方向にそれぞれ周期をもつ回折格子である。図７（ｄ）に示す第４回折格子は、Ｙ方向に周期をもち、第３回折格子のＹ方向における周期とは異なる周期の回折格子である。第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光は、Ｘ方向側から斜入射で第３回折格子に照射され、第３回折格子によってＹ方向およびＸ方向にも回折し、周期が僅かに異なる第４回折格子によってＹ方向に回折する。このように回折された光は、第３回折格子と第４回折格子のＹ方向の相対位置情報をもち、図５に示す検出光学系２１の瞳上の検出領域（ＮＡ_Ｏ）に入射し、撮像素子２５でモアレとして検出される。処理部２６は、撮像素子２５で撮像されたモアレの画像から、Ｙ方向（計測方向）における第３回折格子と第４回折格子の相対位置を求めることができる。なお、第１極ＩＬ１及び第２極ＩＬ２からの光は、第３回折格子と第４回折格子の相対位置計測には使用されない。本実施形態では、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す回折格子の組と、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示す回折格子の組とを、検出光学系２１（撮像素子２５）の同一視野内に配置して同時に２つの方向（Ｘ、Ｙ）の相対位置を検出する。その場合には、図５に示す照明光学系の瞳面における光強度分布で、これらの４つの回折格子を照明することは非常に有効となる。

次に、モールド７と基板８の相対位置を計測するためのアライメントマークの詳細について説明する。図８は、モールド７と基板８を近づけた時に計測されるアライメントマークからの光による画像を模式的に表した図である。本実施形態では、モアレを形成する回折格子のマークと、丸形状を有するマーク５１ａ―１（第４アライメントマーク）と、三角形状を有するマーク５２ａ―１（第３アライメントマーク）を用いる。マーク１０として、モールド側マーク５１ａ−１が含まれ、マーク１１として、基板側マーク５２ａ−１が含まれる。

計測装置３は、図８の外枠の範囲内を、１つの撮像素子２５の撮像面で一度に計測（撮像）することが可能である。つまり、撮像される所定の領域内に複数種類のマークが存在している。ただし、撮像素子は１つに限らず、複数用いてもよい。計測装置３の処理部２６は、撮像素子２５によって撮像されたモールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１の画像を取得する。そして、処理部２６は、その画像に基づいて、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１のそれぞれの幾何的な中心位置を基準として、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１（モールド７と基板８）の位置ずれ量Ｄ１を求める。モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１とは予め所定の基準距離だけＹ方向に離れるように設計されているため、この基準距離と位置ずれ量Ｄ１との差が、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１の相対位置のずれになる。

なお、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１は小型化できるため、マークの専有領域が小さくてすむ。一方、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１を用いた相対位置の計測精度は、回折格子によるモアレを計測して得られる相対位置の計測精度よりも低い（粗検）。また、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１の反射率の違いによって検出されるマークの光量に差が生じうる。光量差が大きいと光量の小さいマークを検出できる程度の明るさの光を照射するため、光量の大きいマークの信号が飽和して計測誤差が生じる。そのため、マークからの光量差を抑える必要がある。

また、マーク５１ａ−１とマーク５２ａ−１とは種類（材質、形状又は厚み等）が異なる別の種類のアライメントマークが設けられている。それは、基板側回折格子５２ａ−２（第１アライメントマーク）と、モールド側回折格子５１ａ−２（第２アライメントマーク）である。モールド側回折格子５１ａ−２と基板側回折格子５２ａ−２が重なることによりモアレ縞が見られる。モールド側回折格子５１ａ−２と基板側回折格子５２ａ−２は、一方が図７（ｃ）に示す周期的なパターンであり、他方が図７（ｄ）に示す周期的なパターンである。２つのパターンの計測方向（Ｙ方向）の周期が僅かに異なるため、Ｙ方向に光量が変化しているモアレ縞が生じる。回折格子間の相対位置が変化するとモアレ縞が移動するが、モアレ縞の移動量は回折格子間の相対位置の変化量よりも大きい。そのため、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１を用いた相対位置の計測精度と比べて、回折格子間の相対位置を高精度に計測することができる（精検）。

また、モールド側回折格子と基板側回折格子の周期の大小関係によって、回折格子間の相対位置が変化したときのモアレ縞（光量分布）の移動方向が異なる。例えば、モールド側回折格子の周期の方が基板側回折格子の周期よりも大きい場合、基板８が相対的に＋Ｙ方向へシフトすると、モアレ縞も＋Ｙ方向へシフトする。逆に、モールド側回折格子の周期の方が基板側回折格子の周期よりも小さい場合、基板８が相対的に＋Ｙ方向へシフトすると、モアレ縞は−Ｙ方向へシフトする。したがって、モアレ縞のシフト方向と、モールド側回折格子と基板側回折格子の周期の大小関係と、に基づいて、回折格子間の相対位置ずれの方向が分かる。

また、もう１組の回折格子であるモールド側回折格子５１ａ−２′と基板側回折格子５２ａ−２′が設けられており、計測方向の周期の大小関係が、モールド側回折格子５１ａ−２と基板側回折格子５２ａ−２とは入れ替わっている。そのため、モールド７と基板８の相対位置が変わると、２つの組の回折格子によって生じる２つのモアレ縞が互いに反対方向に移動する。したがって、これらの２つのモアレ縞の位置ずれ量Ｄ２を求めることにより、回折格子間の相対位置を高精度に計測することができる。

ただし、モアレ縞は、モールド側回折格子と基板側回折格子の相対位置ずれ量が大きくなるにしたがって周期的に同じ光量分布となって現れるため、相対位置の計測範囲は１周期分の範囲内と小さい。そのため、計測範囲がより広いモールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１を用いて、モールド７と基板８にこの１周期分より大きな範囲で相対的な位置ずれを確認できる。つまり、上述の複数種類のアラメントマークを用いて計測することにより、撮像素子２５で撮像される領域内における、モールド７の部分と基板８の部分との相対的な位置ずれを計測することができる。なお、モールド側マーク５１ａ−１と基板側マーク５２ａ−１は、モールド側マークと基板側マークからの光を検出することにより求まる相対位置ずれが上記１周期分の位置誤差を生じなければ、モアレ縞を発生する別の回折格子としてもよい。ただし、その回折格子は材質、形状又は厚み等が異なることもあり得る。

次に、上述のアライメントマークを照明する照明光について説明する。モールド７と基板８に設けられたアライメントマークの反射率は材質やパターン形状、厚み、基板のプロセス構造等によって異なり、また、波長によっても異なる。

図９に、ウエハのマークによる１次回折効率の一例を示す。この例は、プロセス形成のために既に形成されたパターンの上に材料Ｓの層が形成されている構造のウエハのマークを想定したシミュレーション結果である。材料Ｓの層はマークのパターン面の上にあるため、材料Ｓを通過してマークのパターン面で反射、さらに材料Ｓを通過した光が１次回折光として検出される。この例では、波長５００ｎｍ付近において回折効率が低く、波長７５０ｎｍ付近で回折効率が高い。これは材料Ｓによる光の吸収と材料Ｓの厚みが寄与している。そのため、このウエハのマークを観察するには、波長７５０ｎｍ付近の光を用いると有利である。

図１０に、モールド側マーク５１ａ―１からの光、基板側マーク５２ａ―１からの光、及び、回折格子５１ａ―２及び５２ａ―２によって生じるモアレ縞、の光量の例を示す。縦軸の光量は、各マークを同一の光量で照明した場合における各マークからの光量を表し、モアレ縞の光量はモアレ縞における最大光量を表す。なお、モアレ縞は回折格子間の相対位置の情報を有する光量分布であり、回折格子の端で生じるノイズ光を含まない。図１０において、モールド側マーク５１ａ―１に着目すると、波長５４０ｎｍ付近で光量が高く、波長７８０ｎｍ付近で光量が小さくなっている。基板側マーク５２ａ―１は、波長５４０ｎｍ付近で光量が小さく、波長７２０ｎｍ付近で光量が最大になっていることが分かる。モアレ縞に関しても、波長５４０ｎｍ付近で光量が小さく、波長７２０ｎｍ付近で光量が最大になっていることが分かる。

波長５４０ｎｍでは、モールド側マーク５１ａ―１からの光の光量が大きいが、基板側マーク５２ａ―１からの光とモアレ縞の光量は相対的に小さい。そのため、基板側マーク５２ａ―１からの光とモアレ縞のコントラスト（Ｓ／Ｎ比）が低く、撮像素子２５で検出する際の検出精度が低下するおそれがある。したがって、これらをアライメントマークで照明する場合には、照明光のうち波長５４０ｎｍ付近の光を小さくすることが望ましい。そのため、複数の光源３０ａ〜ｄのうち、波長５４０ｎｍ付近の光を射出する光源の出力エネルギー（光量）を小さくする。

そして、撮像素子２５で検出されるモールド側マーク５１ａ―１からの光量と基板側マーク５２ａ―１からの光量とモアレ縞の光量との相対値が所定の範囲内に収まるように調整する。その調整では、光源２３から射出される複数の波長（第１波長と第２波長）の光の光量の相対量を調整することが望ましい。ここで、所定の範囲とは、例えば、同程度の光量である。なぜならば、マーク間の光量差が大きいと、撮像素子２５で各マークを検出した時に、ある種類のマークの計測信号が飽和してしまい、別の種類のマークの計測信号を検出することができず、マーク間の相対位置を精度よく計測することが困難になるためである。また、単一の波長の照明光ではマーク間の光量差が大きい場合に、別の波長の照明光を用いた場合のマーク間の光量差を足し合わせることによって、マーク間の光量差を低減することができる。特に、撮像素子２５で検出される、モールド側マーク５１ａ―１からの光量又は基板側マーク５２ａ―１からの光量と、モアレ縞の光量と、の相対値が所定の範囲内に収まるように、第１波長の光量と第２波長の光量の相対量を調整することが好ましい。光源３０ａ〜ｄに波長帯域が異なる光源を用いた場合には、マーク間の検出光量差が小さくなるように、制御部３７（調整部）により、各光源から射出される光量（出力エネルギー）を個別に調整して、光源２３の複数の波長の相対光量を調整する。場合によっては、ある波長の光源の出力を停止してもよい。つまり、第１光源から射出される第１波長の光量と、第２光源から射出される第２波長の光量と、の相対量を調整する。また、上述のように、各光源の各光路内に設けられたＮＤフィルタ（調整部）を用いて、第１光源から射出される第１波長の光量と、第２光源から射出される第２波長の光量と、の相対量を調整してもよい。ここで、光量の相対量は光量差や光量比など光量の相対的な違いを表す。なお、モールド側および基板側の各マークからの光量を同等の量だけ変更したい場合には、複数の波長の光を合成した後の光路に配置されるＮＤフィルタ３４により所望の光量となるように制御してもよい。また、光源３０ａ〜ｄおよびＮＤフィルタ３４の両方を制御して光量調整してもよい。

次に、光源２３からの光量の調整方法について説明する。図１１に、光源２３からの光量の調整方法のフローチャートを示す。モールドや基板に設けられた複数のマークの種類やそれらの組み合わせによって、各マーク間の光量差が異なるため、モールドや基板に設けられるマークに対応して、光量調整を行う。

まず、複数の光源３０ａ〜ｄのうち１つの光源以外をＯＦＦにし、または、１つの光源からの光以外を遮光する。そして、１つの光源からの第１波長の光のみでモールドや基板に設けられた複数種類のマークを照明して、複数種類のマークのそれぞれからの光の光量を撮像素子２５により検出する（Ｓ１）。そして、撮像素子２５で検出された複数種類のマークのそれぞれの光量のデータを、撮像素子２５に接続された処理部２６のメモリに記憶する（Ｓ２）。次に、Ｓ１及びＳ２の工程を他の光源、例えば、第１波長とは異なる第２波長について行う（Ｓ３）。これにより、全ての光源３０ａ〜ｄ（複数の波長）で各マークを照明した場合に検出される各マークからの光の光量のうち、各波長の寄与率が分かる。そのため、メモリに記憶されたデータに基づいて、検出光量を抑えたいマークを特定し、検出光量に対する寄与率が大きい波長を決定する（Ｓ４）。そして、制御部３７は、決定された波長の光量が低くなるように光源２３を制御する（Ｓ５）。ここで、射出光量が調整される光源は、検出光量に対する寄与率が高い方の光源から順番に調整するとよい。なお、Ｓ１〜Ｓ５の工程を、制御部１２によって自動制御してもよい。

光量調整における目標は、例えば、モールド側および基板側の各マークの光量差が予め決められた規格値（許容範囲）以内にあることとする。また、各マークの光量が微弱でない、ことを追加目標としてもよい。各マークの光量差の規格値は、例えば、モールド側マーク５１ａ―１と基板側マーク５２ａ―１との光量比が４倍以内とする。また、各マークからの光量が微弱でない範囲とは、撮像素子２５で検出できる範囲であって、例えば、撮像素子２５で検出できる最大光量の４０％以上である。つまり、Ｓ４及びＳ５において、第１波長、第２波長の目標光量を決定する。目標光量は、撮像素子で検出される、回折格子５１ａ―２及び５２ａ―２からの光の検出光量、及び、モールド側マーク５１ａ―１及び基板側マーク５２ａ―１からの光の検出光量との相対値が所定の範囲内に収まるように決定される。また、目標光量は、撮像素子２５で検出できる最大光量に基づいて決定される。そして、決定した目標光量となるように、第１波長の光の光量と第２波長の光の光量を調整する。

各マークの光量差はモールド７および基板８に設けられたマークの種類や組み合わせによって決まる。そのため、モールド７および基板８の種類ごとに、複数種類のマークのそれぞれの光量のデータ、又は、各マークからの光量のうちの各波長の寄与率、を取得し、予めデータベースとしてメモリに記憶しておいてもよい。実際に計測する場合には、モールド７および基板８の種類と、そのデータベースに基づいて、各マーク間の検出光量の相対値が所定の範囲内に収まるように、光源２３の複数の波長の相対光量を調整する。なお、データベースとして、モールド７および基板８の種類と、光源２３の複数の波長の相対光量との関係を記憶しておいてもよい。

上述の光量調整の後、光量が調整された光源からの光を用いて複数種類のマークを照明して、撮像素子により複数種類のマークを検出し、検出結果に基づいて各マークの相対位置ずれを求める（Ｓ６）。つまり、第１波長の照明光と第１波長とは異なる第２波長の照明光とを含む照明光を用いて、基板に設けられた第１アライメントマークと型に設けられた第２アライメントマークとを照明する。また、第１波長、第２波長の照明光とを含む照明光を用いて、基板に設けられ、第１アライメントマークとは異なる第３アライメントマークと、型に設けられ、第２アライメントマークとは異なる第４アライメントマークとを照明する。そして、照明光で照明された、第１アライメントマークと第２アライメントマークからの光、及び、第３アライメントマークと第４アライメントマークからの光、をセンサで検出する。そして、検出された第１アライメントマークと第２アライメントマークからの光に基づいて第１アライメントマークと第２アライメントマークとの相対位置を求める。さらに、検出された第３アライメントマークと第４アライメントマークからの光に基づいて第３アライメントマークと第４アライメントマークとの相対位置を求める。

なお、図１０に示すように、マークの種類によってマークからの光量の波長特性が異なる。したがって、各マークに適した波長の光で照明又検出を行うとよいことが分かる。モアレ縞に関しては、波長７２０ｎｍや７８０ｎｍで光量が大きい。そのため、モアレ縞を生成する回折格子５１ａ―２及び５２ａ―２については、光量が大きい波長７２０〜７８０ｎｍ付近の光を検出するとよい。波長７２０〜７８０ｎｍ付近のみ光を回折格子５１ａ―２及び５２ａ―２を照明してもよいし、より広い帯域の波長で照明して回折格子５１ａ―２及び５２ａ―２からの波長７２０〜７８０ｎｍ付近のみ光を検出してもよい。また、モールド側マーク５１ａ―１に着目すると、波長５４０ｎｍから波長７８０ｎｍになるにしたがって光量が小さくなっている。基板側マーク５２ａ―１は、波長５４０ｎｍ付近で光量が小さく、波長７２０ｎｍ付近で光量が最大になっている。そのため、モールド側マーク５１ａ―１と基板側マーク５２ａ―１に関しては、両者を同等の光量で検出するために、７２０〜７８０ｎｍより小さい、６００〜６６０ｎｍの波長の光を検出するとよい。波長６００〜６６０ｎｍのみ光をモールド側マーク５１ａ―１及び基板側マーク５２ａ―１を照明してもよいし、より広い帯域の波長で照明してモールド側マーク５１ａ―１及び基板側マーク５２ａ―１からの波長６００〜６６０ｎｍのみ光を検出してもよい。

例えば、複数の光源３０ａ〜３０ｄのうち、波長７２０ｎｍの光を射出する光源又は波長７８０ｎｍの光を射出する光源のみの出力をＯＮにして、回折格子５１ａ―２及び５２ａ―２を照明し、回折格子５１ａ―２及び５２ａ―２からのモアレ縞を撮像素子２５で検出する。そして、回折格子５１ａ―２と回折格子５２ａ―２（基板と型）の相対位置を求める。複数の光源３０ａ〜３０ｄのうち、波長６００〜６６０ｎｍの光を射出する光源のみの出力をＯＮにして、モールド側マーク５１ａ―１と基板側マーク５２ａ―１を照明して、モールド側マーク５１ａ―１と基板側マーク５２ａ―１からの光を撮像素子２５で検出する。そして、モールド側マーク５１ａ―１と基板側マーク５２ａ―１の相対位置を求める。なお、各マークの照明は同時でもよいし、時間を変えて交互に照明してもよい。また、同時に照明する場合は、各マークからの光を同時に検出してもよいし、時間を変えて交互に検出してもよい。また、照明部側の光量調整に限らず、より広い帯域の波長の照明光を用いて各マークを照明し、検出部側のＮＤフィルタを用いて撮像素子２５によって検出される波長の光量を調整してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、検出されるマーク間の光量の相対値が所定の範囲内となるため、複数種類のマークの検出結果から高精度にマーク間の相対位置を求めることができる。

なお、上記では、光量調整として、光源２３内において光源２３から射出される各波長の光量を調整する形態を説明したが、これに限らず、検出部側で光量調整をしてもよい。例えば、検出部側に色フィルタを設けてセンサで検出される各波長の検出光量の相対値を調整してもよい。また、マークからの光をダイクロイックミラーで波長ごとに分岐して、ＮＤフィルタを介して複数のセンサに光を入射させ、各波長の光を各センサで検出するように構成してもよい。そして、ＮＤフィルタの透過光量を変更することによりセンサで検出される各波長の検出光量の相対値を調整してもよい。

［第２実施形態］
本実施形態では、光源の各波長の光量調整の際の目標としてノイズ光の大きさを採用する。ノイズ光はない事が望ましいが、照明光の波長によっては、各マークからの計測信号（Ｓ）よりもノイズ（Ｎ）が多くなる波長がありうる。ノイズが大きく発生している状態では、マーク間の相対位置の計測に誤差が生じるため、ノイズを低減するように光量を調整する。

ここで、図７（ａ）、（ｂ）に示す回折格子間の相対位置の計測に使用されない極の光の影響について説明する。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示す回折格子の組に対して、図５に示す第３極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４からの光は、回折格子の周期方向の端部（回折格子のパターンの両端）で散乱や回折を起こす。第１極ＩＬ１から第４極ＩＬ４でこれらの回折格子を照明した場合に、考えうるモールドとウエハの条件において、光学シミュレーションによって求めたモアレを含む回折格子からの光の計測信号を図１２に示す。図１２には、波長５４０ｎｍ、６６０ｎｍ、７８０ｎｍのそれぞれで回折格子を照明した場合の、モアレを含む回折格子からの光の光量分布を示す。横軸は回折格子上の位置を表し、中央から離れた周辺位置が回折格子の周期方向の端部に相当する。縦軸は、同一光量の各波長で回折格子を照明した場合における、回折格子からの光の光量を表す。波長５４０ｎｍで照明した場合、回折格子パターンの両端付近で光量が高いピークがある。また、わずかなサブピークが発生している。これらは、回折格子の連続的なパターン（格子条件）が端部で途切れることによって発生した光であると考えられる。なお、このような現象は、回折格子を明視野で検出する場合にも発生するが、回折格子を暗視野で検出する場合に特に顕著に確認できる。このような回折格子のパターンの両端で発生する光やサブピークの光がモアレ信号に混入すると、回折格子間の相対位置の情報を有するモアレ信号の検出に誤差を発生させることになる。なお、波長５４０ｎｍでは、回折格子間の相対位置の情報を有するモアレ縞の凹凸波形がほとんど生じていない事が分かる。つまり、波長５４０ｎｍの光はノイズとしてのみ作用するため、モアレ縞を検出する場合には使用しない方が望ましい。波長６６０ｎｍの光で回折格子を照明した場合も、回折格子の端部で高い光量となっているが、モアレ信号の凹凸が確認できる。また、波長７８０ｎｍの光で回折格子を照明した場合、回折格子の端部ではモアレ信号の光量よりも低い光量であることがわかる。このように、回折格子間の相対位置を計測する際に回折格子からの光の光量分布は波長によって異なり、ノイズ成分の大きさも波長によって異なる。

したがって、回折格子を照明する光のうち、ノイズ光を発生させる波長５４０ｎｍの光の光量を小さくするように制御部３７が光源２３を制御して、回折格子からのノイズ光を低減する。なお、モールド側マーク５１ａ―１と基板側マーク５２ａ―１からの光とモアレ縞の検出光量を確保し、かつ、それらのマークの光量比が４倍以上生じない範囲において、回折格子端のノイズ光が減少するように各波長の光量を調整する。

光量調整の際の目標として、各マークの検出光量に加えて、回折格子端のノイズ光量のデータもメモリに記憶しておくことにより、記憶されたデータに基づいて上記光量調整が可能となる。ここで、ノイズ光量を小さくするように特定の波長の光量を小さくすると、モアレ縞の光量も小さくなると考えられる。ノイズ光量が小さくなる以上にモアレ縞の光量が小さくなると計測誤差が増える場合がある。簡単には、回折格子端の光量がモアレ縞の光量の２倍以上となった場合は、回折格子端に光量のピークがあったとして、回折格子端の光量＝モアレ縞による光量＋ノイズ光量であるため、回折格子端のノイズ光量の方がモアレ縞の光量よりも大きくなる。したがって、検出される回折格子の端からの光の検出光量が回折格子の中央部からの光の検出光量の倍より小さくなるように光源の各波長の光量を調整する。このように、モアレ縞の光量に対する寄与よりもノイズ光に対する影響の大きな波長の光量を小さくすることにより、マーク間の相対位置の計測誤差を小さくすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、回折格子端からのノイズ光の影響が低減され、粗検マーク間の検出光量と、回折格子である精検マーク間の検出光量と、の相対量が低減されるため、マークの検出結果から高精度にマーク間の相対位置を求めることができる。

［実施形態３］
第１実施形態では、１つの計測装置３に対して、１つの光源２３の１本のファイバー３６から光を射出する構成としている。本実施形態では、複数の計測装置３に対して、１つの光源２３０から複数本のファイバーを介して光を射出する。光源２３０は、図１３に示すように、光路内にハーフミラー３３ａ、３３ｂ、３３ｃを配置して光路を分岐し、分岐されたそれぞれの光をファイバー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄに入射させることによって４つの光源光束を生成する。例えば、ファイバー３６ａから射出される光を第１計測装置の光源２３の光として用い、ファイバー３６ｂから射出される光を別の計測装置の光源の光として用いることができる。ハーフミラー３３ｂとファイバー３６ａの間の光路内にはＮＤフィルタ３４ａと拡散板３５ａが配置され、ハーフミラー３３ｃとファイバー３６ｂの間の光路内にはＮＤフィルタ３４ｂと拡散板３５ｂが配置されている。また、ハーフミラー３３ｂとファイバー３６ｃの間の光路内にはＮＤフィルタ３４ｃと拡散板３５ｃが配置され、ハーフミラー３３ｃとファイバー３６ｄの間の光路内にはＮＤフィルタ３４ｄと拡散板３５ｄが配置されている。これにより、各光源用の光の光量調整と、スペックルノイズの低減を行うことができる。

このように、基板と型との相対位置を計測するために複数の計測装置を用いれば、位置が離れた複数箇所、例えば、基板のショット領域の４隅（４つの領域）において、マーク間の相対位置を計測することができる。そして、その計測結果から型や基板の回転や、倍率などの歪みを求めることができる。また、４つ領域のそれぞれにおいて、マーク間の相対位置ずれが小さくなるように位置合わせを行うことによって、１つのショット領域の全体にわたって、基板のパターンと型のパターンとの重ね合わせを高精度に行うことができる。なお、図１３では、３つの分岐手段を用いているが、数はこれに限定されない。

［実施形態４］
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。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１４（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エハ等の基板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１４（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１４（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を透して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。

図１４（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１４（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１４（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。

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ず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、上記の計測装置３が適用される装置はインプリント装置に限らず、パターンを形成するリソグラフィー装置全般にも適用することができる。

Claims (14)

1. 第１部材に設けられたアライメントマークと第２部材に設けられたアライメントマークとの相対位置を計測する計測装置であって、
   第１波長の照明光を出す第１光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の照明光を出す第２光源とを有し、前記第１部材に設けられた第１アライメントマーク、前記第２部材に設けられた第２アライメントマーク、前記第１部材に設けられ、前記第１アライメントマークとは異なる第３アライメントマーク、及び、前記第２部材に設けられ、前記第２アライメントマークとは異なる第４アライメントマーク、を前記第１波長及び前記第２波長の照明光で照明する照明部と、
   前記第１波長の照明光及び前記第２波長の照明光によって照明された、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、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光、を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された前記第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に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの相対位置を求め、前記検出部によって検出された前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光に基づいて前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークとの相対位置を求める処理部と、
   前記検出部によって検出される前記第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の検出光量と、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光の検出光量と、の相対値が所定の範囲内に収まるように、前記第１アライメントマーク、前記第２アライメントマーク、前記第３アライメントマーク及び前記第４アライメントマークを照明する前記第１波長の光量と前記第２波長の光量を調整する調整部と、を有することを特徴とする計測装置。
2. 前記調整部は、前記第１波長の照明光を出す第１光源と、前記第２波長の照明光を出す第２光源と、の出力エネルギーを変更する変更部を有し、
   前記調整部は、前記第１光源から射出される前記第１波長の光量と前記第２光源から射出される前記第２波長の光量を調整するように前記変更部を制御することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記調整部は、前記検出部によって検出される前記第３アライメントマークからの光の検出光量と前記第４アライメントマークからの光の検出光量との相対値が所定の範囲内に収まるように、前記第１波長の光量と前記第２波長の光量を調整する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記検出部は、アライメントマークの画像を取得する１つの撮像素子を有し、
   前記１つ撮像素子の撮像面で、前記第１アライメントマーク、前記第２アライメントマーク、前記第３アライメントマーク及び前記第４アライメントマークによる画像を取得する、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の計測装置。
5. 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前記検出部によって検出することにより得られる前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの相対位置の計測精度は、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光を前記検出部によって検出することにより得られる前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークとの相対位置の計測精度より高い、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の計測装置。
6. 前記第１アライメントマークは、第１方向と、前記第１方向と異なる第２方向にそれぞれ周期をもつ第１回折格子であり、前記第２アライメントマークは、前記第１回折格子の前記第２方向の周期と異なる周期を前記第２方向にもつ第２回折格子である、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の計測装置。
7. 前記検出部は、アライメントマークの画像を取得する撮像素子を有し、
   前記撮像素子は、前記第１回折格子と前記第２回折格子によるモアレ縞の画像と、前記第３アライメントマークの画像と、前記第４アライメントマークの画像とを取得する、ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
8. 前記調整部は、前記検出部により検出される前記第１回折格子及び前記第２回折格子の端からの光の検出光量が、前記第１回折格子及び前記第２回折格子の中央部からの光の検出光量の倍より小さくなるように、前記第１波長の光量と前記第２波長の光量の相対量を調整する、ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
9. 前記検出部によって検出される前記第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の検出光量と、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光の検出光量と、の相対値が所定の範囲内に収まるように、前記第１波長の照明光の目標光量と前記第２波長の照明光の目標光量を決定する制御部を有し、
   前記調整部は、該決定された目標光量となるように前記第１波長の照明光の光量と前記第２波長の照明光の光量を調整することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の計測装置。
10. 前記調整部は、前記検出部によって検出される前記第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の検出光量と、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光の検出光量と、が、前記検出部が検出できる最大光量の４０％以上となるように、前記第１波長の光量と前記第２波長の光量の相対量を調整する、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の計測装置。
11. 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において、前記基板に設けられたアライメントマークと前記型に設けられたアライメントマークとの相対位置を計測する、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の計測装置と、
    前記計測装置によって計測された前記相対位置に基づいて前記基板と前記型との位置合わせを行う位置合わせ部と、
    前記位置合わせ部により前記基板と前記型との位置合わせを行って、前記基板上のインプリント材に前記型を用いてパターンを形成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にパターンを形成する工程と、
    前記パターンが形成された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。
13. 第１光源からの第１波長の照明光と前記第１波長とは異なる第２光源からの第２波長の照明光を用いて第１部材に設けられたアライメントマークと第２部材に設けられたアライメントマークとの相対位置を計測する計測工程における、前記第１波長の照明光の光量と前記第２波長の照明光の光量を決定する決定方法であって、
    前記計測工程は、
    前記第１波長の照明光と前記第２波長の照明光を用いて、前記第１部材に設けられた第１アライメントマーク、前記第２部材に設けられた第２アライメントマーク、前記第１部材に設けられ、前記第１アライメントマークとは異なる第３アライメントマーク、及び、前記第２部材に設けられ、前記第２アライメントマークとは異なる第４アライメントマークを照明する照明工程と、
    前記第１波長の照明光及び前記第２波長の照明光で照明された、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、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光、をセンサで検出する検出工程と、
    前記検出工程で検出された前記第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に基づいて前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとの相対位置を求め、前記検出工程で検出された前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光に基づいて前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークとの相対位置を求める工程と、を有し、
    前記決定方法は、
    前記センサで検出される、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の検出光量、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの光の検出光量との相対値が所定の範囲内に収まるように、前記第１アライメントマーク、前記第２アライメントマーク、前記第３アライメントマーク及び前記第４アライメントマークを照明する前記第１波長の光量と前記第２波長の光量を決定する決定工程と、
    を含むことを特徴とする決定方法。
14. 第１波長の照明光と前記第１波長とは異なる第２波長の照明光とを含む照明光を用いて第１部材に設けられたアライメントマークと第２部材に設けられたアライメントマークとの相対位置を計測する計測工程における、前記第１波長の照明光の光量と前記第２波長の照明光の光量を調整する調整方法であって、
    前記第１波長の照明光を用いて、前記第１部材に設けられた第１アライメントマークと前記第２部材に設けられた第２アライメントマークとを照明し、前記第１部材に設けられ、前記第１アライメントマークとは異なる第３アライメントマークと、前記第２部材に設けられ、前記第２アライメントマークとは異なる第４アライメントマークとを照明する第１照明工程と、
    前記第１波長の照明光で照明された、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前記第１波長の光、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの前記第１波長の光、をセンサで検出する第１検出工程と、
    前記第２波長の照明光を用いて、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とを照明し、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークとを照明する第２照明工程と、
    前記第２波長の照明光で照明された、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前記第２波長の光、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの前記第２波長の光、をセンサで検出する第２検出工程と、
    前記第１検出工程で検出された、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前記第１波長の光の検出光量、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの前記第１波長の光の検出光量と、前記第２検出工程で検出された、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前記第２波長の光の検出光量、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの前記第２波長の光の検出光量と、に基づいて、前記センサで検出される、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前記第１波長及び前記第２波長の光の検出光量、及び、前記第３アライメントマークと前記第４アライメントマークからの前記第１波長及び前記第２波長の光の検出光量との相対値が所定の範囲内に収まるように、前記第１波長の光量と前記第２波長の光量を調整する調整工程と、
    を含むことを特徴とする調整方法。

Images