位置検出装置、インプリント装置及び位置検出方法
【課題】 位置合わせに用いるマークからの光量を多くして検出しやすくする位置検出装置、及び、それを用いたインプリント装置を提供する。
【解決手段】 本発明の位置検出装置は、第一方向と、第一方向と異なる第二方向にそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、第１回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、第一回折格子と第二回折格子とからの回折光を検出する検出光学系と、を備え、検出した回折光に基づいて第一回折格子と第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、照明光学系はその瞳面において、第一方向に、複数の極を有する光を照明することを特徴とする。
【解決手段】 本発明の位置検出装置は、第一方向と、第一方向と異なる第二方向にそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、第１回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、第一回折格子と第二回折格子とからの回折光を検出する検出光学系と、を備え、検出した回折光に基づいて第一回折格子と第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、照明光学系はその瞳面において、第一方向に、複数の極を有する光を照明することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる２つの物体間の相対位置を検出する位置検出装置、インプリント装置及び位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インプリント技術は、パターンが形成された型（モールド）を用いて基板の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は、まず、基板（ウエハ）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としての樹脂（インプリント樹脂、光硬化性樹脂）を供給する。樹脂とモールドのパターンとを接触させ（押印）、接触させた状態で光を照射することによって樹脂を硬化させる。硬化した樹脂からモールドを引き離す（離型）ことにより、樹脂のパターンが基板の上に形成される。
【０００３】
基板上の樹脂とモールドとの押印時には、基板とモールド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モールドとの位置合わせには、モールド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。
【０００４】
特許文献１には、位置合わせに用いるマークを検出する位置合わせマーク検出機構を有するインプリント装置が記載されている。位置合わせに用いるマークとして、回折格子がモールドと基板にそれぞれ配置されている。モールド側の回折格子は計測方向に周期をもつ回折格子であり、基板側の回折格子は計測方向と計測方向に直交する方向（非計測方向）とにそれぞれ周期をもつチェッカーボード状の回折格子である。回折格子に照明を行う照明光学系と、回折格子からの回折光を検出する検出光学系は、いずれもモールドと基板に垂直な方向から非計測方向に傾いて配置されている。すなわち、照明光学系は回折格子に対して非計測方向から斜入射照明を行うように構成されている。回折格子に斜入射で入射した光は基板側に配置されたチェッカーボード状の回折格子によって非計測方向に回折され、検出光学系は非計測方向に関してゼロ次光以外の単一の回折光のみを検出するように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２９２３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
つまり、特許文献１の方法では、単一の回折光を検出しているのに過ぎない。そのため、回折格子からの回折光の光量が少なく、位置合わせに用いるマークを検出しにくい。そこで、本発明は位置合わせに用いるマークからの回折光の光量を多くしてマークを検出しやすくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の位置検出装置は、第一方向と、第一方向と異なる第二方向にそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、第１回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、第一回折格子と第二回折格子からの回折光を検出する検出光学系と、を備え、検出した回折光に基づいて第一回折格子と第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、照明光学系はその瞳面において、第一方向に複数の極を有する光を照明することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、位置合わせに用いるマークからの回折光の光量を多くしてマークを検出しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態のインプリント装置を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の位置検出装置を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の位置検出装置を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態の位置検出装置の照明瞳分布を示す図である。
【図５】モアレ縞を発生するアライメントマークを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態のＸ方向のアライメントマークを示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態のアライメントマークの回折光を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態のＹ方向のアライメントマークを示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態の位置検出装置がＸ方向とＹ方向のアライメントマークを検出する様子を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の位置検出装置の照明瞳分布を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態のＸ方向のアライメントマークを示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態のアライメントマークの回折光を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態のＹ方向のアライメントマークを示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態のインプリント装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１を用いて、第１実施形態に係るインプリント装置について説明する。
【００１２】
図１は第１実施形態のインプリント装置の構成を示す概略図である。このインプリント装置は、被処理体である基板に供給されたインプリント材（樹脂）を型（モールド）で成形し基板上にパターンを転写する装置である。例えば、半導体デバイスなどのデバイス製造に使用される。以下の図において、基板およびモールドに平行な面内に、互いに直交するＸ軸およびＹ軸をとり、Ｘ軸とＹ軸に垂直な方向にＺ軸をとる。
【００１３】
インプリント装置１は、照射部２と、検出部３、モールド保持部４、基板ステージ５、塗布機構６を備える。
【００１４】
照射部２は、凹凸状のパターン７ａが形成されたモールド７と基板８に供給された樹脂９とを接触させた状態で、樹脂９を硬化させるために、光を照射する照射装置である。照射部２は光源（不図示）を備えている。また、照射部２は光源から射出される光を被照射面となるパターン７ａの領域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を備えていても良い。光の照射領域（照射範囲）は、パターン７ａが形成されている領域の面積と同程度、または、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または基板８が膨張し、樹脂９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、基板８などで反射した光が塗布機構６に到達し、塗布機構６の吐出口に残留した樹脂を硬化させてしまうことで、後の塗布機構の動作に異常が発生することを抑えるためでもある。
【００１５】
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、エキシマレーザーまたは発光ダイオードなど用いることができる。ここでは、樹脂９として紫外線で硬化する光硬化樹脂を用いているので、光源から紫外線が照射される。しかし、光源から照射される光は用いる樹脂に応じて適宜波長を決めることができる。また、本発明は、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。
【００１６】
検出部３（位置検出装置）はモールド７と基板８との相対的な位置合わせのためにマークの検出を行う。具体的にはモールド７に形成されたアライメントマーク１０と基板８に形成されたアライメントマーク１１を光学的に検出することで、両者の相対位置を計測することができる。検出部３の光軸はモールドまたは基板に対して鉛直方向になるように配置されている。また、検出部３はアライメントマーク１０、１１の位置に合わせて、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に配置されている。さらに検出部３は、アライメントマークの位置に光学系の焦点を合わせるためにＺ方向に移動可能である。アライメントマークを検出し、計測したモールド７と基板８の相対位置情報に基づいて基板ステージ５や後述の倍率補正機構を制御する。
【００１７】
モールド保持部４（型保持部）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モールドチャック機構を含む。また、モールド保持部４は、基板８に供給された樹脂９にモールド７を押し付けるためのモールド駆動機構（不図示）を含んでいる。モールド駆動機構はモールド７をＺ方向に動かすことができる。さらに、モールド保持部にはモールド７をＸ方向およびＹ方向に変形させてパターンの歪みを補正するモールド倍率補正機構（不図示）を含む。
【００１８】
基板ステージ５は、真空吸着力や静電力により基板８を引きつけて保持する基板チャック機構を含む。基板ステージ５は、基板８を保持しながらＸＹ平面内を移動可能とする基板保持部である。
【００１９】
なお、インプリント装置１における押印および離型の各動作は、モールド保持部４（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、基板ステージ５（基板８）をＺ方向に移動させてもよい。またはモールド７と基板８の両方を移動させてもよい。
【００２０】
塗布機構６は、基板８に樹脂９を供給する供給装置である。塗布機構６は、樹脂９を供給するためのノズルを備えている。塗布機構６は、インプリント装置１の内部に備えていなくてもよく、インプリント装置１の外部でもよい。例えば、外部の塗布機構により予め樹脂が供給された基板８をインプリント装置１の内部に導入する構成もあり得る。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で行う処理の時間の迅速化が可能となる。また、塗布機構６が不要となることから、インプリント装置１全体としての製造コストを抑えることができる。
【００２１】
モールド保持部４は、凹凸状のパターン７ａが形成されている面が基板８に対向するようにモールド７を保持している。モールド７は、基板８に対する面に所定の凹凸状のパターン７ａが形成されている。所定のパターン（例えば、回路パターン等）が３次元状に形成された型である。モールド７を介して光を樹脂９に照射するため、モールド７は光を透過する材料で作られている。その材料としては、例えば石英などである。
【００２２】
基板８は、例えば、単結晶シリコンからなる半導体ウエハやガラス基板などの被処理体である。基板８の表面（被処理面）には、樹脂９（インプリント材）が供給される。
【００２３】
樹脂９は、本実施形態で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樹脂を用いる。樹脂９の材料は製造する半導体デバイスの種類により適宜選択される。
【００２４】
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基板８を基板ステージ５に搬送し、基板８を基板ステージ５に載置する。基板ステージ５に保持された基板８は、その表面に塗布機構６を用いて樹脂９を塗布するために塗布位置へ移動する。その後、塗布機構６は塗布工程として基板８の所定のショット（インプリント領域）に樹脂９を供給する。次に、樹脂９が供給されたショットがモールド７の直下に位置するように、基板ステージ５が移動する。次に、モールド駆動機構を駆動させ、基板８に供給された樹脂９にモールド７に形成されたパターン７ａを押し付ける（押印工程）。
【００２５】
このとき、樹脂９は、モールド７の押印工程によりパターン７ａに沿って流動する。より具体的には、パターン７ａの凹部に樹脂９が充填される。さらにこの状態で、基板８およびモールド７に形成されたアライメントマーク１０および１１を検出部３によって検出する。基板ステージ５の移動によるモールド７のパターン面と基板８の塗布面との位置合わせ、および倍率補正機構によるモールド７の倍率補正などを実施する。樹脂９のパターン７ａへの充填と、モールド７と基板８との位置合わせおよびモールド７の倍率補正などが十分になされた段階で、照射部２はモールド７を介して光を照射し、モールド７を透過した光により樹脂９を硬化させる（硬化工程）。この際、検出部３は検出部２から照射された光の光路を遮らないように退避する。樹脂９を硬化させた後、モールド７と基板８を引き離す（離型工程）ことにより、基板８の上にモールド７のパターン７ａが転写される。
【００２６】
続いて、モールド７に形成されたアライメントマーク１０と、基板８に形成されたアライメントマーク１１を検出する方法について詳細を説明する。
【００２７】
図２は本実施形態の検出部３の構成の一例を示す概略図である。検出部３は検出光学系２１と照明光学系２２を含む構成である。図２は検出光学系の光軸と照明光学系の光軸の一部が共通であることを示している。
【００２８】
照明光学系２２は光源２３からの光を、プリズム２４などの光学部材を用いて検出光学系２１と同じ光軸上へ導き、アライメントマーク１０および１１を照明する。
【００２９】
光源２３には例えばハロゲンランプやＬＥＤなどが用いられる。光源２３から照射される光の波長は、前述の照射部２から照射される光の波長とは異なる光を用いるのがよい。例えば、照射部２から照射される光に紫外線を用いて、光源２３から照射される光に可視光や赤外線を用いる。
【００３０】
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。アライメントマーク１０および１１はそれぞれ回折格子から構成されている。照明光学系２２によって照明されたアライメントマーク１０からの回折光と、アライメントマーク１１からの回折光により発生するパターン（モアレ縞）を検出光学系２１は撮像素子２５に結像する。撮像素子２５はＣＣＤやＣＭＯＳなどが用いられる。
【００３１】
プリズム２４はその貼り合せ面において、照明光学系２２の瞳面の周辺部分の光を反射するための反射膜２４ａを有する。反射膜２４ａは照明光学系２２の瞳強度分布形状を規定する開口絞りとして働く。また、反射膜２４ａは検出光学系２１の瞳の大きさを規定する開口絞りとして働く。あるいは検出ＮＡ（ＮＡｏ）を規定する。
【００３２】
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。さらに、照明光学系２２あるいは検出光学系２１の瞳形状を変化させるために、プリズム２４は不図示のターレットやスライド機構の切り換え機構によって、他の開口形状を有するプリズムと交換可能にしてもよい。また、プリズム２４が配置される位置は、必ずしも検出光学系２１と照明光学系２２の瞳面もしくはその近傍でなくてもよい。
【００３３】
さらに、瞳強度分布形状を規定する開口絞りはプリズム２４に配置しなくても良い。例えば、図３に示すように、検出光学系２１の瞳面に開口絞り２６を配置し、照明光学系２２の瞳面に開口絞り２７を配置する。開口絞り２６は検出光学系２１の瞳の大きさを規定し、開口絞り２７は照明光学系２２の瞳強度分布を規定する。このとき、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。さらに、開口絞り２６および開口絞り２７は、不図示のターレット等の切り換え機構によって、異なる開口形状を有する開口絞りに切り替え可能にしてもよい。
【００３４】
図４は検出部３の照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）との関係を示したものである。図４では照明光学系の瞳面における瞳の大きさを開口数ＮＡで示している。本実施形態の照明光学系２２の照明瞳分布はＩＬ１からＩＬ４の４つの光強度分布（極）からなる。前述のように照明光学系２２の瞳面に開口絞り２７を配置することによって、１つの光源２３から複数の極を形成することができる。複数のピークを有する光強度分布のために、複数の光源を必要としないため、検出部３を簡略化あるいは小型化することができる。
【００３５】
極ＩＬ１〜ＩＬ４はそれぞれ直径ＮＡｐの円形である。ここでは、Ｘ軸とＹ軸の交点を光学系の光軸とし、検出光学系の光軸と照明光学系の光軸が共通である。
【００３６】
極ＩＬ１とＩＬ２は瞳面のＹ軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向にＮＡｉｌ（ＮＡｉｌ１）だけ離れた位置に配置されている。このように、極ＩＬ１とＩＬ２は光軸上を除きＹ軸方向に平行な軸上に、光軸に対して対称に配置することができる。また、極の大きさはＮＡｐ（ＮＡｐ１）である。
【００３７】
極ＩＬ３とＩＬ４は瞳面のＸ軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向にＮＡｉｌ（ＮＡｉｌ２）だけ離れた位置に配置されている。このように、極ＩＬ３とＩＬ４は光軸上を除きＸ軸方向に平行な軸上に、光軸に対して対称に配置することができる。また、極の大きさはＮＡｐ（ＮＡｐ２）である。
【００３８】
すなわち、照明光学系２２はアライメントマーク１０および１１に対して同時に斜入射照明を行うように照明瞳分布を形成している。アライメントマーク１０および１１への入射角度θは
θ＝ｓｉｎ−１（ＮＡｉｌ） ・・・式１
である。また、ＮＡｏ、ＮＡｐ、ＮＡｉｌは下記の式２を満足する。
ＮＡｏ＜ＮＡｉｌ−ＮＡｐ／２ ・・・式２
すなわちアライメントマーク１０および１１からの正反射光（ゼロ次回折光）を検出しない、暗視野構成になっている。
【００３９】
次に図５を用いて、アライメントマーク１０および１１からの回折光により生じるパターン（モアレ縞）の発生する原理とモアレ縞を用いた相対位置検出について説明する。
【００４０】
モールドと基板に形成された回折格子の計測方向の周期は互いに僅かに異なっている。このような周期が互いに異なる回折格子同士を重ねると、２つの回折格子からの回折光同士の干渉により、回折格子間の周期差を反映した周期を有するパターン（いわゆるモアレ縞）が現れる。このとき、回折格子同士の相対位置によってモアレ縞の位相が変化するので、モアレ縞を観察することにより基板とモールドとの相対位置合わせを行うことができる。
【００４１】
図５（ａ）と図５（ｂ）に示すような周期が僅かに異なる回折格子３１と回折格子３２を重ねると、それぞれの回折格子からの回折光が重なり合うことで、周期の差を反映した周期をもつ図５（ｃ）のようなパターン（モアレ縞）が発生する。モアレ縞は、２つの回折格子３１と３２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、片方の回折格子をＸ方向に少しだけずらしてやると、図５（ｃ）のモアレ縞は図５（ｄ）のように変化する。このモアレ縞は、２つの回折格子が実際に変化した相対位置の大きさよりも、大きな周期で縞の位相が変化するため、検出光学系２１の解像力が低くても、精度良く２物体間の相対位置を計測することができる。
【００４２】
ここで、モアレ縞を検出するために図５（ａ）と図５（ｂ）の回折格子を明視野で検出（垂直方向から照明し、垂直方向から回折光を検出）しようとすると、回折格子からのゼロ次光も検出してしまう。ゼロ次光はモアレ縞のコントラスを下げる要因になるので、本実施形態の検出部３では、前述のようにゼロ次光を検出しない暗視野の構成をとっている。そこで、斜入射で照明する暗視野の構成でもモアレ縞を検出できるように、モールドに形成された回折格子と基板に形成された回折格子のいずれか一方を、図６（ａ）に示すようなチェッカーボード状の回折格子にしている。モールド側と基板側のどちらの回折格子をチェッカーボード状の回折格子にしても、基本的に同一であるが、以下ではモールド側の回折格子をチェッカーボード状にした場合を例に説明する。
【００４３】
このようなモアレ縞を利用して相対位置を検出する方法では、解像力が低い検出光学系を用いても、高い精度で位置合わせを行うことができるという利点がある。
【００４４】
図６（ａ）と図６（ｂ）はそれぞれモールドと基板のＸ方向に関する相対位置を検出するためのモールド側のアライメントマーク１０（第一マーク）の回折格子１０ａと、基板側のアライメントマーク１１（第二マーク）の回折格子１１ａを図示したものである。モールド側のアライメントマーク１０はＸ方向（第二方向）とＹ方向（第一方向）にそれぞれ周期Ｐｍ（Ｐ１）の周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ａである。また、基板側のアライメントマーク１１はＸ方向に周期Ｐｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ａである。
【００４５】
この２つの回折格子１０ａ（第一回折格子）および１１ａ（第二回折格子）を重ねた状態で検出部３によってモアレ縞を検出する原理について、図７を用いて説明する。ここで、回折格子１０ａのＸ方向とＹ方向の周期は同一としているが、必ずしもその必要はなく、回折格子１０ａのＸ方向とＹ方向の周期は異なっていてもよい。ここでは簡便のために回折格子１０ａのＸ方向とＹ方向の周期は同一である場合について説明するが、Ｘ方向とＹ方向の周期が異なっていても基本的な説明は同じである。
【００４６】
図７（ａ）と図７（ｂ）は回折格子１０ａと回折格子１１ａをそれぞれＸ軸に沿った方向とＹ軸に沿った方向から見た図である。Ｘ方向に関する相対位置を検出するためのモアレ縞は、図４に示した照明瞳面においてＹ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１とＩＬ２によって発生する。
【００４７】
ここで、回折格子による回折角φは、回折格子の周期をｄ、光の波長をλ、回折次数をｎとして、以下の式で表わされる。
ｓｉｎφ＝ｎλ／ｄ ・・・式３
したがって、回折格子１０ａおよび１１ａによる回折角をそれぞれφｍ、φｗとすると、
ｓｉｎφｍ＝ｎλ／Ｐｍ ・・・式４
ｓｉｎφｗ＝ｎλ／Ｐｗ ・・・式５
となる。
【００４８】
図７（ａ）を用いてＹ方向（非計測方向）に関する回折光について説明する。まず照明瞳面において非計測方向であるＹ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１とＩＬ２によって、回折格子１０ａおよび回折格子１１ａがＹ軸方向から同時に斜入射照明される。回折格子１０ａおよび回折格子１１ａで正反射した光（ゼロ次回折光）Ｄ１およびＤ１′は、検出部３が式２を満足するために、検出光学系２１には入射しない。一方で、Ｙ方向にＰｍの周期をもつモールド側の回折格子１０ａによって角度φｍだけ回折した光Ｄ２及びＤ２′は、検出光学系２１によって検出される。本実施形態ではゼロ次光を除く回折光の中で回折強度が最も高い±１次回折光を検出するために、ＰｍとＮＡｏ、ＮＡｉｌ、ＮＡｐは以下の条件を満足している。
｜ＮＡｉｌ−｜ｓｉｎφｍ｜｜＝｜ＮＡｉｌ−λ／Ｐｍ｜＜ＮＡｏ＋ＮＡｐ／２ ・・・式６
言い換えると、式６を満足する範囲の波長λでＹ方向への回折光を検出することができる。
【００４９】
ここで、もっとも効率良く１次回折光を検出できるのはＤ２がＹ軸に垂直になる場合なので、光源から出力される照明光の中心波長をλｃとすると、
ＮＡｉｌ−λｃ／Ｐｍ＝０ ・・・式７
となるように照明条件とモールド側の回折格子の周期が調整されていることが望ましい。
【００５０】
以上のように、Ｙ方向に関してはモールド側の回折格子１０ａが斜入射照明され、回折格子１０ａによってＹ方向に回折し、検出光学系２１により回折光が検出される。
【００５１】
次に、Ｘ方向（計測方向）に関する回折光の説明を、図７（ｂ）を用いて行う。
【００５２】
照明瞳面のＹ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１およびＩＬ２は、Ｘ軸に垂直な方向から回折格子１０ａおよび１１ａに入射する。Ｙ方向の場合と同様に＋／−１次の回折光を考えると、モールド側の回折格子１０ａで＋／−１次で回折し、基板側の回折格子１１ａで−／＋１次に回折した回折光Ｄ４は、ＰｍとＰｗが近いためにＸ軸に対して小さな角度で検出光学系２１に入射する。このときの回折角φΔは以下の式で表わされる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
式８において｜Ｐｗ−Ｐｍ｜／（Ｐｍ・Ｐｗ）＝１／ＰΔとすると
ｓｉｎφΔ＝λ／ＰΔ ・・・式９
となる。これは回折光Ｄ４によって周期がＰΔのパターンが現れることを意味する。このパターンがモアレ縞であり、その周期はモールド側の回折格子と基板側の回折格子の周期の差に依存する。ただし、本実施形態においてはモールド側の回折格子がチェッカーボード状であるため、発生するモアレ縞の周期はＰΔ／２となる。このとき、モールドと基板の相対位置の変化はモアレ縞の明暗の位置ずれに拡大されるため、解像力が低い検出光学系を用いても、高い精度で位置合わせを行うことができる。
【００５５】
次に、モールド側の回折格子１０ａもしくは基板側の回折格子１１ａのいずれか一方で１回回折した光は、角度φｍあるいはφｗで射出する（図７（ｂ）のＤ３）。Ｄ３はモアレ縞を発生させずにノイズとなるので、検出光学系２１によって検出されないことが望ましい。そのため、本実施形態では下記の式１０および式１１を満足するように回折格子の周期と検出部３が調整されている。
ＮＡｏ＋ＮＡｐ／２＜｜ｓｉｎφｍ｜＝λ／Ｐｍ ・・・式１０
ＮＡｏ＋ＮＡｐ／２＜｜ｓｉｎφｗ｜＝λ／Ｐｗ ・・・式１１
また、モールド側の回折格子１０ａと基板側の回折格子のいずれでもＸ軸方向に回折しなかった光（ゼロ次回折光、図７（ｂ）Ｄ５）はモールドおよび基板で正反射して検出光学系２１に入射する。また、基板側の回折格子で回折せずに基板での反射の前後でモールド側の回折格子でそれぞれＸ軸方向に＋／−ｎ次回折と−／＋ｎ次回折した（トータルでゼロ次の）回折光も検出光学系２１に入射する。これらの光はモアレ縞を生成せずにモアレ縞のコントラストを低下する要因となるが、本実施形態においてはモールド側の回折格子１０ａがチェッカーボード状であるため、隣り合う格子からの回折光の位相がπずれ、互いに打ち消し合う。したがってＤ５の強度は抑制され、コントラストよくモアレ縞を計測することができる。
【００５６】
以上、モールドと基板のＸ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出について説明したが、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出についても、アライメントマークと斜入射照明の方向をＸ方向とＹ方向で入れ替えるだけで基本的に同じである。
【００５７】
図８（ａ）と図８（ｂ）はそれぞれモールドと基板のＹ方向に関する相対位置を検出するためのモールド側のアライメントマーク１０の回折格子１０ｂと、基板側のアライメントマーク１１の回折格子１１ｂを図示したものである。モールド側のアライメントマーク１０（第三マーク）はＸ方向とＹ方向にそれぞれ周期Ｐｍ（Ｐ２）の周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ｂ（第三回折格子）である。また、基板側のアライメントマーク１１（第四マーク）はＹ方向に周期Ｐｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ｂ（第四回折格子）である。
【００５８】
Ｙ方向に関する相対位置を検出するためのモアレ縞は、回折格子１０ｂと回折格子１１ｂを照明光学系から照射した光で同時に照明することで発生する。すなわち、図４に示した照明瞳面においてＸ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ３とＩＬ４によってモアレ縞は発生する。
【００５９】
ここで、本実施形態においては図４に示した照明瞳面においてＹ軸方向に平行な軸上に並んだ極ＩＬ１とＩＬ２によって、Ｘ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞を発生させている。すなわち、照明瞳面において非計測方向に沿った方向に並んだ光強度分布でモアレ縞を発生させている。
【００６０】
その一方で、アライメントマーク１０とアライメントマーク１１の周期を調整すれば、図４に示した照明瞳面においてＸ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ３とＩＬ４によって、Ｘ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞を発生させることも可能である。すなわち、照明瞳面において計測方向に垂直な方向に沿って並んだ強度分布でモアレ縞を発生させることも可能である。
【００６１】
しかしその場合、ＩＬ３とＩＬ４が回折格子１０ａによって計測方向に回折された＋１次光と−１次光の回折格子１１ａへの入射角度が大きく異なってしまうため、＋１次光と−１次光のいずれか一方しか検出できない。無理に検出しようとすると、検出光学系のＮＡを非常に大きくする必要がある。
【００６２】
これに対して、照明瞳面において計測方向に沿った方向に並んだ極でモアレ縞を発生させる場合には、比較的小さな検出ＮＡを維持したまま、回折格子１０ａによって計測方向に回折された照明光の＋１次光と−１次光のどちらも検出することができる。すなわち、２倍の回折光を検出することができるため、２倍の光量でモアレ縞を検出できるという利点がある。
【００６３】
特許文献１の位置検出方法では、基板の上に形成された回折格子によって回折した光をモールドもしくはウエハに垂直ではない方向から検出している。そのため、１つの検出部で複数方向に関する相対位置情報を取得することができない。基板とモールドとの位置合わせを行うためには、少なくとも２方向（例えばＸ方向とＹ方向）に関する相対位置情報を取得する必要があるので、少なくとも２つの検出部が必要となる。さらには、モールドと基板のショット形状や倍率を補正するために、例えばショットの４か所で相対位置情報を取得しようとすると、８つの検出部が必要になってしまう。従って、多くの検出部が必要になるため、装置コストが増大するとともに、光学系の配置が複雑になり、さらには光学系を配置するスペースの確保が難しくなるという問題がある。
【００６４】
そこで、図９のように回折格子１０ａと１１ａ、回折格子１０ｂと１１ｂとをそれぞれ重ねたマークを、図４のような照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）を有する検出部３を用いてマークを検出する。図９のように、検出部３の視野４０に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同時に入れることによって、Ｘ方向とＹ方向に関する位置合わせのためのモアレ縞を同時に観察することができる。すなわち、本実施形態の位置検出システムでは、一つの検出部３（検出光学系２１と照明光学系２２）によって２方向の相対位置情報を同時に取得することができる。
【００６５】
従来の検出部は１方向のマークに対して１つの検出部を必要としていたため、従来と比較して、検出部の数を減らせるため安価で簡易な相対位置検出システムを提供することができる。
【００６６】
以上、回折格子１０ａと回折格子１０ｂの周期がそれぞれ同じで、回折格子１１ａと回折格子１１ｂの周期がそれぞれ同じ場合について説明したが、これに限られない。すなわち、回折格子１０ａと回折格子１０ｂの周期はそれぞれ異なっていてもよく、また、回折格子１１ａと回折格子１１ｂの周期はそれぞれ異なっていてもよい。また、検出部３の光軸から極ＩＬ１およびＩＬ２までの距離と、光軸から極ＩＬ３およびＩＬ４までの距離はそれぞれ異なっていてもよい。
【００６７】
ただし、回折格子１０ａと回折格子１０ｂがそれぞれＸ方向とＹ方向で互いに等しい周期の周期構造をもつ回折格子であると、モールドに形成されたアライメントマーク１０を１種類にすることが出来る。つまり、アライメントマーク１０をＸ方向の位置合わせのための回折格子１０ａとＹ方向の位置合わせのための回折格子１０ｂを共通のマークとすることができ、アライメントマークのデザインを簡略化することができる。
【００６８】
さらに、このように回折格子１０ａと回折格子１０ｂとを互いに等しい周期の周期構造をもつ回折格子とすることにより、回折格子１０ａと回折格子１０ｂとを共通の一つの回折格子とすることができる。すなわち、回折格子１０ａと回折格子１０ｂを、回折格子１１ａと回折格子１１ｂとの両方に同時に重なるために十分な面積をもつ一つの回折格子とすることもできる。これにより、アライメントマークのデザインを簡略化することができる。
【００６９】
本実施形態の位置検出システムでは式６を満足する範囲の波長λで回折光を検出できることは既に述べたとおりであるが、この波長範囲はできる限り広いことが望ましい。
【００７０】
基板８に形成されたアライメントマーク１１は基板８の表面に剥き出しになっていることは少なく、数層から数十層積まれたプロセスの内部に形成されている場合が多い。アライメントマーク１１の上部に透明な物質からなる層が形成されている場合、いわゆる薄膜干渉によって、照明光の波長によってはマークから返ってくる光の強度が非常に弱くなることがある。このとき、照明光の波長λを変えてやれば、薄膜干渉の条件から外れ、マークが見えるようになる。
【００７１】
このため、検出部３でアライメントマークを検出する場合も照明光の波長λを広い範囲で可変とし、基板８を作成するプロセスによって、最もよく検出できる条件を設定できることが望ましい。最もよく検出できる条件とは、例えばモアレ縞の信号強度もしくはコントラストが最大になるような条件である。照明光の波長λは光源２３としてハロゲンランプのような広帯域に波長を持つ光源を用いてバンドパスフィルタなどで所望の波長帯域を切り出しても良いし、ＬＥＤのような単色光光源で中心波長の異なるものを複数備えて切り替えても良い。
【００７２】
このように照明光の波長λを選択すると、式３の回折の条件が変わるため、モアレ縞の信号強度やコントラストが変化し、計測精度が低下することがある。また、場合によっては式６を満足しない波長を選択したくなることもある。そのような場合には、検出光学系のＮＡや照明光学系の瞳面光強度分布、アライメントマーク１０および１１の回折格子の周期も併せて変更することによって、モアレ縞の強度あるいはコントラスト等を向上できる場合がある。
【００７３】
すなわち、照明光の波長λや検出光学系のＮＡ、照明光学系の瞳分布形状、アライメントマーク１０および１１の回折格子の周期は、基板８を作成するプロセスに応じてモアレ縞を最もよく検出できる条件に適宜選択されることが望ましい。検出光学系のＮＡおよび照明光学系の瞳強度分布の変更は、前述したように、検出部３内に配置されたプリズム２４または開口絞り２６および２７を切り替えることによって実現される。
【００７４】
本実施形態では、図４のように照明光学系の瞳面の光強度分布として、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ２つの極が形成された４重極照明について説明した。光強度分布の形状としては、Ｘ方向またはＹ方向に、２つの極が形成された２重極照明を用いても良い。また、ここでは瞳面において周囲よりも強い光強度を有する領域を極と呼ぶ。したがって、極と極の間に光があっても良い。さらに、光強度分布の形状として、輪帯状であってもよい（輪帯照明）。この場合、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ、２つの光強度のピーク（極）が形成される。そのため、輪帯照明を用いても照明光学系は非計測方向に、複数の極を有する光を照射することができる。
【００７５】
このように、本実施形態の検出部３は、１つのモアレ縞を検出するのに位置合わせマークを２方向から同時に斜入射照明して鉛直方向に検出しているので、従来の１方向から斜入射照明して斜め方向から検出する計測光学系と比べて、２倍の光量を確保することができる。これにより、精度よく２物体の相対位置を検出することができる。
【００７６】
本実施形態では第一マークと第三マークが形成された第一物体としてモールド、第二マークと第四マークが形成された第二物体として基板の場合について説明した。しかし、第一マークと第三マークが基板に、第二マークと第四マークがモールドに形成されていても良い。ただし、重ねられて配置されている２物体の相対位置を検出するため、２物体のうち、光源側に配置されている物体は光透過性を有している必要がある。第１実施形態ではモールドが光透過性を有している物体として、位置検出装置の光軸に沿って光源側に配置されている。
【００７７】
［第２実施形態］
第２実施形態の位置検出装置について説明する。
【００７８】
本実施形態の位置検出装置は、第１実施形態で説明した検出部３の照明瞳分布とアライメントマーク１０および１１の構成が異なることを除いて、その他の基本的な構成は同じである。また、本実施形態の位置検出装置（検出部３）を備えるインプリント装置についても、装置の基本的な構成、インプリント処理の方法については第一実施形態と同じである。
【００７９】
図１０に本実施形態に係る検出部３（位置検出装置）の照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）との関係を示す。図１０では図４と同様に照明光学系の瞳面における瞳の大きさを開口数ＮＡで示している。本実施形態の検出部３の照明瞳分布はＩＬ１１とＩＬ１２の２つの極からなる。ＩＬ１１およびＩＬ１２は、それぞれ直径ＮＡｐの円形の極である。ここで、ＸＹ平面上にＸ軸およびＹ軸と異なるＷ軸を新たに定義する。Ｗ軸は例えば、Ｘ軸およびＹ軸と、それぞれ４５度をなす方向に定義される。ＩＬ１１およびＩＬ１２は瞳面のＷ軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向ＮＡｉｌだけ離れた位置に配置されている。
【００８０】
したがって、本実施形態は、アライメントマーク１０および１１に対して斜入射照明を行う。また、ＮＡｏ、ＮＡｐ、ＮＡｉｌは上述の式２を満足しており、アライメントマーク１０および１１からの正反射光（ゼロ次回折光）を検出しない、暗視野構成になっている。
【００８１】
図１１（ａ）と図１１（ｂ）はそれぞれモールド７と基板８のＸ方向に関する相対位置を検出するためのモールドに形成されたアライメントマーク１０と基板に形成されたアライメントマーク１１を図示したものである。モールド側のアライメントマーク１０（第五マーク）はＸ方向とＷ方向（第三方向）にそれぞれ周期Ｐｍの周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ｃ（第五回折格子）である。また、基板側のアライメントマーク１１（第二マーク）はＸ方向にＰｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ｃ（第二回折格子）である。ここで、回折格子１０ｃのＸ方向とＷ方向の周期は同一としているが、必ずしもその必要はなく、回折格子１０ｃのＸ方向とＷ方向の周期は異なっていてもよい。
【００８２】
この２つの回折格子１０ｃおよび１１ｃを重ねた状態で検出部３によってモアレ縞を検出する原理について、図１２を用いて説明する。基本的には第一実施形態で説明した原理と同じである。図１２（ａ）はＷＺ平面、図１２（ｂ）はＸＺ平面で回折格子１０ｃと回折格子１１ｃを見た図を示している。Ｘ方向に関する相対位置を検出するためのモアレ縞は、回折格子１０ｃと回折格子１１ｃを照明光学系から照射した光で照明することで発生する。図１０に示した照明瞳面においてＷ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１１とＩＬ１２によってモアレ縞は発生する。
【００８３】
図１２（ａ）を用いてＷ方向（非計測方向）に関する回折光について説明する。まず照明瞳面において非計測方向であるＷ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１１とＩＬ１２によって、回折格子１０ｃおよび回折格子１１ｃがＷ方向から斜入射照明される。回折格子１０ｃおよび１１ｃによる回折角φｍ、φｗは、第１実施形態と同様に、式４および式５で表わされる。
【００８４】
回折格子１０ｃおよび１１ｃで正反射した光（ゼロ次回折光）Ｄ１１およびＤ１１′は、検出部３が式２を満足するために、検出光学系２１には入射しない。一方で、Ｗ軸方向にＰｍの周期をもつ回折格子１０ｃによって角度φｍだけ回折した回折光Ｄ１２およびＤ１２′は、検出光学系２１によって検出される。ここで、ＰｍとＮＡｏ、ＮＡｉｌ、ＮＡｐは第１実施形態と同様に式６を満足しているので、式６を満足する範囲の波長λでＹ軸方向への回折光を検出することができる。
【００８５】
また、もっとも効率良く１次回折光を検出できるのはＤ１２がＹ軸に垂直になる場合なので、式７を満足するように、照明条件とモールド側の回折格子の周期が調整されていることが望ましいことも第１実施形態と同様である。
【００８６】
以上のように、Ｗ方向に関してはモールド側の回折格子１０ｃが斜入射照明され、回折格子１０ｃによってＷ方向に回折し、検出光学系２１により回折光が検出される。
【００８７】
次に、図１２（ｂ）を用いて、Ｘ方向（計測方向）に関する回折光の説明を行う。ここで、ＩＬ１１およびＩＬ１２は本来紙面に対してねじれた方向から入射するものであるが、実際に検出光学系２１によって検出される光は上述のように回折格子１０ｃによってＷ方向にφｍだけ回折された回折光Ｄ１２である。回折光Ｄ１２はＸＹ平面に対して垂直な方向に回折されているので、回折光Ｄ１２がさらにＸ方向への回折を考えることは、ＸＹ平面に対して垂直に入射する入射光ＩＬ１１′およびＩＬ１２′を仮想的に考えることと等価である。したがって、ここでは説明を容易にするために、ＩＬ１１およびＩＬ１２がＷ軸方向に関してＸＹ平面に垂直に回折された回折光Ｄ１２と等価な入射光ＩＬ１１′およびＩＬ１２′を用いて説明する。
【００８８】
ＩＬ１１′およびＩＬ１２′は、Ｘ軸に垂直な方向から回折格子１０ｃおよび１１ｃに入射する。Ｗ方向の場合と同様に＋／−１次の回折光を考えると、回折格子１０ｃで＋／−１次で回折し、回折格子１１ｃで−／＋１次に回折した回折光Ｄ１４は、式８で表わされる角度φΔで検出光学系２１に入射する。したがって、回折光Ｄ１４によって周期がＰΔ／２のモアレ縞が発生する。
【００８９】
次に、回折格子１０ｃもしくは回折格子１１ｃのいずれか一方で１回回折した光は、角度φｍあるいはφｗで射出する（図１２（ｂ）のＤ１３）。Ｄ１３はモアレ縞を発生させずにノイズとなるので、検出光学系２１によって検出されないように、回折格子の周期と検出部３は式１１を満足するように調整されている。
【００９０】
また、回折格子１０ｃと回折格子１１ｃのいずれでもＸ方向に回折しなかった光（ゼロ次回折光、図１２（ｂ）のＤ１５）はモールドおよび基板で正反射して検出光学系２１に入射する。また、基板に形成された回折格子で回折せずに、基板での反射の前後でモールドに形成された回折格子でそれぞれＸ方向に＋／−ｎ次回折と−／＋ｎ次回折した（トータルでゼロ次の）回折光も検出光学系２１に入射する。これらの光はモアレ縞を生成せずにモアレ縞のコントラストを低下する要因となるが、回折格子１０ｃがチェッカーボード状であるため、隣り合う格子からの回折光の位相がπずれ、互いに打ち消し合う。したがってＤ１５の強度は抑制され、コントラストよくモアレ縞を計測することができる。
【００９１】
以上、モールドと基板のＸ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出について説明したが、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出についても、回折格子１０ｃと１１ｃのＸ方向とＹ方向を入れ替えるだけで基本的に同一である。
【００９２】
図１３（ａ）と図１３（ｂ）はそれぞれモールドと基板のＹ方向に関する相対位置を検出するためのモールド側のアライメントマーク１０の回折格子１０ｄと、基板側のアライメントマーク１１の回折格子１１ｄを図示したものである。
【００９３】
モールド側のアライメントマーク１０（第六マーク）はＸ方向とＹ方向にそれぞれ周期Ｐｍの周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ｄ（第六回折格子）である。基板側のアライメントマーク１１（第一マーク）はＹ方向に周期Ｐｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ｄ（第一回折格子）である。これらの回折格子を重ねて、極ＩＬ１１とＩＬ１２で照明することで、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞が発生する。
【００９４】
したがって、図９のように回折格子１０ｃと１１ｃ、回折格子１０ｄと１１ｄとをそれぞれ重ねたマークを、図１０のような照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）を有する検出部３を用いてマークを検出することが出来る。図９のように、検出部３の視野４０に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同時に入れることによって、Ｘ方向とＹ方向に関する位置合わせのためのモアレ縞を同時に観察することができる。すなわち、本実施形態の位置検出システムでは、一つの検出部３（検出光学系２１と照明光学系２２）によって２方向の相対位置情報を同時に取得することができる。
【００９５】
さらに、本実施形態の位置検出装置では、Ｘ方向とＹ方向のモアレ縞を共通の照明瞳分布で発生させることができる。これによって照明瞳面に配置される光強度分布の数を減らすことができるため、例えば迷光の発生等によるモアレ縞のコントラスト低下を低減することができる。そのため、精度よくモールドと基板の位置合わせを行うことをできるという利点がある。
【００９６】
本実施形態ではＷ軸をＸ軸およびＹ軸に対してそれぞれ４５度をなす方向で定義したが、これに限定されることはなく、例えばＸ軸と４０度や３０度をなす方向に定義してもよい。ただし、Ｗ軸がＸ軸およびＹ軸に対してなす角が異なると、回折格子１０ｃと回折格子１０ｄとで基本となる格子の形状が異なってしまう。その結果、回折格子１０ｃと回折格子１０ｄの回折効率に差が生じてしまうので、検出されるモアレ縞の強度やコントラストに差が生じることになる。そのため、Ｘ方向とＹ方向の位置合わせ精度に差が生じる恐れがある。Ｗ軸は二つの計測方向（Ｘ軸およびＹ軸）に対してそれぞれ同一な角度（４５度）をなす方向に定義されることが望ましい。
【００９７】
また、ここでは回折格子１０ｃと回折格子１０ｄの周期がそれぞれ同じで、回折格子１１ｃと回折格子１１ｄの周期がそれぞれ同じ場合について説明したが、本実施形態はこれに限られない。すなわち、第１実施形態と同じく、回折格子１０ｃと回折格子１０ｄの周期はそれぞれ異なっていてもよく、また、回折格子１１ｃと回折格子１１ｄの周期はそれぞれ異なっていてもよい。
【００９８】
［第３実施形態］
第３実施形態のインプリント装置について説明する。
【００９９】
図１４は、本実施形態のインプリント装置の構成を示す概略図である。本実施形態のインプリント装置５０は、投影光学系１２を備える。その他の装置の構成やインプリント処理の方法については第１実施形態で説明したインプリント装置１と基本的に同じである。
【０１００】
投影光学系１２はモールド７の直上に配置されており、モールド７に形成されたアライメントマーク１０と基板８に形成されたアライメントマーク１１の像を投影光学系１２の投影面１３に投影する。
【０１０１】
また、投影光学系１２は、その内部にビームスプリッター１４を備えている。ビームスプリッター１４には光の波長によって選択的に反射あるいは透過させる光学部材であり、例えば樹脂９を硬化させる紫外線を反射して、アライメントマーク１０および１１を照明する可視光線あるいは赤外線を透過するように設計することができる。ビームスプリッター１４は、例えばダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等が用いられる。図１４はビームスプリッター１４にダイクロイックミラーを用いた場合を示している。
【０１０２】
照射部２は基板８に塗布された樹脂９を硬化させるために、本実施形態では紫外線を照射する。照射部２は投影光学系１２の側方からビームスプリッター１４に光を照射し、ビームスプリッター１４で反射した光が投影光学系１２の一部を透過してパターン７ａに所定の形状で照射される。
【０１０３】
検出部３（位置検出装置）は投影光学系１２（およびビームスプリッター１４）を通してアライメントマーク１０および１１を照明する。投影光学系１２の投影面１３に投影されたモアレ縞の像を検出することで、モールドと基板との相対位置を検出する。検出部３は上述の第１実施形態で説明した検出部を用いても良いし、第２実施形態で説明した検出部を用いても良い。
【０１０４】
ビームスプリッター１４は、紫外線を透過して可視光線あるいは赤外線を反射するように構成することも可能である。この場合、検出部３はアライメントマークからの回折光が投影光学系１２のビームスプリッター１４によって折り曲げられた光を検出する。すなわち照射部２が投影光学系１２の上方に配置され、検出部３と照射部２との位置が図１４と逆になる。
【０１０５】
このような装置の構成にすることによって、モールドおよび基板に対してその光軸が鉛直方向になるように配置された検出部３を用いても、紫外線照射時に検出部３を退避させる必要がなくなる。検出部３によるアライメントマーク検出の後に、検出部３の退避にかかる時間が必要なくなる。そのため、インプリント装置の生産性を高めることができる。
【０１０６】
また、本実施形態のインプリント装置５０では、投影光学系１２の投影面１３の近傍に折り曲げミラー１５を配置してもよい。折り曲げミラー１５によって、検出部３から照明される照明光とアライメントマーク１０および１１からの回折光はその光束径が小さい位置でＸＹ面に平行な方向に折り曲げられる。したがって、検出波長範囲の拡大や照明光量の増加のために検出光学系２１や照明光学系２２のＮＡを拡大して検出部３の径が大きくなっても、配置の自由度が高くなり、検出部３を空間的に余裕のある位置に配置することが可能になる。また、検出部３の配置の自由度が高くなることで、モールド７と基板８に形成されたアライメントマーク１０および１１の配置の自由度を高くすることができる。
【０１０７】
本実施形態のような投影光学系１２が構成されていない場合、検出部３はモールド保持部４に構成されたモールド駆動機構やモールド倍率補正機構との干渉を避ける必要がある。そのため、検出部３をモールド７からやや離れた位置に配置するか、その径をなるべく小さくする必要がある。検出部３をモールド７から離れた位置に配置すると、その光束径が拡がるために検出部３は大きくなってしまい、検出部３を配置する場所にも制限が生じるため、アライメントマークの配置にも自由度が低くなってしまう。
【０１０８】
また、検出部３の径を小さくして配置しようとすると、検出光学系２１および照明光学系２２のＮＡが小さくなるため、アライメントマークを照明する光量の減少や、検出波長の狭帯域化を招く。結果としてモールドと基板との相対位置合わせの精度を低下させてしまう恐れがある。
【０１０９】
本実施形態のように、投影光学系１２を構成することにより、モールド駆動機構やモールド倍率補正機構との干渉や、アライメントマーク１０および１１の配置の制限を気にすることなく、検出部３の検出光学系２１や照明光学系２２のＮＡを拡大することができる。その結果、検出部３の検出波長範囲を拡大することができ、照明光量を増加することができる。そして、高い精度でモールドと基板の相対位置合わせを行うことができる。
【０１１０】
また、本発明の検出部（位置検出装置）はインプリント装置に限られず、２つの物体の相対位置を計測して位置合わせを行う装置に用いることが出来る。２つの物体の相対位置を検出するものであればモールドと基板に限られない。その場合、２つの物体の一方にアライメントマーク１０を形成し、他方にアライメントマーク１１を形成する。検出部はアライメントマークを同時に検出することができるように配置する必要がある。
【０１１１】
［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。
【０１１２】
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。
【符号の説明】
【０１１３】
１ インプリント装置
２ 照射部
３ 検出部（位置検出装置）
１０ アライメントマーク（モールド）
１１ アライメントマーク（基板）
２１ 検出光学系
２２ 照明光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる２つの物体間の相対位置を検出する位置検出装置、インプリント装置及び位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インプリント技術は、パターンが形成された型（モールド）を用いて基板の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は、まず、基板（ウエハ）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としての樹脂（インプリント樹脂、光硬化性樹脂）を供給する。樹脂とモールドのパターンとを接触させ（押印）、接触させた状態で光を照射することによって樹脂を硬化させる。硬化した樹脂からモールドを引き離す（離型）ことにより、樹脂のパターンが基板の上に形成される。
【０００３】
基板上の樹脂とモールドとの押印時には、基板とモールド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モールドとの位置合わせには、モールド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。
【０００４】
特許文献１には、位置合わせに用いるマークを検出する位置合わせマーク検出機構を有するインプリント装置が記載されている。位置合わせに用いるマークとして、回折格子がモールドと基板にそれぞれ配置されている。モールド側の回折格子は計測方向に周期をもつ回折格子であり、基板側の回折格子は計測方向と計測方向に直交する方向（非計測方向）とにそれぞれ周期をもつチェッカーボード状の回折格子である。回折格子に照明を行う照明光学系と、回折格子からの回折光を検出する検出光学系は、いずれもモールドと基板に垂直な方向から非計測方向に傾いて配置されている。すなわち、照明光学系は回折格子に対して非計測方向から斜入射照明を行うように構成されている。回折格子に斜入射で入射した光は基板側に配置されたチェッカーボード状の回折格子によって非計測方向に回折され、検出光学系は非計測方向に関してゼロ次光以外の単一の回折光のみを検出するように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２９２３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
つまり、特許文献１の方法では、単一の回折光を検出しているのに過ぎない。そのため、回折格子からの回折光の光量が少なく、位置合わせに用いるマークを検出しにくい。そこで、本発明は位置合わせに用いるマークからの回折光の光量を多くしてマークを検出しやすくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の位置検出装置は、第一方向と、第一方向と異なる第二方向にそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、第１回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、第一回折格子と第二回折格子からの回折光を検出する検出光学系と、を備え、検出した回折光に基づいて第一回折格子と第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、照明光学系はその瞳面において、第一方向に複数の極を有する光を照明することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、位置合わせに用いるマークからの回折光の光量を多くしてマークを検出しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態のインプリント装置を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の位置検出装置を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の位置検出装置を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態の位置検出装置の照明瞳分布を示す図である。
【図５】モアレ縞を発生するアライメントマークを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態のＸ方向のアライメントマークを示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態のアライメントマークの回折光を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態のＹ方向のアライメントマークを示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態の位置検出装置がＸ方向とＹ方向のアライメントマークを検出する様子を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の位置検出装置の照明瞳分布を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態のＸ方向のアライメントマークを示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態のアライメントマークの回折光を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態のＹ方向のアライメントマークを示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態のインプリント装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１を用いて、第１実施形態に係るインプリント装置について説明する。
【００１２】
図１は第１実施形態のインプリント装置の構成を示す概略図である。このインプリント装置は、被処理体である基板に供給されたインプリント材（樹脂）を型（モールド）で成形し基板上にパターンを転写する装置である。例えば、半導体デバイスなどのデバイス製造に使用される。以下の図において、基板およびモールドに平行な面内に、互いに直交するＸ軸およびＹ軸をとり、Ｘ軸とＹ軸に垂直な方向にＺ軸をとる。
【００１３】
インプリント装置１は、照射部２と、検出部３、モールド保持部４、基板ステージ５、塗布機構６を備える。
【００１４】
照射部２は、凹凸状のパターン７ａが形成されたモールド７と基板８に供給された樹脂９とを接触させた状態で、樹脂９を硬化させるために、光を照射する照射装置である。照射部２は光源（不図示）を備えている。また、照射部２は光源から射出される光を被照射面となるパターン７ａの領域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を備えていても良い。光の照射領域（照射範囲）は、パターン７ａが形成されている領域の面積と同程度、または、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または基板８が膨張し、樹脂９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、基板８などで反射した光が塗布機構６に到達し、塗布機構６の吐出口に残留した樹脂を硬化させてしまうことで、後の塗布機構の動作に異常が発生することを抑えるためでもある。
【００１５】
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、エキシマレーザーまたは発光ダイオードなど用いることができる。ここでは、樹脂９として紫外線で硬化する光硬化樹脂を用いているので、光源から紫外線が照射される。しかし、光源から照射される光は用いる樹脂に応じて適宜波長を決めることができる。また、本発明は、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。
【００１６】
検出部３（位置検出装置）はモールド７と基板８との相対的な位置合わせのためにマークの検出を行う。具体的にはモールド７に形成されたアライメントマーク１０と基板８に形成されたアライメントマーク１１を光学的に検出することで、両者の相対位置を計測することができる。検出部３の光軸はモールドまたは基板に対して鉛直方向になるように配置されている。また、検出部３はアライメントマーク１０、１１の位置に合わせて、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に配置されている。さらに検出部３は、アライメントマークの位置に光学系の焦点を合わせるためにＺ方向に移動可能である。アライメントマークを検出し、計測したモールド７と基板８の相対位置情報に基づいて基板ステージ５や後述の倍率補正機構を制御する。
【００１７】
モールド保持部４（型保持部）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モールドチャック機構を含む。また、モールド保持部４は、基板８に供給された樹脂９にモールド７を押し付けるためのモールド駆動機構（不図示）を含んでいる。モールド駆動機構はモールド７をＺ方向に動かすことができる。さらに、モールド保持部にはモールド７をＸ方向およびＹ方向に変形させてパターンの歪みを補正するモールド倍率補正機構（不図示）を含む。
【００１８】
基板ステージ５は、真空吸着力や静電力により基板８を引きつけて保持する基板チャック機構を含む。基板ステージ５は、基板８を保持しながらＸＹ平面内を移動可能とする基板保持部である。
【００１９】
なお、インプリント装置１における押印および離型の各動作は、モールド保持部４（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、基板ステージ５（基板８）をＺ方向に移動させてもよい。またはモールド７と基板８の両方を移動させてもよい。
【００２０】
塗布機構６は、基板８に樹脂９を供給する供給装置である。塗布機構６は、樹脂９を供給するためのノズルを備えている。塗布機構６は、インプリント装置１の内部に備えていなくてもよく、インプリント装置１の外部でもよい。例えば、外部の塗布機構により予め樹脂が供給された基板８をインプリント装置１の内部に導入する構成もあり得る。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で行う処理の時間の迅速化が可能となる。また、塗布機構６が不要となることから、インプリント装置１全体としての製造コストを抑えることができる。
【００２１】
モールド保持部４は、凹凸状のパターン７ａが形成されている面が基板８に対向するようにモールド７を保持している。モールド７は、基板８に対する面に所定の凹凸状のパターン７ａが形成されている。所定のパターン（例えば、回路パターン等）が３次元状に形成された型である。モールド７を介して光を樹脂９に照射するため、モールド７は光を透過する材料で作られている。その材料としては、例えば石英などである。
【００２２】
基板８は、例えば、単結晶シリコンからなる半導体ウエハやガラス基板などの被処理体である。基板８の表面（被処理面）には、樹脂９（インプリント材）が供給される。
【００２３】
樹脂９は、本実施形態で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樹脂を用いる。樹脂９の材料は製造する半導体デバイスの種類により適宜選択される。
【００２４】
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基板８を基板ステージ５に搬送し、基板８を基板ステージ５に載置する。基板ステージ５に保持された基板８は、その表面に塗布機構６を用いて樹脂９を塗布するために塗布位置へ移動する。その後、塗布機構６は塗布工程として基板８の所定のショット（インプリント領域）に樹脂９を供給する。次に、樹脂９が供給されたショットがモールド７の直下に位置するように、基板ステージ５が移動する。次に、モールド駆動機構を駆動させ、基板８に供給された樹脂９にモールド７に形成されたパターン７ａを押し付ける（押印工程）。
【００２５】
このとき、樹脂９は、モールド７の押印工程によりパターン７ａに沿って流動する。より具体的には、パターン７ａの凹部に樹脂９が充填される。さらにこの状態で、基板８およびモールド７に形成されたアライメントマーク１０および１１を検出部３によって検出する。基板ステージ５の移動によるモールド７のパターン面と基板８の塗布面との位置合わせ、および倍率補正機構によるモールド７の倍率補正などを実施する。樹脂９のパターン７ａへの充填と、モールド７と基板８との位置合わせおよびモールド７の倍率補正などが十分になされた段階で、照射部２はモールド７を介して光を照射し、モールド７を透過した光により樹脂９を硬化させる（硬化工程）。この際、検出部３は検出部２から照射された光の光路を遮らないように退避する。樹脂９を硬化させた後、モールド７と基板８を引き離す（離型工程）ことにより、基板８の上にモールド７のパターン７ａが転写される。
【００２６】
続いて、モールド７に形成されたアライメントマーク１０と、基板８に形成されたアライメントマーク１１を検出する方法について詳細を説明する。
【００２７】
図２は本実施形態の検出部３の構成の一例を示す概略図である。検出部３は検出光学系２１と照明光学系２２を含む構成である。図２は検出光学系の光軸と照明光学系の光軸の一部が共通であることを示している。
【００２８】
照明光学系２２は光源２３からの光を、プリズム２４などの光学部材を用いて検出光学系２１と同じ光軸上へ導き、アライメントマーク１０および１１を照明する。
【００２９】
光源２３には例えばハロゲンランプやＬＥＤなどが用いられる。光源２３から照射される光の波長は、前述の照射部２から照射される光の波長とは異なる光を用いるのがよい。例えば、照射部２から照射される光に紫外線を用いて、光源２３から照射される光に可視光や赤外線を用いる。
【００３０】
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。アライメントマーク１０および１１はそれぞれ回折格子から構成されている。照明光学系２２によって照明されたアライメントマーク１０からの回折光と、アライメントマーク１１からの回折光により発生するパターン（モアレ縞）を検出光学系２１は撮像素子２５に結像する。撮像素子２５はＣＣＤやＣＭＯＳなどが用いられる。
【００３１】
プリズム２４はその貼り合せ面において、照明光学系２２の瞳面の周辺部分の光を反射するための反射膜２４ａを有する。反射膜２４ａは照明光学系２２の瞳強度分布形状を規定する開口絞りとして働く。また、反射膜２４ａは検出光学系２１の瞳の大きさを規定する開口絞りとして働く。あるいは検出ＮＡ（ＮＡｏ）を規定する。
【００３２】
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。さらに、照明光学系２２あるいは検出光学系２１の瞳形状を変化させるために、プリズム２４は不図示のターレットやスライド機構の切り換え機構によって、他の開口形状を有するプリズムと交換可能にしてもよい。また、プリズム２４が配置される位置は、必ずしも検出光学系２１と照明光学系２２の瞳面もしくはその近傍でなくてもよい。
【００３３】
さらに、瞳強度分布形状を規定する開口絞りはプリズム２４に配置しなくても良い。例えば、図３に示すように、検出光学系２１の瞳面に開口絞り２６を配置し、照明光学系２２の瞳面に開口絞り２７を配置する。開口絞り２６は検出光学系２１の瞳の大きさを規定し、開口絞り２７は照明光学系２２の瞳強度分布を規定する。このとき、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。さらに、開口絞り２６および開口絞り２７は、不図示のターレット等の切り換え機構によって、異なる開口形状を有する開口絞りに切り替え可能にしてもよい。
【００３４】
図４は検出部３の照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）との関係を示したものである。図４では照明光学系の瞳面における瞳の大きさを開口数ＮＡで示している。本実施形態の照明光学系２２の照明瞳分布はＩＬ１からＩＬ４の４つの光強度分布（極）からなる。前述のように照明光学系２２の瞳面に開口絞り２７を配置することによって、１つの光源２３から複数の極を形成することができる。複数のピークを有する光強度分布のために、複数の光源を必要としないため、検出部３を簡略化あるいは小型化することができる。
【００３５】
極ＩＬ１〜ＩＬ４はそれぞれ直径ＮＡｐの円形である。ここでは、Ｘ軸とＹ軸の交点を光学系の光軸とし、検出光学系の光軸と照明光学系の光軸が共通である。
【００３６】
極ＩＬ１とＩＬ２は瞳面のＹ軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向にＮＡｉｌ（ＮＡｉｌ１）だけ離れた位置に配置されている。このように、極ＩＬ１とＩＬ２は光軸上を除きＹ軸方向に平行な軸上に、光軸に対して対称に配置することができる。また、極の大きさはＮＡｐ（ＮＡｐ１）である。
【００３７】
極ＩＬ３とＩＬ４は瞳面のＸ軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向にＮＡｉｌ（ＮＡｉｌ２）だけ離れた位置に配置されている。このように、極ＩＬ３とＩＬ４は光軸上を除きＸ軸方向に平行な軸上に、光軸に対して対称に配置することができる。また、極の大きさはＮＡｐ（ＮＡｐ２）である。
【００３８】
すなわち、照明光学系２２はアライメントマーク１０および１１に対して同時に斜入射照明を行うように照明瞳分布を形成している。アライメントマーク１０および１１への入射角度θは
θ＝ｓｉｎ−１（ＮＡｉｌ） ・・・式１
である。また、ＮＡｏ、ＮＡｐ、ＮＡｉｌは下記の式２を満足する。
ＮＡｏ＜ＮＡｉｌ−ＮＡｐ／２ ・・・式２
すなわちアライメントマーク１０および１１からの正反射光（ゼロ次回折光）を検出しない、暗視野構成になっている。
【００３９】
次に図５を用いて、アライメントマーク１０および１１からの回折光により生じるパターン（モアレ縞）の発生する原理とモアレ縞を用いた相対位置検出について説明する。
【００４０】
モールドと基板に形成された回折格子の計測方向の周期は互いに僅かに異なっている。このような周期が互いに異なる回折格子同士を重ねると、２つの回折格子からの回折光同士の干渉により、回折格子間の周期差を反映した周期を有するパターン（いわゆるモアレ縞）が現れる。このとき、回折格子同士の相対位置によってモアレ縞の位相が変化するので、モアレ縞を観察することにより基板とモールドとの相対位置合わせを行うことができる。
【００４１】
図５（ａ）と図５（ｂ）に示すような周期が僅かに異なる回折格子３１と回折格子３２を重ねると、それぞれの回折格子からの回折光が重なり合うことで、周期の差を反映した周期をもつ図５（ｃ）のようなパターン（モアレ縞）が発生する。モアレ縞は、２つの回折格子３１と３２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、片方の回折格子をＸ方向に少しだけずらしてやると、図５（ｃ）のモアレ縞は図５（ｄ）のように変化する。このモアレ縞は、２つの回折格子が実際に変化した相対位置の大きさよりも、大きな周期で縞の位相が変化するため、検出光学系２１の解像力が低くても、精度良く２物体間の相対位置を計測することができる。
【００４２】
ここで、モアレ縞を検出するために図５（ａ）と図５（ｂ）の回折格子を明視野で検出（垂直方向から照明し、垂直方向から回折光を検出）しようとすると、回折格子からのゼロ次光も検出してしまう。ゼロ次光はモアレ縞のコントラスを下げる要因になるので、本実施形態の検出部３では、前述のようにゼロ次光を検出しない暗視野の構成をとっている。そこで、斜入射で照明する暗視野の構成でもモアレ縞を検出できるように、モールドに形成された回折格子と基板に形成された回折格子のいずれか一方を、図６（ａ）に示すようなチェッカーボード状の回折格子にしている。モールド側と基板側のどちらの回折格子をチェッカーボード状の回折格子にしても、基本的に同一であるが、以下ではモールド側の回折格子をチェッカーボード状にした場合を例に説明する。
【００４３】
このようなモアレ縞を利用して相対位置を検出する方法では、解像力が低い検出光学系を用いても、高い精度で位置合わせを行うことができるという利点がある。
【００４４】
図６（ａ）と図６（ｂ）はそれぞれモールドと基板のＸ方向に関する相対位置を検出するためのモールド側のアライメントマーク１０（第一マーク）の回折格子１０ａと、基板側のアライメントマーク１１（第二マーク）の回折格子１１ａを図示したものである。モールド側のアライメントマーク１０はＸ方向（第二方向）とＹ方向（第一方向）にそれぞれ周期Ｐｍ（Ｐ１）の周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ａである。また、基板側のアライメントマーク１１はＸ方向に周期Ｐｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ａである。
【００４５】
この２つの回折格子１０ａ（第一回折格子）および１１ａ（第二回折格子）を重ねた状態で検出部３によってモアレ縞を検出する原理について、図７を用いて説明する。ここで、回折格子１０ａのＸ方向とＹ方向の周期は同一としているが、必ずしもその必要はなく、回折格子１０ａのＸ方向とＹ方向の周期は異なっていてもよい。ここでは簡便のために回折格子１０ａのＸ方向とＹ方向の周期は同一である場合について説明するが、Ｘ方向とＹ方向の周期が異なっていても基本的な説明は同じである。
【００４６】
図７（ａ）と図７（ｂ）は回折格子１０ａと回折格子１１ａをそれぞれＸ軸に沿った方向とＹ軸に沿った方向から見た図である。Ｘ方向に関する相対位置を検出するためのモアレ縞は、図４に示した照明瞳面においてＹ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１とＩＬ２によって発生する。
【００４７】
ここで、回折格子による回折角φは、回折格子の周期をｄ、光の波長をλ、回折次数をｎとして、以下の式で表わされる。
ｓｉｎφ＝ｎλ／ｄ ・・・式３
したがって、回折格子１０ａおよび１１ａによる回折角をそれぞれφｍ、φｗとすると、
ｓｉｎφｍ＝ｎλ／Ｐｍ ・・・式４
ｓｉｎφｗ＝ｎλ／Ｐｗ ・・・式５
となる。
【００４８】
図７（ａ）を用いてＹ方向（非計測方向）に関する回折光について説明する。まず照明瞳面において非計測方向であるＹ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１とＩＬ２によって、回折格子１０ａおよび回折格子１１ａがＹ軸方向から同時に斜入射照明される。回折格子１０ａおよび回折格子１１ａで正反射した光（ゼロ次回折光）Ｄ１およびＤ１′は、検出部３が式２を満足するために、検出光学系２１には入射しない。一方で、Ｙ方向にＰｍの周期をもつモールド側の回折格子１０ａによって角度φｍだけ回折した光Ｄ２及びＤ２′は、検出光学系２１によって検出される。本実施形態ではゼロ次光を除く回折光の中で回折強度が最も高い±１次回折光を検出するために、ＰｍとＮＡｏ、ＮＡｉｌ、ＮＡｐは以下の条件を満足している。
｜ＮＡｉｌ−｜ｓｉｎφｍ｜｜＝｜ＮＡｉｌ−λ／Ｐｍ｜＜ＮＡｏ＋ＮＡｐ／２ ・・・式６
言い換えると、式６を満足する範囲の波長λでＹ方向への回折光を検出することができる。
【００４９】
ここで、もっとも効率良く１次回折光を検出できるのはＤ２がＹ軸に垂直になる場合なので、光源から出力される照明光の中心波長をλｃとすると、
ＮＡｉｌ−λｃ／Ｐｍ＝０ ・・・式７
となるように照明条件とモールド側の回折格子の周期が調整されていることが望ましい。
【００５０】
以上のように、Ｙ方向に関してはモールド側の回折格子１０ａが斜入射照明され、回折格子１０ａによってＹ方向に回折し、検出光学系２１により回折光が検出される。
【００５１】
次に、Ｘ方向（計測方向）に関する回折光の説明を、図７（ｂ）を用いて行う。
【００５２】
照明瞳面のＹ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１およびＩＬ２は、Ｘ軸に垂直な方向から回折格子１０ａおよび１１ａに入射する。Ｙ方向の場合と同様に＋／−１次の回折光を考えると、モールド側の回折格子１０ａで＋／−１次で回折し、基板側の回折格子１１ａで−／＋１次に回折した回折光Ｄ４は、ＰｍとＰｗが近いためにＸ軸に対して小さな角度で検出光学系２１に入射する。このときの回折角φΔは以下の式で表わされる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
式８において｜Ｐｗ−Ｐｍ｜／（Ｐｍ・Ｐｗ）＝１／ＰΔとすると
ｓｉｎφΔ＝λ／ＰΔ ・・・式９
となる。これは回折光Ｄ４によって周期がＰΔのパターンが現れることを意味する。このパターンがモアレ縞であり、その周期はモールド側の回折格子と基板側の回折格子の周期の差に依存する。ただし、本実施形態においてはモールド側の回折格子がチェッカーボード状であるため、発生するモアレ縞の周期はＰΔ／２となる。このとき、モールドと基板の相対位置の変化はモアレ縞の明暗の位置ずれに拡大されるため、解像力が低い検出光学系を用いても、高い精度で位置合わせを行うことができる。
【００５５】
次に、モールド側の回折格子１０ａもしくは基板側の回折格子１１ａのいずれか一方で１回回折した光は、角度φｍあるいはφｗで射出する（図７（ｂ）のＤ３）。Ｄ３はモアレ縞を発生させずにノイズとなるので、検出光学系２１によって検出されないことが望ましい。そのため、本実施形態では下記の式１０および式１１を満足するように回折格子の周期と検出部３が調整されている。
ＮＡｏ＋ＮＡｐ／２＜｜ｓｉｎφｍ｜＝λ／Ｐｍ ・・・式１０
ＮＡｏ＋ＮＡｐ／２＜｜ｓｉｎφｗ｜＝λ／Ｐｗ ・・・式１１
また、モールド側の回折格子１０ａと基板側の回折格子のいずれでもＸ軸方向に回折しなかった光（ゼロ次回折光、図７（ｂ）Ｄ５）はモールドおよび基板で正反射して検出光学系２１に入射する。また、基板側の回折格子で回折せずに基板での反射の前後でモールド側の回折格子でそれぞれＸ軸方向に＋／−ｎ次回折と−／＋ｎ次回折した（トータルでゼロ次の）回折光も検出光学系２１に入射する。これらの光はモアレ縞を生成せずにモアレ縞のコントラストを低下する要因となるが、本実施形態においてはモールド側の回折格子１０ａがチェッカーボード状であるため、隣り合う格子からの回折光の位相がπずれ、互いに打ち消し合う。したがってＤ５の強度は抑制され、コントラストよくモアレ縞を計測することができる。
【００５６】
以上、モールドと基板のＸ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出について説明したが、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出についても、アライメントマークと斜入射照明の方向をＸ方向とＹ方向で入れ替えるだけで基本的に同じである。
【００５７】
図８（ａ）と図８（ｂ）はそれぞれモールドと基板のＹ方向に関する相対位置を検出するためのモールド側のアライメントマーク１０の回折格子１０ｂと、基板側のアライメントマーク１１の回折格子１１ｂを図示したものである。モールド側のアライメントマーク１０（第三マーク）はＸ方向とＹ方向にそれぞれ周期Ｐｍ（Ｐ２）の周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ｂ（第三回折格子）である。また、基板側のアライメントマーク１１（第四マーク）はＹ方向に周期Ｐｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ｂ（第四回折格子）である。
【００５８】
Ｙ方向に関する相対位置を検出するためのモアレ縞は、回折格子１０ｂと回折格子１１ｂを照明光学系から照射した光で同時に照明することで発生する。すなわち、図４に示した照明瞳面においてＸ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ３とＩＬ４によってモアレ縞は発生する。
【００５９】
ここで、本実施形態においては図４に示した照明瞳面においてＹ軸方向に平行な軸上に並んだ極ＩＬ１とＩＬ２によって、Ｘ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞を発生させている。すなわち、照明瞳面において非計測方向に沿った方向に並んだ光強度分布でモアレ縞を発生させている。
【００６０】
その一方で、アライメントマーク１０とアライメントマーク１１の周期を調整すれば、図４に示した照明瞳面においてＸ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ３とＩＬ４によって、Ｘ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞を発生させることも可能である。すなわち、照明瞳面において計測方向に垂直な方向に沿って並んだ強度分布でモアレ縞を発生させることも可能である。
【００６１】
しかしその場合、ＩＬ３とＩＬ４が回折格子１０ａによって計測方向に回折された＋１次光と−１次光の回折格子１１ａへの入射角度が大きく異なってしまうため、＋１次光と−１次光のいずれか一方しか検出できない。無理に検出しようとすると、検出光学系のＮＡを非常に大きくする必要がある。
【００６２】
これに対して、照明瞳面において計測方向に沿った方向に並んだ極でモアレ縞を発生させる場合には、比較的小さな検出ＮＡを維持したまま、回折格子１０ａによって計測方向に回折された照明光の＋１次光と−１次光のどちらも検出することができる。すなわち、２倍の回折光を検出することができるため、２倍の光量でモアレ縞を検出できるという利点がある。
【００６３】
特許文献１の位置検出方法では、基板の上に形成された回折格子によって回折した光をモールドもしくはウエハに垂直ではない方向から検出している。そのため、１つの検出部で複数方向に関する相対位置情報を取得することができない。基板とモールドとの位置合わせを行うためには、少なくとも２方向（例えばＸ方向とＹ方向）に関する相対位置情報を取得する必要があるので、少なくとも２つの検出部が必要となる。さらには、モールドと基板のショット形状や倍率を補正するために、例えばショットの４か所で相対位置情報を取得しようとすると、８つの検出部が必要になってしまう。従って、多くの検出部が必要になるため、装置コストが増大するとともに、光学系の配置が複雑になり、さらには光学系を配置するスペースの確保が難しくなるという問題がある。
【００６４】
そこで、図９のように回折格子１０ａと１１ａ、回折格子１０ｂと１１ｂとをそれぞれ重ねたマークを、図４のような照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）を有する検出部３を用いてマークを検出する。図９のように、検出部３の視野４０に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同時に入れることによって、Ｘ方向とＹ方向に関する位置合わせのためのモアレ縞を同時に観察することができる。すなわち、本実施形態の位置検出システムでは、一つの検出部３（検出光学系２１と照明光学系２２）によって２方向の相対位置情報を同時に取得することができる。
【００６５】
従来の検出部は１方向のマークに対して１つの検出部を必要としていたため、従来と比較して、検出部の数を減らせるため安価で簡易な相対位置検出システムを提供することができる。
【００６６】
以上、回折格子１０ａと回折格子１０ｂの周期がそれぞれ同じで、回折格子１１ａと回折格子１１ｂの周期がそれぞれ同じ場合について説明したが、これに限られない。すなわち、回折格子１０ａと回折格子１０ｂの周期はそれぞれ異なっていてもよく、また、回折格子１１ａと回折格子１１ｂの周期はそれぞれ異なっていてもよい。また、検出部３の光軸から極ＩＬ１およびＩＬ２までの距離と、光軸から極ＩＬ３およびＩＬ４までの距離はそれぞれ異なっていてもよい。
【００６７】
ただし、回折格子１０ａと回折格子１０ｂがそれぞれＸ方向とＹ方向で互いに等しい周期の周期構造をもつ回折格子であると、モールドに形成されたアライメントマーク１０を１種類にすることが出来る。つまり、アライメントマーク１０をＸ方向の位置合わせのための回折格子１０ａとＹ方向の位置合わせのための回折格子１０ｂを共通のマークとすることができ、アライメントマークのデザインを簡略化することができる。
【００６８】
さらに、このように回折格子１０ａと回折格子１０ｂとを互いに等しい周期の周期構造をもつ回折格子とすることにより、回折格子１０ａと回折格子１０ｂとを共通の一つの回折格子とすることができる。すなわち、回折格子１０ａと回折格子１０ｂを、回折格子１１ａと回折格子１１ｂとの両方に同時に重なるために十分な面積をもつ一つの回折格子とすることもできる。これにより、アライメントマークのデザインを簡略化することができる。
【００６９】
本実施形態の位置検出システムでは式６を満足する範囲の波長λで回折光を検出できることは既に述べたとおりであるが、この波長範囲はできる限り広いことが望ましい。
【００７０】
基板８に形成されたアライメントマーク１１は基板８の表面に剥き出しになっていることは少なく、数層から数十層積まれたプロセスの内部に形成されている場合が多い。アライメントマーク１１の上部に透明な物質からなる層が形成されている場合、いわゆる薄膜干渉によって、照明光の波長によってはマークから返ってくる光の強度が非常に弱くなることがある。このとき、照明光の波長λを変えてやれば、薄膜干渉の条件から外れ、マークが見えるようになる。
【００７１】
このため、検出部３でアライメントマークを検出する場合も照明光の波長λを広い範囲で可変とし、基板８を作成するプロセスによって、最もよく検出できる条件を設定できることが望ましい。最もよく検出できる条件とは、例えばモアレ縞の信号強度もしくはコントラストが最大になるような条件である。照明光の波長λは光源２３としてハロゲンランプのような広帯域に波長を持つ光源を用いてバンドパスフィルタなどで所望の波長帯域を切り出しても良いし、ＬＥＤのような単色光光源で中心波長の異なるものを複数備えて切り替えても良い。
【００７２】
このように照明光の波長λを選択すると、式３の回折の条件が変わるため、モアレ縞の信号強度やコントラストが変化し、計測精度が低下することがある。また、場合によっては式６を満足しない波長を選択したくなることもある。そのような場合には、検出光学系のＮＡや照明光学系の瞳面光強度分布、アライメントマーク１０および１１の回折格子の周期も併せて変更することによって、モアレ縞の強度あるいはコントラスト等を向上できる場合がある。
【００７３】
すなわち、照明光の波長λや検出光学系のＮＡ、照明光学系の瞳分布形状、アライメントマーク１０および１１の回折格子の周期は、基板８を作成するプロセスに応じてモアレ縞を最もよく検出できる条件に適宜選択されることが望ましい。検出光学系のＮＡおよび照明光学系の瞳強度分布の変更は、前述したように、検出部３内に配置されたプリズム２４または開口絞り２６および２７を切り替えることによって実現される。
【００７４】
本実施形態では、図４のように照明光学系の瞳面の光強度分布として、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ２つの極が形成された４重極照明について説明した。光強度分布の形状としては、Ｘ方向またはＹ方向に、２つの極が形成された２重極照明を用いても良い。また、ここでは瞳面において周囲よりも強い光強度を有する領域を極と呼ぶ。したがって、極と極の間に光があっても良い。さらに、光強度分布の形状として、輪帯状であってもよい（輪帯照明）。この場合、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ、２つの光強度のピーク（極）が形成される。そのため、輪帯照明を用いても照明光学系は非計測方向に、複数の極を有する光を照射することができる。
【００７５】
このように、本実施形態の検出部３は、１つのモアレ縞を検出するのに位置合わせマークを２方向から同時に斜入射照明して鉛直方向に検出しているので、従来の１方向から斜入射照明して斜め方向から検出する計測光学系と比べて、２倍の光量を確保することができる。これにより、精度よく２物体の相対位置を検出することができる。
【００７６】
本実施形態では第一マークと第三マークが形成された第一物体としてモールド、第二マークと第四マークが形成された第二物体として基板の場合について説明した。しかし、第一マークと第三マークが基板に、第二マークと第四マークがモールドに形成されていても良い。ただし、重ねられて配置されている２物体の相対位置を検出するため、２物体のうち、光源側に配置されている物体は光透過性を有している必要がある。第１実施形態ではモールドが光透過性を有している物体として、位置検出装置の光軸に沿って光源側に配置されている。
【００７７】
［第２実施形態］
第２実施形態の位置検出装置について説明する。
【００７８】
本実施形態の位置検出装置は、第１実施形態で説明した検出部３の照明瞳分布とアライメントマーク１０および１１の構成が異なることを除いて、その他の基本的な構成は同じである。また、本実施形態の位置検出装置（検出部３）を備えるインプリント装置についても、装置の基本的な構成、インプリント処理の方法については第一実施形態と同じである。
【００７９】
図１０に本実施形態に係る検出部３（位置検出装置）の照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）との関係を示す。図１０では図４と同様に照明光学系の瞳面における瞳の大きさを開口数ＮＡで示している。本実施形態の検出部３の照明瞳分布はＩＬ１１とＩＬ１２の２つの極からなる。ＩＬ１１およびＩＬ１２は、それぞれ直径ＮＡｐの円形の極である。ここで、ＸＹ平面上にＸ軸およびＹ軸と異なるＷ軸を新たに定義する。Ｗ軸は例えば、Ｘ軸およびＹ軸と、それぞれ４５度をなす方向に定義される。ＩＬ１１およびＩＬ１２は瞳面のＷ軸上の光軸からそれぞれプラス方向とマイナス方向ＮＡｉｌだけ離れた位置に配置されている。
【００８０】
したがって、本実施形態は、アライメントマーク１０および１１に対して斜入射照明を行う。また、ＮＡｏ、ＮＡｐ、ＮＡｉｌは上述の式２を満足しており、アライメントマーク１０および１１からの正反射光（ゼロ次回折光）を検出しない、暗視野構成になっている。
【００８１】
図１１（ａ）と図１１（ｂ）はそれぞれモールド７と基板８のＸ方向に関する相対位置を検出するためのモールドに形成されたアライメントマーク１０と基板に形成されたアライメントマーク１１を図示したものである。モールド側のアライメントマーク１０（第五マーク）はＸ方向とＷ方向（第三方向）にそれぞれ周期Ｐｍの周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ｃ（第五回折格子）である。また、基板側のアライメントマーク１１（第二マーク）はＸ方向にＰｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ｃ（第二回折格子）である。ここで、回折格子１０ｃのＸ方向とＷ方向の周期は同一としているが、必ずしもその必要はなく、回折格子１０ｃのＸ方向とＷ方向の周期は異なっていてもよい。
【００８２】
この２つの回折格子１０ｃおよび１１ｃを重ねた状態で検出部３によってモアレ縞を検出する原理について、図１２を用いて説明する。基本的には第一実施形態で説明した原理と同じである。図１２（ａ）はＷＺ平面、図１２（ｂ）はＸＺ平面で回折格子１０ｃと回折格子１１ｃを見た図を示している。Ｘ方向に関する相対位置を検出するためのモアレ縞は、回折格子１０ｃと回折格子１１ｃを照明光学系から照射した光で照明することで発生する。図１０に示した照明瞳面においてＷ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１１とＩＬ１２によってモアレ縞は発生する。
【００８３】
図１２（ａ）を用いてＷ方向（非計測方向）に関する回折光について説明する。まず照明瞳面において非計測方向であるＷ軸に沿った方向に並んだ極ＩＬ１１とＩＬ１２によって、回折格子１０ｃおよび回折格子１１ｃがＷ方向から斜入射照明される。回折格子１０ｃおよび１１ｃによる回折角φｍ、φｗは、第１実施形態と同様に、式４および式５で表わされる。
【００８４】
回折格子１０ｃおよび１１ｃで正反射した光（ゼロ次回折光）Ｄ１１およびＤ１１′は、検出部３が式２を満足するために、検出光学系２１には入射しない。一方で、Ｗ軸方向にＰｍの周期をもつ回折格子１０ｃによって角度φｍだけ回折した回折光Ｄ１２およびＤ１２′は、検出光学系２１によって検出される。ここで、ＰｍとＮＡｏ、ＮＡｉｌ、ＮＡｐは第１実施形態と同様に式６を満足しているので、式６を満足する範囲の波長λでＹ軸方向への回折光を検出することができる。
【００８５】
また、もっとも効率良く１次回折光を検出できるのはＤ１２がＹ軸に垂直になる場合なので、式７を満足するように、照明条件とモールド側の回折格子の周期が調整されていることが望ましいことも第１実施形態と同様である。
【００８６】
以上のように、Ｗ方向に関してはモールド側の回折格子１０ｃが斜入射照明され、回折格子１０ｃによってＷ方向に回折し、検出光学系２１により回折光が検出される。
【００８７】
次に、図１２（ｂ）を用いて、Ｘ方向（計測方向）に関する回折光の説明を行う。ここで、ＩＬ１１およびＩＬ１２は本来紙面に対してねじれた方向から入射するものであるが、実際に検出光学系２１によって検出される光は上述のように回折格子１０ｃによってＷ方向にφｍだけ回折された回折光Ｄ１２である。回折光Ｄ１２はＸＹ平面に対して垂直な方向に回折されているので、回折光Ｄ１２がさらにＸ方向への回折を考えることは、ＸＹ平面に対して垂直に入射する入射光ＩＬ１１′およびＩＬ１２′を仮想的に考えることと等価である。したがって、ここでは説明を容易にするために、ＩＬ１１およびＩＬ１２がＷ軸方向に関してＸＹ平面に垂直に回折された回折光Ｄ１２と等価な入射光ＩＬ１１′およびＩＬ１２′を用いて説明する。
【００８８】
ＩＬ１１′およびＩＬ１２′は、Ｘ軸に垂直な方向から回折格子１０ｃおよび１１ｃに入射する。Ｗ方向の場合と同様に＋／−１次の回折光を考えると、回折格子１０ｃで＋／−１次で回折し、回折格子１１ｃで−／＋１次に回折した回折光Ｄ１４は、式８で表わされる角度φΔで検出光学系２１に入射する。したがって、回折光Ｄ１４によって周期がＰΔ／２のモアレ縞が発生する。
【００８９】
次に、回折格子１０ｃもしくは回折格子１１ｃのいずれか一方で１回回折した光は、角度φｍあるいはφｗで射出する（図１２（ｂ）のＤ１３）。Ｄ１３はモアレ縞を発生させずにノイズとなるので、検出光学系２１によって検出されないように、回折格子の周期と検出部３は式１１を満足するように調整されている。
【００９０】
また、回折格子１０ｃと回折格子１１ｃのいずれでもＸ方向に回折しなかった光（ゼロ次回折光、図１２（ｂ）のＤ１５）はモールドおよび基板で正反射して検出光学系２１に入射する。また、基板に形成された回折格子で回折せずに、基板での反射の前後でモールドに形成された回折格子でそれぞれＸ方向に＋／−ｎ次回折と−／＋ｎ次回折した（トータルでゼロ次の）回折光も検出光学系２１に入射する。これらの光はモアレ縞を生成せずにモアレ縞のコントラストを低下する要因となるが、回折格子１０ｃがチェッカーボード状であるため、隣り合う格子からの回折光の位相がπずれ、互いに打ち消し合う。したがってＤ１５の強度は抑制され、コントラストよくモアレ縞を計測することができる。
【００９１】
以上、モールドと基板のＸ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出について説明したが、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞の検出についても、回折格子１０ｃと１１ｃのＸ方向とＹ方向を入れ替えるだけで基本的に同一である。
【００９２】
図１３（ａ）と図１３（ｂ）はそれぞれモールドと基板のＹ方向に関する相対位置を検出するためのモールド側のアライメントマーク１０の回折格子１０ｄと、基板側のアライメントマーク１１の回折格子１１ｄを図示したものである。
【００９３】
モールド側のアライメントマーク１０（第六マーク）はＸ方向とＹ方向にそれぞれ周期Ｐｍの周期構造を有するチェッカーボード状の回折格子１０ｄ（第六回折格子）である。基板側のアライメントマーク１１（第一マーク）はＹ方向に周期Ｐｍと異なる周期Ｐｗの周期構造をもつ回折格子１１ｄ（第一回折格子）である。これらの回折格子を重ねて、極ＩＬ１１とＩＬ１２で照明することで、Ｙ方向に関する相対位置計測のためのモアレ縞が発生する。
【００９４】
したがって、図９のように回折格子１０ｃと１１ｃ、回折格子１０ｄと１１ｄとをそれぞれ重ねたマークを、図１０のような照明瞳分布と検出ＮＡ（ＮＡ０）を有する検出部３を用いてマークを検出することが出来る。図９のように、検出部３の視野４０に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同時に入れることによって、Ｘ方向とＹ方向に関する位置合わせのためのモアレ縞を同時に観察することができる。すなわち、本実施形態の位置検出システムでは、一つの検出部３（検出光学系２１と照明光学系２２）によって２方向の相対位置情報を同時に取得することができる。
【００９５】
さらに、本実施形態の位置検出装置では、Ｘ方向とＹ方向のモアレ縞を共通の照明瞳分布で発生させることができる。これによって照明瞳面に配置される光強度分布の数を減らすことができるため、例えば迷光の発生等によるモアレ縞のコントラスト低下を低減することができる。そのため、精度よくモールドと基板の位置合わせを行うことをできるという利点がある。
【００９６】
本実施形態ではＷ軸をＸ軸およびＹ軸に対してそれぞれ４５度をなす方向で定義したが、これに限定されることはなく、例えばＸ軸と４０度や３０度をなす方向に定義してもよい。ただし、Ｗ軸がＸ軸およびＹ軸に対してなす角が異なると、回折格子１０ｃと回折格子１０ｄとで基本となる格子の形状が異なってしまう。その結果、回折格子１０ｃと回折格子１０ｄの回折効率に差が生じてしまうので、検出されるモアレ縞の強度やコントラストに差が生じることになる。そのため、Ｘ方向とＹ方向の位置合わせ精度に差が生じる恐れがある。Ｗ軸は二つの計測方向（Ｘ軸およびＹ軸）に対してそれぞれ同一な角度（４５度）をなす方向に定義されることが望ましい。
【００９７】
また、ここでは回折格子１０ｃと回折格子１０ｄの周期がそれぞれ同じで、回折格子１１ｃと回折格子１１ｄの周期がそれぞれ同じ場合について説明したが、本実施形態はこれに限られない。すなわち、第１実施形態と同じく、回折格子１０ｃと回折格子１０ｄの周期はそれぞれ異なっていてもよく、また、回折格子１１ｃと回折格子１１ｄの周期はそれぞれ異なっていてもよい。
【００９８】
［第３実施形態］
第３実施形態のインプリント装置について説明する。
【００９９】
図１４は、本実施形態のインプリント装置の構成を示す概略図である。本実施形態のインプリント装置５０は、投影光学系１２を備える。その他の装置の構成やインプリント処理の方法については第１実施形態で説明したインプリント装置１と基本的に同じである。
【０１００】
投影光学系１２はモールド７の直上に配置されており、モールド７に形成されたアライメントマーク１０と基板８に形成されたアライメントマーク１１の像を投影光学系１２の投影面１３に投影する。
【０１０１】
また、投影光学系１２は、その内部にビームスプリッター１４を備えている。ビームスプリッター１４には光の波長によって選択的に反射あるいは透過させる光学部材であり、例えば樹脂９を硬化させる紫外線を反射して、アライメントマーク１０および１１を照明する可視光線あるいは赤外線を透過するように設計することができる。ビームスプリッター１４は、例えばダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等が用いられる。図１４はビームスプリッター１４にダイクロイックミラーを用いた場合を示している。
【０１０２】
照射部２は基板８に塗布された樹脂９を硬化させるために、本実施形態では紫外線を照射する。照射部２は投影光学系１２の側方からビームスプリッター１４に光を照射し、ビームスプリッター１４で反射した光が投影光学系１２の一部を透過してパターン７ａに所定の形状で照射される。
【０１０３】
検出部３（位置検出装置）は投影光学系１２（およびビームスプリッター１４）を通してアライメントマーク１０および１１を照明する。投影光学系１２の投影面１３に投影されたモアレ縞の像を検出することで、モールドと基板との相対位置を検出する。検出部３は上述の第１実施形態で説明した検出部を用いても良いし、第２実施形態で説明した検出部を用いても良い。
【０１０４】
ビームスプリッター１４は、紫外線を透過して可視光線あるいは赤外線を反射するように構成することも可能である。この場合、検出部３はアライメントマークからの回折光が投影光学系１２のビームスプリッター１４によって折り曲げられた光を検出する。すなわち照射部２が投影光学系１２の上方に配置され、検出部３と照射部２との位置が図１４と逆になる。
【０１０５】
このような装置の構成にすることによって、モールドおよび基板に対してその光軸が鉛直方向になるように配置された検出部３を用いても、紫外線照射時に検出部３を退避させる必要がなくなる。検出部３によるアライメントマーク検出の後に、検出部３の退避にかかる時間が必要なくなる。そのため、インプリント装置の生産性を高めることができる。
【０１０６】
また、本実施形態のインプリント装置５０では、投影光学系１２の投影面１３の近傍に折り曲げミラー１５を配置してもよい。折り曲げミラー１５によって、検出部３から照明される照明光とアライメントマーク１０および１１からの回折光はその光束径が小さい位置でＸＹ面に平行な方向に折り曲げられる。したがって、検出波長範囲の拡大や照明光量の増加のために検出光学系２１や照明光学系２２のＮＡを拡大して検出部３の径が大きくなっても、配置の自由度が高くなり、検出部３を空間的に余裕のある位置に配置することが可能になる。また、検出部３の配置の自由度が高くなることで、モールド７と基板８に形成されたアライメントマーク１０および１１の配置の自由度を高くすることができる。
【０１０７】
本実施形態のような投影光学系１２が構成されていない場合、検出部３はモールド保持部４に構成されたモールド駆動機構やモールド倍率補正機構との干渉を避ける必要がある。そのため、検出部３をモールド７からやや離れた位置に配置するか、その径をなるべく小さくする必要がある。検出部３をモールド７から離れた位置に配置すると、その光束径が拡がるために検出部３は大きくなってしまい、検出部３を配置する場所にも制限が生じるため、アライメントマークの配置にも自由度が低くなってしまう。
【０１０８】
また、検出部３の径を小さくして配置しようとすると、検出光学系２１および照明光学系２２のＮＡが小さくなるため、アライメントマークを照明する光量の減少や、検出波長の狭帯域化を招く。結果としてモールドと基板との相対位置合わせの精度を低下させてしまう恐れがある。
【０１０９】
本実施形態のように、投影光学系１２を構成することにより、モールド駆動機構やモールド倍率補正機構との干渉や、アライメントマーク１０および１１の配置の制限を気にすることなく、検出部３の検出光学系２１や照明光学系２２のＮＡを拡大することができる。その結果、検出部３の検出波長範囲を拡大することができ、照明光量を増加することができる。そして、高い精度でモールドと基板の相対位置合わせを行うことができる。
【０１１０】
また、本発明の検出部（位置検出装置）はインプリント装置に限られず、２つの物体の相対位置を計測して位置合わせを行う装置に用いることが出来る。２つの物体の相対位置を検出するものであればモールドと基板に限られない。その場合、２つの物体の一方にアライメントマーク１０を形成し、他方にアライメントマーク１１を形成する。検出部はアライメントマークを同時に検出することができるように配置する必要がある。
【０１１１】
［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。
【０１１２】
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。
【符号の説明】
【０１１３】
１ インプリント装置
２ 照射部
３ 検出部（位置検出装置）
１０ アライメントマーク（モールド）
１１ アライメントマーク（基板）
２１ 検出光学系
２２ 照明光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向と、第一方向と異なる第二方向にそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、該第一回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、
前記第一回折格子と前記第二回折格子とからの回折光を検出する検出光学系と、を備え、
検出した前記回折光に基づいて前記第一回折格子と前記第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、
前記照明光学系はその瞳面において、第一方向に、複数の極を有する光を照明すること
を特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記第一回折格子の第一方向への周期をＰ１、前記瞳面における前記検出光学系の開口数の大きさをＮＡｏ、前記瞳面における前記照明光学系の前記極の、光軸からの距離をＮＡｉｌ１、前記極の大きさをＮＡｐ１、前記照明光学系から照明される光の波長をλとしたとき、
｜ＮＡｉｌ１−λ／Ｐ１｜＜ＮＡｏ＋ＮＡｐ１／２を満足することを特徴とする、
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、
第一物体に形成された前記第一回折格子と、第一方向と第二方向にそれぞれ周期構造をもつ第三回折格子とを照明し、
第二物体に形成された前記第二回折格子と、前記第三回折格子の第一方向への周期と異なる周期の周期構造を第一方向にもつ第四回折格子とを照明し、
前記照明光学系はその瞳面において、第二方向に、複数の極を有する光を照明し、
前記検出光学系は、
前記第一回折格子と前記第二回折格子からの回折光と、前記第三回折格子と前記第四回折格子からの回折光を検出し、
前記検出した結果に基づいて前記第一物体と前記第二物体の第一方向及び第二方向に関する相対的な位置を検出することを特徴とする、
請求項１または２のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記第三回折格子の第二方向への周期をＰ２、前記瞳面における前記検出光学系の開口数の大きさをＮＡｏ、前記瞳面における前記照明光学系の前記極の、光軸からの距離をＮＡｉｌ２、前記極の大きさをＮＡｐ２、前記照明光学系から照明される光の波長をλとしたとき、
｜ＮＡｉｌ２−λ／Ｐ２｜＜ＮＡｏ＋ＮＡｐ２／２を満足することを特徴とする、
請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記第一方向と第二方向は、互いに直交することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記第一回折格子と前記第三回折格子は、第一方向への周期と第二方向への周期のうち少なくともいずれか一方は、互いに等しいことを特徴とする、請求項４または５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記第一回折格子と前記第三回折格子は互いに等しい周期構造を有することを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
第二方向と、第二方向と異なる第三方向にそれぞれ周期をもつ第五回折格子と、該第五回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明し、第三方向と、第二方向及び第三方向と異なる第一方向にそれぞれ周期をもつ第六回折格子と、該第六回折格子の第一方向の周期と異なる周期を第一方向にもつ第一回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、
前記第五回折格子と前記第六回折格子からの回折光と、前記第二回折格子と前記第一回折格子からの回折光を検出する検出光学系と、
を備え、
検出した前記回折光に基づいて、前記第五回折格子と前記第六回折格子が形成された前記第一物体と、前記第二回折格子と前記第一回折格子が形成された前記第二物体と、の第一方向及び第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、
前記照明光学系はその瞳面において、第三方向に、複数の極を有する光を照明すること
を特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
前記照明光学系と前記検出光学系の光軸は一部が共通であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出光学系の開口数と前記照明光学系の瞳面光強度分布と前記照明光の波長のうち、少なくともいずれか一つが可変であることを特徴とする、
請求項１から９のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記第一物体に形成されている回折格子は、チェッカーボード状の回折格子であることを特徴とする、
請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
型に形成されたパターンを用いて、基板に供給されたインプリント材に前記パターンを転写するインプリント装置であって、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の位置検出装置を用いて型と基板の相対的な位置を検出することを特徴とするインプリント装置。
【請求項１３】
前記インプリント材を硬化させるための光を照射する照射部と、
前記第一回折格子と前記第二回折格子の像を前記型の上部に投影する投影光学系と、を有し、
前記投影光学系を介して前記第一回折格子と前記第二回折格子との相対的な位置を検出することを特徴とする、請求項１２に記載のインプリント装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３のいずれか１項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、
前記工程で前記パターンを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。
【請求項１５】
第一方向と、第一方向と異なる第二方向とにそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、該第一回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を照明光学系が斜入射照明し、
検出光学系が、前記第一回折格子と前記第二回折格子とからの回折光を検出し、
前記回折光に基づいて前記第一回折格子と前記第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出方法であって、
前記照明光学系はその瞳面において、第一方向に複数の極を有する光を照明することを特徴とする位置検出方法。
【請求項１】
第一方向と、第一方向と異なる第二方向にそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、該第一回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、
前記第一回折格子と前記第二回折格子とからの回折光を検出する検出光学系と、を備え、
検出した前記回折光に基づいて前記第一回折格子と前記第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、
前記照明光学系はその瞳面において、第一方向に、複数の極を有する光を照明すること
を特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記第一回折格子の第一方向への周期をＰ１、前記瞳面における前記検出光学系の開口数の大きさをＮＡｏ、前記瞳面における前記照明光学系の前記極の、光軸からの距離をＮＡｉｌ１、前記極の大きさをＮＡｐ１、前記照明光学系から照明される光の波長をλとしたとき、
｜ＮＡｉｌ１−λ／Ｐ１｜＜ＮＡｏ＋ＮＡｐ１／２を満足することを特徴とする、
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、
第一物体に形成された前記第一回折格子と、第一方向と第二方向にそれぞれ周期構造をもつ第三回折格子とを照明し、
第二物体に形成された前記第二回折格子と、前記第三回折格子の第一方向への周期と異なる周期の周期構造を第一方向にもつ第四回折格子とを照明し、
前記照明光学系はその瞳面において、第二方向に、複数の極を有する光を照明し、
前記検出光学系は、
前記第一回折格子と前記第二回折格子からの回折光と、前記第三回折格子と前記第四回折格子からの回折光を検出し、
前記検出した結果に基づいて前記第一物体と前記第二物体の第一方向及び第二方向に関する相対的な位置を検出することを特徴とする、
請求項１または２のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記第三回折格子の第二方向への周期をＰ２、前記瞳面における前記検出光学系の開口数の大きさをＮＡｏ、前記瞳面における前記照明光学系の前記極の、光軸からの距離をＮＡｉｌ２、前記極の大きさをＮＡｐ２、前記照明光学系から照明される光の波長をλとしたとき、
｜ＮＡｉｌ２−λ／Ｐ２｜＜ＮＡｏ＋ＮＡｐ２／２を満足することを特徴とする、
請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記第一方向と第二方向は、互いに直交することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記第一回折格子と前記第三回折格子は、第一方向への周期と第二方向への周期のうち少なくともいずれか一方は、互いに等しいことを特徴とする、請求項４または５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記第一回折格子と前記第三回折格子は互いに等しい周期構造を有することを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
第二方向と、第二方向と異なる第三方向にそれぞれ周期をもつ第五回折格子と、該第五回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を斜入射照明し、第三方向と、第二方向及び第三方向と異なる第一方向にそれぞれ周期をもつ第六回折格子と、該第六回折格子の第一方向の周期と異なる周期を第一方向にもつ第一回折格子と、を斜入射照明する照明光学系と、
前記第五回折格子と前記第六回折格子からの回折光と、前記第二回折格子と前記第一回折格子からの回折光を検出する検出光学系と、
を備え、
検出した前記回折光に基づいて、前記第五回折格子と前記第六回折格子が形成された前記第一物体と、前記第二回折格子と前記第一回折格子が形成された前記第二物体と、の第一方向及び第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出装置であって、
前記照明光学系はその瞳面において、第三方向に、複数の極を有する光を照明すること
を特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
前記照明光学系と前記検出光学系の光軸は一部が共通であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出光学系の開口数と前記照明光学系の瞳面光強度分布と前記照明光の波長のうち、少なくともいずれか一つが可変であることを特徴とする、
請求項１から９のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記第一物体に形成されている回折格子は、チェッカーボード状の回折格子であることを特徴とする、
請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
型に形成されたパターンを用いて、基板に供給されたインプリント材に前記パターンを転写するインプリント装置であって、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の位置検出装置を用いて型と基板の相対的な位置を検出することを特徴とするインプリント装置。
【請求項１３】
前記インプリント材を硬化させるための光を照射する照射部と、
前記第一回折格子と前記第二回折格子の像を前記型の上部に投影する投影光学系と、を有し、
前記投影光学系を介して前記第一回折格子と前記第二回折格子との相対的な位置を検出することを特徴とする、請求項１２に記載のインプリント装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３のいずれか１項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、
前記工程で前記パターンを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。
【請求項１５】
第一方向と、第一方向と異なる第二方向とにそれぞれ周期をもつ第一回折格子と、該第一回折格子の第二方向の周期と異なる周期を第二方向にもつ第二回折格子と、を照明光学系が斜入射照明し、
検出光学系が、前記第一回折格子と前記第二回折格子とからの回折光を検出し、
前記回折光に基づいて前記第一回折格子と前記第二回折格子との第二方向に関する相対的な位置を検出する位置検出方法であって、
前記照明光学系はその瞳面において、第一方向に複数の極を有する光を照明することを特徴とする位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−３０７５７（Ｐ２０１３−３０７５７Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３４８４５（Ｐ２０１２−１３４８４５）
【出願日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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