JP6285666B2 - 検出装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法及び検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法及び検出方法に関する。

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。光硬化法を用いたインプリント技術では、まず、基板のショット領域（インプリント領域）にインプリント材としての樹脂（光硬化性樹脂）を供給する。次いで、基板上の樹脂にモールドのパターンを押し付けた（押印した）状態で樹脂に光を照射することによって樹脂を硬化させる。そして、硬化した樹脂からモールドを引き離す（離型する）ことによって、樹脂のパターンを基板上に形成する。

基板上の樹脂にモールドを押印する際には、基板とモールドとの正確な位置合わせ（アライメント）を必要とする。インプリント装置においては、モールドに形成されたマーク（モールド側マーク）と基板のショット領域ごとに形成されたマーク（基板側マーク）とを検出することによって基板とモールドとの位置合わせを行う、所謂、ダイバイダイ方式が知られている。

インプリント装置では、モールド側マークを通して基板側マークを検出するスルー・ザ・モールド（ＴＴＭ）アライメントが採用されている。また、ＴＴＭアライメントでは、モールド側マーク及び基板側マークで生じた回折光を検出する暗視野検出系が用いられている（特許文献１参照）。暗視野検出系は、モールドの近傍に配置するとよいが、暗視野検出系とモールド上部のメカ干渉が懸念される。従って、基板上の樹脂に光を照射する際に、暗視野検出系を退避させる必要がある。このようなメカ干渉を回避するために、位置合わせ用のマークを投影する結像光学系を用いることが知られている。結像光学系を用いることで、基板上の樹脂に光を照射する際に、暗視野検出系を退避させる必要がなくなるため、インプリント装置の生産性を向上させることができる。

特開２００７−４２９６５号公報

しかしながら、結像光学系を用いたＴＴＭアライメントでは、結像光学系によって投影された位置合わせ用のマークを検出するため、結像光学系の収差がアライメント誤差となる。ここで、アライメント誤差は、コマ収差などの像の非対称性が主要因であることが知られている。アライメント誤差を小さくするためには、暗視野検出系の収差及び結像光学系の収差を小さくする必要がある。露光装置において光学系の収差を測定する際には、一般的に、干渉計が用いられているが、装置コストのアップや干渉計を配置するスペースの確保による装置サイズの大型化を招いてしまう。

特許文献１では、位相パターンの像を用いてコマ収差や球面収差を測定する技術が開示されているが、収差に対する敏感度が低く、測定精度が低い。また、暗視野検出系では、散乱光や回折光を用いているため、明視野検出系と比較して光量が少ない。従って、光電変換素子などのセンサの電気ノイズによる誤差の比率も大きくなってしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検光学系の収差を求めるのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、被検物の位置を検出する検出装置であって、前記被検物に設けられたマークと、前記マークを暗視野照明する照明光学系と、暗視野照明された前記マークからの光をセンサに導き、前記センサにより検出される第１方向の光強度分布に基づいて前記マークの前記第１方向の位置を検出する検出光学系と、を有し、前記マークは、前記第１方向において２つのエッジを有する１つのマーク要素を含み、該１つのマーク要素が前記光強度分布において１つのピークとして検出されるように、前記１つのマーク要素の前記第１方向の幅が設定されており、前記照明光学系からの光の波長をλ、前記検出光学系の開口数をＮＡ、前記マーク要素の前記第１方向の最大の幅をＷｍａｘ１とすると、Ｗｍａｘ１＜λ／ＮＡを満たすことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被検光学系の収差を求めるのに有利な技術を提供することができる。

インプリント装置の基本的な構成を示す概略図である。 検出系の構成の一例を示す図である。 検出系の構成の一例を示す図である。 照明光学系の瞳面に形成された光強度分布（有効光源）と、検出光学系の検出開口との関係を示す図である。 モアレ縞の発生の原理を説明するための図である。 モアレ縞を発生させるための格子パターンの一例を示す図である。 検出系によってモアレ縞を検出する原理を説明するための図である。 モアレ縞を発生させるための格子パターンの一例を示す図である。 モアレ縞を発生させるための格子パターンの一例を示す図である。 インプリント装置の構成を示す概略図である。 明視野検出系による像の非対称性の検出を説明するための図である。 暗視野検出系による像の非対称性の検出を説明するための図である。 基準マークと、かかる基準マークを検出系で検出した結果（検出波形）を示す図である。 基準マークと、かかる基準マークを検出系で検出した結果（検出波形）を示す図である。 基準マークの検出波形の位置ずれと検出系や結像光学系のコマ収差との関係を示す図である。 基準マークと、かかる基準マークを検出系で検出した結果（検出波形）を示す図である。 基準マークと、かかる基準マークを検出系で検出した結果（検出波形）を示す図である。 基準マークと、かかる基準マークを検出系で検出した結果（検出波形）を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、インプリント装置１の基本的な構成を示す概略図である。インプリント装置１は、半導体デバイスなどのデバイスの製造に使用され、ウエハなどの基板８の上の未硬化状態の樹脂（インプリント材）９をモールド（型）７で成形し、樹脂９のパターンを基板８の上に形成するリソグラフィ装置である。インプリント装置１は、光硬化法を採用するものとする。また、以下では、基板８の表面に平行な面内に互いに直交するＸ軸及びＹ軸をとり、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向にＺ軸をとっている。インプリント装置１は、照射部２と、検出系３と、モールド保持部４と、基板ステージ５と、樹脂供給部（ディスペンサ）６と、を有する。

照射部２は、モールド７と基板８の上の樹脂９とを接触させる押型処理の後、樹脂９を硬化させるために、モールド７と樹脂９とを接触させた状態でモールド７を介して、樹脂９に対して紫外線を照射する。照射部２は、例えば、光源と、光源から射出される紫外線をモールド７のパターン面７ａ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、を含む。照射部２による紫外線の照射領域は、パターン面７ａの表面積と同程度、或いは、パターン面７ａの表面積よりも僅かに大きくなるように設定される。これは、紫外線の照射領域を必要最低限とすることで、紫外線の照射による熱に起因してモールド７や基板８が膨張し、樹脂９に転写されるパターンに位置ずれや歪みが発生することを抑えるためである。また、基板８などで反射された紫外線が樹脂供給部６に到達し、樹脂供給部６の樹脂吐出部に残留した樹脂９を硬化させてしまうことで、樹脂供給部６の動作に異常が生じることを防止するためでもある。

照射部２の光源としては、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、発光ダイオードなどが採用可能である。照射部２の光源は、樹脂９の特性に応じて適宜選択される。但し、本発明は、照射部２の光源の種類、数、波長などによって限定されるものではない。

モールド７は、基板８に対向するパターン面７ａに、所定のパターン（例えば、回路パターンなどの凹凸パターン）が３次元状に形成された型である。モールド７は、照射部２からの紫外線を透過させることが可能な材質、例えば、石英などで構成される。

モールド保持部４は、真空吸着力や静電力によってモールド７を保持するモールドチャックと、モールド７を樹脂９に押し付けるためにモールドチャックをＺ軸方向に移動させる移動機構とを含む。更に、モールド保持部４は、モールド７をＸ軸方向及びＹ軸方向に変形させて樹脂９に転写されるパターンの歪みを補正する補正機構を含む。

モールド７と基板８とは、ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向に間隔を有して配置されている。インプリント装置１における押印及び離型の各動作は、モールド７をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいし、例えば、基板ステージ５をＺ軸方向に移動させることで実現してもよい。また、モールド７と基板ステージ５の両方を移動させることで実現してもよい。

基板ステージ５は、例えば、基板８を真空吸着によって保持してＸＹ平面内を移動する。基板８は、例えば、単結晶シリコンウエハであって、基板８の表面には、モールド７によって成形される紫外線硬化性の樹脂９が供給（塗布）される。

検出系３は、被検物としてのモールド７と基板８との相対的な位置関係を検出する。検出系３は、モールド７及び基板８のそれぞれに配置されたマーク１０及び１１を光学的に検出して両者の相対位置を検出する。検出系３は、検出系３の光軸が基板８の表面に対して垂直になるように配置されている。検出系３は、モールド７及び基板８のそれぞれに配置されたマーク１０及び１１の位置に応じて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なように構成されている。また、検出系３は、マーク１０及び１１の位置に光学系の焦点を合わせるために、Ｚ軸方向にも移動可能なように構成されている。検出系３で検出されたモールド７と基板８との相対的な位置に基づいて、基板ステージ５やモールド７を変形させる補正機構などが制御される。

樹脂供給部６は、基板８の上に未硬化状態の樹脂９を供給する。樹脂９は、紫外線を受光することによって硬化する性質を有する光硬化性の樹脂であって、半導体デバイスの種類などに応じて適宜選択される。樹脂供給部６は、インプリント装置１の内部に配置せず、インプリント装置１の外部に配置して、予め樹脂９を塗布した基板８をインプリント装置１の内部に搬入してもよい。この場合、インプリント装置１の内部での塗布処理がなくなるため、インプリント装置１での処理の迅速化が可能となる。また、樹脂供給部６が不要となるため、インプリント装置１の全体としての製造コストを抑えることができる。

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、制御部１２は、基板搬送部によって基板８をインプリント装置１の内部に搬入し、かかる基板８を基板ステージ５に保持させる。次いで、制御部１２は、基板ステージ５を樹脂供給部６の樹脂供給位置に移動させ、樹脂供給部６によって基板８の所定のショット領域（インプリント領域）に樹脂９を供給（塗布）する。次に、制御部１２は、基板８の所定のショット領域がモールド７の直下に位置するように、基板ステージ５を移動させる。

次いで、制御部１２は、モールド保持部４の移動機構によってモールド７を移動させ、基板８の上の樹脂９にモールド７を押印する（押印処理）。この際、樹脂９は、モールド７の押印によってモールド７のパターン面７ａに沿って流動する。また、かかる状態において、制御部１２は、検出系３によってモールド７及び基板８のそれぞれに配置されたマーク１０及び１１を検出し、基板ステージ５の移動によるモールド７と基板８との位置合わせや補正機構によるモールド７の変形を行う。樹脂９のパターン面７ａへの流動、モールド７と基板８との位置合わせ及びモールド７の変形が十分に行われた段階で、制御部１２は、照射部２によってモールド７の背面（上面）から紫外線を照射する。これにより、モールド７を透過した紫外線によって樹脂９が硬化する（硬化処理）。この際、検出系３は、照射部２からの紫外線の光路を遮断しないように退避させる。次に、制御部１２は、モールド保持部４の移動機構によってモールド７と樹脂９との間隔を広げて、基板８の上の樹脂９からモールド７を離型させる（離型処理）。これにより、基板８の上にモールド７のパターンが転写される。

ここで、検出系３やモールド７及び基板８のそれぞれに配置されたマーク１０及び１１の詳細を説明する。図２は、検出系３の構成の一例を示す図である。検出系３は、検出光学系２１及び照明光学系２２で構成されている。照明光学系２２は、光源２３からの光を、プリズム２４などを介して、検出光学系２１と同じ光軸上に導き、マーク１０及び１１を同時に斜めから照明する。

光源２３には、例えば、ハロゲンランプやＬＥＤなどが用いられ、樹脂９を硬化させる紫外線以外、例えば、可視光線や赤外線を射出する。検出光学系２１と照明光学系２２とは、それらを構成する光学素子の一部を共有するように構成されている。プリズム２４は、検出光学系２１及び照明光学系２２の瞳面、又は、その近傍に配置されている。マーク１０及び１１のそれぞれは、格子パターンで構成されている。検出光学系２１は、照明光学系２２によって照明されたマーク１０及び１１で回折された回折光同士の干渉によって生じる干渉光（干渉縞やモアレ縞）を撮像素子２５の撮像面に結像する。撮像素子２５としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどが用いられる。

プリズム２４は、貼り合わせ面において、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。また、反射膜２４ａは、検出光学系２１の瞳の大きさ（又は検出光学系２１の開口数ＮＡ_Ｏ）を規定する開口絞りとしても機能する。プリズム２４は、貼り合わせ面に半透膜を有するハーフプリズムであってもよいし、表面に反射面を有する板状の光学素子に置換されてもよい。

プリズム２４が配置される位置は、検出光学系２１及び照明光学系２２の瞳面やその近傍でなくてもよい。この場合、検出光学系２１及び照明光学系２２は、図３に示すように、それぞれの瞳面に個別の開口絞り２６及び２７を有する。また、プリズム２４には、貼り合わせ面に半透膜を有するハーフプリズムなどが用いられる。

図４は、照明光学系２２の瞳面に形成された光強度分布（有効光源）ＩＬ１乃至ＩＬ４と、検出光学系２１の検出開口ＤＥＴとの関係を示す図である。図４では、照明光学系２２の有効光源ＩＬ１乃至ＩＬ４、及び、検出光学系２１の検出開口ＤＥＴの大きさを開口数（ＮＡ）で示している。照明光学系２２は、瞳面において、第１極ＩＬ１と、第２極ＩＬ３と、第３極ＩＬ２と、第４極ＩＬ４と、を含む有効光源を形成する。第１極ＩＬ１、第２極ＩＬ３、第３極ＩＬ２及び第４極ＩＬ４は、いずれもＮＡ_ｐｍ×ＮＡ_ｐａの矩形形状を有する。第１極ＩＬ１の中心及び第３極ＩＬ２の中心は、座標（０，０）から、それぞれＹ軸のプラス方向とマイナス方向にＮＡ_ｉｌだけ離れた位置に配置されている。第２極ＩＬ３の中心及び第４極ＩＬ４の中心は、座標（０，０）から、それぞれＸ軸のプラス方向とマイナス方向にＮＡ_ｉｌだけ離れた位置に配置されている。このように、照明光学系２２は、マーク１０及び１１を斜めから照明するように構成されている。照明光学系２２からの光のマーク１０及び１１への入射角度θは、以下の式（１）で表される。

θ＝ｓｉｎ^−１（ＮＡ_ｉｌ） ・・・（１）
検出光学系２１の検出開口ＤＥＴは、座標（０，０）を中心とし、一辺が２×ＮＡ_Ｏの正方形形状を有する。照明光学系２２及び検出光学系２１は、ＮＡ_Ｏ、ＮＡ_ｐａ及びＮＡ_ｉｌが以下の式（２）を満たすように構成される。換言すれば、検出系３は、マーク１０及び１１からの正反射光（０次回折光）を検出しない暗視野の構成を有する（マーク１０及び１１を暗視野照明する）。

ＮＡ_Ｏ＜ＮＡ_ｉｌ−ＮＡ_ｐａ／２ ・・・（２）
モアレ縞の発生の原理、及び、モアレ縞を用いたモールド７と基板８との相対的な位置の検出について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、格子ピッチが僅かに異なる格子パターン３１と格子パターン３２とを重ねると、２つの格子パターン３１及び３２からの回折光同士が干渉する。これにより、図５（ｃ）に示すように、格子ピッチの差を反映した周期を有する干渉縞（モアレ縞）が発生する。モアレ縞は、格子パターン３１と格子パターン３２との相対的な位置関係に応じて、明暗の位置（縞の位相）が変化する。例えば、格子パターン３１及び３２のうちの一方をＸ方向にずらすと、図５（ｃ）に示すモアレ縞は、図５（ｄ）に示すモアレ縞に変化する。モアレ縞は、格子パターン３１と格子パターン３２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、格子パターン３１と格子パターン３２との相対的な位置関係を高精度に検出することができる。

モアレ縞を検出するために、格子パターン３１及び３２を明視野で検出しようとする（格子パターン３１及び３２を垂直方向から照明し、格子パターン３１及び３２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、検出系３は、格子パターン３１からの０次回折光や格子パターン３２からの０次回折光も検出してしまう。格子パターン３１及び３２のうちの一方からの０次回折光は、モアレ縞のコントラストを低下させる要因になる。そこで、検出系３は、上述したように、０次回折光を検出しない暗視野の構成を有する。暗視野の構成でもモアレ縞を検出できるように、マーク１０及び１１のうちの一方を図６（ａ）に示すような千鳥格子状の格子パターンとし、マーク１０及び１１のうちの他方を図６（ｂ）に示すような格子パターンとする。モールド７に配置されたマーク１０及び基板８に配置されたマーク１１のどちらを千鳥格子状の格子パターンとしても基本的に同一である。但し、以下では、マーク１０を図６（ａ）に示す千鳥格子状の格子パターン１０ａとし、マーク１１を図６（ｂ）に示す格子パターン１１ａとする。

格子パターン１０ａ及び１１ａのそれぞれは、モールド７と基板８のＸ軸方向（第１方向）に関する相対位置を検出するためのマークである。格子パターン１０ａは、Ｘ軸方向にＰ_ｍｍ、Ｙ軸方向にＰ_ｍｎの格子ピッチを有する。格子パターン１１ａは、Ｘ軸方向のみに、Ｐ_ｍｍと異なるＰ_ｗの格子ピッチを有する。

図７（ａ）乃至図７（ｄ）を参照して、格子パターン１０ａと格子パターン１１ａとを重ねた状態において、検出系３によってモアレ縞を検出する原理について説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、格子パターン１０ａ及び１１ａのそれぞれをＸ軸方向及びＹ軸方向から見た状態を示す図である。Ｘ軸方向に関するモールド７と基板８との相対的な位置を検出するためのモアレ縞は、照明光学系２２の瞳面においてＹ軸上に配置された第１極（の光強度分布）ＩＬ１と第３極（の光強度分布）ＩＬ３とによって発生する。格子パターン１０ａ及び１１ａによる回折角φは、格子ピッチをｄ、照明光学系２２からの光の波長をλ、回折次数をｎとして、以下の式（３）で表される。

ｓｉｎφ＝ｎλ／ｄ ・・・（３）
従って、格子パターン１０ａによるＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの回折角をφ_ｍｍ及びφ_ｍｎとし、格子パターン１１ａによる回折角をφ_ｗとすると、以下の式（４）、式（５）及び式（６）が成り立つ。

ｓｉｎφ_ｍｍ＝ｎλ／Ｐ_ｍｍ ・・・（４）
ｓｉｎφ_ｍｎ＝ｎλ／Ｐ_ｍｎ ・・・（５）
ｓｉｎφ_ｗ＝ｎλ／Ｐ_ｗ ・・・（６）
図７（ａ）を参照するに、格子パターン１０ａ及び１１ａは、照明光学系２２の瞳面において、非計測方向であるＹ軸上に配置された第１極ＩＬ１及び第３極ＩＬ３によって、Ｙ軸方向（非計測方向）に沿って斜めに照明される。格子パターン１０ａ及び１１ａで正反射した光（０次回折光）Ｄ１及びＤ１’は、検出系３が式（２）を満たすために、検出光学系２１には入射しない。

Ｄ２及びＤ２’は、格子パターン１０ａでのみ±１次で回折した回折光を示し、Ｄ３は、格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、格子パターン１１ａで−／＋１次で回折した回折光を示している。Ｄ３は、検出系３によって、モールド７と基板８との相対位置の検出に用いられる回折光である。Ｙ軸方向にＰ_ｍｎの格子ピッチを有する格子パターン１０ａによってφ_ｍｎの角度だけ回折した回折光Ｄ２、Ｄ２’及びＤ３は、Ｙ軸に対して、検出光学系２１により検出される角度で射出する。

０次回折光を除く回折光のうち、回折強度が強い、即ち、格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、格子パターン１１ａで−／＋１次で回折した回折光Ｄ３を検出するために、Ｐ_ｍｎ、ＮＡ_Ｏ、ＮＡ_ｉｌ及びＮＡ_ｐａは、以下の式（７）を満たす。換言すれば、検出系３は、式（７）を満たす範囲の波長λでＹ軸方向への回折光を検出することができる。

｜ＮＡ_ｉｌ−｜ｓｉｎφ_ｍｎ｜｜＝｜ＮＡ_ｉｌ−λ／Ｐ_ｍｎ｜＜ＮＡ_Ｏ＋ＮＡ_ｐａ／２ ・・・（７）
検出系３が最も効率的に回折光Ｄ３を検出することができるのは、回折光Ｄ３がＹ軸方向に垂直になる場合である。そこで、光源２３からの光の中心波長をλ_ｃとすると、以下の式（８）を満たすように、照明光学系２２の照明条件や格子パターン１０ａの格子ピッチＰ_ｍｎが調整されているとよい。

ＮＡ_ｉｌ−λ_ｃ／Ｐ_ｍｎ＝０ ・・・（８）
このように、Ｙ軸方向（非計測方向）に関しては、格子パターン１０ａが斜めから照明され、格子パターン１０ａによって非計測方向に回折した回折光が検出される。

次に、計測方向であるＸ軸方向に関する回折光について説明する。図７（ｂ）を参照するに、照明光学系２２の瞳面においてＹ軸上に配置された第１極ＩＬ１及び第３極ＩＬ２は、Ｘ軸に垂直な方向から格子パターン１０ａ及び１１ａに入射する。Ｙ軸方向の場合と同様に、＋／−１次の回折光を考えると、格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、格子パターン１１ａで−／＋１次で回折した回折光Ｄ３は、Ｐ_ｍｍとＰ_ｗとが近いために、Ｘ軸に対して小さな角度で検出光学系２１に入射する。

図７（ｃ）は、回折光Ｄ３の回折の様子を示している。実線の矢印は、格子パターン１０ａで＋／−１次で回折し、格子パターン１１ａで−／＋１次で回折して、モールド７を透過した回折光を示している。また、点線の矢印は、格子パターン１０ａを透過して、格子パターン１１ａで−／＋１次で回折し、格子パターン１０ａで＋／−１次で回折した回折光を示している。この際、回折角φ_Δは、以下の式（９）で表される。

ｓｉｎφ_Δ＝λ×｜Ｐ_ｗ−Ｐ_ｍｍ｜／（Ｐ_ｍｍＰ_ｗ） ・・・（９）
式（９）において、｜Ｐ_ｗ−Ｐ_ｍｍ｜／（Ｐ_ｍｍＰ_ｗ）＝１／Ｐ_Δとすると、ｓｉｎφ_Δは、以下の式（１０）で表される。

ｓｉｎφ_Δ＝λ／Ｐ_Δ ・・・（１０）
式（１０）は、回折光Ｄ３によって周期がＰ_Δの干渉縞が現れることを意味する。かかる干渉縞がモアレ縞であり、その周期は、格子パターン１０ａの格子ピッチと格子パターン１１ａの格子ピッチとの差に依存する。但し、格子パターン１０ａは千鳥格子状の格子パターンであるため、発生するモアレ縞の周期は、ＰΔ／_２となる。この際、モールド７と基板８との相対的な位置ずれはモアレ縞の明暗の位置ずれに拡大されるため、検出光学系２１の解像力が低い場合であっても、高精度で位置合わせを行うことができる。

図７（ｂ）を参照するに、格子パターン１０ａのみで１次回折した回折光Ｄ２及びＤ２’、或いは、格子パターン１１ａのみで１次回折した回折光Ｄ４及びＤ４’は、φ_ｍｍ又はφ_ｗの角度で射出する。回折光Ｄ２、Ｄ２’、Ｄ４及びＤ４’は、モアレ縞を発生させずにノイズとなるため、検出光学系２１で検出しないようにする必要がある。そのため、以下の式（１１）及び式（１２）を満たすように、格子パターン１０ａの格子ピッチＰ_ｍｍ、格子パターン１１ａの格子ピッチＰ_ｗ、及び、検出系３の検出開口ＤＥＴの開口数ＮＡ_Ｏが設定されている。

ＮＡ_Ｏ＋ＮＡ_ｐｍ／２＜｜ｓｉｎφ_ｍｍ｜＝λ／Ｐ_ｍｍ ・・・（１１）
ＮＡ_Ｏ＋ＮＡ_ｐｍ／２＜｜ｓｉｎφ_ｗ｜＝λ／Ｐ_ｗ ・・・（１２）
格子パターン１０ａ及び１１ａのいずれでもＸ軸方向に回折しなかった光（０次回折光、即ち、図７（ｂ）に示すＤ１及びＤ１’）は、Ｘ軸に対して、検出光学系２１で検出される角度で射出する。格子パターン１１ａで回折せず、基板８での反射の前後において格子パターン１０ａでそれぞれＸ軸方向に＋／−ｎ次と−／＋ｎ次で回折した（トータルで０次の）回折光Ｄ５及びＤ５’も、Ｘ軸に対して、検出光学系２１で検出される角度で射出する。回折光Ｄ５及びＤ５’は、モアレ縞を発生させずに、モアレ縞のコントラストを低下させる要因となる。但し、格子パターン１０ａは千鳥格子状の格子パターンであるため、隣接する格子からの回折光Ｄ５及びＤ５’の位相がπずれ、互いに打ち消し合う。従って、回折光Ｄ５及びＤ５’の強度は抑制され、コントラストに優れたモアレ縞を検出することができる。図７（ｄ）は、図７（ａ）及び図７（ｂ）を３次元で表した図である。図７（ｄ）では、回折光Ｄ５及びＤ５’については強度が抑制されるため、図示していない。

以上、モールド７と基板８とのＸ軸方向に関する相対位置を求めるためのモアレ縞の検出について説明した。但し、モールド７と基板８とのＹ軸方向に関する相対位置を求めるためのモアレ縞の検出についても、格子パターンを照明する方向をＸ軸とＹ軸で入れ替えるだけで基本的に同一である。具体的には、モールド７に配置されたマーク１０には、図８（ａ）に示すように、Ｘ軸方向にＰ_ｍｎ、Ｙ軸方向にＰ_ｍｍの格子ピッチを有する千鳥格子状の格子パターン１０ｂを用いる。また、基板８に配置されたマーク１１には、図８（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向のみにＰ_ｍｍとは異なるＰ_ｗの格子ピッチを有する格子パターン１１ｂを用いる。また、Ｙ軸方向に関する相対位置を求めるためのモアレ縞は、照明光学系２２の瞳面においてＹ軸上に配置された第２極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４によって格子パターン１０ｂ及び１１ｂを照明することで発生する。

これまでは、格子パターン１０ａと格子パターン１０ｂの格子ピッチがそれぞれ同じであり、格子パターン１１ａと格子パターン１１ｂの格子ピッチがそれぞれ同じである場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、格子パターン１０ａと格子パターン１０ｂの格子ピッチがそれぞれ異なっていてもよいし、また、格子パターン１１ａと格子パターン１１ｂの格子ピッチがそれぞれ異なっていてもよい。更に、検出光学系２１の光軸から第１極ＩＬ１の中心及び第３極ＩＬ２の中心までの距離、及び、検出光学系２１の光軸から第２極ＩＬ３の中心及び第４極ＩＬ４の中心までの距離は、それぞれ異なっていてもよい。

検出系３は、１つのモアレ縞を検出ために、位置合わせ用のマークを２つの方向に沿って斜めから照明し、かかるマークで垂直方向に反射された光を検出している。従って、位置合わせ用のマークを１つの方向のみに沿って斜めから照明し、かかるマークで垂直方向に反射された光を検出する場合と比較して、検出系３は２倍の光量を確保することができる。これにより、検出系３は、モールド７と基板８との相対的な位置を高精度に検出することができる。検出系３では、上述したように、式（７）を満たす範囲の波長λで回折光を検出できるが、かかる波長の範囲は可能な限り広くするとよい。

また、基板８に配置されたマーク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、数層から数十層積層されたプロセスの内部に位置している場合が多い。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、薄膜干渉によって、マーク１１を照明する波長λによってはマーク１１からの光の強度が非常に弱くなることがある。但し、マーク１１を照明する光の波長λを変えることで、薄膜干渉の条件から外れ、マーク１１からの光の強度を維持することが可能である。従って、検出系３においても光源２３からの光の波長λを広い範囲で可変とし、基板８のプロセスに応じて、マーク１１を検出できる条件を設定できるとよい。かかる条件は、マーク１１の格子ピッチ、開口数ＮＡ_Ｏ、第１極及び第２極の中心位置、マーク１１を照明する光の波長範囲や中心波長などを含む。マーク１１を照明する光の波長λについては、ハロゲンランプなどの広帯域に波長を有する光源を光源２３として用いてバンドパスフィルタなどで所定の波長帯域を抽出してもよいし、ＬＥＤのような単色光源で中心波長の異なる複数の光源を切り替えてもよい。

図９に示すように、格子パターン１０ａと格子パターン１１ａ、格子パターン１０ｂと格子パターン１１ｂとをそれぞれ重ねた状態で、図４に示すような第１極ＩＬ１、第２極ＩＬ３、第３極ＩＬ２及び第４極ＩＬ４を含む有効光源で照明する。そして、検出開口ＤＥＴを有する検出系３の視野４０に入れる。これにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関する位置合わせのためのモアレ縞を１つの検出系３によって同時に検出することができる。換言すれば、検出系３（検出光学系２１及び照明光学系２２）によって、２つの方向の相対位置情報を、比較的安価、且つ、簡易な構成で同時に検出することができる。

＜第１の実施形態＞
図１を参照して、インプリント装置１の基本的な構成について説明したが、インプリント装置１では、照射部２、検出系３及びモールド保持部４のメカ干渉が懸念される。このようなメカ干渉を回避する構成として、図１０を参照して、インプリント装置２０について説明する。インプリント装置２０は、インプリント装置１の構成に加えて、結像光学系１３と、ダイクロミラー１４と、基準マーク１５とを有する。

結像光学系１３は、モールド７に配置されたマーク１０及び基板８に配置されたマーク１１によって生成されたモアレ縞を投影面１６に投影（結像）する。検出系３は、投影面１６に投影されたモアレ縞を光学的に検出して、モールド７と基板８との相対的な位置を検出する。照射部２は、紫外線を、結像光学系１３の一部（の光学素子）及びモールド７を介して、基板８の上の樹脂９に照射する。ダイクロミラー１４は、照射部２と検出系３とを合成するために用いられている。インプリント装置２０では、照射部２からの光（紫外線）の波長と検出系３からの光の波長とが異なるため、ダイクロミラー１４を用いているが、ハーフミラーなどに置換することも可能である。インプリント装置２０では、照射部２、検出系３及びモールド保持部４のメカ干渉を回避することができる。また、インプリント装置２０では、樹脂９への紫外線の照射と、モールド７と基板８との相対位置の検出とを同時に行うことが可能となるため、モールド７と基板８との相対位置の検出後に検出系３を退避させる必要がなくなり、生産性を向上させることができる。基準マーク１５は、インプリント装置２０の全体で使用するマークを含み、例えば、検出系３で検出可能なマークを含む。

検出系３は、結像光学系１３を介してモアレ縞を検出し、モールド７と基板８との相対的な位置を検出するが、検出系３（検出光学系２１及び照明光学系２２）や結像光学系１３の残存収差によってはアライメント誤差が発生する。アライメント誤差を低減するためには、検出系３や結像光学系１３の収差を低減する必要がある。例えば、結像光学系１３は、１つのショット領域（インプリント領域）で収差を保証する必要があり、検出系３よりも画角が大きく、収差を保証することが難しい。インプリント装置２０において、検出系３及び結像光学系１３の収差を計測するために、干渉計を用いることが考えられるが、装置コストのアップや干渉計を配置するスペースの確保による装置サイズの大型化を招いてしまう。検出系３や結像光学系１３の組み立て時においては、それら単体で収差を保証することは可能である。但し、インプリント装置２０において検出系３や結像光学系１３の収差を計測できないと、検出系３や結像光学系１３をインプリント装置２０に取り付けた後での収差の変化を計測することができない。また、アライメント誤差が発生した場合に、そのアライメント誤差が検出系３の収差に起因しているのか、或いは、結像光学系１３の収差に起因しているかを判定することができない。

そこで、本実施形態では、インプリント装置２０において、検出系３や結像光学系１３における像の非対称性を高精度に求めることを可能とする。この際、制御部１２は、検出系３の検出結果に基づいて、検出系３や結像光学系１３における像の非対称性を求める処理部として機能する。

明視野検出系を有する露光装置では、図１１（ａ）に示すような基準マークＲＭを用いて、像の非対称性を求める方法が知られている。図１１（ａ）は、基準マークＲＭの構成を示す図である。基準マークＲＭは、マーク要素１１０からなる第１マークと、マーク要素１１０とは線幅（計測方向の幅）が異なるマーク要素１１１からなる第２マークとを含む。ここでは、マーク要素１１０及び１１１は、基板２０１の上に形成された段差であり、マーク要素１１０及び１１１の材質及び基板２０１の材質は、Ｓｉである。但し、マーク要素１１０及び１１１の材質及び基板２０１の材質は、Ｓｉに限定されるものではなく、ＳｉＯ２であってもよい。また、基板２０１の材質をガラスとし、マーク要素１１０及び１１１の材質をＣｒとしてもよい。

マーク要素１１０及び１１１を理想的な（即ち、収差のない）明視野検出系で検出した結果（検出波形）を図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）に示す検出波形において、マーク要素１１０に対応する波形は、そのエッジに対応する波形１１２及び１１３を含み、マーク要素１１１に対応する波形は、そのエッジに対応する波形１１４及び１１５を含む。マーク要素１１０及び１１１のエッジでは散乱が発生し、明視野検出系で検出される光の光量が減少するため、図１１（ｂ）に示す検出波形が得られる。但し、明視野検出系にコマ収差が存在する場合、図１１（ｂ）に示す波形が歪み、図１１（ｃ）に示す検出波形が得られる。図１１（ｃ）に示す検出波形において、マーク要素１１０に対応する波形は、そのエッジに対応する波形１１６及び１１７を含み、マーク要素１１１に対応する波形は、そのエッジに対応する波形１１８及び１１９を含む。図１１（ｃ）に示す検出波形は、図１１（ｂ）に示す検出波形と比較して、マーク要素１１０及び１１１のそれぞれのエッジで検出される光量比率（ピーク光量比率）が変化している。かかる光量比率から、明視野検出系のコマ収差を求めることができる。

また、図１２（ａ）に示す基準マークＲＭを、理想的な暗視野照明系で検出した結果（検出波形）を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）に示す基準マークＲＭは、図１１（ａ）に示す基準マークＲＭと同一である。暗視野検出系では、明視野検出系とは異なり、マーク要素１１０及び１１１のそれぞれのエッジでの散乱光を検出することになる。従って、図１２（ｂ）に示す検出波形において、マーク要素１１０に対応する波形は、そのエッジに対応する波形（ピーク）１２０及び１２１を含み、マーク要素１１１に対応する波形は、そのエッジに対応する波形（ピーク）１２２及び１２３を含む。また、暗視野検出系にコマ収差が存在する場合、図１２（ｃ）に示す検出波形が得られる。図１２（ｃ）に示す検出波形において、マーク要素１１０に対応する波形は、そのエッジに対応する波形（ピーク）１２４及び１２５を含み、マーク要素１１１に対応する波形は、そのエッジに対応する波形（ピーク）１２６及び１２７を含む。暗視野検出系にコマ収差が存在する場合も、明視野検出系と同様に、マーク要素１１０及び１１１のそれぞれのエッジで検出される光量比率（ピーク光量比率）が異なっている。従って、上述したように、かかる光量比率から、暗視野検出系のコマ収差を求めることも可能である。但し、この場合には、コマ収差の検出精度が低い。例えば、暗視野検出系の条件によって多少は異なるが、数百ｍλのコマ収差に対して、１％乃至２％程度の光量比率の変化しか得ることができない。暗視野検出系では、散乱光や回折光を検出しているため、明視野検出系と比較して、検出光量が少ない。従って、撮像素子などのセンサの電気ノイズによる誤差の比率も大きくなってしまうため、上述した方法では、暗視野検出系のコマ収差を高精度に求めることができない。

そこで、本実施形態では、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に示すように、検出光学系２１の解像力以下の線幅を有するマーク要素を含むマークや検出光学系２１の解像力以下のピッチで配列された複数のマーク要素を含むマークを基準マーク１５として用いる。これにより、暗視野検出系であっても、像の非対称性を高精度に求めることが可能となる。

図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）は、基準マーク１５と、かかる基準マーク１５を検出系３で検出した結果（検出波形）を示す図である。図１３（ａ）は、計測方向であるＸ軸方向（計測方向、第１方向）において１つのマーク要素ＭＥを含む基準マーク１５と、かかる基準マーク１５を検出系３で検出した結果（検出波形）を示している。図１３（ｂ）は、Ｘ軸方向に周期的に配列された３つのマーク要素ＭＥを有するマーク（第１マーク）を含む基準マーク１５と、かかる基準マーク１５を検出系３で検出した結果（検出波形）を示している。図１３（ｃ）は、Ｘ軸方向に周期的に配列された５つのマーク要素ＭＥを有するマークを含む基準マーク１５と、かかる基準マーク１５を検出系３で検出した結果（検出波形）を示している。図１３（ｄ）は、Ｘ軸方向に周期的に配列された９つのマーク要素ＭＥを有するマークを含む基準マーク１５と、かかる基準マーク１５を検出系３で検出した結果（検出波形）を示している。

図１３（ｂ）乃至図１３（ｄ）に示す基準マーク１５において、マーク要素ＭＥは、検出系３（検出光学系２１）の解像力以下のピッチ１３２を有する。従って、
本実施形態では、照明光学系２２からの光の波長をλ、検出系３（検出光学系２１）の開口数をＮＡ、ピッチ１３２の最大のピッチをＰｍａｘ（Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ３）とすると、以下の式（１３）を満たす。

Ｐｍａｘ＜λ／ＮＡ ・・・（１３）
また、図１３（ａ）に示す基準マーク１５において、マーク要素ＭＥは、検出系３（検出光学系２１）の解像力以下の線幅１３３を有する。マーク要素ＭＥの線幅１３３＜マーク要素ＭＥのピッチ１３２が明らかであるため、マーク要素ＭＥの最大の線幅をＷｍａｘ（Ｗｍａｘ１）とすると、以下の式（１４）を満たす。

Ｗｍａｘ＜Ｐｍａｘ＜λ／ＮＡ ・・・（１４）
また、検出系３は基準マーク１５を暗視野照明するが、基準マーク１５を照明する光に対して、±１次回折光が検出系３で検出できるようにマーク要素ＭＥのピッチを設定する。これにより、マーク要素ＭＥのエッジの散乱光ではなく、回折光を検出することが可能となり、検出系３で検出される光の光量が増加する。例えば、照明光学系２２からの光の波長をλ、有効光源に含まれる極の入射方向のサイズをＮＡ_ｐａ、入射角度をＮＡ_ｉｌ、検出開口ＤＥＴの開口数をＮＡ_Ｏ、マーク要素ＭＥのピッチ１３２をＰ、回折次数をｎとする。この場合、マーク要素ＭＥのピッチ１３２が以下の式（１５）を満たすことで、検出系３での光量を増加させることが可能となり、検出精度を向上させることができる。

ｎλ／（ＮＡ_ｉｌ−ＮＡ_ｐａ／２＋ＮＡ_Ｏ）＜Ｐ＜ｎλ／（ＮＡ_ｉｌ＋ＮＡ_ｐａ／２−ＮＡ_Ｏ） ・・・（１５）
ここで、回折次数はｎとしているが、検出系３での光量が最も大きくなるｎ＝１であるとよい。式（１４）及び式（１５）を満たすように、マーク要素ＭＥのピッチ１３２を設定することで、暗視野検出系である検出系３でも高精度に像の非対称性を求めることが可能となる。以下では、複数のマーク要素ＭＥを有するマークを含む基準マーク１５は、式（１３）及び式（１５）を満たし、１つのマーク要素ＭＥを含む基準マーク１５は、式（１４）を満たすものとして説明する。

図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に示す基準マーク１５の検出波形において、図１３（ａ）に示す基準マーク１５に対応する波形は波形１３０ａであり、図１３（ｂ）に示す基準マーク１５に対応する波形は波形１３０ｂである。また、図１３（ｃ）に示す基準マーク１５に対応する波形は波形１３０ｃであり、図１３（ｄ）に示す基準マーク１５に対応する波形は波形１３０ｄである。マーク要素ＭＥのピッチ１３２が検出系３の解像力以下であるため、図１３（ｂ）乃至図１３（ｄ）に示すように、波形１３０ｂ乃至１３０ｄでは、マーク要素ＥＭのエッジのみではなく、エッジ間でも光量が検出されている。Ｘ軸方向の両端に配列された２つのマーク要素ＥＭのエッジでは散乱光が多くなるため、波形１３０ｂ乃至１３０ｄでは、それに対応するピーク１３４が現れる。

図１４（ａ）乃至図１４（ｄ）を参照して、図１３（ｃ）に示す基準マーク１５を検出系３で検出したときの検出波形について詳細に説明する。図１４（ａ）に示す基準マーク１５は、図１３（ｃ）に示す基準マーク１５と同一である。検出系３は、結像光学系１３を介して、図１４（ａ）に示す基準マーク１５を暗視野照明し、かかる基準マーク１５からの回折光や散乱光を、結像光学系１３を介して検出する。検出系３や結像光学系１３にコマ収差がない場合、図１４（ａ）に示す基準マーク１５を検出すると、図１４（ｂ）に示す検出波形が得られる。一方、検出系３や結像光学系１３に小さなコマ収差が存在する場合、図１４（ａ）に示す基準マーク１５を検出すると、図１４（ｃ）に示す検出波形が得られる。また、検出系３や結像光学系１３に大きなコマ収差が存在する場合、図１４（ａ）に示す基準マーク１５を検出すると、図１４（ｄ）に示す検出波形が得られる。なお、図１４（ｂ）乃至図１４（ｄ）は、図１４（ａ）に示す基準マーク１５を暗視野照明して得られる検出波形のモデルを示しており、実際の検出波形は更に複雑に変化している。検出系３や結像光学系１３の残存収差が大きくなると、図１４（ｂ）乃至図１４（ｄ）に示すように、検出波形は、そのピーク１３４の近傍において、非対称性が大きくなる。図１４（ｂ）乃至図１４（ｄ）に示す検出波形に対して、波形の位置ずれを算出することで、検出系３や結像光学系１３のコマ収差の量を求めることが可能である。

図１５は、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に示す基準マーク１５の検出波形の位置ずれと検出系３や結像光学系１３のコマ収差との関係を示す図である。図１５では、検出系３や結像光学系１３にコマ収差がある場合のコマ収差の量を横軸に採用し、検出波形の位置ずれを縦軸に採用している。図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に示す波形１３０ａ乃至１３０ｄのそれぞれが、図１５に示す１３１ａ乃至１３１ｄに対応している。図１５に示すように、検出系３や結像光学系１３のコマ収差に対する検出波形の位置ずれは、線形で表すことができる。また、基準マーク１５を構成するマーク要素ＭＥの数に応じて、検出系３や結像光学系１３のコマ収差に対する検出波形の位置ずれの敏感度が異なっていることがわかる。かかる敏感度は、１つのマーク要素ＭＥを含む基準マーク１５と、複数のマーク要素ＭＥを含む基準マーク１５とでは、符号が異なっている。基準マーク１５が複数のマーク要素ＭＥを含む場合には、マーク要素ＭＥの数が多いと敏感度が高い。但し、基準マークＭＥを構成するマーク要素ＭＥの数を増やしていくと、敏感度はある値で飽和する。

このような特性を用いて、図１６（ａ）に示す基準マーク１５を検出系３で検出すると、像の非対称性を高精度に求めることができる。図１６（ａ）に示す基準マーク１５は、１つのマーク要素ＭＥを有するマーク１４０（第２マーク）と、５つのマーク要素ＭＥを有するマーク（第１マーク）１４１と、１つのマーク要素を有するマーク１４２と、を含む。図１６（ａ）に示す基準マーク１５を検出系３で検出すると、図１６（ｂ）に示すように、マーク１４０から検出波形１４３が得られ、マーク１４１から検出波形１４４が得られ、マーク１４２から検出波形１４５が得られる。図１５を参照して説明したように、検出系３や結像光学系１３にコマ収差が存在する場合、検出波形の位置ずれが発生する。上述したように、マーク１４０及び１４２と、マーク１４１とでは、コマ収差に対する敏感度の符号が異なっている。従って、検出波形１４３の位置ずれと検出波形１４５の位置ずれとの平均値と、検出波形１４４の位置ずれとの差分を求めることで、コマ収差に対する検出波形の位置ずれの敏感度が高くなり、像の非対称性を高精度に求めることが可能となる。

図１６（ａ）に示す基準マーク１５では、像の非対称性の計測方向に対してマーク要素ＭＥを配列している。但し、計測方向だけではなく、計測方向に直交する非計測方向であるＹ軸方向（第２方向）に対しても、マーク要素ＭＥを配列してもよい。図１７（ａ）に示す基準マーク１５では、複数のマーク要素ＭＥが計測方向及び非計測方向に式（１４）及び式（１５）を満たしながら配列されている。換言すれば、複数のマーク要素ＭＥの非計測方向の最大のピッチをＰｍａｘ１’とすると、Ｐｍａｘ１’＜λ／ＮＡを満たす。また、マーク要素ＭＥの非計測方向の最大の線幅をＷｍａｘ１’とすると、Ｗｍａｘ１’＜λ／ＮＡを満たす。図１７（ａ）では、Ｘ軸方向が計測方向であり、Ｙ軸方向が非計測方向である。マーク１４６及び１４８では、計測方向に１つのマーク要素ＭＥが配列され、非計測方向に４つのマーク要素ＭＥが配列されている。また、マーク１４７では、計測方向に５つのマーク要素ＭＥが配列され、非計測方向に４つのマーク要素ＭＥが配列されている。図４に示す暗視野照明の条件であれば、第２極ＩＬ３及び第４極ＩＬ４が計測方向に対して入射角度を有し、第１極ＩＬ１及び第３極ＩＬ２が非計測方向に対して入射角度を有することになる。図１６（ａ）に示す基準マーク１５では、マーク要素ＭＥが非計測方向に配列されていないため、第１極ＩＬ１及び第３極ＩＬ２については、マーク要素ＭＥのエッジの散乱光しか検出することができない。一方、図１７（ａ）に示す基準マーク１５では、第１極ＩＬ１及び第３極ＩＬ２についても、回折光を検出することが可能となり、図４に示す有効光源（４重極照明）の場合、検出系３で検出可能な光量を増やすことができる。これにより、像の非対称性の計測精度も向上する。図１７（ａ）に示す基準マーク１５を検出系３で検出すると、図１７（ｂ）に示すように、マーク１４６から検出波形１４３が得られ、マーク１４７から検出波形１４４が得られ、マーク１４８から検出波形１４５が得られる。検出系３は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの２次元センサを撮像素子２５として用いているため、２次元の検出波形を得ることができるが、図１７（ｂ）では、非計測方向の検出波形を積算して計測方向のみの検出波形を示している。図１７（ａ）に示す基準マーク１５から得られる検出波形は、図１６（ｂ）に示す検出波形と殆ど変わらず、検出系３や結像光学系１３のコマ収差に対して検出波形の位置ずれが発生する。

ここまでは、明視野検出系である検出系３を有するインプリント装置２０において、検出系３や結像光学系１３の収差に起因する像の非対称性を高精度に求めるための基準マーク１５について説明した。次に、かかる基準マーク１５を用いて、検出系３の収差に起因する像の非対称性と結像光学系１３の収差に起因する像の非対称性を求める方法について説明する。

結像光学系１３を介して基準マーク１５を検出系３で検出すると、検出系３と結像光学系１３とのトータルの像の非対称性が得られる。そこで、結像光学系１３の投影面１６に、キャリブレーションマークを配置する。かかるキャリブレーションマークは、メカ的に投影面１６に搬送可能にしてもよいし、キャリブレーションマークを使用する際に投影面１６に配置するようにしてもよい。検出系３からの光で投影面１６に配置されたキャリブレーションマークを暗視野照明し、その回折光や散乱光を検出系３で検出する。この場合、像の非対称性は、検出系３の収差に起因するものである。従って、基準マーク１５を用いて得られた像の非対称性からキャリブレーションマークを用いて得られた像の非対称性を減算することで、結像光学系１３の収差に起因する像の非対称性を求めることができる。キャリブレーションマークは、マーク間による誤差を除去するために、基準マーク１５と同じマークとするとよい。また、基準マーク１５を基板８に形成し、基板ステージ５を移動させて、検出系３で検出可能な位置に基板８に形成した基準マーク１５を配置してもよい。この場合、基板ステージ５の軽量化が可能になる。

インプリント装置２０では、ショット領域ごとに形成されたマーク（アライメントマーク）を検出するダイバイダイ方式が採用されている。従って、ショット領域の倍率や回転を求めるために、検出系３は、ショット領域内で複数のマークを検出する必要がある。図１０に示すように、インプリント装置２０が複数の検出系３を有することで、検出系３を移動させながら複数のマークを検出する必要がなくなるため、生産性を向上させることができる。また、結像光学系１３は、画角が大きく、検出系３を移動させることで、結像光学系１３の複数の像高で像の非対称性を求めることが可能となる。この場合、複数の検出系３によって、結像光学系１３の同一像高を検出することが可能であるため、複数の検出系３のそれぞれで検出された検出結果を平均することで、ランダム成分の誤差を平均化することができる。また、結像光学系１３の同一像高、例えば、中心像高を複数の検出系３で検出した値を基準として、結像光学系１３の各像高の値を出力することもできる。

インプリント装置２０では、検出系３や結像光学系１３における像の非対称性に基づいて、検出系３や結像光学系１３を個別に調整することができる。具体的には、検出系３や結像光学系１３における像の非対称性に基づいて、検出系３を構成する光学素子や結像光学系１３を構成する光学素子を駆動する駆動部による光学素子の駆動量を決定することで、検出系３や結像光学系１３を自動で調整することができる。また、上述したように、本実施形態では、アライメント誤差が発生した場合に、検出系３の収差に起因するのか、或いは、結像光学系１３の収差に起因するのかを判定することもできる。

本実施形態では、結像光学系１３を有するインプリント装置２０について説明してきたが、結像光学系１３を有していないインプリント装置１であっても、基準マーク１５を用いることで、検出系３の像の非対称性を求めることができる。

また、本実施形態では、検出系３や結像光学系１３における像の非対称性としてコマ収差を例に説明したが、コマ収差以外であっても、像の非対称性を発生させる成分であれば求めることが可能である。

以上説明したように、本実施形態では、検出系３により基準マーク１５からの光を検出したときにマーク要素ＭＥのＸ軸方向における２つのエッジが１つのピークとして検出されるように、マーク要素ＭＥのＸ軸方向の幅が設定されている。或いは、検出系３により基準マーク１５からの光を検出したときに、複数のマーク要素ＭＥのうちＸ軸方向の両端に配列された２つのマーク要素ＭＥのみがピークとして検出されるように、複数のマーク要素ＭＥのＸ軸方向のピッチが設定されている。また、マーク要素ＭＥは、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に周期的に配列してもよい。この際、検出系３により基準マーク１５からの光を検出したときに、マーク要素ＭＥのうちＹ軸方向の両端に配列された２つのマーク要素ＭＥのみがピークとして検出されるように、複数のマーク要素ＭＥのＹ軸方向のピッチが設定されている。

従って、インプリント装置２０では、検出系３のコマ収差（検出光学系２１からの光の光軸方向に垂直な方向の非対称性）や結像光学系１３のコマ収差を高精度に求めることができる。これにより、検出系３や結像光学系１３の収差を高精度に調整することも可能となり、半導体デバイスの生産性を向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、基準マーク１５を用いて、検出系３や結像光学系１３における像の光軸方向の非対称性を求める場合について説明する。図１８（ａ）は、マーク（第１マーク）１５０と、２つのマーク要素ＭＥを有するマーク（第３マーク）１５１と、を含む基準マーク１５を示す図である。マーク１５０では、３つのマーク要素ＭＥが２セット配列され、そのピッチ１５２は、式（１３）及び式（１５）を満たしている。また、マーク１５１は、２つのマーク要素ＭＥが２セット配列され、そのピッチ１５３は、式（１３）及び式（１５）を満たしている。ピッチ１５２とピッチ１５３とは互いに異なり、本実施形態では、ピッチ１５２＞ピッチ１５３となっている。

図１８（ａ）に示す基準マーク１５を検出系３で検出すると、図１８（ｂ）に示すように、マーク１５０から検出波形１５４ａが得られ、マーク１５１から検出波形１５４ｂが得られる。マーク１５０及び１５１は、検出系３の解像力以下のピッチで構成されているため、図１８（ｂ）に示す検出波形が得られる。図１８（ａ）に示す基準マーク１５をデフォーカスさせながら検出系３で検出したときの、検出波形１５４ａのコントラストの変化（コントラストカーブ）と検出波形１５４ｂのコントラストの変化を図１８（ｃ）に示す。なお、基準マーク１５のデフォーカスは、基板ステージ５を光軸方向に移動させることで実現してもよいし、検出系３のピント調整レンズ（不図示）を駆動することで実現してもよい。図１８（ｃ）では、デフォーカスを横軸に採用し、コントラストを縦軸に採用している。コントラストカーブ１５５ａは検出波形１５４ａのコントラストの変化に対応し、コントラストカーブ１５５ｂは検出波形１５４ｂのコントラストの変化に対応している。ピッチ１５２＞ピッチ１５３であるため、コントラストカーブ１５５ａは、コントラストカーブ１５５ｂよりも緩い曲線となる。ここで、検出系３や結像光学系１３に球面収差が存在する場合、図１８（ｄ）に示すように、コントラストカーブ１５５ａはコントラストカーブ１５６ａに変化し、コントラストカーブ１５５ｂはコントラストカーブ１５６ｂに変化する。図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）を参照するに、検出系３や結像光学系１３の球面収差によって、コントラストカーブのピークの位置が変化していることがわかる。かかるピークの位置の変化は、ピッチ１５２やピッチ１５３の影響を受けるため、図１８（ｄ）に示す差分１５９のように、コントラストカーブ１５６ａとコントラストカーブ１５６ｂとではピークの位置の差が発生する。コントラストカーブ１５６ａのピークの位置とコントラストカーブ１５６ｂのピークの位置との差分１５９は、検出系３や結像光学系１３の球面収差に線形に変化するため、かかる差分１５９から、検出系３や結像光学系１３の球面収差を求めることができる。

このように、ピッチの異なる２つのマークを含む基準マーク１５を用いることによって、検出系３や結像光学系１３における像の光軸方向の非対称性を求めることができる。

本実施形態では、検出系３や結像光学系１３における像の光軸方向の非対称性として球面収差を例に説明したが、球面収差以外であっても、像の光軸方向の非対称性を発生させる成分であれば求めることが可能である。かかる成分は、軸上収差、像面湾曲及び非点収差の少なくとも１つを含む。

本実施形態では、検出系３の球面収差（検出光学系２１からの光の光軸方向の非対称性）や結像光学系１３の球面収差を高精度に求めることができる。これにより、検出系３や結像光学系１３の収差を高精度に調整することも可能となり、半導体デバイスの生産性を向上させることができる。

＜第３の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、インプリント装置２０を用いて、基板にパターンを形成する工程と、パターンを形成された基板を処理する工程を含む。また、上記形成工程につづけて、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (21)

1. 被検物の位置を検出する検出装置であって、
   前記被検物に設けられたマークと、
   前記マークを暗視野照明する照明光学系と、
   暗視野照明された前記マークからの光をセンサに導き、前記センサにより検出される第１方向の光強度分布に基づいて前記マークの前記第１方向の位置を検出する検出光学系と、を有し、
   前記マークは、前記第１方向において２つのエッジを有する１つのマーク要素を含み、
   該１つのマーク要素が前記光強度分布において１つのピークとして検出されるように、前記１つのマーク要素の前記第１方向の幅が設定されており、
   前記照明光学系からの光の波長をλ、前記検出光学系の開口数をＮＡ、前記マーク要素の前記第１方向の最大の幅をＷｍａｘ１とすると、
   Ｗｍａｘ１＜λ／ＮＡ
   を満たすことを特徴とする検出装置。
2. 被検物の位置を検出する検出装置であって、
   前記被検物に設けられたマークと、
   前記マークを暗視野照明する照明光学系と、
   暗視野照明された前記マークからの光をセンサに導き、前記センサにより検出される第１方向の光強度分布に基づいて前記マークの前記第１方向の位置を検出する検出光学系と、を有し、
   前記マークは、前記第１方向に周期的に配列された複数の第１マーク要素を有する第１マークを含み、
   該第１マークが前記センサにより検出される前記光強度分布において前記複数の第１マーク要素のうち前記第１方向の両端に配列された２つの第１マーク要素のみがピークとして検出されるように、前記複数の第１マーク要素の前記第１方向のピッチが設定されていることを特徴とする検出装置。
3. 前記マークは、前記第１マークに加えて、前記第１方向において１つの第２マーク要素を有する第２マークを含み、
   該１つの第２マーク要素が前記センサにより検出される前記第１方向の光強度分布において１つのピークとして検出されるように、前記１つの第２マーク要素の前記第１方向の幅が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記マークは、前記第１マークに加えて、前記第１方向に周期的に配列された複数の第３マーク要素を有する第３マークを含み、
   該第３マークが前記センサにより検出される前記光強度分布において前記第１方向の両端のみがピークとして検出されるように、前記複数の第３マーク要素の前記第１方向のピッチが設定され、
   前記複数の第１マーク要素の前記第１方向のピッチと前記複数の第３マーク要素の前記第１方向のピッチとは互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
5. 前記複数の第１マーク要素のそれぞれは、前記第１方向に直交する第２方向に周期的に配列され、
   前記センサにより検出される光強度分布において前記第２方向の両端のみがピークとして検出されるように、前記複数の第１マーク要素の前記第２方向のピッチが設定され、
   前記センサにより検出される光強度分布において前記第２方向に配列された前記複数の第２マーク要素のうち前記第２方向の両端に配列された２つの第２マーク要素のみがピークとして検出されるように、前記複数の第２マーク要素の前記第２方向のピッチが設定されていることを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
6. 前記照明光学系からの光の波長をλ、前記検出光学系の開口数をＮＡ、前記第１マーク要素の前記第１方向の最大のピッチをＰｍａｘ１、前記第２マーク要素の前記第１方向の最大の幅をＷｍａｘ１とすると、
   Ｐｍａｘ１＜λ／ＮＡ、且つ、Ｗｍａｘ１＜λ／ＮＡ
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
7. 前記照明光学系からの光の波長をλ、前記検出光学系の開口数をＮＡ、前記第１マーク要素の前記第１方向の最大のピッチをＰｍａｘ１、前記第３マーク要素の前記第１方向の最大のピッチをＰｍａｘ３とすると、
   Ｐｍａｘ１＜λ／ＮＡ、且つ、Ｐｍａｘ３＜λ／ＮＡ
   を満たすことを特徴とする請求項４に記載の検出装置。
8. 前記照明光学系からの光の波長をλ、前記検出光学系の開口数をＮＡ、前記第１マーク要素の前記第２方向の最大のピッチをＰｍａｘ１’、前記第２マーク要素の前記第２方向の最大の幅をＷｍａｘ１’とすると、
   Ｐｍａｘ１’＜λ／ＮＡ、且つ、Ｗｍａｘ１’＜λ／ＮＡ
   を満たすことを特徴とする請求項５に記載の検出装置。
9. 前記照明光学系は、前記マークを前記第１方向及び前記第２方向から暗視野照明することを特徴とする請求項５に記載の検出装置。
10. 前記センサにより検出される前記第１方向の光強度分布に基づいて、前記検出光学系からの光の前記検出光学系の光軸方向に垂直な方向の非対称性を求める処理部を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
11. 前記センサにより検出される前記第１マークからの光及び前記第２マークからの光から前記第１マークの前記第１方向の位置及び前記第２マークの前記第１方向の位置を求め、前記第１マークの前記第１方向の位置と前記第２マークの前記第１方向の位置との差分に基づいて、前記検出光学系からの光の前記検出光学系の光軸方向に垂直な方向の非対称性を求める処理部を更に有する請求項３に記載の検出装置。
12. 前記検出光学系からの光の前記検出光学系の光軸方向に垂直な方向の非対称性は、前記検出光学系のコマ収差を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の検出装置。
13. 前記検出光学系を構成する光学素子を駆動する駆動部を更に有し、
    前記処理部は、前記検出光学系からの光の前記検出光学系の光軸方向に垂直な方向の非対称性に基づいて、前記駆動部による前記光学素子の駆動量を決定することを特徴とする請求項１０乃至１２のうちいずれか１項に記載の検出装置。
14. 前記センサにより検出される前記第１マークからの光及び前記第３マークからの光に基づいて、前記検出光学系からの光の前記検出光学系の光軸方向の非対称性を求める処理部を更に有する請求項４に記載の検出装置。
15. 前記処理部は、前記第１マーク及び前記第３マークのそれぞれをデフォーカスさせながら前記センサにより前記第１マークからの光及び前記第３マークからの光のそれぞれを検出し、前記第１マークからの光のコントラストカーブにおけるピークの位置と前記第３マークからの光のコントラストカーブにおけるピークの位置との差分に基づいて、前記検出光学系からの光の前記検出光学系の光軸方向の非対称性を求めることを特徴とする請求項１４に記載の検出装置。
16. 前記検出光学系からの光の前記検出光学系の光軸方向の非対称性は、前記検出光学系の球面収差、軸上収差、像面湾曲及び非点収差の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の検出装置。
17. パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
    前記基板を保持して移動するステージと、
    前記基板の位置を検出する請求項１乃至１６のうちいずれか１項に記載の検出装置と、
    前記検出装置によって検出された前記基板の位置に基づいて、前記ステージを制御する制御部と、
    を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
18. 前記制御部は、前記ステージに保持された前記基板上にモールドを用いてインプリント材のパターンを形成するインプリント処理を制御することを特徴とする請求項１７に記載のリソグラフィ装置。
19. 請求項１７又は１８に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
20. 被検物の位置を検出する検出方法であって、
    前記被検物に設けられたマークを暗視野照明し、前記マークからの光を検出光学系で検出して得られる第１方向の光強度分布に基づいて前記マークの前記第１方向の位置を検出する工程を有し、
    前記マークは、前記第１方向において２つのエッジを有する１つのマーク要素を含み、
    該１つのマーク要素が前記光強度分布において１つのピークとして検出されるように、前記１つのマーク要素の前記第１方向の幅が設定されており、
    前記マークを暗視野照明する光の波長をλ、前記検出光学系の開口数をＮＡ、前記マーク要素の前記第１方向の最大の幅をＷｍａｘ１とすると、
    Ｗｍａｘ１＜λ／ＮＡ
    を満たすことを特徴とする検出方法。
21. 被検物の位置を検出する検出方法であって、
    前記被検物に設けられたマークを暗視野照明し、前記マークからの光をセンサで検出して得られる第１方向の光強度分布に基づいて前記マークの前記第１方向の位置を検出する工程を有し
    前記マークは、前記第１方向に周期的に配列された複数の第１マーク要素を有する第１マークを含み、
    該第１マークが前記センサにより検出される前記光強度分布において前記複数の第１マーク要素のうち前記第１方向の両端に配列された２つの第１マーク要素のみがピークとして検出されるように、前記複数の第１マーク要素の前記第１方向のピッチが設定されていることを特徴とする検出方法。