KR101597387B1 - 검출기, 임프린트 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 및 제2 물체 상에 형성된 마크들에 의해 회절된 회절광 성분의 간섭광을 검출하기 위한 검출기는, 제1 물체 상에 배치된 제1 마크와 제2 물체 상에 배치된 제2 마크를 조사하는 제1 극 및 제2 극을 포함하는 강도 분포를 형성하도록 구성된 조명 광학계; 및 조명 광학계에 의해 조사된 제1 및 제2 마크에 의해 회절된 광 성분의 간섭광을 검출하도록 구성된 검출 광학계를 포함한다. 검출 광학계는, 제1 극의 광이 방출될 때 생성되고 제1 및 제2 마크에 의해 회절되는 회절광 성분의 간섭광을 검출한다. 검출 광학계는, 제2 극의 광이 방출될 때 생성되고 제1 및 제2 마크에 의해 회절되는 회절광 성분은 검출하지 않는다.

Description

검출기, 임프린트 장치 및 물품 제조 방법{DETECTOR, IMPRINT APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 2개의 상이한 물체의 상대 위치를 검출하는 검출기, 임프린트 장치, 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 마이크로패터닝(micropatterning)에 대한 요구가 진행됨에 따라, 종래의 포토리소그래피 기술에 추가하여, 몰드를 이용하여 기판 상에 미경화 수지(uncured resin)를 몰딩함으로써 기판 상에 수지 패턴을 형성하는 마이크로패터닝 기술이 주목을 끌고 있다. 마이크로패터닝 기술은 임프린트 기술(imprint technique)이라고도 불리며, 기판 상에 수 nm 정도의 마이크로구조를 형성할 수 있다. 임프린트 기술의 예로서 광경화법(photo-curing method)이 있다. 이 광경화법을 이용한 임프린트 장치에서, 우선, 기판 상의 임프린트 영역으로서의 샷(shot)이 미경화 자외선 경화 수지(임프린트 수지 또는 광경화성 수지)로 도포된다(수지는 샷 상에 도포된다). 그 다음, 이 수지가 몰드를 이용하여 몰딩된다. 자외선 조사에 의해 수지가 경화된 후에, 몰드가 릴리스(release)됨으로써, 기판 상에 수지 패턴을 형성한다.
이 광경화법에 정합하는 임프린트 장치가, 예를 들어, 일본 특허 공개 제2008-522412호에 개시되어 있다. 이 임프린트 장치는, 기판 유지 스테이지, 수지 도포 기구, 임프린트 헤드, 자외선 조사 유닛, 및 정렬 마크 검출기를 포함한다. 이 임프린트 장치에서, 기판과 몰드를 서로 맞대어 가압할 때, 각 샷에 대해 기판과 몰드 상에 형성된 마크들이 동시에 관찰되며, 마크들 사이의 편차량(shift)이 보정되는, 소위 다이-바이-다이 방법(die-by-die method)을 이용함으로써 기판과 몰드가 정렬된다.
일본 특허 공개 제2008-522412호에 개시된 임프린트 장치에서, 몰드와 기판 상에 정렬 마크들이 형성된다. 몰드 상의 마크는 계측 방향의 격자 피치(grating pitch)를 갖는 격자 패턴을 포함한다. 기판 상의 마크는 계측 방향과 계측 방향에 수직한 방향(비계측 방향) 각각으로 격자 피치를 갖는 체커보드 격자 패턴을 포함한다. 마크에 조사하기 위한 조명 광학계와 마크로부터의 회절광을 검출하는 검출 광학계는, 몰드와 기판에 수직인 방향으로부터 비계측 방향쪽으로 기울어져 있다. 즉, 조명 광학계는 비계측 방향으로 마크를 비스듬하게 조사하도록 설계되어 있다. 마크 상에 비스듬하게 입사된 광은 기판 상에 형성된 체커보드 격자 패턴에 의해 비계측 방향으로 회절되고, 검출 광학계는 비계측 방향으로 제로 차수가 아닌 특정의 차수를 갖는 회절광만을 검출한다.
또, 몰드 상에 형성된 격자 패턴과 기판 상에 형성된 격자 패턴의 격차 피치는 계측 방향으로 약간 상이하다. 상이한 격자 피치를 갖는 이들 격차 패턴들이 중첩되면, 2개의 격자 패턴으로부터의 회절광 성분들 사이의 간섭에 의해 격자 패턴들의 격자 피치들 사이의 차이를 반영하는 주기를 갖는 간섭 무늬(소위 모아레 무늬)가 형성된다. 격자 패턴들 사이의 위치 관계에 따라 이 모아레 줄무늬의 위상이 변화하므로, 모아레 줄무늬의 위상을 관찰함으로써 기판과 몰드가 정렬될 수 있다. 전술된 바와 같이 모아레 줄무늬를 이용함으로써 상대 위치를 검출하는 방법은, 저 해상력을 갖는 검출 광학계를 이용하는 경우에도 높은 정밀도로 정렬을 실시할 수 있다는 이점을 가진다.
일본 특허 공개 제2008-522412호에 개시된 검출기는, 기판 상에 형성된 체커보드 격자 패턴에 의해 비계측 방향으로 회절된 광을, 몰드나 기판에 수직하지 않은 방향으로 검출한다. 따라서, 하나의 검출기(조명 광학계와 검출 광학계)는 복수 방향으로 몰드와 기판의 상대 위치에 관한 정보를 취득할 수 없다.
본 발명은 하나의 검출기를 이용함으로써 2개 방향으로 2개 물체의 상대 위치를 정확하게 검출한다.
제1 양태에서 본 발명은, x 방향 및 y 방향으로 제1 물체와 제2 물체의 상대 위치를 검출하기 위한 검출기를 제공하며, 이 검출기는, 제1 물체 상에 배치된 제1 마크와 제2 물체 상에 배치된 제2 마크를 조사하도록 구성된 조명 광학계; 및 조명 광학계에 의해 조사된 제1 마크 및 제2 마크에 의해 회절된 회절광 성분의 간섭광을 검출하도록 구성된 검출 광학계를 포함하고, 제1 마크와 제2 마크 중 하나는 y방향으로 격차 피치 P1을 갖고 x 방향으로 격차 피치 P2를 갖는 격자 패턴을 포함하고, 제1 마크와 제2 마크 중 다른 하나는 x 방향으로 격자 피치 P3를 갖는 격자 패턴을 포함하며, 조명 광학계는, 조명 광학계의 동공면(pupil plane)에서 y 방향으로 제1 극과 x 방향으로 제2 극을 포함하는 광 강도 분포를 형성하고, 제1 극으로부터 조사된 광이 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분은 동공면에서 검출 광학계의 개구 상에 입사되며, 제2 극으로부터 조사된 광이 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분은 동공면에서 검출 광학계의 개구와는 상이한 장소에 입사된다.
제2 양태에서 본 발명은, 제1 물체와 제2 물체 상에 형성된 마크들에 의해 회절된 회절광 성분의 간섭광을 검출하기 위한 검출기를 제공하며, 이 검출기는, 제1 물체 상에 배치된 제1 마크와 제2 물체 상에 배치된 제2 마크를 조사하는 제2 극과 제2 극을 포함하는 강도 분포를 형성하도록 구성된 조명 광학계; 및 조명 광학계에 의해 조사된 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절된 광 성분의 간섭광을 검출하도록 구성된 검출 광학계를 포함하고, 검출 광학계는 제1 극의 광이 조사되어 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분의 간섭광을 검출하고, 검출 광학계는 제2 극의 광이 조사되어 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분은 검출하지 않는다.
제3 양태에서 본 발명은, 기판에 도포된 수지에 맞대어 몰드의 패턴 표면을 가압하고 기판 상에 경화된 수지의 패턴을 형성하기 위한 임프린트 장치를 제공하며, 이 장치는 몰드 상에 배치된 제1 마크 및 제3 마크와 기판 상에 배치된 제2 마크 및 제4 마크를 검출하는 검출기를 포함하고, 이 검출기는 x 방향 및 y 방향으로 제1 물체와 제2 물체의 상대 위치를 검출하며, 이 검출기는, 제1 물체 상에 배치된 제1 마크와 제2 물체 상에 배치된 제2 마크를 조사하도록 구성된 조명 광학계; 및 조명 광학계에 의해 조사된 제1 마크 및 제2 마크에 의해 회절된 회절광 성분의 간섭광을 검출하도록 구성된 검출 광학계를 포함하고, 제1 마크와 제2 마크 중 하나는 y방향으로 격차 피치 P1을 갖고 x 방향으로 격차 피치 P2를 갖는 격자 패턴을 포함하고, 제1 마크와 제2 마크 중 다른 하나는 x 방향으로 격자 피치 P3를 갖는 격자 패턴을 포함하며, 조명 광학계는, 조명 광학계의 동공면(pupil plane)에서 y 방향으로 제1 극과 x 방향으로 제2 극을 포함하는 광 강도 분포를 형성하고, 제1 극으로부터 조사된 광이 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분은 동공면에서 검출 광학계의 개구 상에 입사되며, 제2 극으로부터 조사된 광이 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분은 동공면에서 검출 광학계의 개구와는 상이한 장소에 입사된다.
제4 양태에서 본 발명은, 물품 제조 방법을 제공하며, 이 방법은, 임프린트 장치를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계; 및 그 형성하는 단계에서 패턴이 형성된 기판을 가공하여 물품을 제조하는 단계를 포함하고, 임프린트 장치는 기판에 도포된 수지에 맞대어 몰드의 패턴 표면을 가압하고, 수지를 경화하며, 경화된 수지의 패턴을 기판 상에 형성하고, 임프린트 장치는, 몰드 상에 배치된 제1 마크 및 제3 마크와 기판 상에 배치된 제2 마크 및 제4 마크를 검출하는 검출기를 포함하고, 이 검출기는 x 방향 및 y 방향으로 제1 물체와 제2 물체의 상대 위치를 검출하며, 이 검출기는, 제1 물체 상에 배치된 제1 마크와 제2 물체 상에 배치된 제2 마크를 조사하도록 구성된 조명 광학계; 및 조명 광학계에 의해 조사된 제1 마크 및 제2 마크에 의해 회절된 회절광 성분의 간섭광을 검출하도록 구성된 검출 광학계를 포함하고, 제1 마크와 제2 마크 중 하나는 y방향으로 격차 피치 P1을 갖고 x 방향으로 격차 피치 P2를 갖는 격자 패턴을 포함하고, 제1 마크와 제2 마크 중 다른 하나는 x 방향으로 격자 피치 P3를 갖는 격자 패턴을 포함하며, 조명 광학계는, 조명 광학계의 동공면에서 y 방향으로 제1 극과 x 방향으로 제2 극을 포함하는 광 강도 분포를 형성하고, 제1 극으로부터 조사된 광이 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분은 동공면에서 검출 광학계의 개구 상에 입사되며, 제2 극으로부터 조사된 광이 제1 마크와 제2 마크에 의해 회절될 때 생성된 회절광 성분은 동공면에서 검출 광학계의 개구와는 상이한 장소에 입사된다.
본 발명의 추가 특징들이 첨부된 도면들을 참조한 이하의 예시적 실시형태들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 제1 실시형태에 따른 조명 광학계 및 검출 광학계의 동공 분포(pupil distribution)를 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시형태에 따른 검출기의 예를 도시하는 도면.
도 3은 제1 실시형태에 따른 검출기의 또 다른 예를 도시하는 도면.
도 4는 제1 실시형태에 따른 조명 광학계 및 검출 광학계의 동공 분포를 도시하는 도면.
도 5는 모아레 줄무늬를 생성하는 마크를 도시하는 도면.
도 6은 제1 실시형태에 따른 x 방향 정렬 마크를 도시하는 도면.
도 7a 내지 도 7d는 제1 실시형태의 회절광을 도시하는 도면.
도 8은 제1 실시형태에 따른 y 방향 정렬 마크를 도시하는 도면.
도 9는 제1 실시형태에 따른 검출기를 이용함으로써 x 및 y 방향으로의 정렬을 위한 모아레 줄무늬를 도시하는 도면.
도 10a 내지 도 10c는 제1 실시형태의 회절광을 도시하는 도면.
도 11은 제1 실시형태에 따른 임프린트 장치를 도시하는 도면.
도 12는 제1 실시형태의 변형에서의 조명 광학계 및 검출 광학계의 동공 분포를 도시하는 도면.
도 13은 제1 실시형태의 변형에서의 조명 광학계 및 검출 광학계의 동공 분포를 도시하는 도면.
도 14는 제2 실시형태의 임프린트 장치를 도시하는 도면.
본 발명을 실행하기 위한 실시형태들이 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
[제1 실시형태]
제1 실시형태에 따른 임프린트 장치가 도 11을 참조하여 설명될 것이다. 임프린트 장치(1)는 반도체 장치 등의 장치 제조에 이용된다. 임프린트 장치(1)에서, 기판(웨이퍼)(8) 상의 미경화 수지(임프린트 재료)(9)가 몰드(7)에 의해 몰딩됨으로써, 기판(8) 상에 수지(9)의 패턴을 형성한다. 본 실시형태의 임프린트 장치(1)는 광경화 방법을 이용한다는 점에 유의한다. 이하의 도면에서, x-축 및 y-축은 기판(8)의 표면에 평행한 평면에서 취해지며, z-축은 x-축 및 y-축에 수직한 방향으로 취해진다는 점에도 유의한다. 임프린트 장치(1)는, 자외선 조사 유닛(2), 검출기(3), 몰드 유지기(4), 기판 스테이지(5), 및 도포 유닛(디스펜서)(6)을 포함한다.
몰드(7)를 웨이퍼(8) 상의 수지(9)와 접촉시키는 임프린트 처리 후에, 자외선 조사 유닛(2)은 수지(9)를 경화시키기 위하여 자외선으로 몰드(7)를 조사한다. 도시되지는 않았지만, 자외선 조사 유닛(2)은, 광원과, 광원으로부터 방출된 미리결정된 형상을 갖는 자외선으로 몰드(7)의 패턴면(7a)을 균일하게 조사하기 위한 복수의 광학 소자를 포함한다. 특히, 자외선 조사 유닛(2)에 의해 광으로 조사되는 영역은 패턴면(7a)의 표면적과 같거나 약간 큰 것이 바람직하다. 이것은, 자외선 조사 영역이 최소한의 필요 영역이면, 몰드(7) 또는 웨이퍼(8)가 조사의 열로 인해 팽창하는 것을 방지함으로써, 수지(9)에 전사되는 패턴의 위치 이동이나 왜곡을 방지하는 것이 가능하기 때문이다. 또한, 웨이퍼(8) 등에 의해 반사된 자외선이 도포 유닛(6)에 도달하여 도포 유닛(6)의 방출부에 잔류하는 수지(9)를 경화시키는 경우 (이후에 설명되는) 도포 유닛(6)에서 나중에 발생할 수 있는 동작 오류를 방지할 수 있다.
광원으로서, 예를 들어, 고압 수은 램프, 엑시머 램프, 엑시머 레이저, 또는 발광 다이오드를 이용하는 것이 가능하다. 광원은 수지(9)의 특성에 따라 적절히 선택되지만, 본 발명은, 예를 들어, 광원의 타입, 개수, 또는 파장에 의해 제한되지 않는다. 몰드(7)는, 웨이퍼(8)의 반대면 상에 미리결정된 패턴(예를 들어, 회로 패턴 등의 3차원 패턴)이 형성되는 몰드이다. 몰드(7)의 재료는, 예를 들어, 자외선을 투과시킬 수 있는 석영이다.
몰드 유지기(4)는 진공 흡착력이나 정전력에 의해 잡아당김으로써 몰드(7)를 유지한다. 몰드 유지기(4)는, 몰드 척(mold chuck), 수지(9)에 맞대어 몰드(7)를 가압하도록 z 방향으로 몰드 척을 구동하기 위한 구동 기구, 및 x 방향과 y 방향으로 몰드(7)를 변형함으로써 수지(9)에 전사될 패턴의 왜곡을 보정하기 위한 보정 기구를 포함한다.
몰드(7) 및 웨이퍼(8)는, x-y-z 좌표계에서 z 방향으로 서로 이격된 제1 및 제2 물체를 형성한다. 임프린트 장치(1)의 임프린트 및 릴리스 동작은 z 방향으로 몰드(7)를 이동시킴으로써 실현될 수 있다. 그러나, 이들 동작들은, 예를 들어, z 방향으로 웨이퍼 스테이지(5)를 이동시키거나, 몰드(7)와 웨이퍼 스테이지(5) 양쪽 모두를 이동시킴으로써, 실현될 수도 있다. 웨이퍼 스테이지(5)는, 예를 들어, 진공 흡착에 의해 웨이퍼(8)를 유지하며, x-y 평면에서 이동할 수 있다. 웨이퍼(8)는, 예를 들어, 단결정 실리콘으로 형성되고, 웨이퍼(8)의 피처리 면은 몰드(7)에 의해 몰딩되는 자외선 경화 수지(9)에 의해 도포된다.
임프린트 장치(1)는 몰드(7)와 웨이퍼(8) 사이의 상대 위치 관계를 검출하기 위한 검출기(3)를 포함한다. 검출기(3)는, 몰드(7) 상에 형성된 제1 및 제3 마크(10)와 웨이퍼(8) 상에 형성된 제2 및 제4 마크(11)를 광학적으로 검출함으로써 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대 위치를 검출한다. 검출기(3)의 광축(optical axis)은 웨이퍼(8)의 표면에 수직으로 설정된다. 검출기(3)는, 몰드(7) 및 웨이퍼(8) 상에 형성된 마크(10 및 11)의 위치에 따라 x 방향 및 y 방향으로 구동가능하도록 설계된다. 또한, 검출기(3)는 마크(10 및 11)의 위치에 광학계의 초점을 맞추기 위하여 z 방향으로도 구동가능하도록 설계된다. 웨이퍼 스테이지(5)와 몰드(7)의 보정 기구의 구동은 검출기(3)에 의해 검출된 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대 위치에 기초하여 제어된다. 검출기(3)와 정렬 마크(10 및 11)는 이후에 상세히 설명될 것이다.
도포 유닛(6)은 미경화 수지(9)로 웨이퍼(8)를 도포한다. 수지(9)는 자외선을 받을 때 경화되는 광경화 수지로서, 예를 들어, 반도체 장치의 타입에 따라 적절하게 선택된다. 도포 유닛(6)은 도 11에 도시된 바와 같이 항상 임프린트 장치(1)의 내부에 설치될 필요는 없다. 즉, 임프린트 장치(1)의 외부에 도포 장치를 마련하고, 이 도포 장치에 의해 수지(9)로 도포된 웨이퍼(8)를 임프린트 장치(1) 내에 도입하는 것도 역시 가능하다. 이 경우, 임프린트 장치(1) 내부에서 어떠한 도포 단계도 실시될 필요가 없기 때문에 임프린트 장치(1)의 처리 속도가 증가될 수 있다. 또한, 도포 유닛(6)이 불필요하기 때문에 전체 임프린트 장치(1)의 제조 비용이 저감될 수 있다.
임프린트 장치(1)에 의해 실시되는 임프린트 처리가 이하에서 설명될 것이다. 제어기(C)는 기판 이송기(미도시)로 하여금 웨이퍼(8)를 웨이퍼 스테이지(5)로 이송하게 하고, 웨이퍼(8)를 웨이퍼 스테이지(5) 상에 고정시킨다. 후속해서, 제어기(C)는 웨이퍼 스테이지(5)를 도포 유닛(6)의 도포 위치로 이동시키고, 도포 유닛(6)은 도포 단계로서 웨이퍼(8)의 미리결정된 샷(임프린트 영역)을 수지(9)로 도포한다. 그 다음, 제어기(C)는 웨이퍼(8)의 도포면이 몰드(7) 바로 아래에 놓이도록 웨이퍼 스테이지(5)를 이동시킨다.
제어기(C)는 웨이퍼(8) 상의 수지(9)에 맞대어 몰드(7)를 임프린트하도록(임프린트 단계) 몰드 구동 기구를 구동한다. 이 상태에서, 수지(9)는 몰드(7)의 임프린트에 의해 몰드(7) 상에 형성된 패턴면(7a)을 따라 흐른다. 또한, 검출기(3)는 웨이퍼(8) 및 몰드(7) 상에 형성된 마크(10 및 11)를 검출하고, 제어기(C)는, 예를 들어, 웨이퍼 스테이지(5)의 구동에 의한 몰드(7) 및 웨이퍼(8)의 정렬과, 몰드(7)의 보정 기구에 의한 보정을 실시한다. 수지(9)가 패턴면(7a)으로 충분히 흐르고, 몰드(7) 및 웨이퍼(8)의 정렬, 몰드(7)의 보정 등이 충분히 실시되면, 자외선 조사 유닛(2)이 몰드(7)의 후면(윗쪽면)으로부터 자외선을 조사함으로써, 몰드(7)를 투과한 자외선에 의해 수지(9)를 경화한다(경화 단계). 이 단계에서, 검출기(3)는 자외선의 광 경로를 가로막지 않도록 퇴거(retract)된다. 후속해서, 웨이퍼(8)로부터 몰드(7)를 릴리스하도록(릴리스 단계) 다시 한번 몰드 구동 기구가 구동됨으로써, 몰드(7)의 3차원 패턴을 웨이퍼(8) 상에 전사한다.
검출기(3)와 몰드(7) 및 웨이퍼(8) 상에 형성되는 마크(10 및 11)의 상세사항이 이제 설명될 것이다. 도 2는 본 실시형태의 검출기(3)의 구조의 예를 도시한다. 검출기(3)는 검출 광학계(21)와 조명 광학계(22)를 포함한다. 조명 광학계(22)는 프리즘(24) 등을 이용함으로써 광원(23)으로부터의 광을 검출 광학계(21)의 축과 동일한 광축상으로 가이드하여, 마크(10 및 11)를 동시에 비스듬하게 조사한다.
광원(23)으로서 할로겐 램프, LED 등이 이용되고, 광원(23)은 수지(9)를 경화하는 자외선을 포함하지 않는 가시광이나 적외선을 방출하도록 설계된다. 검출 광학계(21)와 조명 광학계(22)는 이들 계들을 형성하는 일부 광학 부재를 공유하도록 설계되고, 프리즘(24)은 검출 광학계(21)와 조명 광학계(22)의 동공면에 또는 그 부근에 위치한다. 마크(10 및 11) 각각은 격자 패턴에 의해 형성되고, 검출 광학계(21)는, 촬상 소자(25) 상에, 조명 광학계(22)에 의해 조사되고 마크(10 및 11)에 의해 회절된 회절광 성분들 사이의 간섭에 의해 발생된 간섭광의 상(간섭 무늬 또는 모아레 줄무늬)을 형성한다. 촬상 소자(25)로서 CCD, CMOS 등이 이용된다.
프리즘(24)은, 그 접합면 상에, 조명 광학계(22)의 동공면의 주변부로부터 광을 반사하기 위한 반사막(24a)을 가진다. 반사막(24a)은 또한 검출 광학계(21)의 동공의 크기(또는 검출 NA: NAO)를 정의하기 위한 개구 스톱(aperture stop)으로서 기능한다. 프리즘(24)은 접합면 상에 반투명막을 갖는 해프 프리즘(half prism)이거나, 프리즘 이외의 광학 소자, 예를 들어, 표면 상에 반사막을 갖는 판형 광학 소자일 수도 있다. 본 실시형태에 따른 프리즘(24)은 항상 검출 광학계(21) 및 조명 광학계(22)의 동공면이나 그 부근에 위치할 필요는 없다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 검출 광학계(21)는 동공면에 개구 스톱(26)을 가지며, 조명 광학계(22)는 동공면에 개구 스톱(27)을 가진다. 또한, 접합면 상에 반투명막을 갖는 해프 프리즘은, 예를 들어, 프리즘(24)으로서 이용된다.
도 4는 조명 광학계(22)의 동공면에 형성된 광 강도 분포(유효 광원 분포)와 검출 광학계(21)의 제1 검출 개구(OBJ1) 사이의 관계를 도시한다. 조명 광학계(22)는, 동공면에 제1, 제2, 제3, 및 제4 극(IL1, IL3, IL2, 및 IL4)을 포함한 광 강도 분포를 형성한다. 제1 극(IL1)은 직경 NAP1을 가지며, 중심 위치로서 좌표(0, NAil1)을 가진다. 제2 극(IL3)은 직경 NAP2를 가지며, 중심 위치로서 좌표(NAil2, 0)을 가진다. 제3 극(IL2)은 직경 NAP1을 가지며, 중심 위치로서 좌표(0, -NAil1)을 가진다. 제4 극(IL4)은 직경 NAP2를 가지며, 중심 위치로서 좌표(-NAil2, 0)을 가진다. 본 실시형태에서는, 제1 내지 제4 극(IL1 내지 IL4)은 직경으로서 NAP1 = NAP2 = NAP를 갖는 원형의 극이라는 점에 유의한다. 또한, NAil1 = NAil2 = NAil이다. 제1 검출 개구(OBJ1)는 개구수 NAO를 가지며, 검출 광학계(21)의 동공면에 중심 위치로서 좌표(0, 0)를 가진다.
조명 광학계(22)는 마크(10 및 11)를 비스듬하게 조사하도록 설계된다. 마크(10 및 11)에 대한 입사각(θ)는,
[수학식 1]
θ = sin-1(NAil)
으로 표현된다.
조명 광학계(22) 및 검출 광학계(21)는, NAO, NAP, 및 NAil가 이하의 수학식 (2)를 만족하도록 설계된다. 즉, 검출기(3)는 정렬 마크(10 및 11)로부터의 정반사광(specular reflection light)(제로차 회절광)이 검출되지 않는 암시야 구조(dark field arrangement)를 가진다.
[수학식 2]
NAil1 > NAO + NAP1/2 및 NAil2 > NAO + NAP2/2
본 실시형태에서는 NAil1 = NAil2 = NAil 및 NAP1 = NAP2 = NAP 이므로, 수학식 (2)는
NAil > NAO + NAP/2 ... 수학식 (2')
로 표현된다.
모아레 줄무늬의 발생 원리와 모아레 줄무늬를 이용하여 실시되는 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대 위치의 검출이 이하에서 설명될 것이다. 도 5에 나타낸 바와 같이 약간 상이한 격자 피치들을 갖는 격자 패턴(31 및 32)이 서로 중첩되면, 2개의 격자 패턴(31 및 32)으로부터의 회절광 성분들이 서로 간섭하여 격자 피치들 사이의 차이를 반영하는 주기를 갖는 간섭 무늬(33)(모아레 줄무늬)를 생성한다. 이 모아레 줄무늬는 2개의 격자 패턴(31 및 32) 사이의 상대 위치 관계에 따라 명과 암의 위치(줄무늬 위상)를 변화시킨다. 예를 들어, 하나의 격자 패턴이 약간 이동되면, 모아레 줄무늬(33)는 참조번호 34로 표시된 바와 같이 변한다. 모아레 줄무늬는, 격자 패턴들(31 및 32) 사이의 실제의 상대 위치 이동을 확대함으로써 큰 주기를 갖는 줄무늬로서 생성된다. 따라서, 검출 광학계(21)의 해상력이 낮더라도, 2개 물체들 사이의 상대 위치 관계가 정확하게 계측될 수 있다.
모아레 줄무늬(간섭광)를 검출하기 위하여 명시야(bright field) 내의 격자 패턴(31 및 32)을 검출할 때(패턴을 수직 방향으로 조사하고 회절광을 수직 방향으로 검출할 때), 검출기(3)는 격자 패턴(31 또는 32)으로부터의 제로차 회절광도 검출한다. 격자 패턴(31 및 32) 중 하나로부터의 제로차 회절광은 모아레 줄무늬의 콘트라스트(contrast)를 감소시킨다. 따라서, 본 실시형태의 검출기(3)는 전술된 바와 같이 제로차 회절광을 검출하지 않는 암시야 구조를 가진다. 비스듬한 조사를 실시하는 이 암시야 구조에 의해 모아레 줄무늬를 검출하기 위하여, 도 6에 나타낸 체커보드 격자 패턴(10a)이 몰드 및 웨이퍼 마크(10 및 11) 중 하나로서 이용되며, 도 5에 나타낸 격자 패턴(31 또는 32)이 다른 하나로서 이용된다. 몰드 마크(10) 또는 웨이퍼 마크(11) 중 어느 것이 체커보드 격자 패턴인지에 관계없이 기본적으로는 차이점이 없지만, 몰드 마크(10)이 체커보드 격자 패턴인 구조가 이하에서 설명될 것이다.
도 6은 x 방향으로 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대 위치를 검출하기 위한 몰드 마크(제1 마크)(10)와 웨이퍼 마크(제2 마크)(11)를 나타낸다. 몰드 마크(10)는 y 방향으로 격자 피치 Pmn(P1)을 갖고 x 방향으로 격자 피치 Pmm(P2)를 갖는 체커보드 격자 패턴(10a)을 포함한다. 웨이퍼 마크(11)는 x 방향으로만 Pmm와는 상이한 격자 피치 Pw(P3)을 갖는 격자 패턴(11a)을 포함한다. 2개의 격자 패턴(10a 및 11a)이 서로 중첩하고 있는 동안 검출기(3)에 의해 모아레 줄무늬(간섭광)를 검출하는 원리가 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명될 것이다.
도 7a 및 도 7b는 x 방향 및 y 방향으로 격자 패턴(10a 및 11a)을 도시하는 도면이다. x 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬가 동공면의 y 축 상에 배치된 제1 및 제3 극의 강도 분포 IL1 및 IL2에 의해 생성되었다. d를 격자 피치라 하고, λ를 조명 광학계(22)로부터 방출된 광의 파장이라 하며, n을 회절 차수라 하면, 격자 패턴(10a 및 11a)의 회절각 φ는,
[수학식 3]
sinφ = nλ/d
로 표현된다.
따라서, φmm 및 φmn을 각각 x 방향 및 y 방향으로의 격자 패턴(10a)의 회절각이라 하고, φw를 격자 패턴(11a)의 회절각이라 하면, 이하의 수학식 (4) 내지 (6)이 성립된다.
[수학식 4]
sinφmm = nλ/Pmm
[수학식 5]
sinφmn = nλ/Pmn
[수학식 6]
sinφw = mλ/Pw
도 7a를 참조하면, 격자 패턴(10a 및 11a)은, 동공면의 비계측 방향으로서의 y 축 상에 배치된 제1 및 제3 극의 강도 분포 IL1 및 IL2에 의해 y 방향(비계측 방향)으로 비스듬하게 조사된다. 격자 패턴(10a 및 11a)에 의해 정반사된(specularly reflected) 광 성분(제로차 광 성분) D1 및 D1'는, 검출기(3)가 수학식 (2)를 만족하기 때문에 검출 광학계(21) 상에 입사하지 않는다.
D2 및 D2'는 몰드 격자 패턴(10a)에 의해서만 ±1차만큼 회절된 광 성분을 나타내고, D3는 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 +/- 1차만큼 회절되고 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 -/+1차만큼 회절된 회절광을 나타낸다. 검출기(3)는 몰드(7)과 웨이퍼(8)의 상대 위치를 검출할 때 회절광 D3를 이용한다. y 방향으로 격자 피치 Pmn를 갖는 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 각도 φmm으로 회절된 광 성분(D2, D2', 및 D3)은 y 축에 관하여 검출 광학계(21)에 의해 검출되는 각도로 출력된다.
본 실시형태에서, 제로차 회절광을 제외한 회절광 중에서 높은 회절 강도를 가지며 격자 패턴(10a)에 의해 +/-1차 만큼 회절되고 격자 패턴(11a)에 의해 -/+1차 만큼 회절되는 회절광 D3를 검출하기 위해, 검출기(3)의 P1, NAO, NAil1, 및 NAP1는 다음의 조건을 만족한다. Pmn, NAO, NAil, 및 NAP는 이하의 수학식 (7)을 만족한다. 즉, y 방향의 회절광은 수학식 (7)을 만족하는 범위 내의 파장 λ에서 검출될 수 있다.
[수학식 7]
|NAil1 - |sinφmn|| = |NAil1 - λ/P1| < NAO + NAP1/2
본 실시형태에서 P1 = Pmn, NAil1 = NAil, 및 NAP1 = NAP이므로, 수학식 (7)은
Figure 112012082916115-pat00001
|NAil - |sinφmn|| = |NAil - λ/Pmn| < NAO + NAP/2 ... 수학식 (7')
로 표현된다.
회절광 D3는 y 방향에 수직할 때 가장 효율적으로 검출될 수 있다. 따라서, λC를 광원으로부터 출력된 조사광의 중심 파장이라 하면, 조명 광학계(22)의 조명 조건과 몰드 격자 패턴(10a)의 격자 피치 Pmn이,
[수학식 8]
NAil - λC/Pmn = 0
을 만족하도록 조정하는 것이 바람직하다.
전술된 바와 같이, 몰드 격자 패턴(10a)은 y 방향(비계측 방향)에서 비스듬하게 조사되고, 격자 패턴(10a)에 의해 비계측 방향으로 회절된 회절광이 검출된다. 그 다음, x 방향(계측 방향)의 회절광이 도 7b를 참조하여 설명될 것이다. 동공면의 y 축상에 배치된 제1 및 제3 극의 광 강도 분포 IL1 및 IL2는 x 축에 수직한 방향으로 격자 패턴(10a 및 11a) 상에 입사된다. y 방향의 경우와 같이 +/- 1차의 회절광으로서, 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 +/-1차만큼 회절되고 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 -/+1차만큼 회절된 회절광 D3는, Pmm 및 Pw가 가깝기 때문에 x 축에 대해 작은 각도로 검출 광학계(21) 상에 입사된다.
도 7c는 회절광 D3가 회절되는 방식을 도시한다. 각각의 실선 화살표는, 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 +/-1차만큼 회절되고 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 -/+1차 만큼 회절되어 몰드(7)를 투과한 광을 나타낸다. 또한, 각각의 점선 화살표는, 몰드 격자 패턴(10a)을 투과하고 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 -/+1차 만큼 회절되고 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 +/-1차 만큼 회절된 회절광을 나타낸다. 이 상태에서 회절광 D3의 회절각 φ△는,
[수학식 9]
sinφ△ = λ× |Pw - Pmm|/(PmmPw)
로 표현된다.
수학식 (9)에서 |Pw - Pmm|/(PmmPw)을 1/P△로 대체하면,
[수학식 10]
sinφ△ = λ/P△
이 된다.
수학식 (10)은 회절광 D3가 주기 P△를 갖는 간섭 무늬를 생성한다는 것을 의미한다. 이 간섭 무늬는 모아레 줄무늬로서, 그 주기는 몰드 격자 패턴(10a)과 웨이퍼 격자 패턴(11a)의 격자 피치들 사이의 차이에 의존한다. 그러나, 몰드 격자 패턴(10a)은 본 실시형태에서는 체커보드 패턴이므로, 생성된 모아레 줄무늬의 주기는 P△/2이다. 몰드(7)와 웨이퍼(8) 사이의 상대 위치 차이는, 모아레 줄무늬의 명과 암 사이의 위치 차이로 확대된다. 따라서, 낮은 해상력을 갖는 검출 광학계(21)를 이용하는 경우에도 정렬이 정확하게 실시될 수 있다.
몰드 격자 패턴(10a)에 의해서만 회절되는 광 성분 D2와 D2', 또는 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해서만 1차만큼 회절되는 광 성분 D4 및 D4'는 각도 φmm 또는 φw로 출력된다(도 7b). D2, D2', D4, 및 D4'는 어떠한 모아레 줄무늬도 생성하지 않지만 노이즈를 생성하기 때문에, 검출 광학계(21)가 이들 중 어느 것도 검출하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 격자 패턴(10a 및 11a)의 격자 피치(P2 및 P3)와 검출기(3)의 제1 검출 개구 OBJ1의 개구수 NAO는,
[수학식 11]
λ/P2 = |sinφmm| > NAO + NAP1/2
[수학식 12]
λ/P3 = |sinφw| > NAO + NAP1/2
를 만족하도록 조정된다.
본 실시형태에서 P2 = Pmm, P3 = Pw, 및 NAP1 = NAP 이므로, 수학식 (11) 및 (12)는,
Figure 112012082916115-pat00002
λ/Pmm = |sinφmm| > NAO + NAP/2 ... 수학식 (11')
Figure 112012082916115-pat00003
λ/Pw = |sinφw| > NAO + NAP/2 ... 수학식 (12')
로 표현된다.
몰드 격자 패턴(10a) 및 웨이퍼 격자 패턴(11a) 중 어느 쪽에 의해서도 x 방향으로 회절되지 않은 광 성분(제로차 회절광 성분, 도 7b에 도시된 D1 및 D1')은, x 축에 관하여 검출 광학계(21)에 의해 검출되는 각도로 출력된다. 또한, 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 회절되지 않고 웨이퍼(8)에 의해 반사되기 이전 및 이후에 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 x 방향으로 +/-n차 및 -/+n차 (총 제로차)만큼 회절된 회절광 성분 D5 및 D5'는 x 축에 관하여 검출 광학계(21)에 의해 검출되는 각도로 출력된다. 회절광 성분 D5 및 D5'는 모아레 줄무늬를 생성하지 않고 모아레 줄무늬의 콘트라스트를 감소시킨다. 그러나, 몰드 격자 패턴(10a)은 본 실시형태에서는 체커보드 패턴이므로, 인접 격자들로부터의 회절광 성분 D5 및 D5'의 위상은 Π만큼 어긋나, 이들 광 성분들이 서로를 상쇄시킨다. 따라서, 회절광 성분 D5 및 D5'의 강도가 감소되고, 모아레 줄무늬가 높은 콘트라스트로 계측될 수 있다. 도 7d는 도 7a 및 도 7b를 3차원으로 나타내는 도면이다. 회절광 성분 D5 및 D5'는 강도가 감소되기 때문에 도시되어 있지 않다는 점에 유의한다.
x 방향으로의 몰드(7)과 웨이퍼(8)의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬 검출이 상기에서 설명되었다. y 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬 검출은, x 및 y에 대해 마크와 조사 방향이 전환된다는 점을 제외하고는, 기본적으로 동일하다. 즉, x 방향으로 격자 피치 P5(Pmn)를 갖고 y 방향으로 격자 피치 P4(Pmm)를 갖는 체커보드 격자 패턴(10b)이 y 방향으로 몰드 정렬을 위한 제3 마크(10)로서 이용된다. y 방향으로만 P4(Pmm)와는 상이한 격자 피치 P6(Pw)를 갖는 격자 패턴(11b)이 y 방향으로 웨이퍼 정렬을 위한 제4 마크(11)로서 이용된다(도 8). 또한, y 방향으로 상대 위치 검출을 위한 모아레 줄무늬는, 동공면의 x 축상에 배치된 제2 극 IL3 및 제4 극 IL4의 광 강도 분포로 전술된 2개의 격자 패턴(10b 및 11b)을 조사함으로써 생성된다.
수학식 (7), (11), 및 (12)와 마찬가지로, 이하의 수학식들은 y 방향으로 상대 위치를 검출하기 위하여 반드시 만족되어야 한다.
|NAil2 - |sinφmn|| = |NAil2 - λ/P5| < NAO + NAP2/2
λ/P4 = |sinφmm| > NAO + NAP2/2
λ/P6 = |sinφw| > NAO + NAP2/2
격자 패턴(10a 및 10b)이 동일한 격자 피치를 갖고 격자 패턴(11a 및 11b)이 동일한 격자 피치를 갖는 경우가 상기에서 설명되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 격자 패턴(10a 및 10b)은 상이한 격자 피치를 가질 수도 있고, 격자 패턴(11a 및 11b)은 상이한 격자 피치를 가질 수도 있다. 또한, 검출 광학계(21)의 광축으로부터 제1 및 제3 극 IL1 및 IL2의 중심까지의 거리 NAil1와, 그 광축으로부터 제2 및 제4 극 IL3 및 IL4의 중심까지의 거리 NAil2는 상이할 수도 있다.
본 실시형태의 검출기(3)는 2개 방향으로 정렬 마크들을 비스듬하게 조사함으로써 수직 방향으로 하나의 모아레 줄무늬를 검출한다. 이것은 하나의 방향으로 비스듬한 조사를 실시함으로써 비스듬한 방향으로 검출을 행하는 종래의 검출기에 비해 2배의 광량을 확보할 수 있게 한다. 결과적으로, 검출기(3)는 2개 물체의 상대 위치를 정확하게 검출할 수 있다. 본 실시형태의 검출기(3)는 이미 전술된 바와 같이 수학식 (7)을 만족하는 범위 내의 파장 λ에서 회절광을 검출할 수 있고, 이 파장 범위는 가능한 넓은 것이 바람직하다. 따라서, 조명 광학계(22)는 제1 및 제3 마크(10)와 제2 및 제4 마크(11)를 복수의 파장을 갖는 광으로 조사하는 것이 바람직하다.
웨이퍼(8) 상에 형성된 제2 및 제4 마크(11)는 웨이퍼(8)의 표면에 좀처럼 노출되지 않고, 종종 수 개 내지 수십 개의 층들이 적층되는 프로세스 내부에서 형성된다. 투명 재료로 형성된 층이 마크(11) 상에 형성되면, 소위 박막 간섭 때문에 종종 조사광의 파장에 따라 마크(11)로부터 되돌아오는 광의 강도가 극히 감소된다. 이 경우, 조사광의 파장 λ를 변경하면, 그 결과로서 마크(11)를 볼 수 있기 때문에, 박막 간섭의 조건을 피할 수 있다. 이에 기초하여, 검출기(3)를 이용하여 관찰을 행하는 경우에도 조사광의 파장 λ를 넓은 범위 내에서 가변시키고, 웨이퍼(8)의 형성 프로세스에 따라 최상의 검출 조건을 결정하는 것이 바람직하다. 결정될 조건들은, 예를 들어, 마크의 결정 피치 P1 내지 P6, 개구수 NAO, 제1 극 및 제2 극의 중심 위치, 및 조사광의 파장 범위와 중심 파장이다. 조사광의 파장 λ로서, 할로겐 램프 등의 광대역의 복수 파장을 갖는 광원을 광원(23)으로서 이용함으로써 대역통과 필터에 의해 원하는 파장 대역을 컷아웃(cut out)하거나, 상이한 중심 파장들을 갖는 LED 등의 복수의 단색 광원을 전환시키는 것이 가능하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 격자 패턴(10a 및 11a)와 격자 패턴(10b 및 11b)을 중첩함으로써 형성된 마크들은, 도 4에 도시된 바와 같이, 조명 광학계(22)의 광 강도 분포 IL1 내지 IL4와 검출 개구 OBJ1을 갖는 검출기(3)의 시야(40)에 동시에 놓인다. 결과적으로, 하나의 검출기(3)는 x 및 y 방향으로의 정렬을 위한 모아레 줄무늬들을 동시에 관찰할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 하나의 검출기(3)(검출 광학계(21)와 조명 광학계(22))를 이용함으로써 비교적 저렴하고 간단한 장치 구성에 의해 2개 방향으로의 상대 위치 정보가 동시에 얻어질 수 있다.
x 및 y 방향으로 모아레 줄무늬를 동시에 관찰함으로써 정렬을 실시하는 방법에서, x 방향으로의 상대 위치 검출에 이용되는 조사광의 광 강도 분포는 도 4에 도시된 제1 및 제3 극 IL1 및 IL2이다; 제2 및 제4 극 IL3 및 IL4는 이용되지 않는다. 마찬가지로, y 방향으로의 상대 위치 검출에 이용되는 조사광의 광 강도 분포는 도 4에 도시된 제2 및 제4 극 IL3 및 IL4이고, 제1 및 제3 극 IL1 및 IL2는 이용되지 않는다. x 방향 및 y 방향으로 상대 위치를 동시에 검출하기 위해, 조사광에 의한 비스듬한 조사가 y 및 x 방향으로 실시되어야 한다.
이 경우, 상대 위치 검출에 이용되지 않는 조사광의 광 강도 분포는 정렬 마크(10 및 11)에 조사되어, 마크(10 및 11)가 회절광을 생성하게끔 한다. 검출 광학계(21)가 이 회절광을 검출한다면, 상대 위치 검출에 이용되는 모아레 줄무늬의 콘트라스트가 감소하고, 이것은 때때로 계측 정확도를 감소시킨다.
도 6에 도시된 x 방향으로 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대 위치를 검출하기 위한 제1 및 제2 마크(10 및 11)가 y 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 조사광의 광 강도 분포(도 4에 도시된 IL3 및 IL4)로 조사되는 경우가 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 설명될 것이다. 도 10a를 참조하면, 격자 패턴(10a 및 11a)은, 동공면의 계측 방향으로서의 x 축 상에 배치된 광 강도 분포 IL3 및 IL4로 비스듬하게 조사된다. 격자 패턴(10a 및 11a)으로부터의 정반사 광 성분(제로차 회절광 성분) D11 및 D11'는, 검출기(3)가 수학식 (2)를 만족하기 때문에 검출 광학계(21) 상에 입사하지 않는다. D12 및 D12'는, x 방향으로 주기 Pmm를 갖고 몰드 격자 패턴(10a)에 의해서만 ±1차 만큼 회절되고 각도 φmm으로 회절된 광 성분을 나타낸다. 몰드 격자 패턴(10a)은 본 실시형태에서는 체커보드 패턴이므로, 인접 격자들로부터의 회절광 성분 D12 및 D12'의 위상은 Π 만큼 어긋나, 이들 광 성분들이 서로를 상쇄시킨다. 이것은 강도를 감소시키는 것을 가능케 한다.
D13 및 D13'는, 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해서만 ±1차 만큼 회절되고 각도 φw로 회절되는 광 성분을 나타낸다. 회절광 성분 D13 및 D13'가 이하의 수학식 (13)을 만족하면, 이들은 검출 개구 OBJ1에 입사하지 않으므로, 검출 광학계(21)에 의해 검출되지 않는다.
[수학식 13]
|λ/P2 - NAil2| ≥ NAO + NAP2/2
|λ/P3 - NAil2| ≥ NAO + NAP2/2
본 실시형태에서 P3 = Pw, NAil2 = NAil, 및 NAP2 = NAP이므로, 수학식 (13)은
Figure 112012082916115-pat00004
|λ/Pw - NAil| ≥ NAO + NAP/2 ... 수학식 (13')
로 표현된다.
수학식 (13')이 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명될 것이다. 도 1a 및 도 1b는 검출 개구 OBJ1과 조명 광학계(22)의 광 강도 분포 IL1 및 IL3 사이의 관계를 나타낸다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 개구수 NA는 동공의 크기를 나타낸다. 본 실시형태의 조명 광학계(22)의 광 강도 분포는 2개의 극 IL1 및 IL3에 의해 형성된다. 도 1a 및 도 1b는 간소화를 위해 극 IL1 및 IL3만을 도시하고 있지만, 도 4에 도시된 극 IL2 및 IL4가 존재하는 경우에도 마찬가지 방식으로 고려함으로써 관계를 얻을 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위해 회절광에 대하여 필요한 광 강도 분포만이 도시되어 있다. 광 강도 분포 IL1m은, y 방향으로의 조사광 IL1이 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 회절된 후의 광 강도 분포를 나타낸다. 광 강도 분포 IL1m이 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 더욱 회절되면, 회절광 IL1mw는 검출 개구 OBJ1에 진입하고, 검출 광학계(21)는 모아레 줄무늬를 검출한다.
도 1a는 수학식 (13')이 만족되지 않을 때의 회절광의 광 강도 분포를 도시한다. 즉, 웨이퍼 격자 패턴(11a)의 격자 피치 Pw와 비계측 방향으로의 몰드 격자 패턴(10a)의 격자 피치 Pmn 사이의 차이는 작다고 가정한다. 이 상태에서, 몰드 격자 패턴(10a)으로부터의 회절광 IL1m과, 계측에 이용되지 않는 조사광 IL3의 제로차 회절광 D11은 거의 동일한 입사각으로 웨이퍼 패턴(11a)을 조사한다. 결과적으로, 계측에 이용되지 않는 조사광 IL3에 의해 웨이퍼 격자 패턴(11a)으로부터 발생된 회절광 D13이 검출된다.
반면, 도 1b는 수학식 (13')이 만족될 때의 회절광의 광 강도 분포를 도시한다. 즉, 웨이퍼 격자 패턴(11a)의 격자 피치 Pw와 비계측 방향으로의 몰드 격자 패턴(10a)의 격자 피치 Pmn 사이의 차이는 크다(도 1b에서 Pw < Pmn). 따라서, 몰드 격자 패턴(10a)으로부터의 회절광 IL1m과, 계측에 이용되지 않는 조사광 IL3의 제로차 회절광 D11은 상이한 입사각으로 웨이퍼 패턴(11a)을 조사한다.
결과적으로, 계측에 이용되지 않는 조사광 IL3에 의해 웨이퍼 격자 패턴(11a)으로부터 발생된 회절광 D13은 검출 개구 OBJ1 외부로 회절되므로, 검출되지 않는다. Pw > Pmn이면, 2차 또는 더 고차의 회절광이 검출될 수도 있지만, 이 회절광은 1차 회절광보다 약하다. 따라서, 수학식 (13')(또는 수학식 (13))이 만족되면, 몰드 격자 패턴(10a)으로부터의 제로차 회절된 광으로서 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 1차만큼 회절된 광을 더 이상 검출할 수 없다. 결과적으로, x 및 y 방향으로의 상대 위치가 정확하게 계측될 수 있다.
도 10a에 도시된 회절광 성분 D14 및 D14'는, 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 +/-1차 만큼 회절되고 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해 -/+1차 만큼 회절된 회절광 성분이다. 이 상태의 회절각 φ△는 도 7b에 도시된 바와 같이 수학식 (9)에 의해 표현되고, 회절광 성분 D14 및 D14'의 간섭 무늬는 모아레 줄무늬이다. 그 다음, y 방향(비계측 방향)의 회절광이 도 10b를 참조하여 설명될 것이다.
회절광 성분 D11 및 D11'는 몰드 격자 패턴(10a) 및 웨이퍼 격자 패턴(11a)의 어느 것에 의해서도 y 방향으로 회절되지 않은 광 성분, 즉, 제로차 회절광 성분이다. 또한, D11 및 D11'는 몰드 격자 패턴(10a)을 투과할 때 +/-n차 만큼 회절되고 웨이퍼 격자 패턴(11a)에 의해서는 회절되지 않고 반사되며 몰드 격자 패턴(10a)에 의해 y 방향으로 -/+n차 만큼 회절된 (총 제로차의) 회절광 성분을 포함한다. 도 10b에 도시된 D12, D12', D14, 및 D14'는 몰드 격자 패턴(10a)으로부터의 1차 회절광 성분을 나타낸다. 각각의 회절광은 1차 만큼 회절되고 z 축에 관하여 각도 φmn으로 출력된다. 도 10c는 도 10a 및 도 10b를 3차원으로 나타내는 도면이다.
x 방향으로 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬의 검출에 이용되지 않는 방향으로 조사광이 조사되는 경우가 상기에서 설명되었다. y 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬 검출은, x 및 y에 대해 정렬 마크와 조사 방향이 전환된다는 점을 제외하고는, 기본적으로 동일하다. 따라서, 수학식 (13)과 유사한 수학식 (14)는 y 방향의 계측시에 만족되어야 한다.
[수학식 14]
|λ/P4 - NAil1| ≥ NAO + NAP1/2
|λ/P6 - NAil| ≥ NAO + NAP1/2
격자 패턴(10a 및 10b)의 격자 피치들은 서로 상이할 수도 있고, 격자 패턴(11a 및 11b)의 격자 피치들은 서로 상이할 수도 있다. 또한, 광축으로부터 IL1 및 IL2까지의 거리와 광축으로부터 IL3 및 IL4까지의 거리는 서로 상이할 수도 있다. 4개의 광 강도 분포 IL1 내지 IL4의 크기는 서로 상이할 수도 있다. 본 실시형태의 검출기(3)는 상대 위치의 검출에 이용되지 않고 전술된 바와 같이 수학식 (13) 및 (14)를 만족하는 범위 내의 파장 λ를 갖는 조사광으로부터의 회절광을 제거함으로써 높은 콘트라스트에서 모아레 줄무늬를 검출할 수 있고, 이 파장 범위는 가능한 넓은 것이 바람직하다는 점에 유의한다.
도 12는, 제1 실시형태의 변형에 따른 조명 광학계(22)의 광 강도 분포와 검출 광학계(21)의 검출 개구 사이의 관계를 도시한다. 도 12를 참조하면, 개구수 NA는 도 4에서와 같이 동공의 크기를 나타낸다. 본 실시형태의 변형의 조명 광학계(22)의 광 강도 분포는 4개의 극 IL1 내지 IL4을 포함한다. IL1 내지 IL4 각각은 직경 NAP를 갖는 원형의 극이다. 제1 및 제3 극 IL1 및 IL2는, 동공면의 y 축상의 광축으로부터 각각 양의 방향 및 음의 방향으로 NAil만큼 이격된 위치에 배치되어 있다. 제2 및 제4 극 IL3 및 IL4는, 동공면의 x 축상의 광축으로부터 각각 양의 방향 및 음의 방향으로 NAil만큼 이격된 위치에 배치되어 있다.
OBJ1 내지 OBJ5는, 각각이 직경 NAO를 갖는 제1 내지 제5 원형 검출 개구를 각각 나타낸다. 제1 검출 개구 OBJ1은 원래의 위치에 놓이고, 제2 내지 제5 검출 개구 OBJ2 내지 OBJ5는 x 축 및 y 축으로부터 양의 방향 및 음의 방향으로 NAil1 또는 NAil2만큼 이격된 위치에 배치되어 있다. 즉, 제2, 제3, 제4, 및 제5 검출 개구 OBJ2, OBJ3, OBJ4, 및 OBJ5는 중심 위치로서 각각 좌표(NAil1, NAil2), (-NAil1, NAil2), (-NAil1, -NAil2), 및 (NAil1, -NAil2)를 가진다. 도 12에 도시된 구조는 도 4에 도시된 구조의 4개 코너에 4개의 검출 개구 OBJ2 내지 OBJ5를 추가로 배치함으로써 얻어진다.
도 6에 도시된 x 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 마크들이 도 12에 도시된 검출기(3)의 검출 개구와 광 강도 분포를 이용함으로써 검출되는 경우가 이하에 설명될 것이다. 전술된 바와 같이, 도 12에 도시된 제1 검출 개구 OBJ1에 의해 검출되는, x 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬는, 동공면의 y 축상에 배치된 강도 분포 IL1 및 IL2에 의해 생성된다.
마찬가지로, 검출 개구 OBJ2에 의해 검출되는, x 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬는, 동공면의 y 축상에 형성된 강도 분포 IL3에 의해 생성된다. 검출 개구 OBJ3 및 OBJ4에 의해 검출되는, x 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬는, 강도 분포 IL4에 의해 생성된다. 검출 개구 OBJ5에 의해 검출되는, x 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬는, 강도 분포 IL3에 의해 생성된다. 도 12에 도시된 검출 개구에서 설명된 괄호 안의 IL1 내지 IL4는, 이들 검출 개구들에 의해 검출되는, x 방향으로의 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬에 의해 생성된 강도 분포들을 나타낸다.
상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬의 광량을 증가시키기 위하여 검출 개구들이 전술된 바와 같이 추가로 배치된다. 검출 개구 OBJ2 내지 OBJ5가 4개 코너에 추가로 배치되어 있는 도 12에 도시된 변형에서, 상대 위치 검출을 위한 모아레 줄무늬의 광량은 중심에서의 제1 검출 개구 OBJ1만을 이용할 때보다 3배 크다.
도 13은, 제1 실시형태의 변형에 따른 조명 광학계(22)의 광 강도 분포와 검출 개구 사이의 관계를 도시한다. 검출 개구들이 도 12에 도시된 바와 같이 4개 코너에 배치되면, 검출기(3)에 대해 요구되는 NA 범위가 확대되어, 검출기(3)의 직경이 증가한다. 도 13에 도시된 광 강도 분포와 검출 개구 사이의 관계를 이용함으로써, 검출될 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬의 광량이, 도 4에 도시된 것으로부터 검출기(3)의 NA를 변경하지 않고도 도 4에 도시된 것에 비해 증가될 수 있다.
도 13에 도시된 4개 코너의 검출 개구들은, 도 12에 도시된 4개 코너의 검출 개구들의 원들 내부의 영역에서, 중심으로서 좌표(0, 0)을 갖고 반경으로서 (NAil1 + NAP1/2) 및 (NAil2 + NAP2/2) 중 더 큰 것을 갖는 원 내부에 존재한다. 즉, 상대 위치를 검출하기 위한 모아레 줄무늬는, 도 13에 도시된 전체 검출 개구 OBJ1에서 검출되고, 4개 코너의 검출 개구들 OBJ2 내지 OBJ5 각각에서 도 13의 실선으로 에워싼 영역 내부에서 검출된다. 따라서, 중심에서의 제1 검출 개구 OBJ1만을 이용한 구조에 비해, 상대 위치 검출을 위한 모아레 줄무늬의 검출되는 광량이 증가한다.
[제2 실시형태]
제2 실시형태에 따른 임프린트 장치(1)가 이하에서 도 14를 참조하여 설명될 것이다. 본 실시형태의 임프린트 장치(1)의 임프린트 처리의 구조 및 방법은, 이 장치가 투영 광학계(12)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 제1 실시형태와 기본적으로 동일하다. 투영 광학계(12)는 몰드(7) 바로 위에 배치되고 몰드(7) 및 웨이퍼(8) 상에 각각 형성된 정렬 마크(10 및 11)의 영상을 투영 광학계(12)의 투영면(13) 상에 투영한다. 또한, 투영 광학계(12)는 다이크로익 거울(dichroic mirror, 14)을 포함한다. 다이크로익 거울(14)은 그 파장에 따라 광을 선택적으로 반사하거나 투과시키는 광학 부재이다. 예를 들어, 다이크로익 거울(14)은 수지(9)를 경화시키는 자외선은 반사하고, 마크(10 및 11)를 조사하기 위한 가시광 또는 적외선은 투과시키도록 설계된다.
검출기(3)는 투영 광학계(12)(및 다이크로익 거울(14))를 통해 몰드(7) 및 웨이퍼(8) 상의 마크(10 및 11)를 조사하고, 투영 광학계(12)의 투영면(13) 상으로 투영된 모아레 줄무늬의 영상을 검출함으로써, 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대 위치를 검출한다. 자외선 조사 유닛(2)은, 다이크로익 거울(14)이 투영 광학계(12)의 측면으로부터의 자외선으로 조사되고, 다이크로익 거울(14)에 의해 반사되고 미리결정된 형상을 갖는 자외선이 투영 광학계(12)의 내부를 통해 3차원 패턴을 균등하게 조사하도록 설계된다. 따라서, 몰드(7)와 투영 광학계(12) 내부의 다이크로익 거울(14) 사이의 광학 부재는, 자외선을 투과시키는, 예를 들어, 석영으로 형성된다. 이러한 구조에서, 광축이 몰드(7)와 웨이퍼(8)에 수직하도록 설정된 검출기(3)를 이용하는 경우에도, 검출기(3)는 자외선 조사 동안에 퇴거(retract)될 필요가 없다. 즉, 검출기(3)를 퇴거시키는 데 요구되는 시간이 불필요하므로, 임프린트 장치(1)의 생산성이 증가될 수 있다.
다이크로익 거울(14)은 또한, 자외선을 투과시키거나 가시광이나 적외선을 반사하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 투영 광학계(12)의 광 경로는 다이크로익 거울(14)에 의해 구부러지고, 검출기(3)와 자외선 조사 유닛(2) 사이의 위치 관계는 도 14에 도시된 것과 반대이다. 즉, 자외선 조사 유닛(2)은 몰드(7) 위에 배치된다. 또한, 본 실시형태에 따른 임프린트 장치(1)에서는, 투영 광학계(12)의 투영면(13) 부근에 구부림 거울(bending mirror, 15)이 배치된다. 구부림 거울(15)은, 검출기(3)로부터의 조사된 조사광과 정렬 마크(10 및 11)로부터의 회절광을, 광 빔 직경이 작은 위치에서 X-Y 평면에 평행한 방향으로 구부러지게 한다. 따라서, 파장 범위나 조사 광량의 증가로 인해 검출 광학계(21) 또는 조명 광학계(22)의 NA가 증가하고, 결과적으로 검출기(3)의 직경이 증가하는 경우에도, X 및 Y 방향으로 검출기(3)들을 서로 가깝게 배치하고, 정렬 마크(10 및 11)의 레이아웃의 자유도를 증가시키는 것이 가능하다.
투영 광학계(12)가 이용되지 않을 때, 몰드 유지기(4)의 몰드 구동 기구나 몰드(7)의 보정 기구와의 간섭을 피하기 위하여, 몰드(7)로부터 약간 떨어진 위치에 검출기(3)를 배치하거나 검출기(3)의 직경을 최소화하는 것이 필요하다. 검출기(3)가 몰드(7)로부터 떨어진 위치에 배치되면, 광 빔 직경이 증가하여, 검출기(3)가 커진다. 그 결과, 검출기(3)의 비용이 증가하고, 검출될 수 있는 마크(10 및 11)의 레이아웃에 관한 제한이 더 엄격해진다. 반면, 검출기(3)의 직경이 감소되면, 검출 광학계(21) 및 조명 광학계(22)의 NA는 감소되어, 마크(10 및 11)를 조사하기 위한 광량이 감소되거나, 검출 파장의 대역폭이 감소된다. 이것은 몰드(7)와 웨이퍼(8)의 상대적 정렬의 정확성을 감소시킨다.
전술된 바와 같은 투영 광학계(12)를 이용할 때, 몰드 구동 기구 및 몰드(7)의 보정 기구와의 간섭없이 그리고 마크(10 및 11)의 레이아웃에 관한 제한없이, 검출 광학계(21) 및 조명 광학계(22)의 NA가 증가될 수 있다. 결과적으로, 검출기(3)의 검출 파장 범위를 넓히고, 조사 광량을 증가시키는 것이 가능하다. 이것은 몰드(7)와 웨이퍼(8)를 더욱 정확하게 정렬시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 배치 공간이 확보될 수 있다면, 투영 광학계(12)를 이용하지 않고 검출 광학계(21) 및 조명 광학계(22)를 상이한 광학계에 의해 형성할 수 있다.
[제3 실시형태]
물품 제조 방법이 설명될 것이다. 물품으로서의 디바이스(예를 들어, 반도체 집적 회로 소자 또는 액정 표시 소자)를 제조하는 방법은, 전술된 임프린트 장치(1)를 이용함으로써 기판(웨이퍼, 유리판, 또는 필름 기판) 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 이 제조 방법은 패턴이 형성되는 기판을 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다. 패터닝된 매체(기록 매체) 또는 광학 소자 등의 또 다른 물품을 제조할 때, 이 제조 방법은, 에칭 대신에, 패턴이 형성되는 기판을 가공하는 또 다른 단계를 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 종래 방법에 비해, 본 실시형태의 물품 제조 방법은, 물품의 성능, 품질, 생산성, 및 제조 비용 중 하나 이상에서 유익하다.
본 발명이 예시적 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적 실시형태로 한정되는 것은 아님을 이해하여야 한다. 첨부된 청구항들의 범위는, 이러한 모든 변형과 등가 구조물 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석이 부여되어야 한다.

Claims (26)

  1. 제1 방향과 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향의 각각에 있어서 주기를 갖는 제1 회절 격자, 및 상기 제2 방향으로의 상기 제1 회절 격자의 주기와는 다른 상기 제2 방향으로의 주기를 갖는 제2 회절 격자를 조사하도록 구성된 조명 광학계; 및
    상기 조명 광학계에 의해 조사된 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출하도록 구성된 검출 광학계를 포함하고,
    상기 검출 광학계는, 상기 회절 광을 검출하기 위한 광전 변환 소자, 및 상기 검출 광학계의 동공면(pupil plane) 상에 배치된 유도부를 포함하고,
    상기 조명 광학계는 상기 조명 광학계의 동공면 상에 제1 극과 제2 극의 광 강도 분포를 형성하고,
    상기 유도부는, 상기 회절 격자의 표면의 법선 방향에 대하여 상기 제1 방향으로 경사 입사하는 상기 제1 극으로부터의 광으로 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자가 조사될 때 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 광을 상기 광전 변환 소자로 유도하도록 구성되고,
    상기 법선 방향에 대하여 상기 제2 방향으로 경사 입사하는 상기 제2 극으로부터의 광으로 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자가 조사될 때 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광은, 상기 검출 광학계의 동공면 상의 유도부와는 다른 위치에 입사하는, 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동공면 상의 좌표들을 상기 제1 방향으로의 위치와 상기 제2 방향으로의 위치로 표현하는 경우,
    상기 제1 극은, 직경 NAP1와, 상기 조명 광학계의 동공면의 중심 위치로서의 좌표(0, NAil1)를 갖고,
    상기 제2 극은, 직경 NAP2와, 상기 조명 광학계의 상기 동공면의 중심 위치로서의 좌표(0, NAil2)를 갖고,
    상기 검출 광학계의 유도부는, 반경 NAO와, 상기 검출 광학계의 동공면의 중심 위치로서의 좌표(0, 0)를 갖는, 검출기.
  3. 제2항에 있어서,
    NAil1 > NAO + NAP1/2 및 NAil2 > NAO + NAP2/2로 표현되는 관계가 만족되는, 검출기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자를 복수의 파장을 갖는 광으로 조사하는, 검출기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유도부의 반경, 상기 제1 극의 직경, 상기 제2 극의 직경, 및 상기 조명 광학계로부터 방출되는 광의 파장 중 하나 이상은 가변적인, 검출기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회절 격자의 격자 피치, 상기 제2 회절 격자의 격자 피치, 상기 유도부의 반경, 상기 제1 극의 중심 위치, 상기 제2 극의 중심 위치, 상기 조명 광학계의 조사광의 중심 파장, 및 상기 조사광의 파장 범위 중 하나 이상은, 상기 검출 광학계에 의해 검출된 회절광의 강도나 콘트라스트에 기초하여 결정되는, 검출기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 상기 조명 광학계의 동공면에서, 직경 NAP1과 중심 위치로서의 좌표(0, -NAil1)를 갖는 제3 극과 직경 NAP2와 중심 위치로서의 좌표(-NAil2, 0)를 갖는 제4 극의 광 강도 분포를 형성하는, 검출기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 검출 광학계는, 상기 검출 광학계의 동공면에서, 반경 NAO와 중심 위치로서의 좌표(NAil1, NAil2), (-NAil1, NAil2), (-NAil1, -NAil2), 및 (NAil1, -NAil2)를 갖고 회절광을 상기 광전 변환 소자로 유도하는 4개의 유도부를 더 포함하는, 검출기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 검출 광학계는, 상기 검출 광학계의 동공면에서, 반경 NAO와 중심 위치로서의 좌표(NAil1, NAil2), (-NAil1, NAil2), (-NAil1, -NAil2), 및 (NAil1, -NAil2)를 갖는 4개 원의 내부의 영역에서, 좌표(0, 0)를 중심 위치로서 갖고 (NAil1 + NAP1/2) 및 (NAil2 + NAP2/2) 중 더 큰 것을 반경으로서 갖는 원 내부에, 회절광을 상기 광전 변환 소자로 유도하는 유도부를 더 포함하는, 검출기.
  10. 제1 방향과 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향의 각각에 있어서 주기를 갖는 제1 회절 격자, 및 상기 제2 방향으로의 상기 제1 회절 격자의 주기와는 다른 상기 제2 방향으로의 주기를 갖는 제2 회절 격자를 조사하도록 구성된 조명 광학계; 및
    상기 조명 광학계에 의해 조사된 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출하도록 구성된 검출 광학계를 포함하고,
    상기 조명 광학계는 상기 조명 광학계의 동공면 상에 제1 극과 제2 극의 광 강도 분포를 형성하고,
    상기 검출 광학계는, 상기 회절 격자의 표면의 법선 방향에 대하여 상기 제1 방향으로 경사 입사하는 상기 제1 극으로부터의 광으로 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자가 조사될 때 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출하고,
    상기 검출 광학계는, 상기 법선 방향에 대하여 상기 제2 방향으로 경사 입사하는 상기 제2 극으로부터의 광으로 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자가 조사될 때 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출하지 않는, 검출기.
  11. 기판에 도포되는 임프린트 재료와 몰드의 패턴을 접촉시키고, 상기 임프린트 재료를 경화하고, 상기 기판 상에 경화된 임프린트 재료의 패턴을 형성하기 위한 임프린트 장치로서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 검출기를 포함하고,
    상기 검출기는, 상기 몰드 상에 형성된 회절 격자에 의해 회절되는 회절광, 및 상기 기판 상에 형성된 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출하는, 임프린트 장치.
  12. 물품(article) 제조 방법으로서,
    제11항에 정의된 임프린트 장치를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 형성하는 단계에서 상기 패턴이 형성되는 기판을 가공하여 상기 물품을 제조하는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는, 검출된 회절광에 기초하여 상기 제2 방향으로의 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자의 상대 위치를 얻도록 구성된, 검출기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 검출 광학계는, 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자에 의해 회절된 회절광에 의해 생성되는 모아레 줄무늬를 검출하도록 구성된, 검출기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 수직하는, 검출기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유도부는 개구를 포함하는, 검출기.
  17. 제2항에 있어서,
    λ를 상기 조명 광학계로부터 방출되는 파장이라 하고, P1을 상기 제1 방향으로의 상기 제1 회절 격자의 주기라 하고, P2를 상기 제2 방향으로의 상기 제1 회절 격자의 주기라 하고, P3을 상기 제2 방향으로의 상기 제2 회절 격자의 주기라 하면, |λ/P3 - NAil2| ≥ NAO + NAP2/2, |λ/P2 - NAil2| ≥ NAO + NAP2/2, |NAil1 - λ/P1| < NAO + NAP1/2로 표현되는 관계가 만족되는, 검출기.
  18. 제17항에 있어서,
    λ/P2 > NAO + NAP1/2와 λ/P3 > NAO + NAP1/2로 표현되는 관계가 추가로 만족되는, 검출기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 제1 물체 상에 형성된 상기 제1 회절 격자와 제2 물체 상에 형성된 상기 제2 회절 격자를 조사하고,
    상기 조명 광학계는, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향의 각각에 있어서 주기를 갖고 상기 제1 물체 상에 형성된 제3 회절 격자, 및 상기 제1 방향으로의 상기 제3 회절 격자의 상기 제1 방향으로의 주기와는 다른 주기를 갖고 상기 제2 물체 상에 형성된 제4 회절 격자를 조사하고,
    상기 검출 광학계는, 상기 조명 광학계에 의해 조사되는 상기 제3 회절 격자와 상기 제4 회절 격자로부터의 회절광을 검출하고,
    상기 법선 방향에 대하여 상기 제2 방향으로의 경사 입사하는 상기 제2 극으로부터의 광으로 상기 제3 회절 격자와 상기 제4 회절 격자가 조사될 때 상기 제3 회절 격자와 상기 제4 회절 격자에 의해 회절되는 광은, 상기 유도부에 입사하고, 상기 광전 변환 소자로 유도되고,
    상기 법선 방향에 대하여 상기 제1 방향으로의 경사 입사하는 상기 제1 극으로부터의 광으로 상기 제3 회절 격자와 상기 제4 회절 격자가 조사될 때 상기 제4 회절 격자에 의해 회절되는 광은, 상기 검출 광학계의 동공면 상의 상기 유도부와는 다른 위치에 입사하는, 검출기.
  20. 제19항에 있어서,
    λ를 상기 조명 광학계로부터 방출되는 파장이라 하고, P4를 상기 제1 방향으로의 상기 제3 회절 격자의 주기라 하고, P5를 상기 제2 방향으로의 상기 제3 회절 격자의 주기라 하고, P6을 상기 제1 방향으로의 상기 제4 회절 격자의 주기라 하고,
    상기 동공면 상의 좌표들을 상기 제1 방향으로의 위치와 상기 제2 방향으로의 위치로 표현하는 경우,
    상기 제1 극은, 직경 NAP1와, 상기 조명 광학계의 동공면의 중심 위치로서의 좌표(0, NAil1)를 갖고,
    상기 제2 극은, 직경 NAP2와, 상기 조명 광학계의 상기 동공면의 중심 위치로서의 좌표(0, NAil2)를 갖고,
    상기 검출 광학계의 유도부는, 반경 NAO와, 상기 검출 광학계의 동공면의 중심 위치로서의 좌표(0, 0)를 갖고,
    |λ/P4 - NAil1| ≥ NAO + NAP1/2, |λ/P6 - NAil1| ≥ NAO + NAP1/2, |NAil2 - λ/P5| < NAO + NAP2/2로 표현되는 관계가 만족되는, 검출기.
  21. 제20항에 있어서,
    λ/P4 > NAO + NAP2/2, λ/P6 > NAO + NAP2/2로 표현되는 관계가 추가로 만족되는, 검출기.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제3 회절 격자 또는 상기 제4 회절 격자의 격자 피치는 상기 검출 광학계에 의해 검출되는 회절광의 강도나 콘트라스트에 기초하여 결정되는, 검출기.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 검출기는, 검출된 회절광에 기초하여 상기 제1 방향과 상기 제2 방향으로의 상기 제1 물체와 상기 제2 물체의 상대 위치를 얻도록 구성된, 검출기.
  24. 제1 방향과 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향의 각각에 있어서 주기를 갖는 제1 회절 격자, 및 상기 제2 방향으로의 상기 제1 회절 격자의 주기와는 다른 상기 제2 방향으로의 주기를 갖는 제2 회절 격자를 조명 광학계에 의해 조사하는 조사 단계; 및
    상기 조사 단계에서 조사된 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출 광학계에 의해 검출하는 검출 단계를 포함하고,
    상기 조사 단계에서, 상기 조사 광학계는 상기 조사 광학계의 동공면 상에 제1 극과 제2 극의 광 강도 분포를 형성하고,
    상기 검출 단계에서, 상기 검출 광학계는, 상기 회절 격자의 표면의 법선 방향에 대하여 상기 제1 방향으로 경사 입사하는 상기 제1 극으로부터의 광으로 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자가 조사될 때 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출하고,
    상기 검출 광학계는, 상기 법선 방향에 대하여 상기 제2 방향으로 경사 입사하는 상기 제2 극으로부터의 광으로 상기 제1 회절 격자와 상기 제2 회절 격자가 조사될 때 상기 제2 회절 격자에 의해 회절되는 회절광을 검출하지 않는, 검출 방법.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 상기 제1 극과 상기 제2 극의 광 강도 분포를 형성하도록 구성된 개구를 포함하는, 검출기.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 검출 광학계의 동공면에서, 상기 유도부는, 상기 조명 광학계의 동공면 상의 상기 제1 극과 상기 제2 극보다 상기 검출 광학계의 광축에 가까운 위치에 배치된, 검출기.
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