特許 7550814 検出装置、リソグラフィ装置、物品製造方法および検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】検出装置、リソグラフィ装置、物品製造方法および検出システム

(51)【国際特許分類】

   G03F 9/00 20060101AFI20240906BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

G03F9/00 H

H01L21/30 502D

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022081722

(22)【出願日】2022-05-18

(65)【公開番号】P2023170174

(43)【公開日】2023-12-01

【審査請求日】2023-10-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中山 諒

(72)【発明者】

【氏名】松本 隆宏

(72)【発明者】

【氏名】宮春 隆文

(72)【発明者】

【氏名】藤嶋 浩史

(72)【発明者】

【氏名】藤田 雄一

【審査官】植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２１７１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４２５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５３２３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４１６０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０３Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１周期構造を含む撮像面を有する撮像素子と、前記第１周期構造とは異なる第２周期構造を含む検出対象物を照明し前記検出対象物からの光を前記撮像面に結像させる光学系、を備える検出装置であって、
前記撮像面に入射した光は、前記第１周期構造に従って互いに次数が異なる複数の回折光を生じさせ、
前記撮像面の法線は、前記複数の回折光のうち互いに隣り合う１次以上の次数の回折光の間に前記光学系の光軸が位置するように、前記光軸に対して傾いていて、
前記光学系は、前記検出対象物からの光を前記撮像面に結像させる結像光学系を含み、
前記撮像面の法線は、前記互いに隣り合う１次以上の次数の回折光が前記結像光学系のＮＡの外側に向かって進むように、前記光軸に対して傾いている、
ことを特徴とする検出装置。

【請求項2】

前記光学系は、前記検出対象物を照明する照明光学系を含み、
前記照明光学系は、２つの極を含む照明光によって前記検出対象物を照明する、
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記照明光学系は、
２つの開口を含む絞りと、
光源からの光を前記２つの開口のそれぞれに向けて回折させる回折光学素子と、を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記照明光学系は、前記２つの開口にそれぞれに対応するように設けられた２つの偏光素子を更に含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。

【請求項5】

前記２つの偏光素子は、それぞれの偏光素子からの光の偏光方向が互いに直交するように配置される、
ことを特徴とする請求項４に記載の検出装置。

【請求項6】

前記第１周期構造は、前記法線に直交する第１方向に周期性を有する第１構造、および、前記法線および前記第１方向に直交する第２方向に周期性を有する第２構造を含み、
前記撮像面に入射した光は、前記第１構造に従って互いに次数が異なる複数の第１回折光を生じさせ、かつ、前記第２構造に従って互いに次数が異なる複数の第２回折光を生じさせ、
前記撮像面の法線は、前記複数の第１回折光のうち互いに隣り合う次数の第１回折光の間、かつ、前記複数の第２回折光のうち互いに隣り合う次数の第２回折光の間に、前記光学系の前記光軸が位置するように、前記光軸に対して傾いている、
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。

【請求項7】

前記撮像面の法線は、前記互いに隣り合う次数の回折光のそれぞれの光路の二等分線が前記光学系の光軸に重なるように、前記光軸に対して傾いている、
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。

【請求項8】

前記互いに隣り合う次数の回折光は１次回折光と２次回折光である、
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。

【請求項9】

原版のパターンを基板に転写するリソグラフィ装置であって、
前記原版と前記基板とのアライメントのために設けられた請求項１乃至８のいずれか１項に記載の検出装置と、
前記検出装置の出力に基づいて前記原版と前記基板とのアライメントを制御する制御部と、
を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。

【請求項10】

請求項９に記載のリソグラフィ装置を使って原版のパターンを基板に転写する工程と、
前記パターンが転写された基板から物品を得る工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。

【請求項11】

請求項１乃至８のいずれか１項に記載の検出装置と、第２周期構造を含む検出対象物と、を有し、
前記検出対象物の前記第２周期構造は、第１物体に設けられた第１パターンと、前記第１物体に重なるように配置される第２物体に設けられた第２パターンとによって構成されることを特徴とする検出システム。

【請求項12】

前記第１パターンおよび前記第２パターンは、前記第１パターンおよび前記第２パターンの相互の相対位置に応じたモアレ縞を発生させる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検出システム。

【請求項13】

前記検出対象物の前記第２周期構造は、物体に設けられたアライメントマークである、ことを特徴とする請求項１１に記載の検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置、リソグラフィ装置、物品製造方法および検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、型に設けられた型マークと基板に設けられた基板マークとによって生成されるモアレ縞を撮像素子で撮像し、その画像に基づいて型マークと基板マークとの相対位置を求めることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－００４９４０公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

撮像素子は、複数の画素の周期的な配列によって構成される画素アレイを有し、そのため、撮像素子の撮像面は、周期構造を有する。このような周期構造は、回折光を発生させ、これが撮像素子によって撮像される画像にノイズ成分を生じさせ、これが検出装置による検出の精度を低下させうる。

【0005】

本発明は、撮像素子が有する周期構造に起因する検出精度の低下を抑制するために有利な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の１つの側面は、検出装置に係り、前記検出装置は、第１周期構造を含む撮像面を有する撮像素子と、前記第１周期構造とは異なる第２周期構造を含む検出対象物を照明し前記検出対象物からの光を前記撮像面に結像させる光学系、を備える検出装置であって、前記撮像面に入射した光は、前記第１周期構造に従って互いに次数が異なる複数の回折光を生じさせ、前記撮像面の法線は、前記複数の回折光のうち互いに隣り合う１次以上の次数の回折光の間に前記光学系の光軸が位置するように、前記光軸に対して傾いていて、前記光学系は、前記検出対象物からの光を前記撮像面に結像させる結像光学系を含み、前記撮像面の法線は、前記互いに隣り合う１次以上の次数の回折光が前記結像光学系のＮＡの外側に向かって進むように、前記光軸に対して傾いている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、撮像素子が有する周期構造に起因する検出精度の低下を抑制するために有利な技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態のインプリント装置の構成を例示的に示す図。

【図2】第１実施形態の検出装置の構成を例示的に示す図。

【図3】周期構造を含む撮像面を有する撮像素子からの反射回折光を説明する図。

【図4】撮像素子を傾けた時の撮像素子からの反射回折光を説明する図。

【図5】検出光学系のＮＡを考慮した傾き角の決定方法を説明する図。

【図6】第２実施形態の検出装置の構成を例示的に示す図。

【図7】物品製造方法を例示的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わされてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

本発明の一側面は、第１周期構造を含む撮像面を有する撮像素子と、該第１周期構造とは異なる第２周期構造を含む検出対象物を照明し該検出対象物からの光を該撮像面に結像させる光学系と、を備える検出装置に関する。該検出対象物の該第２周期構造は、例えば、第１物体に設けられた第１パターンと、該第１物体に重なるように配置される第２物体に設けられた第２パターンとによって構成されうる。該第１パターンおよび該第２パターンは、該第１パターンおよび該第２パターンの相互の相対位置に応じたモアレ縞を発生させうる。あるいは、該検出対象物の該第２周期構造は、物体に設けられたアライメントマークによって構成されてもよい。

【0011】

本発明の他の側面は、原版のパターンを基板に転写するリソグラフィ装置に関する。該リソグラフィ装置は、原版と基板とのアライメントのために設けられた上記の検出装置と、該検出装置の出力に基づいて原版と基板とのアライメントを制御する制御部と、を備えうる。該リソグラフィ装置は、例えば、インプリント装置でもよいし、露光装置でもよいし、電子ビーム描画装置等の描画装置でもよい。以下では、本発明の１つの適用例としてインプリント装置およびそれに組み込まれうる検出装置について例示的に説明する。

【0012】

インプリント装置は、基板上に配置されたインプリント材と型（原版）とを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることによりインプリント材を硬化させ、インプリント材の硬化物からなるパターンを基板の上に形成するように構成されうる。

【0013】

インプリント材としては、硬化用のエネルギーが与えられることにより硬化する硬化性組成物（未硬化状態の樹脂と呼ぶこともある）が用いられる。硬化用のエネルギーとしては、電磁波、熱等が用いられうる。電磁波は、例えば、その波長が１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲から選択される光、例えば、赤外線、可視光線、紫外線などでありうる。硬化性組成物は、光の照射により、あるいは、加熱により硬化する組成物でありうる。これらのうち、光の照射により硬化する光硬化性組成物は、少なくとも重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を更に含有してもよい。非重合性化合物は、増感剤、水素供与体、内添型離型剤、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマー成分などの群から選択される少なくとも一種である。インプリント材は、インプリント材供給装置（不図示）により、液滴状、あるいは複数の液滴が繋がってできた島状または膜状となって基板上に配置されうる。インプリント材の粘度（２５℃における粘度）は、例えば、１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下でありうる。基板の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられうる。必要に応じて、基板の表面に、基板とは別の材料からなる部材が設けられてもよい。基板は、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスである。

【0014】

図１には、一実施形態のインプリント装置１００の構成が例示的に示されている。本明細書および図面では、水平面をｘｙ平面とするｘｙｚ座標系において方向が示される。一般的には、ウエハ等の基板Ｗは、その表面が水平面（ｘｙ平面）と平行になるように基板ステージ１６２の上に置かれる。よって、本明細書および図面では、基板Ｗの表面に沿う平面内で互いに直交する方向をｘ軸およびｙ軸とし、ｘ軸およびｙ軸に垂直な方向をｚ軸とする。また、ｘｙｚ座標系におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ平行な方向をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向といい、ｘ軸周りの回転方向、ｙ軸周りの回転方向、ｚ軸周りの回転方向をそれぞれθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向という。

【0015】

一例において、インプリント装置１００は、ＵＶ光（紫外光）の照射によってインプリント材を硬化させるＵＶ光硬化型インプリント装置である。ただし、インプリント装置１００は、他の波長域の光の照射によってインプリント材を硬化させるインプリント装置であってもよいし、他のエネルギー（例えば、熱）によってインプリント材を硬化させるインプリント装置であってもよい。

【0016】

インプリント装置１００は、インプリント処理を繰り返すことによって基板Ｗ上の複数のショット領域にパターンを形成するように構成されうる。インプリント処理は、型Ｍのパターン領域を基板Ｗの上に配置されたインプリント材Ｒに接触させた状態でインプリント材Ｒを硬化させることによって基板Ｗ上の１つのショット領域にパターンを形成する処理でありうる。

【0017】

インプリント装置１００は、例えば、硬化ユニット１２０と、型操作機構１３０と、型形状補正機構１４０と、基板駆動部１６０と、検出装置１７０と、供給部１９０と、観察スコープ１９３と、制御部１８０とを含みうる。また、図示は省略されているが、インプリント装置１００は、型操作機構１３０を支持するブリッジ定盤、基板駆動部１６０を支持するベース定盤などを備えうる。

【0018】

硬化ユニット１２０は、型Ｍを介して基板Ｗ上のインプリント材Ｒに紫外光を照射することによってインプリント材Ｒを硬化させうる。この場合、インプリント材Ｒは、紫外光硬化性樹脂でありうる。硬化ユニット１２０は、例えば、光源部１２１と、光学系１２２と、ハーフミラー１２３とを含みうる。光源部１２１と、光学系１２２と、ハーフミラー１２３とを含みうる。光源部１２１は、例えば、紫外光（例えば、ｉ線、ｇ線）を発生する水銀ランプなどの光源と、該光源が発生した光を集光する楕円鏡とを含みうる。

【0019】

光学系１２２は、例えば、インプリント材Ｒを硬化させるための光をショット領域上のインプリント材Ｒに照射するためのレンズおよびアパーチャなどを含みうる。光学系１２２を経た光は、ハーフミラー１２３によって反射されてインプリント材Ｒに照射されうる。アパーチャは、画角制御および外周遮光制御のために使用される。画角制御によって、目標とするショット領域のみを照明することができる。外周遮光制御によって、紫外光が目標とするショット領域を超えて照射されることを制限することができる。光学系１２２は、型Ｍを均一に照明するためにオプティカルインテグレータを含んでもよい。アパーチャによって範囲が規定された光は、光学系１２２と型Ｍを介して基板Ｗ上のインプリント材Ｒに入射する。型Ｍのパターン領域には、例えば、デバイスの回路パターン等のパターンが形成されている。型Ｍの材質は、例えば、紫外線を透過させることが可能な石英などである。

【0020】

型操作機構１３０は、例えば、型Ｍを保持する型チャック１３１と、型チャック１３１を駆動することによって型Ｍを駆動する型駆動機構１３２と、型駆動機構１３２を支持する型ベース１３３とを含みうる。型駆動機構１３２は、型Ｍの位置を６軸に関して制御する位置決め機構と、型Ｍを基板Ｗの上のインプリント材Ｒに接触させたり、硬化したインプリント材Ｒから型Ｍを分離したりする機構とを含みうる。６軸は、ｘ、ｙ、ｚ、θｘ、θｙ、θｚ方向である。

【0021】

型形状補正機構１４０は、型チャック１３１に搭載されうる。型形状補正機構１４０は、例えば、空気または油のような流体で作動するシリンダ、あるいはピエゾ素子等のアクチュエータを用いて型Ｍを外周側面に加圧することによって型Ｍ（のパターン領域）の形状を補正することができる。あるいは、型形状補正機構１４０は、型Ｍの温度を制御する温度制御部を含み、型Ｍの温度を制御することによって型Ｍ（のパターン領域）の形状を補正することができる。基板Ｗは、熱処理などのプロセスを経ることによって変形（典型的には、膨張または収縮）しうる。型形状補正機構１４０は、このような基板Ｗの変形に応じて、型Ｍのパターンと基板Ｗ上の既存パターンとのオーバーレイ誤差が許容範囲に収まるように型Ｍの形状を補正しうる。

【0022】

基板駆動部１６０は、例えば、基板チャック１６１と、基板ステージ１６２と、基準マーク台１９１と、不図示のステージ駆動機構とを含みうる。基板チャック１６１は、基板Ｗを吸引によって保持しうる。基板ステージ１６２は、基板チャック１６１を支持し、基板チャック１６１を駆動することによって基板Ｗを移動させる。基準マーク台１９１の上には、基準マーク１９２が配置されている。不図示のステージ駆動機構は、基板ステージ１６２の位置を前述の６軸に関して制御することによって基板Ｗの位置を制御する位置決め機構を含みうる。

【0023】

検出装置１７０は、型Ｍと基板Ｗのショット領域との相対位置（位置ずれ）を検出するための装置として構成されうる。他の観点において、検出装置１７０は、型Ｍに設けられたアライメントマークと基板Ｗのショット領域に設けられたアライメントマークとの相対位置（位置ずれ）を検出するための装置として構成されうる。検出装置１７０は、例えば、型Ｍに設けられたアライメントマーク１８２と基板Ｗに設けられたアライメントマーク１８３を照明し、２つのアライメントマークで回折された光により形成される干渉縞（モアレ縞）を撮像（検出）するように構成されうる。制御部１８０は、検出装置１７０によって撮像された画像に基づいて２つのアライメントマークの相対位置を検出しうる。制御部１８０のこのような機能は、検出装置１７０に組み込まれてもよい。検出装置１７０は、型Ｍに設けられたマークの位置、および、基板Ｗのショット領域に設けられたマークの位置の少なくとも一方を検出すために使用されてもよい。

【0024】

供給部１９０は、基板Ｗの上にインプリント材Ｒを供給するディスペンサとして構成されうる。供給部１９０は、例えば、インプリント材Ｒを収容するタンクと、該タンクから供給路を通して供給されるインプリント材Ｒを基板Ｗに対して吐出するノズルと、該供給路に設けられたバルブと、供給量制御部とを含みうる。

【0025】

観察スコープ１９３は、ショット領域を観察するためのスコープであり、ショット領域を撮像する撮像素子を有する。観察スコープ１９３は、例えば、型Ｍとインプリント材Ｒとの接触の状態、および、型Ｍのパターン領域に設けられたパターンの凹部へのインプリント材Ｒの充填の進み具合の確認のために使用されうる。

【0026】

インプリント装置１００によるインプリント処理について説明する。まず、制御部１８０による制御の下で、不図示の基板搬送装置によって基板Ｗを基板チャック１６１上に搬送し、基板Ｗを基板チャック１６１に固定する。続いて、制御部１８０による制御の下で、ショット領域が型Ｍの直下に位置するように、ステージ駆動機構によって基板ステージ１６２を移動させる。次に、制御部１８０による制御の下で、型駆動機構１３２によって型Ｍを下降させ、基板Ｗ上のインプリント材Ｒに型Ｍを接触させる（接触工程）。型Ｍがインプリント材Ｒに接触すると、インプリント材Ｒは、型Ｍのパターン領域の表面に沿って流動しパターン領域と基板Ｗとの間の空間およびパターン領域に設けられたパターンの凹部に充填される。また、型Ｍとインプリント材Ｒとが接触した状態で、検出装置１７０は、型Ｍのアライメントマーク１８２および基板Ｗのアライメントマーク１８３からの反射回折光によって形成される像を検出（撮像）しうる。制御部１８０は、検出装置１７０の出力（画像）に基づいて、基板ステージ１６２の駆動による型Ｍと基板Ｗとの位置合わせ、および、型形状補正機構１４０による型Ｍのパターン領域の形状補正などを実施しうる。その後、制御部１８０による制御の下で、硬化ユニット１２０は、型Ｍの背面（上面）から紫外線を照射し、型Ｍを透過した紫外線によりインプリント材Ｒを硬化させる（硬化工程）。続いて、制御部１８０による制御の下で、型駆動機構１３２によって型Ｍを上方に駆動し、硬化したインプリント材Ｒから型Ｍを引き離す（離型工程）。これにより、基板Ｗ上のインプリント材Ｒに型Ｍのパターンが転写される。

【0027】

図２（ａ）は、第１実施形態の検出装置１７０の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の検出装置１７０のｙｚ断面図である。光学系の説明を容易にするため、図２（ａ）には単一方向（例えばｘ方向）の計測を行う光学系のみが示されている。また、図１では検出装置１７０を出た光は、ミラー１７９で方向を変えられた後にアライメントマーク１８２、１８３を照明しているが、図２（ａ）および図２（ｂ）では、説明を簡略化するために、ミラー１７９が省略されている。

【0028】

検出装置１７０は、光源２００と、照明光学系ＩＬと、検出光学系ＤＬとを含みうる。照明光学系ＩＬは、例えば、型Ｍに配置されたアライメントマーク１８２および基板Ｗに配置されたアライメントマーク１８３を照明するように構成されうる。この例では、アライメントマーク１８２、１８３は、検出対象物である。検出対象物は、撮像の対象物である他、相対位置検出あるいは位置検出の対象物でもある。照明光学系ＩＬは、その瞳面において２つの極を含む照明光によって検出対象物を照明する二重極照明を行うように構成されうる。例えば、照明光学系ＩＬは、回折光学素子１７１と、レンズ１７３と、二重極照明を実現するための２つの開口を含む絞り１７４と、２つの偏光素子１８５と、ビームスプリッター１７５とを含みうる。回折光学素子１７１は、光源２００からの光を絞り１７４の２つの開口のそれぞれに向けて回折させうる。２つの偏光素子１８５は、絞り１７４の２つの開口のそれぞれに対応するように設けられ、それぞれの偏光素子からの光の偏光方向が互いに直交するように配置されうる。例えば、偏光素子として偏光子を用いた場合はそれぞれの偏光子の透過軸が互いに垂直な方向に配置されうる。検出光学系ＤＬは、例えば、レンズ１７６と、ビームスプリッター１７５と、レンズ１７７と、撮像素子１７８とを含みうる。

【0029】

撮像素子１７８は、図３（ｂ）に模式的に示されるように、第１周期構造を含む撮像面ＩＳを有する。第１周期構造は、例えば、マイクロレンズアレイまたは遮光膜等によって不可避的に形成されうる。図３（ｂ）の例では、第１周期構造は、ｘ方向、ｙ方向のそれぞれに関して、周期（ピッチ）ｐを有する。照明光学系ＩＬおよび結像光学系ＤＬは、検出対象物を照明し該検出対象物からの光を撮像素子１７８の撮像面ＩＳに結像させる光学系を構成する。検出対象物は、第１周期構造とは異なる第２周期構造を含みうる。この例では、検出対象物の第２周期構造は、基板Ｗに設けられたアライメントマーク１８３（第１パターン）と、アライメントマーク１８３に重なるように配置される型Ｍに設けられたアライメントマーク１８２（第２パターン）とによって構成されている。基板Ｗは第１物体の例であり、型Ｍは第２物体の例である。アライメントマーク１８３は、第１周期構造と異なる周期構造を有し、アライメントマーク１８２も、第１周期構造と異なる周期構造を有しうる。

【0030】

撮像素子１７８の撮像面ＩＳに入射した光は、撮像面ＩＳの第１周期構造に従って互いに次数が異なる複数の回折光を生じさせる。撮像面ＩＳの法線Ｎは、該複数の回折光のうち互いに隣り合う次数の回折光の間に光学系（ここでは、検出光学系ＤＬに注目すればよい）の光軸ＡＸが位置するように、光軸ＡＸに対して傾き角θで傾いている。一例において、光軸ＡＸに対する撮像面ＩＳの法線Ｎの傾き角θは、ｘｚ平面における光軸ＡＸと撮像面ＩＳの法線Ｎとの角度である。

【0031】

以下、傾き角θの決定方法について詳述する。図３（ａ）は、傾き角θが０である場合の検出光学系ＤＬのうちレンズ１７７と撮像素子１７８の部分を拡大した模式図である。撮像素子１７８の撮像面ＩＳは、図３（ｂ）に模式的に示されるように第１周期構造を含む。レンズ１７７を経て撮像素子１７８の撮像面ＩＳに入射した光は、図３（ａ）に模式的に示されるように、第１周期構造に従って互いに次数が異なる複数の回折光を生じさせる。これらの回折光の一部は、検出光学系ＤＬに戻り、干渉縞および／またはフレアを生じさせうる。ｎ次回折光の回折角θｄｉｆｎは、光源２００が発生する照明光の波長をλ、第１周期構造の周期（ピッチ）をｐとすると、式（１）のように表される。

【0032】

【数1】

…式（１）

【0033】

ここで、ｎは整数であり、負の値も含みうる。図３（ａ）では、反時計回りの方向を正としているが、時計回りの方向を正としても一般性は失われない。このような回折光が撮像素子１７８による撮像対象としての像（モアレ縞）に加わる影響で、アライメントマーク１８３、１８２の相対位置の検出精度、即ちアライメント計測の精度が低下しうる。そこで、撮像面ＩＳから検出光学系ＤＬに回折光が戻らないように、傾き角θが決定される。傾き角θが０より大きい時の０次回折光が示されている。図４（ｂ）には、複数の次数の回折光が示されている。－ｎ次回折光が進む方向は、式（２）のように表される。

【0034】

【数2】

…式（２）

【0035】

撮像面ＩＳで回折された回折光が検出光学系ＤＬに戻らないようにするには、複数の回折光のうち互いに隣り合う次数の回折光（ここでは、－ｎ次回折光と－（ｎ＋１）次回折光）の間に検出光学系ＤＬの光軸ＡＸが位置するように傾き角θが決定されればよい。ここで、互いに隣り合う次数の回折光（ここでは、－ｎ次回折光と－（ｎ＋１）次回折光）のそれぞれの光路の二等分線が前記光学系の光軸ＡＸに重なるように傾き角θが決定されることが好ましいい。換言すると、－ｎ次回折光と－（ｎ＋１）次回折光の回折角の平均角度が傾き角θと一致することが好ましい。これは、式（３）で表すことができる。

【0036】

【数3】

…式（３）

【0037】

式（３）を変形すると、傾き角θは、式（４）のように表される。

【0038】

【数4】

…式（４）

【0039】

ここで、一般的に、撮像素子１７８は、図３（ｂ）に例示されるように、直交する２方向に周期性を有する。これを考慮すると、図３（ｂ）における対角方向（例えば、ｙ軸およびｚ軸に対して４５度の方向）に平行な軸周りで撮像素子１７８を回動させるように撮像面ＩＳの法線Ｎを光軸ＡＸに対して傾けてもよい。この場合、式（１）～（３）におけるｐを（√２）ｐで置き換えて考えればよい。

【0040】

更に、撮像素子１７８の撮像面ＩＳの第１周期構造が二次元的であることを考慮すると、傾き角θは、次のように決定されうる。まず、第１周期構造は、法線Ｎに直交する第１方向（例えば、ｙ方向）に周期性を有する第１構造、および、法線Ｎおよび第１方向に直交する第２方向（例えば、ｚ方向）に周期性を有する第２構造を含むものと定義する。この場合、撮像面ＩＳに入射した光は、第１構造に従って互いに次数が異なる複数の第１回折光を生じさせ、かつ、第２構造に従って互いに次数が異なる複数の第２回折光を生じさせうる。よって、撮像面ＩＳの法線Ｎは、複数の第１回折光のうち互いに隣り合う次数の第１回折光の間、かつ、複数の第２回折光のうち互いに隣り合う次数の第２回折光の間に、検出光学系ＤＬの光軸ＡＸが位置するように傾き角θが決定されうる。

【0041】

更に、撮像素子１７８の撮像面ＩＳからの回折光は、検出光学系ＤＬのＮＡ（換言すると、検出光学系ＮＡの瞳領域）に戻らないことが好ましい。換言すると、検出光学系ＤＬの光軸ＡＸに対する撮像面ＩＳの法線Ｎの傾き角θは、撮像面ＩＳで発生する複数の次数の回折光のうち互いに隣り合う次数の回折光が結像光学系ＤＬのＮＡの外側に向かって進むように決定されうる。検出光学系ＤＬのＮＡは、例えば、検出光学系ＤＬに設けられる不図示の絞りによって規定されうる。そのような絞りは、ビームスプリッター１７５に設けられてもよいし、ビームスプリッター１７５とレンズ１７７との間に配置されてもよい。

【0042】

以下、図５を参照しながら、撮像面ＩＳで発生する回折光が結像光学系ＤＬのＮＡ内に戻らない条件を説明する。図５（ａ）には、－ｎ次回折光と－（ｎ＋１）次回折光との二等分線が光軸ＡＸ上に位置する状態、即ち式（４）が成り立つ状態が示されている。検出光学系ＤＬのＮＡをＮＡｄｅｔとすると、これに対応する角度θ_ｄｅｔは、式（５）のように表せる。

【0043】

【数5】

…式（５）

【0044】

図５（ｂ）には、－ｎ次回折光と－（ｎ＋１）次回折光との間に光軸ＡＸが位置し、検出光学系ＤＬのＮＡに回折光が戻らない傾き角θの最小値が示されていて、この時の傾き角θは、式（６）のように表される。

【0045】

【数6】

…式（６）

【0046】

図５（ｃ）には、－ｎ次回折光と－（ｎ＋１）次回折光との間に光軸ＡＸが位置し、検出光学系ＤＬのＮＡに回折光が戻らない傾き角θの最大値が示されていて、このときの傾き角θは、式（７）のように表される。

【0047】

【数7】

…式（７）

【0048】

式（６）および式（７）より、撮像面ＩＳで発生する回折光が結像光学系ＤＬのＮＡ内に戻らない条件を示す式（８）が得られる。

【0049】

【数8】

…式（８）

【0050】

光源２００からの光は、回折光学素子１７１を照明する。回折光学素子１７１で発生した回折光は、レンズ１７３、絞り１７４、２つの偏光素子１８５、ビームスプリッター１７５、レンズ１７６を経て、型Ｍ上のアライメントマーク１８２と基板Ｗ上のアライメントマーク１８３とを二重極照明する。２つの偏光素子１８５は、基板に入射する２つの極のそれぞれからの光の偏光方向が直交性を有するように配置される。絞り１７４は、照明光学系ＩＬの瞳面またはその近傍に配置され、２つの偏光素子１８５は、瞳面に対して光源側に配置することが望ましい。

【0051】

アライメントマーク１８２および１８３は、互いに計測方向のピッチが異なる回折格子により構成される。基板Ｗに設けられたアライメントマーク１８３は、ｙ方向の格子ピッチとｘ方向の格子ピッチとを有するチェッカーボード状の格子パターンによって構成されうる。２つのアライメントマーク１８２および１８３からの回折光により、計測方向であるｘ方向に周期性を有する干渉縞（モアレ縞）が発生する。ここで、型Ｍと基板Ｗとの相対位置がｘ方向に変動すると、その変動に応じて干渉縞の位相が変化する。干渉縞は、レンズ１７６、ビームスプリッター１７５、およびレンズ１７７で構成される結像光学系ＤＬにより、撮像素子１７８の撮像面ＩＳに結像され撮像素子１７８によって検出（撮像）される。撮像素子１７８によって撮像された画像は、制御部１８０に送られる。制御部１８０は、干渉縞の画像における位相情報に基づいて、型Ｍのアライメントマーク１８２と基板Ｗのアライメントマーク１８３との相対位置（ずれ量）を算出する。制御部１８０は、その相対位置に基づいて、型駆動機構１３２、および基板ステージ１６２を駆動するステージ駆動機構を制御することにより、型Ｍと基板Ｗとのアライメントを行う。

【0052】

本実施形態では、検出装置１７０における照明光学系ＩＬは、その瞳面において２つの極を有する光による二重極照明を行うように構成され、基板に入射する２つの極のそれぞれからの光の偏光方向が直交性を有する。２つの偏光素子、１８５によってそれぞれ形成される２つの光束の偏光方向は検出対象物において直交する。本実施形態では、２つの偏光素子１８５は、瞳面に対して光源側に配置されているが、検出対象物において直交するのであれば、このような配置には限定されない。例えば、二重極照明を実現するための絞り１７４よりも像面側に２つの偏光素子１８５が配置されてもよい。また、本実施形態では、回折光学素子を照明する光学系となっているが、２光束干渉が起きる光学系であれば、必ずしも回折光学素子を使用する必要はない。また、本実施形態では、二重極照明を用いているが、必ずしも二重極照明を用いる必要はなく、単極照明を使用することも考えられる。ただし、この場合は、気圧の変化等の装置環境の変化で、デフォーカス状態が変わりうる。デフォーカス状態が変わると照明の非対称性によって、像がシフトしてしまうことで性能が低下する場合がある。

【0053】

以下、傾き角の具体例を説明する。ここでは、撮像素子１７８のマイクロレンズアレイの周期構造のピッチＰが４．８ｕｍであり、光源２００が発生する照明光の波長λが７６０ｎｍであある場合を考える。式（４）にピッチＰ、波長λの数値を入れて計算すると、表１のような結果が得られる。

【0054】

【表1】

【0055】

表１に例示されるように、傾き角θとして複数の選択肢がある。高次となる程、回折光の影響が小さくなる。一方で、傾き角θを大きくし過ぎると、ケラレが発生する。これらを考慮して、光軸ＡＸに対する撮像面ＩＳの法線Ｎの傾き角θを６．９度とすることが好ましい。

【0056】

また、検出光学系ＤＬのＮＡが０．００９である場合は、式（５）よりθ_ｄｅｔ＝０．５度である。よって、式（８）から、検出光学系ＤＬのＮＡ分を考慮した傾き角θは、４．８度より大きく、９．０度より小さい角度とされうる。これにより、撮像面ＩＳからの１次回折光と２次回折光との間に光軸ＡＸが配置された構成において、１次回折光および２次回折光が検出光学系ＮＡの中に戻ることを防ぐことができる。

【0057】

図６には、第２実施形態の検出装置１７０の構成が例示的に示されている。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、ｘ方向とｙ方向の双方に関する検出を同時に行うことができる。図６では、照明光学系ＩＬの構成が簡略して示されている。図２（ａ）のレンズ１７３、絞り１７４、レンズ１７６、偏光素子１８５に相当する構成要素は示されていない。

【0058】

回折光学素子１７１は、検出対象物１８４の第１部分Ａを照明する照明光を形成する第１領域Ａ’と、検出対象物１８４の第１部分Ａとは異なる第２部分Ｂを照明する照明光を形成する第２領域Ｂ’とを含む。回折光学素子１７１の第１領域Ａ’は、回折光学素子１７１の面でＸ方向に光を回折する。Ｘ方向に回折された光は、瞳面１８７にある偏光素子１８５を通る。Ｘ方向に並んだ２つの極には、ＸおよびＹ方向の偏光方向の光が通り、検出対象物１８４の第１部分Ａが照明される。検出対象物１８４の第１部分Ａの干渉縞を評価することで、Ｙ方向に関して型Ｍのアライメントマークと基板Ｗのアライメントマークとの相対位置ずれ量を検出することができる。同様に、回折光学素子１７１の第２領域Ｂ’は、回折光学素子１７１の面でＹ方向に光を回折する。Ｙ方向に回折された光は、瞳面１８７にある偏光素子１８６を通る。Ｙ方向に並んだ２つの極には、ＸおよびＹ方向の偏光方向の光が通り、検出対象物１８４の第２部分Ｂが照明される。検出対象物１８４の第２部分Ｂの干渉縞を評価することで、Ｘ方向に関して型Ｍのアライメントマークと基板Ｗのアライメントマークとの相対位置ずれ量を検出することができる。

【0059】

以上のようにして、第２実施形態によれば、Ｘ方向（第１方向）の位置ずれの計測と、Ｙ方向（第１方向と交差する第２方向）の位置ずれの計測とを同時に行うことが可能である。

【0060】

第１および第２実施形態では、検出対象物の第２周期構造は、第１物体に設けられた第１パターンと、前記第１物体に重なるように配置される第２物体に設けられた第２パターンとによって構成される。しかし、検出対象物の第２周期構造は、物体（例えば、基板または型）に設けられたアライメントマークであってもよく、この場合には、アライメントマークの位置が検出されうる。

【0061】

以下、一実施形態の物品製造方法について説明する。一実施形態の物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、上記のリソグラフィ装置（例えば、インプリント装置、露光装置、または描画装置など）を用いて基板に原版のパターンを転写する工程と、かかる工程でパターンが転写された基板を加工等して物品を得る工程とを含む。更に、物品製造方法は、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、パッケージング等）を含む。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１つにおいて有利である。

【0062】

インプリント装置を用いて形成した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。

【0063】

硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。

【0064】

次に、インプリント装置によって基板にパターンを形成し、該パターンが形成された基板を処理し、該処理が行われた基板から物品を製造する物品製造方法について説明する。図７（ａ）に示すように、絶縁体等の被加工材２ｚが表面に形成されたシリコンウエハ等の基板１ｚを用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材２ｚの表面にインプリント材３ｚを付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材３ｚが基板上に付与された様子を示している。

【0065】

図７（ｂ）に示すように、インプリント用の型４ｚを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材３ｚに向け、対向させる。図７（ｃ）に示すように、インプリント材３ｚが付与された基板１ｚと型４ｚとを接触させ、圧力を加える。インプリント材３ｚは型４ｚと被加工材２ｚとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとして光を型４ｚを介して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。

【0066】

図７（ｄ）に示すように、インプリント材３ｚを硬化させた後、型４ｚと基板１ｚを引き離すと、基板１ｚ上にインプリント材３ｚの硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凸部が硬化物の凹部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材３ｚに型４ｚの凹凸パターンが転写されたことになる。

【0067】

図７（ｅ）に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材２ｚの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝５ｚとなる。図７（ｆ）に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材２ｚの表面に溝５ｚが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。

【0068】

本明細書の開示は、以下の検出装置、リソフラグラフィー装置および物品製造方法を含む。
（項目１）
第１周期構造を含む撮像面を有する撮像素子と、前記第１周期構造とは異なる第２周期構造を含む検出対象物を照明し前記検出対象物からの光を前記撮像面に結像させる光学系と、を備える検出装置であって、
前記撮像面に入射した光は、前記第１周期構造に従って互いに次数が異なる複数の回折光を生じさせ、
前記撮像面の法線は、前記複数の回折光のうち互いに隣り合う次数の回折光の間に前記光学系の光軸が位置するように、前記光軸に対して傾いている、
ことを特徴とする検出装置。
（項目２）
前記光学系は、前記検出対象物からの光を前記撮像面に結像させる結像光学系を含み、
前記撮像面の法線は、前記互いに隣り合う次数の回折光が前記結像光学系のＮＡの外側に向かって進むように、前記光軸に対して傾いている、
ことを特徴とする項目１に記載の検出装置。
（項目３）
前記光学系は、前記検出対象物を照明する照明光学系を含み、
前記照明光学系は、２つの極を含む照明光によって前記検出対象物を照明する、
ことを特徴とする項目１又は２に記載の検出装置。
（項目４）
前記照明光学系は、
２つの開口を含む絞りと、
光源からの光を前記２つの開口のそれぞれに向けて回折させる回折光学素子と、を含む、
ことを特徴とする項目３に記載の検出装置。
（項目５）
前記照明光学系は、前記２つの開口にそれぞれに対応するように設けられた２つの偏光素子を更に含む、
ことを特徴とする項目４に記載の検出装置。
（項目６）
前記２つの偏光素子は、それぞれの偏光素子からの光の偏光方向が互いに直交するように配置される、
ことを特徴とする項目５に記載の検出装置。
（項目７）
前記検出対象物の前記第２周期構造は、第１物体に設けられた第１パターンと、前記第１物体に重なるように配置される第２物体に設けられた第２パターンとによって構成される、
ことを特徴とする項目１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目８）
前記第１パターンおよび前記第２パターンは、前記第１パターンおよび前記第２パターンの相互の相対位置に応じたモアレ縞を発生させる、
ことを特徴とする項目７に記載の検出装置。
（項目９）
前記検出対象物の前記第２周期構造は、物体に設けられたアライメントマークである、
ことを特徴とする項目１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１０）
前記第１周期構造は、前記法線に直交する第１方向に周期性を有する第１構造、および、前記法線および前記第１方向に直交する第２方向に周期性を有する第２構造を含み、
前記撮像面に入射した光は、前記第１構造に従って互いに次数が異なる複数の第１回折光を生じさせ、かつ、前記第２構造に従って互いに次数が異なる複数の第２回折光を生じさせ、
前記撮像面の法線は、前記複数の第１回折光のうち互いに隣り合う次数の第１回折光の間、かつ、前記複数の第２回折光のうち互いに隣り合う次数の第２回折光の間に、前記光学系の前記光軸が位置するように、前記光軸に対して傾いている、
ことを特徴とする項目１乃至９のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１１）
前記撮像面の法線は、前記互いに隣り合う次数の回折光のそれぞれの光路の二等分線が前記光学系の光軸に重なるように、前記光軸に対して傾いている、
ことを特徴とする項目１乃至９のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１２）
前記互いに隣り合う次数の回折光は１次以上の回折光である、
ことを特徴とする項目１乃至１１のいずれか１項に記載の検出装置。
（項目１３）
前記互いに隣り合う次数の回折光は１次回折光と２次回折光である、
ことを特徴とする項目１２に記載の検出装置。
（項目１４）
原版のパターンを基板に転写するリソグラフィ装置であって、
前記原版と前記基板とのアライメントのために設けられた項目１乃至１３のいずれか１項に記載の検出装置と、
前記検出装置の出力に基づいて前記原版と前記基板とのアライメントを制御する制御部と、
を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
（項目１５）
項目１４に記載のリソグラフィ装置を使って原版のパターンを基板に転写する工程と、
前記パターンが転写された基板から物品を得る工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。

【0069】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0070】

１００：インプリント装置、１７０：検出装置、１７８：撮像素子、ＩＳ：撮像面、ＡＸ：光軸、Ｎ：法線、θ：傾き角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】