(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
受光素子と、
結像光学系と、
前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記結像光学系を介して前記受光素子に導く検出光学系と、
前記結像光学系による前記基板の表面の結像面が前記結像光学系と前記検出光学系の間にあり、
前記検出光学系を前記結像面に沿って移動させる手段と、
前記インプリント材を硬化させる照明光を照明する照明系と、を備え、
前記結像光学系は、
前記照明光および前記検出光学系からの光のどちらか一方を透過させ、他方を反射する面を有する光学素子と、
前記光学素子で生じる収差を補正する板状の光学部材と、を含み、
前記光学部材の傾き方向と、前記光学素子の面の傾き方向とは、互いに異なることを特徴とするインプリント装置。
【請求項２】
基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
受光素子と、
結像光学系と、
前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記結像光学系を介して前記受光素子に導く検出光学系と、
前記インプリント材を硬化させる照明光を照明する照明系と、を備え、
前記結像光学系は前記基板に形成された第１基板マーク及び前記型に形成された第１型マークからの光と、前記基板に形成された第２基板マーク及び前記型に形成された第２型マークからの光を前記結像光学系と前記検出光学系の間で結像させ、
前記受光素子と前記検出光学系の組を複数組備え、
該複数組のうち第１の組の検出光学系により前記第１基板マークと前記第１型マークからの光を前記第１の組の受光素子に導き、前記複数組のうち第２の組の検出光学系により前記第２基板マークと前記第２型マークからの光を前記第２の組の受光素子に導き、
前記結像光学系は、
前記照明光および前記検出光学系からの光のどちらか一方を透過させ、他方を反射する面を有する光学素子と、
前記光学素子で生じる収差を補正する板状の光学部材と、を含み、
前記光学部材の傾き方向と、前記光学素子の面の傾き方向とは、互いに異なることを特徴とするインプリント装置。
【請求項３】
前記光学部材の傾き方向は、前記光学素子の面の傾き方向が前記結像光学系の光軸を軸として９０度回転した方向であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載のインプリント装置。
【請求項４】
前記光学部材と前記光学素子とは厚さが等しい平行平板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインプリント装置。
【請求項５】
前記結像光学系は、前記結像光学系の非点収差を補正する補正光学系を有し、
前記補正光学系が前記結像光学系の光軸に対して偏心することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のインプリント装置。
【請求項６】
前記結像光学系は、前記結像光学系の型側に配置された物体側レンズと、検出光学系側に配置された像側レンズとを有し、
前記補正光学系が偏心した場合、
前記補正光学系に対する前記物体側レンズの偏心量と、前記補正光学系に対する前記像側レンズの偏心量が等しく、
前記補正光学系に対する前記物体側レンズの偏心の方向が、前記補正光学系に対する前記像側レンズの偏心の方向に対して逆になるように、前記物体側レンズと前記像側レンズの少なくとも一方を偏心させることを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
【請求項７】
前記結像光学系は、
前記結像光学系の瞳空間の前記結像光学系の光軸に垂直な面における、前記光学素子の面の傾き方向に垂直な方向を、回転軸として前記光学素子に対して回転対称に配置された第１コマ補正光学部材と、
前記結像光学系の瞳空間の前記結像光学系の光軸に垂直な面における、前記光学部材の傾き方向に垂直な方向を、回転軸として前記光学部材に対して回転対称に配置された第２コマ補正光学部材と、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のインプリント装置。
【請求項８】
前記光学素子と前記第１コマ補正光学部材とは厚さが等しい平行平板であり、前記光学部材と前記第２コマ補正光学部材とは厚さが等しい平行平板であることを特徴とする請求項７に記載のインプリント装置。
【請求項９】
前記第１コマ補正光学部材および前記第２コマ補正光学部材は平行平板であり、前記結像光学系の倍率によって、前記第１コマ補正光学部材と前記第２コマ補正光学部材の厚さ又は傾斜角度が決まることを特徴とする請求項７に記載のインプリント装置。
【請求項１０】
前記結像光学系はテレセントリック光学系であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のインプリント装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のインプリント装置を用いてパターンを基板上のインプリント材に形成する工程と、
前記工程で前記パターンが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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、型に形成されたパターンを基板上のインプリント材に転写するインプリント装置における光学系の非点収差補正に関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体デバイスの微細化要求が進み、従来のフォトリソグラフィ技術以外に、モールドに形成されたパターンと基板上に供給されたインプリント材とを接触させる（押印する）ことでパターンを形成するインプリント技術が注目を集めている。【０００３】  このインプリント技術の一例として、光インプリント方式について説明する。まず、基板（例えば半導体ウエハ）上に光硬化樹脂（以下、インプリント樹脂）からなる層を形成する。次にインプリント樹脂と所望の微細な凹凸構造（パターン）が形成されたモールドとを接触させる。次にインプリント樹脂とモールドを接触させたまま、紫外線を照射することでインプリント樹脂を硬化させる。これによりモールドに形成されたパターンをインプリント樹脂に転写することができる。【０００４】  インプリント装置では、モールドとインプリント樹脂とを接触させる前に、ショット毎にアライメントを行う。インプリント装置のアライメントではモールドとウエハに形成されたマークを同時に検出してアライメントできるスルー・ザ・モールド検出系（以下、ＴＴＭ検出系）を使っていた。特許文献１には、モールドの上部からモールドを透過して紫外線を樹脂層に照射するための照明系がモールドの上部に配置されており、照明系を避けるようにＴＴＭ検出系が配置されているインプリント装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８６０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ＴＴＭ検出系は、照明系や照明光束との干渉を避けるために、照明系の光軸に対して傾けて配置せざるを得なかった。照明系の光軸に対して傾けて配置されたＴＴＭ検出系でウエハをアライメントする為に、ＴＴＭ検出系はリトロー配置となっており、リトロー角で回折した光を取り込む事で信号を検出していた。しかし、リトロー配置されたＴＴＭ検出系では、配置上の制約からＴＴＭ検出系の開口数（以下、ＮＡ）も十分に上げることができない為、検出光量が少なくアライメント精度が低下してしまう。【０００７】  そこで、本発明はＴＴＭ検出系の開口数を上げて、基板と型のアライメント精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のインプリント装置は、基板上のインプリント材に、型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、受光素子と、結像光学系と、前記基板に形成されたマークと前記型に形成されたマークからの光を、前記結像光学系を介して前記受光素子に導く検出光学系と、前記結像光学系による前記基板の表面の結像面が前記結像光学系と前記検出光学系の間にあり、前記検出光学系を前記結像面に沿って移動させる手段と、前記インプリント材を硬化させる照明光を照明する照明系と、を備え、前記結像光学系は、前記照明光および前記検出光学系からの光のどちらか一方を透過させ、他方を反射する面を有する光学素子と、前記光学素子で生じる収差を補正する板状の光学部材と、を含み、前記光学部材の傾き方向と、前記光学素子の面の傾き方向とは、互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】  ＴＴＭ検出系の開口数を上げて、基板と型のアライメント精度を向上させることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リレー光学系を有するインプリント装置を示す図である。
【図２】リレー光学系を有するインプリント装置を示す図である。
【図３】リレー光学系に平行平板型のビームスプリッタが配置され、収差が補正された光学系の状態を示す図である。
【図４】瞳空間に配置された平行平板の像面近傍の拡大図である。
【図５】収束光束中に配置された平行平板の像面近傍の拡大図である。
【図６】ビームスプリッタによって発生する非点収差を示す図である。
【図７】収差補正機構を備えたインプリント装置を示す図である。
【図８】平行平板によって非点収差の補正を示す図である。
【図９】入射角度に対する非点収差を示す図である。
【図１０】補正光学系とレンズを用いたコマ収差の補正を示す図である。
【図１１】補正光学系を偏心させたときの非点収差とコマ収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００１２】  ［第１実施形態］  図１を用いてインプリント装置について説明する。図１はリレー光学系を備えるインプリント装置１００を示した図である。インプリント装置１００の高さ方向をＺ方向、基板（ウエハＷ）が配置されている面をＸＹ面として、図に示したように各軸を決める。
【００１３】  インプリント装置１００は図１に示すように、インプリント樹脂を硬化させるために紫外線３を照射する照明系２と、型（モールドＭ）を保持する型保持部（インプリントヘッド４）とウエハＷを保持する基板保持部（ウエハステージ５）を備える。さらにインプリント装置１００は、インプリント樹脂を基板Ｗに供給するための供給部６と、ＴＴＭ検出系７（スルー・ザ・モールド検出系）と、制御部１を備える。
【００１４】  ＴＴＭ検出系７は、モールドＭに形成されたモールドアライメントマーク（不図示）とウエハＷに形成されたウエハアライメントマーク（不図示）とを検出することで、モールドＭとウエハＷを位置合わせできる。ＴＴＭ検出系７は、内部に設けられた光源を用いて、モールドアライメントマークとウエハアライメントマークに計測光８を照射する。計測光８としては、主に可視光や赤外線などである。モールドアライメントマークとウエハアライメントマークからの反射光は、ＴＴＭ検出系７を通りＴＴＭ検出系用のセンサ９（受光素子）で検出される。反射光を検出する為のセンサ９はＣＣＤカメラなどの光電変換素子からなる。
【００１５】  モールドアライメントマークとウエハアライメントマークの位置・フォーカスを合わせることで、モールドＭとウエハＷの相対位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。ＴＴＭ検出系７の検出結果は制御部１に出力され、制御部１はＴＴＭ検出系７の検出結果に基づいてインプリントヘッド４もしくはウエハステージ５をＸＹ方向に移動することで、モールドＭもしくはウエハＷのＸＹ方向における位置を調整することができる。
【００１６】  ＴＴＭ検出系７によるモールドＭとウエハＷの位置計測では、ウエハアライメントマークの上部に供給されたインプリント樹脂あるいは形成された透明層の為、単色光では干渉縞が発生してしまう。そのため、アライメントに用いる信号に干渉縞の信号が加算された状態で検出され、検出精度が低下する恐れがある。従って、ＴＴＭ検出系７の照明光源としては、後述する照明系で用いる光（露光光）の波長の帯域を除いて、広帯域の波長の光を使用するのが望ましい。つまり、ＴＴＭ検出系７の照明光源としては、ウエハアライメントマークの上部に供給されたインプリント材が硬化しない非露光光の波長が望ましい。
【００１７】  インプリント装置１００でモールドＭに形成されたパターンの転写が行われる。パターンの転写を行うインプリント操作について説明する。
【００１８】  まず、供給部６を用いてウエハＷ上のパターンを転写したいショット領域にインプリント樹脂を供給する。インプリント樹脂が供給されたウエハＷがモールドＭに形成されたパターン部の下に来るように、ウエハステージ５が移動する。モールドＭとウエハＷの位置合わせをした後、モールドＭに形成されたパターンとウエハＷに供給されたインプリント樹脂とを接触させる（押型工程）。そして、モールドＭとインプリント樹脂とが接触した状態で、照明系２から紫外線３（硬化光）を照射することでインプリント樹脂を硬化させる（硬化工程）。インプリント樹脂が硬化した後、インプリントヘッド４とウエハステージ５との少なくとも一方を移動させ、モールドＭとインプリント樹脂とを引き剥がす（離型工程）。すると、モールドＭに形成されたパターンがインプリント樹脂に転写される。ウエハＷ上に複数配置されたショット領域に対して、このようなインプリント操作を繰り返すことにより、ウエハＷ上の全てのショットにパターンを転写することができる。
【００１９】  本実施形態では、照明光として紫外線を用いて説明するが、照明光の波長は基板上に供給されるインプリント樹脂の種類に応じて適宜決めることができる。
【００２０】  従来のインプリント装置では、ＴＴＭ検出系７が照明系２と紫外線３の照明光束を避けるように配置されており、ＴＴＭ検出系７の開口数（ＮＡ）を十分に上げる事が出来なかった。ＴＴＭ検出系７は、モールドＭとウエハＷとに形成されたアライメントマークを同時に検出する為、モールドＭの上部に配置せざるを得ない。ここで、開口数（ＮＡ）はＴＴＭ検出系７に入射する光線のうち、ＴＴＭ検出系の光軸に対する最大角θによって決まる値である。図１の角度１０は２θを示している。
【００２１】  ＴＴＭ検出系７のＮＡは、ＴＴＭ検出系７自体の大きさにも依存しており、照明系２と紫外線３の照明光束を避けるように配置されたＴＴＭ検出系７では、ＴＴＭ検出系７を大型化する事ができず、ＮＡを大きくする事が出来なかった。ＴＴＭ検出系７のＮＡを十分に大きくする事が出来なければ、アライメント時の光量が低くなり、アライメント精度が低下する。
【００２２】
図１のインプリント装置１００には、モールドＭの上部にリレー光学系１１を配置している。リレー光学系１１内には、レンズ１２とビームスプリッタ１３（光学素子）を備えている。レンズ１２は、モールドＭの上部にウエハ面が結像されている共役面（ウエハ面結像面１４）を作り出す事ができる。リレー光学系１１（結像光学系）はウエハ面を結像させる機能を有しており、ウエハ面を結像させればリレー光学系１１の倍率は等倍であっても、拡大系であっても良い。
【００２３】
ＴＴＭ検出系７（検出光学系）はリレー光学系１１の上部に配置されており、ＴＴＭ検出系７から照射された計測光８（非硬化光）はリレー光学系１１内のレンズ１２とビームスプリッタ１３を透過し、モールドＭとウエハＷを照射する。モールドＭとウエハＷからの反射光はＴＴＭ検出系７を通りＴＴＭ検出系用のセンサ９で検出され、その検出信号をもとにモールドＭとウエハＷの位置合わせを行う。
【００２４】  インプリント装置１００では照明系２は、モールドＭとウエハＷの押型後にインプリント樹脂に紫外線３を照射すれば良いだけである。照明系２から照射された紫外線３はウエハＷに対して垂直に照射する事が望ましい。照明系２は、ＴＴＭ検出系７と同じく、モールドＭの上部の配置上の混みあいを避けて、配置上余裕のあるスペースに配置されている。
【００２５】  照明系２から照射された紫外線３は照明系用のレンズ１５を通ってビームスプリッタ１３まで導光された後、ビームスプリッタ１３で反射しリレー光学系内のレンズ１２を透過し、ウエハＷ上のインプリント樹脂を照明する。ビームスプリッタ１３には特定の波長の光を透過又は反射させる面が形成されている。ビームスプリッタ１３をリレー光学系に配置することで、モールドＭの上部にＮＡの大きいＴＴＭ検出系７と照明系２との両方を配置し、計測光８と照明系２からの照明光との両方をウエハ面に対して垂直に入射できる。計測光８の光路と照明系２から照射される紫外線３の光路とは部分的に共通であり、ビームスプリッタ１３は計測光を透過させ、照明光を反射する特性を有する。
【００２６】  リレー光学系１１はＴＴＭ検出系７とモールドＭの間に構成されている。リレー光学系１１は非硬化光でショット領域の全面を結像しているテレセントリック光学系（軸外主光線が光軸に平行）である。そのため、ＴＴＭ検出系７とセンサ９との位置を変えることで、ショット領域に形成された複数のウエハアライメントマークの各点を計測する事が可能となる。リレー光学系１１がテレセントリック光学系だと、軸外主光線が光軸に対して平行である為、ＴＴＭ検出系７の像高の変更が容易になる。
【００２７】  図１では、ウエハＷ上の３点がウエハ面結像面１４に結像している例を示している。ＴＴＭ検出系７とセンサ９との位置を変える事で、ショットに形成された異なるアライメントマークを計測できる。図１では簡単の為、ビームスプリッタ１３内での光線の屈折を図示していないが、実際にはビームスプリッタ１３に垂直に入射するリレー光学系１１の軸上光線以外は、ビームスプリッタ１３を透過する時にわずかながらシフトする。
【００２８】  このように、インプリント装置１００はビームスプリッタ１３を備えたリレー光学系１１を配置することで、モールドＭの上部の配置上余裕のあるスペースに照明系２とＴＴＭ検出系７とを配置することができる。配置上余裕のあるスペースにＴＴＭ検出系７を配置する事により、ＴＴＭ検出系７は大型化しても配置可能となり、ＴＴＭ検出系７のＮＡを上げる事ができる。モールドＭとウエハＷに形成されたアライメントマークを検出するＴＴＭ検出系７のＮＡを上げる事で、ＴＴＭ検出系に入射する光量が増え、アライメント精度を向上させることが出来る。また、モールドのパターン転写時にモールドとウエハとの重ね合わせ精度を上げる事ができ、デバイスの歩留まり向上に貢献できる。
【００２９】  図１の説明では、ビームスプリッタ１３がＴＴＭ検出系７の計測光８を透過し、照明系２から照射される紫外線３を反射する特性であるとしたが、このビームスプリッタの特性は逆でも良い。つまり、ビームスプリッタは、照明光および計測光８のどちらか一方を透過させ、他方を反射する面があればよい。ビームスプリッタとしては、図１のビームスプリッタ１３や図２のビームスプリッタ１６のようなプリズムを２つ貼り合わせた形状としても良いし、後述するビームスプリッタ２０のような平面型を用いても良い。いずれの場合も、特定の波長の光を透過又は反射させる面が形成されている。
【００３０】  図２は、ＴＴＭ検出系７の計測光８を反射し、照明系２から照射される紫外線３を透過する特性を持ったビームスプリッタ１６を備えたインプリント装置２００を示した図である。図１と同じく、高い精度のアライメントを実現できるＮＡの高いＴＴＭ検出系７と照明系２をモールドＭ上に配置する事が可能となる。
【００３１】  ＴＴＭ検出系７から照射された計測光８は、ＴＴＭ検出系用のレンズ１７を透過しビームスプリッタ１６まで導光された後、ビームスプリッタ１６で反射し、リレー光学系１１内のレンズ１２を透過し、モールドＭとウエハＷを照射する。モールドＭとウエハＷからの反射光はＴＴＭ検出系７を通りＴＴＭ検出系用のセンサ９で検出される。検出された信号をもとにモールドＭとウエハＷの位置合わせを行うことが出来る。リレー光学系１１内に構成されたレンズ１２とＴＴＭ検出系用のレンズ１７によって、ウエハ面が結像されているウエハ面結像面１４がモールドＭの上部に形成される。
【００３２】  照明系２から照射された紫外線３はリレー光学系１１内に備えられたレンズ１２、ビームスプリッタ１６、モールドＭを透過し、ウエハＷ上のインプリント樹脂を照射する。
【００３３】  図１のインプリント装置１００や図２のインプリント装置２００では、光束を分離する光学素子としてビームスプリッタを備えているインプリント装置について説明したが、このビームスプリッタの特性は完全反射や完全透過でなくても良い。例えば、ビームスプリッタ１６はＴＴＭ検出系７からの計測光８を９０％反射し１０％は透過し、照明系２からの照明光を９０％透過し１０％反射する特性のビームスプリッタでも良い。もちろん、このビームスプリッタの反射と透過の比は、９：１ではなく、８：２でも７：３などでも良い。
【００３４】  図１や図２のインプリント装置の説明では、簡単の為にＴＴＭ検出系７は１系統の構成で説明した。しかし、ＴＴＭ検出系７は複数系統の構成でも良い。例えば、ＴＴＭ検出系７が２系統構成される事により、同一ショットの異なる２点を同時に計測する事ができ、高い精度でアライメントを実現する事ができる。例えば、Ｘ計測とＹ計測を同時にする事もできるし、ショット内の異なる２点を計測する事で、ショット形状を補正する事もできる。複数系統であれば、２系統でなくて３系統でも４系統でも良い。
【００３５】  ＴＴＭ検出系７が１系統でも、ウエハステージ５やＴＴＭ検出系７を移動させる事で、アライメントマークの複数個所を計測する事ができる。しかし、装置を移動させる為、アライメント精度が低下する恐れがある。以下、ダイバイダイを用いたアライメントについて説明するが、アライメント方法はグローバルアライメント方法を用いても良い。
【００３６】  上述のインプリント装置のビームスプリッタは、リレー光学系１１の瞳空間に配置した場合について説明してきた。しかし、リレー光学系１１の構成上、瞳空間にビームスプリッタを配置できない場合がある。ビームスプリッタがリレー光学系１１の瞳空間ではなく、物体面（像面）に近い位置に配置される場合は収差が発生する恐れがある。ビームスプリッタをモールドＭに近い位置に配置した時の収差補正について説明する。
【００３７】  図３（Ａ）は、平行平板型のビームスプリッタ２０が瞳空間に配置されている場合を示している。平行平板型のビームスプリッタ２０が、瞳空間２１に配置されている場合には、軸上光線の全ての光は平行にビームスプリッタ２０を透過し、軸外光線の全ての光も平行にビームスプリッタ２０を透過する。この時、非点収差は発生しない。ここで、瞳空間とは軸上光線の主光線と軸外光線の主光線が交わる点である。
【００３８】  しかし現実的には、結像収差補正の為に瞳空間２１の近傍には図３（Ｂ）のように非点収差を補正する為のレンズ群（補正光学系２５）を構成する必要がある。その為に、ビームスプリッタ２０は収束光束中である空間に配置する場合がある。ビームスプリッタ２０を像面２２に近い位置に配置する場合には非点収差とコマ収差が発生する恐れがある。
【００３９】  図３（Ｂ）は、平行平板型のビームスプリッタ２０が、像面２２とレンズ２３の間のテレセントリック空間に配置された状態を示している。図３（Ｂ）では、軸上光線と軸外光線とが同じ角度で入射している為、発生する非点収差は軸上光線と軸外光線とで同じになる。図３（Ｂ）では、像面２２とレンズ２３の間にビームスプリッタ２０を配置した場合について説明したが、この空間は短ければ短いほどレンズ２３の外径を小さくできる為、この空間にビームスプリッタ２０を配置するスペースを確保できない事がある。
【００４０】  図３（Ｃ）は、ビームスプリッタ２０がレンズ２３と平行平板２４との間で光束が収束している空間（収束光束中）に配置された状態を示している。図３（Ｃ）では、軸上光線と軸外光線が同じ角度で入射していない為、発生する非点収差は軸上光線と軸外光線との共通成分だけでなく、像高依存の非点収差も発生する。
【００４１】  図３（Ａ）〜（Ｃ）ではビームスプリッタ２０で光線は曲げられるが、簡単の為、ビームスプリッタ２０による光線の屈折と図３（Ｂ）の補正光学系２５での屈折は省略して示している。図３はいずれも、光学系の収差を補正する板状の光学部材が配置され、収差が低減されているものを示している。
【００４２】  図４はビームスプリッタ２０を瞳空間に配置した時の像面２２付近を拡大した図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を用いて非点収差が発生しない原理を詳しく説明する。
【００４３】  図４（Ａ）は紙面平行方向がＺＹ平面であり、ＺＹ平面での軸上光線（実線）と軸外光線（点線）の結像を示した図である。図４（Ｂ）は紙面平行方向がＺＸ平面であり、ＺＸ平面での軸上光線と軸外光線の結像を示した図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）共に、平行平板型のビームスプリッタ２０が瞳空間に配置されている為に、軸上光線の全ての光線がビームスプリッタ２０に同じ角度で入射している。図４（Ａ）では、軸上光線の全ての光線が同じ角度でビームスプリッタ２０に入射するので、平行平板で同じ量だけシフトする事になり、像面２２では全ての光が１点に結像する。
【００４４】  図４（Ｂ）では、軸上光線の全ての光線が同じ角度かつ垂直に入射する為に、ビームスプリッタ２０で光線のシフトは起こらないが、像面２２では図４（Ａ）と同じＺ位置に全ての光が１点に結像する事になる。このようにＺＸ平面もＺＹ平面も全ての光が同じＺ位置に結像する為、平行平板型のビームスプリッタ２０を瞳空間に配置した場合では、軸上では非点収差は発生しない事が分かる。また軸外についても同様の原理で非点収差は発生しない。また図４（Ａ）・（Ｂ）共に、全ての光線が像面で１点に結像する為に、コマ収差が発生しない事も分かる。
【００４５】  図５はビームスプリッタ２０を像面２２とレンズ２３との間に配置した時の像面２２付近を拡大した図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて非点収差とコマ収差が発生する原理を詳しく説明する。
【００４６】  図５（Ａ）は紙面平行方向がＺＹ平面であり、ＺＹ平面での軸上光線（実線）と軸外光線（点線）の結像を示した図である。図５（Ｂ）は紙面平行方向がＺＸ平面であり、ＺＸ平面での軸上光線と軸外光線の結像を示した図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）共に、平行平板型のビームスプリッタ２０がレンズ２３と像面２２との間の収束光束中に配置されている為に、全ての光線が平行平板型のビームスプリッタ２０に同じ角度で入射していない。
【００４７】  図５（Ａ）と図５（Ｂ）とを比較すると、ビームスプリッタ２０に入射する光線の角度が異なっている事が分かる。まずは軸上光線の主光線について見てみると、図５（Ａ）ではビームスプリッタ２０の傾き角度分だけ傾いた角度で入射しているが、図５（Ｂ）では垂直に入射している。このようにビームスプリッタ２０に入射する角度がＺＸ平面とＺＹ平面で異なる為に光線のシフト量が異なり、図５（Ａ）と図５（Ｂ）とでは光線が結像するそれぞれの像面２２がＺ方向にズレ量を持つようになる。
【００４８】  図５（Ａ）と図５（Ｂ）での像面２２におけるズレ量は、平行平板型のビームスプリッタ２０が収束光束中に配置される事により発生する非点収差量８３を示す。軸外光線については、レンズ２３と像面２２の間がテレセントリック空間となっており、ビームスプリッタ２０に入射する角度が軸上光線と軸外光線では同じ為、軸上と同じ非点収差量８３の非点収差が軸外でも発生する。また図５（Ａ）から分かるように、ビームスプリッタ２０に入射する角度が光線ごとに異なる為に、像面２２では全ての光が１点に結像せずに、コマ収差を持つようになる。このように、収束光束中にビームスプリッタ２０を配置する事で、非点収差とコマ収差が発生する。
【００４９】  図６はビームスプリッタ２０を収束光束中に配置した時の像面２２付近を拡大した図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）を用いて非点収差とコマ収差が発生する原理を詳しく説明する。図６（Ａ）及び図６（Ｃ）は紙面平行方向がＺＹ平面でありＺＹ平面での結像を示している。図６（Ａ）は軸上光線（実線）、図６（Ｃ）は軸外光線（点線）のトレースを示した図である。図６（Ｂ）及び図６（Ｄ）は紙面平行方向がＺＸ平面であり、ＺＸ平面での結像を示している。図６（Ｂ）は軸上光線（実線）、図６（Ｄ）は軸外光線（点線）のトレースを示した図である。
【００５０】  図６では、平行平板型のビームスプリッタ２０は収束光束中に配置されている。そのため、全ての光線がビームスプリッタ２０に同じ角度で入射していない。また図６（Ａ）と図６（Ｂ）とでは、ビームスプリッタ２０に入射する光線の角度が異なっている事が分かる。例えば、軸上光線の主光線について見てみると、図６（Ａ）ではビームスプリッタ２０の傾き角度分だけ傾いた角度で入射しているが、図６（Ｂ）では垂直に入射している。このように平行平板に入射する角度がＺＹ平面とＺＸ平面で異なる為に平行平板型のビームスプリッタ２０での光線のシフト量が異なり、図６（Ａ）と図６（Ｂ）とでは光線が結像するそれぞれの像面２２がＺ方向にズレ量を持つようになる。
【００５１】  図６（Ａ）と図６（Ｂ）での像面２２におけるズレ量は、平行平板型のビームスプリッタ２０が収束光束中に配置されることにより発生する非点収差量８４を示す。軸外光線については、図６（Ｃ）と図６（Ｄ）から分かるように、ビームスプリッタ２０に入射する角度が図６（Ａ）と図６（Ｂ）の軸上光線の場合と異なっており、軸上で発生していた非点収差量８４とは異なる量の非点収差量８５が発生する。よって図６のビームスプリッタ２０の配置では、軸上光線と軸外光線とで共通成分の非点収差以外に、像高依存の非点収差も発生する事になる。また図６（Ａ）から分かるように、平行平板に入射する角度が光線ごとに異なる為に、像面では全ての光が１点に結像せずに、コマ収差を持つようになる。このように、収束光束中に平行平板型のビームスプリッタ２０を配置する事で、非点収差とコマ収差が発生する。
【００５２】  図７は、非点収差補正機構とコマ収差補正機構を備えたインプリント装置３００を示した図である。図７ではビームスプリッタ２０が像面に近い位置に配置されている。ここでは、ウエハ面（モールド面）を物体面とし、ウエハ面結像面１４を像面として説明する。
【００５３】  照明系２から照射された紫外線３は照明系用のレンズ３０を通って照明系折り曲げ用のミラー３１で反射され、平行平板型のビームスプリッタ２０に導光される。平行平板型のビームスプリッタ２０で反射した光線は、型側に配置されたレンズ２３（物体側レンズ）を透過し、モールドＭを透過し、ウエハＷ上に到達する。
【００５４】  ＴＴＭ検出系７から照射された計測光８は、検出系側に配置されたレンズ２６（像側レンズ）とコマ収差補正に用いる平行平板２７、２８を透過して、非点収差補正に用いる補正光学系２５に到達する。補正光学系２５を透過した光は、非点収差補正に用いる板状の光学部材としての平行平板２４と、平行平板型のビームスプリッタ２０と、レンズ２３とを透過して、モールドＭとウエハＷを照明する。モールドＭとウエハＷからの反射光はＴＴＭ検出系７を通りＴＴＭ検出系用のセンサ９で検出され、その検出信号をもとにモールドＭとウエハＷの位置合わせを行う。
【００５５】  図７では、レンズ２６、２３とコマ収差補正用の平行平板２７、２８と非点収差補正用の平行平板２４と補正光学系２５と平行平板型のビームスプリッタ２０でリレー光学系２９が構成されている。
【００５６】  リレー光学系２９によって、ウエハ面と共役な結像面（ウエハ面結像面１４）がモールドＭの上部に形成される。収束光束中に平行平面板を傾けて構成すると、図５（Ａ）および図５（Ｂ）で示したように非点収差やコマ収差が発生する事が知られている。リレー光学系２９を通してアライメントマークを観察（撮像）する為には、平行平板型のビームスプリッタ２０で発生した非点収差とコマ収差を補正する必要がある。
【００５７】  平行平板型のビームスプリッタ２０で発生する非点収差を補正する為に、非点収差補正に用いる平行平板２４がリレー光学系２９内に構成されている。非点収差補正に用いる平行平板２４は、ＺＸ平面に対して斜めに配置されており、平行平板型のビームスプリッタ２０で発生する軸上の非点収差を打ち消す役割を備えている。非点収差補正に用いる平行平板２４で補正しきれない、軸外の非点収差については補正光学系２５をＹ方向およびＸ方向に偏心させる事で補正する。
【００５８】  図８および図９を用いて平行平板２４と補正光学系２５とによる、非点収差の補正手法について説明する。前述の図６（Ａ）〜（Ｄ）の説明により、平行平板への入射角度の違いにより像高依存の非点収差が発生する事が分かった。
【００５９】  図８はビームスプリッタ２０と非点収差補正に用いる平行平板２４とを拡大した図である。図８（Ａ）はＹＺ平面を示し、図８（Ｂ）はＸＺ平面を示している。平行平板２４により、平行平板型のビームスプリッタ２０で発生する軸上の非点収差が打ち消される状態を示している。ここで、平行平板２４は、平行平板型のビームスプリッタ２０と同じ傾きを保ったまま、９０度回転して配置されていることに特徴がある。
【００６０】  ここでは、リレー光学系の光軸に対して垂直な面を基準に考える。ビームスプリッタ２０は光軸に垂直な面に対してＹ軸の方向に傾いているので、傾き方向はＹ方向とする。同様に、平行平板２４は光軸に垂直な面に対してＸ軸の方向に傾いているので、傾き方向はＸ方向とする。このようにビームスプリッタ２０と平行平板２４の傾き方向は互いに異なる。また、平行平板２４は平行平板型のビームスプリッタ２０と同じ厚み・形状であることが望ましい。
【００６１】  図６（Ａ）のＹＺ平面では、平行平板型のビームスプリッタ２０によって図６（Ｂ）のＸＺ平面に対して軸上の非点収差が発生している。図８（Ｂ）のようにＸＺ平面に非点収差補正用の平行平板２４を配置する事によって、図６（Ａ）と同量の非点収差がＸＺ平面でも発生する。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＹＺ平面とＸＺ平面で軸上の非点収差が発生しなくなっている事が分かる。
【００６２】  図９（Ａ）は図７のインプリント装置３００のような、収束光束中に平行平板を配置した時に発生する非点収差４０を示した図である。図９はいずれも横軸は平行平板への主光線の入射角度を示し、縦軸は非点収差量を示している。平行平板への主光線の入射角度は像高毎に異なっており、中心像高での平行平板へは入射角度４３で入射する。つまり中心像高であっても非点収差４４が発生している事になる。中心像高に大きな非点収差が発生していると、ＴＴＭ検出系７は中心像高でＸ方向とＹ方向を同時に計測する事ができない。この中心像高（入射角度４３）での大きな非点収差４４は、平行平板型のビームスプリッタ２０がＺＹ平面に対して斜めに配置されている為に生じる成分である。
【００６３】  そこで、この大きな非点収差４４を補正する為に、非点収差補正に用いる平行平板２４をＺＸ平面に対して斜めに配置する事で、中心像高での非点収差を補正する事ができる。補正の方法は上述の図８を用いて説明した通りである。
【００６４】  図９（Ｂ）は、非点収差補正に用いる平行平板２４をＺＸ平面に対して斜めに配置する事で補正された、像高毎（入射角度毎）の非点収差４１を示した図である。図９（Ａ）で生じていた各像高で画角共通成分の非点収差４４を補正する事ができていることが分かる。しかし、図６（Ａ）と図６（Ｃ）を比較すると分かるように、平行平板型のビームスプリッタに入射する角度が異なると、非点収差量８４と非点収差量８５の大きさは異なる。
【００６５】  本実施形態では、リレー光学系２９はテレセントリック光学系な為、複数のＴＴＭ検出系７を配置する事で、ウエハショットの各点を同時に計測する事が可能となる。しかし、図９（Ｂ）の状態では、中心像高（入射角度４３）以外での非点収差が補正されていない為、本発明の特徴である中心像高以外の異なる像高での計測を行う事ができない。ＴＴＭ検出系７が計測できる像高の範囲を図９（Ｂ）の計測像高レンジ４５で示す。平行平板２４をＺＸ平面に対して斜めに入れて非点収差を補正しただけでは、計測像高レンジ４５内で最大で非点収差量４６が生じる事が分かる。計測像高レンジ４５内の全ての像高でＸ方向とＹ方向を同時に計測するには、非点収差量４６をできるだけ補正することが望まれる。
【００６６】  そこで、非点収差を補正するために補正光学系２５を用いる。補正光学系２５をＹ方向およびＸ方向に偏心させる事で、非点収差量４６の非点収差を補正する。補正光学系２５を構成する凸レンズと凹レンズを群として偏心させる事で、平行平板２４では補正しきれない、像高毎の非点収差量４６を補正する事が可能となる。
【００６７】  図９（Ｃ）は補正光学系２５をＹ方向およびＸ方向に偏心させる事で補正された、各像高毎（入射角度毎）に発生する非点収差４２を示した図である。計測像高レンジ４５内の全ての像高において、中心像高（入射角度４３）のように非点収差がほとんど発生しないように補正する。計測像高レンジ４５内の全ての像高で非点収差が補正されている事から、複数のＴＴＭ検出系７でウエハショットの異なる点を同時に計測する事が可能となる。
【００６８】  次に、リレー光学系２９のコマ収差を補正する手法について説明する。本実施形態では、平行平板型のビームスプリッタ２０と同形状のコマ収差補正用の平行平板２７（第１コマ補正光学部材）と、非点収差補正用の平行平板２４と同形状のコマ収差補正用の平行平板２８（第２コマ補正光学部材）とを配置する。平行平板２７、２８を配置することでリレー光学系２９のコマ収差を低減する。
【００６９】  コマ収差補正用の平行平板２７はＺＹ平面基準で、リレー光学系２９の瞳空間を中心とし、Ｘ軸を回転軸としてビームスプリッタ２０と回転対称になるように配置されている。またコマ収差補正用の平行平板２８はＺＸ平面基準で、リレー光学系２９の瞳空間を中心とし、Ｙ軸を回転軸として平行平板２４と回転対称になるように配置されている。このように、平行平板型のビームスプリッタ２０と非点収差補正用の平行平板２４とに対して、コマ収差補正用の平行平板２７、２８を瞳空間の中心に対して回転対称になるように配置する事で、リレー光学系２９でのコマ収差の発生を低減する事ができる。
【００７０】  一方、上述までの説明で、リレー光学系２９の非点収差は計測像高全てに対して補正する為に、補正光学系２５をＹ方向およびＸ方向に偏心させる必要があった。しかし、補正光学系２５を偏心させると、リレー光学系２９の瞳空間の中心に対して回転対称でなくなるため、コマ収差が発生すると言う問題がある。リレー光学系にコマ収差が発生すると、ＴＴＭ検出系がアライメント計測する際の誤差成分となり、計測精度が低下する恐れがある。そこで、本実施形態では補正光学系２５を偏心させる時に、リレー光学系を構成するレンズを偏心させる事で、コマ収差の影響を低減させる。
【００７１】  図１０は、補正光学系２５の偏心によるコマ収差の発生とその補正手法について示した図である。図１０（Ａ）は、非点収差を補正する前の光学系の状態を示した図であり、図１１（Ａ）はこのときの非点収差とコマ収差の状態を示した図である。図１１（Ａ）を見ると像高毎に非点収差が発生していることが分かる。しかし、レンズ２３の主軸５０は補正光学系２５、レンズ２６の中心を通っており、リレー光学系の瞳空間の中心に対して光学系が回転対称である為、図１０（Ａ）の光学系ではコマ収差は発生しないことがわかる。
【００７２】  図１０（Ａ）で発生している非点収差を補正する為に、補正光学系２５はＹ方向およびＸ方向に偏心させる必要がある。図１０（Ｂ）では、補正光学系２５をＹ方向に偏心させた状態を示した図を示している。図１１（Ｂ）はこのときの非点収差とコマ収差の状態を示した図である。補正光学系２５を偏心させることで、図１１（Ａ）で発生していた像高毎の非点収差を補正することができる。しかし、補正光学系２５を偏心させた為に、補正光学系２５の主軸５１と、レンズ２３、２６の主軸５０が一致しなくなっている事が分かる。補正光学系２５の主軸５１はレンズ２３の主軸５０に対して偏心量５２だけ偏心している。図１０（Ｂ）の光学系は瞳空間の中心に対して回転対称ではない為に、コマ収差が発生する。
【００７３】  図１０（Ｃ）は、補正光学系２５を偏心させると同時に、レンズ２６を偏心させた状態を示した図である。図１１（Ｃ）はこのときの非点収差とコマ収差の状態を示した図である。レンズ２６の主軸５３は補正光学系２５の主軸５１から偏心量５２だけＹ方向に偏心しており、補正光学系２５の主軸５１がレンズ２３の主軸５０から偏心している偏心量と同じである。図１０（Ｃ）のように、補正光学系２５を偏心させると同時にレンズ２６も偏心させる事で、リレー光学系のコマ収差の発生を低減させることが出来る（図１１（Ｃ））。
【００７４】  図１０では簡単の為に、リレー光学系２９内のレンズ２６、２３と補正光学系２５とを図示したが、ビームスプリッタや平行平板があっても同じようにコマ収差を補正できる。また、ここではＹ方向に偏心させた例を示したが、Ｘ方向に補正光学系２５を偏心させた場合でも同様にレンズ２６をＸ方向に偏心させればよい。
【００７５】  上述の説明では、リレー光学系２９が等倍の場合についてコマ収差の補正を示しているが、リレー光学系２９が等倍以外の場合であってもコマ収差を補正する事ができる。ここでは、リレー光学系２９の倍率が２倍の光学系であるインプリント装置について説明する。倍率が２倍のリレー光学系２９の非点収差補正については、図７と同様に非点収差補正用の平行平板２４と補正光学系２５を用いる。倍率が２倍のリレー光学系２９のコマ収差補正については、上述のように非点収差補正用の平行平板を瞳空間の中心に対して回転対称に配置するだけでは補正する事はできない。
【００７６】  そこで、コマ収差補正用の平行平板２７、２８には、等倍のリレー光学系で用いた平行平板とは厚みの異なる平行平板が用いられる。ここでは、コマ収差補正用の平行平板２７の厚みは平行平板型のビームスプリッタ２０の２倍であり、コマ収差補正用の平行平板２８の厚みは非点収差補正用の平行平板２４の２倍である。
【００７７】  表１にリレー光学系の倍率と物体側（ウエハ側）平行平板（２０、２４）と像側の平行平板（２７、２８）の厚みと角度（傾斜角度）の関係を示す。リレー光学系の倍率が２倍になると、像側の平行平板の厚みを物体側の２倍とする。また、平行平板を配置する角度を２倍とする事でも、コマ収差を補正する事ができる。等倍のリレー光学系の平行平板を３０度で配置した場合は、角度を２倍として６０度で配置することでコマ収差を補正することができる。なお、倍率が２倍のリレー光学系も、補正光学系２５を偏心させる際に発生するコマ収差は、等倍の時と同様にレンズ２３、２６を偏心させる事で補正する事が可能である。この時のレンズの偏心量は、等倍の時と違って補正光学系２５とは同じにはならない。
【００７８】
【表１】
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【００７９】  またここでは、リレー光学系の倍率が２倍の場合について説明したが、他の倍率のリレー光学系に対しても同様に非点収差とコマ収差とを補正することができる。リレー光学系の倍率に応じて平行平板の厚みや角度を設定すればよい。
【００８０】  また上述の説明では、テレセントリックなリレー光学系を用いて説明したが、本発明は非テレセントリックなリレー光学系にも適用する事ができる。リレー光学系が非テレセントリックな場合には、軸上の非点収差と軸外の非点収差を同時に補正する事はできないが、どちらか一方の非点収差を補正する事はできる。例えば、軸上の非点収差を補正すると、軸上でＸＹマークを同時計測する事が可能となり、軸外の非点収差を補正すると、軸外でＸＹマークを同時計測する事が可能となるメリットがある。
【００８１】  また上述の説明では、ビームスプリッタ２０がＴＴＭ検出系７の計測光８を透過し、照明系２から照射される紫外線３を反射する特性であるとした。しかし、図２のように、ＴＴＭ検出系７の計測光８を反射し、照明系２から照射される紫外線３を透過する特性を持ったビームスプリッタ１６を備えたインプリント装置でも本発明を適用する事ができる。
【００８２】  このように非点収差を補正する光学系を備えたインプリント装置では、リレー光学系のコマ収差と非点収差を補正することができる。本発明を用いたインプリント装置では、モールドとウエハの相対位置を高い精度で検出する事ができ、モールドの押印時に下地のパターンと高い精度で位置合わせをする事ができる。そのため、デバイスの歩留まり向上に貢献できる。
【００８３】  （デバイス製造方法）  物品としてのデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、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、該製造方法は、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には、該製造方法は、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。
【００８４】  本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本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、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
【産業上の利用可能性】
【００８５】  モールドに形成された微細な構造を、インプリント樹脂等の被加工部材に転写する微細加工技術に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００８６】３００  インプリント装置２０  ビームスプリッタ（平行平板型）２４  平行平板（非点収差補正）２５  補正光学系２７・２８  平行平板（コマ収差補正）２９  リレー光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005901655.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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