(57)【要約】【課題】高速に位置合わせを行うことが可能な、新規なパターン転写装置、インプリント装置、パターン転写方法および位置合わせ方法を提供する。【解決手段】  アライメントマークを有するモールドと、アライメントマークを有する基板とを備え、該モールドに形成されている凹凸パターンを、該基板あるいは該基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するパターン転写方法であって、  前記モールドのアライメントマークと、基準基板のアライメントマークとを第１の物体位置に配置し、第１の撮像部で観察して第１の画像を取得する第１の工程と、  前記基準基板のアライメントマークを、前記第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置に配置し、第２の撮像部で観察して第２の画像を取得する第２の工程と、  前記第１及び第２の画像を用いて、これらアライメントマークによる画像位置の差に関する情報を取得する第３の工程と、を有する構成とする。【選択図】            図１
2008221821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とモールドとにアライメントマークがそれぞれ構成され、該モールドに形成されている凹凸パターンを、該基板あるいは該基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するパターン転写装置であって、
第１の物体位置における画像を取得する第１の撮像部と、
前記第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置における画像を取得する第２の撮像部とを備え、
前記第１の物体位置に前記モールドおよび、基板または基準基板のアライメントマークが配置可能に構成されると共に、第２の物体位置に前記基板または前記基準基板のアライメントマークが配置可能に構成され、
前記第１及び第２の物体位置に配置されたアライメントマークを、それぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察することによって、これらの撮像部で観察される画像位置の差に関する情報を取得し、
前記取得された情報を用いて前記モールドと前記基板の面内方向の位置合わせを行い、前記パターンの転写をすることを特徴とするパターン転写装置。
【請求項２】
前記画像位置の差に関する情報を取得する手段が、前記第１の物体位置での基準基板の画像と前記第２の物体位置での基準基板の画像とを比較する手段であることを特徴とする請求項１に記載のパターン転写装置。
【請求項３】
前記第１の物体位置と第２の物体位置との間隔が、前記モールドに形成されている凹凸パターンと前記基板とが樹脂を介して間接的に接触する距離以上とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン転写装置。
【請求項４】
前記基準基板に構成されているアライメントマークが、前記基板側の面と、前記モールド側の面に配置され、
前記基準基板の厚さを前記第１の物体位置と第２の物体位置の距離と同じ大きさとされていることを特徴とする請求項２に記載のパターン転写装置。
【請求項５】
前記基準基板に形成されているアライメントマークが、モールドのパターン領域と同じ大きさの領域に、前記アライメントマークを配置して構成されていることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のパターン転写装置。
【請求項６】
前記基準基板が、前記モールドに形成されている凹凸パターンを転写する基板自体によって構成されていることを特徴とする請求項２、４、５のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
【請求項７】
前記取得された情報を用い、第２の物体位置で前記モールドと前記基板との面内方向の位置合わせを行うと共に、該位置合わせされた前記モールドと基板を直接、あるいは樹脂を介して間接的に接触させ、
前記基板あるいは前記樹脂にパターンを転写可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
【請求項８】
前記第１および第２の撮像部に入る光量を調整する光量調整機構を有することを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
【請求項９】
前記光量調整機構は、前記第１および第２の撮像部の複数領域で光量を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項８に記載のインプリント装置。
【請求項１０】
アライメントマークを有するモールドと、アライメントマークを有する基板とを備え、該モールドに形成されている凹凸パターンを、該基板あるいは該基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するパターン転写方法であって、
前記モールドのアライメントマークと、基準基板のアライメントマークとを第１の物体位置に配置し、第１の撮像部で観察して第１の画像を取得する第１の工程と、
前記基準基板のアライメントマークを、前記第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置に配置し、第２の撮像部で観察して第２の画像を取得する第２の工程と、
前記第１及び第２の画像を用いて、これらアライメントマークによる画像位置の差に関する情報を取得する第３の工程と、
を有することを特徴とするパターン転写方法。
【請求項１１】
前記第１の工程において、前記モールドと前記基準基板の位置合わせを行うことを含むことを特徴とする請求項１０に記載のパターン転写方法。
【請求項１２】
前記第１の工程から第２の工程の間で、前記基準基板が面内方向の位置を保持することを含むことを特徴とする請求項１０に記載のパターン転写方法。
【請求項１３】
前記第３の工程において、前記画像位置の差に関する情報が前記第２の画像と第２の物体位置に配置した前記基板のアライメントマークを比較することによって得られることを含むことを特徴とする請求項１０に記載のパターン転写方法。
【請求項１４】
前記基準基板として、モールドのパターン領域と同じ大きさの領域に、アライメントマークを備えた基準基板が用いられることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のパターン転写方法。
【請求項１５】
前記基準基板が、前記モールドに形成されている凹凸パターンを転写する基板自体によって形成されることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載のパターン転写方法。
【請求項１６】
前記第３の工程の後、前記位置合わせされた前記モールドと基板を、直接、あるいは樹脂を介して間接的に接触させ、第１の物体位置でモールドと基板の位置合わせを行い、
前記基板あるいは前記樹脂にパターンを転写することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載のパターン転写方法。
【請求項１７】
前記位置合わせされた前記モールドと基板を直接、あるいは樹脂を介して間接的に接触させ前記基板あるいは前記樹脂にパターンを転写するに際し、
前記第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置から、前記モールドと基板、あるいは樹脂との間隔を狭めながら位置合わせを行い、前記パターンの転写を行うことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載のパターン転写方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２の画像を用いて、これらアライメントマークの画像位置の差に関する情報を取得するに際し、
前記撮像素子の中に複数の領域を切り出すプロセスと、
前記複数のそれぞれの領域で信号処理を行うプロセスと、
前記信号処理の結果に基づいてさらに信号処理するプロセスと、
を用いることを特徴とする請求項１０に記載のパターン転写方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の画像を用いて、これらアライメントマークの画像位置の差に関する情報を取得するに際し、
前記位置合わせのアライメントマークとして異なるピッチのグレーティングを用い、前記第１および第２の撮像部によって取得されたデータを重ね合わせ、
それらを信号処理することによって発生するモアレ縞を利用するプロセスを用いることを特徴とする請求項１０に記載のパターン転写方法。
【請求項２０】
請求項８に記載のインプリント装置の光量調整機構を用い、前記第１および第２の撮像部の光量調整を行うことを特徴とするパターン転写方法。
【請求項２１】
前記光量調整機構は、前記第１および第２の撮像部の複数領域で光量調整を行うことを特徴とする請求項２０に記載のパターン転写方法。
【請求項２２】
請求項１０に記載のパターン転写方法において、前記第１の工程は第１の光量によって第１の撮像部で観察して第１の画像を取得するプロセスを含み、
また、前記第２の工程は第２の光量によって第２の撮像部で観察して第２の画像を取得するプロセスを含むことを特徴とするパターン転写方法。
【請求項２３】
請求項１８に記載のパターン転写方法において、前記複数のそれぞれの領域で信号処理を行う前に、モールドまたは基板の高さ変化と共に倍率補正を行うことを特徴とするパターン転写方法。
【請求項２４】
モールドに形成されている凹凸パターンを、基板に、あるいは基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するためのパターン転写装置であって、
第１の焦点深度における画像を取得するための第１の撮像部と、
第２の焦点深度における画像を取得するための第２の撮像部とを備え、
該モールドが有する第１のアライメントマークと、該基板が有する第２のアライメントマークとを該第１の焦点深度内に配置し、該第１の撮像部で観察して第１の画像を取得し、
該モールドあるいは該基板が有する第３のアライメントマークを該第２の焦点深度内に配置し、該第２の撮像部で観察して第２の画像を取得し、
該第１及び第２の画像を用いて、該第１及び第２の撮像部の観察範囲の差に関する情報を取得することを特徴とするパターン転写装置。
【請求項２５】
第１のアライメントマークを有する第１の部材と、第２のアライメントマークを有する第２の部材との位置合わせ方法であって、
第１の物体位置で対象物を観察する第１の撮像部と、第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置で対象物を観察する第２の撮像部とを用意し、
前記第１の撮像部と第２の撮像部の観察範囲の差に関する情報を取得し、
前記第１の部材の第１のアライメントマークと前記第２の部材の第２のアライメントマークとを、それぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察できるように配置した状態で、
且つ前記情報を用いながら前記第１の部材と前記第２の部材の位置合わせを行なうことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２６】
前記第１の部材と前記第２の部材とをそれぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察できるように配置した状態で位置合わせを行なった後、前記第１の部材と第２の部材との間隔を狭めることを特徴とする請求項２５に記載の位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン転写装置、インプリント装置、パターン転写方法および位置合わせ方法に関し、特にモールドの形状を被加工部材に転写して加工するためのパターン転写装置、インプリント装置、パターン転写方法および位置合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、例えば非特許文献１に紹介されているように、モールド上の微細な構造を半導体、ガラス、樹脂や金属等のワークに加圧転写する微細加工技術が開発され、注目を集めている。
これらの技術は、数ナノメートルオーダーの分解能を持つためナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれ、半導体製造に加え、立体構造をウエハレベルで一括加工可能である。
これらは、フォトニッククリスタル等の光学素子、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  ＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオチップの製造技術等として幅広い分野への応用が期待されている。
【０００３】
このようなナノインプリントのうち、例えば、光インプリント方式を半導体製造技術に用いる場合について、以下に説明する。
まず、基板（例えば半導体ウエハ）上に光硬化樹脂からなる層を形成する。
次に樹脂層に所望の凹凸構造が形成されたモールドを押し当て、加圧する。紫外線を照射することで光硬化樹脂を硬化させる。これにより樹脂層に上記構造が転写される。
この樹脂層をマスクとしてエッチング等を行い、基板へ構造が転写される。
【０００４】
ところで、このような半導体製造においてはモールドと基板の位置合わせが必要である。
例えば、半導体のプロセスルールが１００ｎｍ以下になるような昨今の状況において、装置に起因する位置合わせ誤差の許容範囲は、数ｎｍ〜数十ｎｍと言われる程、厳しいものとなっている。
【０００５】
このような位置合わせ方法として、例えば、特許文献１ではモールドと基板を樹脂を介在した状態で接触させ、位置合わせを行うようにした方法が提案されている。
この方法では、まず、基板のマーク以外の部分に光硬化樹脂を選択的に塗布する。
次に、基板をモールドに相対する位置に移動する。この状態でモールドとワークの距離を縮め、マークが樹脂で埋まらないような高さまで近づける。
この状態で位置合わせを行い、その後最終的な加圧を行う、という方法が採られている。なお、ここでの光学系では、モールドのマーク付近の浅い焦点深度部分のみを観察する方式が用いられている。
【０００６】
一方、位置合わせに際し、位置合わせの対象となる２つの物体を離した状態で位置合わせする方法として、例えば、特許文献２のように２つの撮像素子を用いる方法が提案されている。
この方法では、第１物体であるマスクと第２物体であるウエハの相対位置検出を行う際、それぞれの物体上に配置された位置検出マークに対し、両面に別個の基準位置合わせマークを設けた第３の物体を照明光学系側に配置する。
そして、該第３の物体上にある基準位置合わせマークと前記第１及び第２の物体上の位置検出マークの光学像を撮像素子により検出し、前記第１及び第２の物体の位置ずれを検出するように構成されている。
【非特許文献１】Ｓｔｅｐｈａｎ  Ｙ．Ｃｈｏｕ  ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，６７，３１１４，１９９５
【特許文献１】米国特許第６６９６２２０号明細書
【特許文献２】特開平１０−３３５２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モールドと基板の位置合わせに際し、モールドと基板とを直接あるいは間接的に接触した状態で、面内方向の位置合わせを行うと、これらのモールドや基板に悪影響を及ぼす場合が生じる。
例えば、特許文献１のように、モールドと基板が樹脂を介して接触するような状態でのみ位置合わせを行うものでは、モールドと基板に大きな位置ずれがあった場合に、大きく高速に移動させるとモールドおよび基板を破壊させる可能性がより高くなる。
これに対し、モールドと基板を離した状態で位置合わせを行うことができれば、モールドおよび基板を破壊せず、樹脂と接触した後の位置ずれをより少なくすることができ、高速に位置合わせを行うことが可能となる。
一方、このような両者離れた状態での位置合わせをするに際し、特許文献２の方法は、照明光学系が複雑で、両面に高精度のパターンを要する第３の物体が必要になる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、高速に位置合わせを行うことが可能な、新規なパパターン転写装置、インプリント装置、パターン転写方法および位置合わせ方法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】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、次のように構成したパターン転写装置、インプリント装置、パターン転写方法および位置合わせ方法を提供するものである。
本発明のパターン転写装置は、基板とモールドとにアライメントマークがそれぞれ構成され、該モールドに形成されている凹凸パターンを、該基板あるいは該基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するパターン転写装置であって、
第１の物体位置における画像を取得する第１の撮像部と、
前記第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置における画像を取得する第２の撮像部とを備え、
前記第１の物体位置に前記モールドおよび、基板または基準基板のアライメントマークが配置可能に構成されると共に、第２の物体位置に前記基板または前記基準基板のアライメントマークが配置可能に構成され、
前記第１及び第２の物体位置に配置されたアライメントマークを、それぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察することによって、これらの撮像部で観察される画像位置の差に関する情報を取得し、
前記取得された情報を用いて前記モールドと前記基板の面内方向の位置合わせを行い、前記パターンの転写をすることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写装置は、前記画像位置の差に関する情報を取得する手段が、前記第１の物体位置での基準基板の画像と前記第２の物体位置での基準基板の画像とを比較する手段であることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写装置は、前記第１の物体位置と第２の物体位置との間隔が、前記モールドに形成されている凹凸パターンと前記基板とが樹脂を介して間接的に接触する距離以上とされていることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写装置は、前記基準基板に構成されているアライメントマークが、前記基板側の面と、前記モールド側の面に配置され、
前記基準基板の厚さを前記第１の物体位置と第２の物体位置の距離と同じ大きさとされていることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写装置は、前記基準基板に形成されているアライメントマークが、モールドのパターン領域と同じ大きさの領域に、前記アライメントマークを配置して構成されていることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写装置は、前記基準基板が、前記モールドに形成されている凹凸パターンを転写する基板自体によって構成されていることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写装置は、前記取得された情報を用い、第２の物体位置で前記モールドと前記基板との面内方向の位置合わせを行うと共に、該位置合わせされた前記モールドと基板を直接、あるいは樹脂を介して間接的に接触させ、
前記基板あるいは前記樹脂にパターンを転写可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明のインプリント装置は、前記第１および第２の撮像部に入る光量を調整する光量調整機構を有することを特徴とする。
また、本発明のインプリント装置は、前記光量調整機構は、前記第１および第２の撮像部の複数領域で光量を調整可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、アライメントマークを有するモールドと、アライメントマークを有する基板とを備え、該モールドに形成されている凹凸パターンを、該基板あるいは該基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するパターン転写方法であって、
前記モールドのアライメントマークと、基準基板のアライメントマークとを第１の物体位置に配置し、第１の撮像部で観察して第１の画像を取得する第１の工程と、
前記基準基板のアライメントマークを、前記第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置に配置し、第２の撮像部で観察して第２の画像を取得する第２の工程と、
前記第１及び第２の画像を用いて、これらアライメントマークによる画像位置の差に関する情報を取得する第３の工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記第１の工程において、前記モールドと前記基準基板の位置合わせを行うことを含むことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記第１の工程から第２の工程の間で、前記基準基板が面内方向の位置を保持することを含むことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記第３の工程において、前記画像位置の差に関する情報が前記第２の画像と第２の物体位置に配置した前記基板のアライメントマークを比較することによって得られることを含むことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記基準基板として、モールドのパターン領域と同じ大きさの領域に、アライメントマークを備えた基準基板が用いられることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記基準基板が、前記モールドに形成されている凹凸パターンを転写する基板自体によって形成されることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記第３の工程の後、前記位置合わせされた前記モールドと基板を、直接、あるいは樹脂を介して間接的に接触させ、第１の物体位置でモールドと基板の位置合わせを行い、
前記基板あるいは前記樹脂にパターンを転写することを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記位置合わせされた前記モールドと基板を直接、あるいは樹脂を介して間接的に接触させ前記基板あるいは前記樹脂にパターンを転写するに際し、
前記第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置から、前記モールドと基板、あるいは樹脂との間隔を狭めながら位置合わせを行い、前記パターンの転写を行うことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記第１及び第２の画像を用いて、これらアライメントマークの画像位置の差に関する情報を取得するに際し、
前記撮像素子の中に複数の領域を切り出すプロセスと、
前記複数のそれぞれの領域で信号処理を行うプロセスと、
前記信号処理の結果に基づいてさらに信号処理するプロセスと、
を用いることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記第１及び第２の画像を用いて、これらアライメントマークの画像位置の差に関する情報を取得するに際し、
前記位置合わせのアライメントマークとして異なるピッチのグレーティングを用い、前記第１および第２の撮像部によって取得されたデータを重ね合わせ、
それらを信号処理することによって発生するモアレ縞を利用するプロセスを用いることを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、上記したインプリント装置の光量調整機構を用い、前記第１および第２の撮像部の光量調整を行うことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記光量調整機構が、前記第１および第２の撮像部の複数領域で光量調整を行うことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記第１の工程は第１の光量によって第１の撮像部で観察して第１の画像を取得するプロセスを含み、
また、前記第２の工程は第２の光量によって第２の撮像部で観察して第２の画像を取得するプロセスを含むことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写方法は、前記複数のそれぞれの領域で信号処理を行う前に、モールドまたは基板の高さ変化と共に倍率補正を行うことを特徴とする。
また、本発明のパターン転写装置は、モールドに形成されている凹凸パターンを、基板に、あるいは基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するためのパターン転写装置であって、
第１の焦点深度における画像を取得するための第１の撮像部と、
第２の焦点深度における画像を取得するための第２の撮像部とを備え、
該モールドが有する第１のアライメントマークと、該基板が有する第２のアライメントマークとを該第１の焦点深度内に配置し、該第１の撮像部で観察して第１の画像を取得し、
該モールドあるいは該基板が有する第３のアライメントマークを該第２の焦点深度内に配置し、該第２の撮像部で観察して第２の画像を取得し、
該第１及び第２の画像を用いて、該第１及び第２の撮像部の観察範囲の差に関する情報を取得することを特徴とする。
また、本発明に係る第１のアライメントマークを有する第１の部材と、第２のアライメントマークを有する第２の部材との位置合わせ方法は、
第１の物体位置で対象物を観察する第１の撮像部と、第１の物体位置と間隔を隔てた第２の物体位置で対象物を観察する第２の撮像部とを用意し、
前記第１の撮像部と第２の撮像部の観察範囲の差に関する情報を取得し、
前記第１の部材の第１のアライメントマークと前記第２の部材の第２のアライメントマークとを、それぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察できるように配置した状態で、
且つ前記情報を用いながら前記第１の部材と前記第２の部材の位置合わせを行なうことを特徴とする。
前記第１の部材と前記第２の部材とをそれぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察できるように配置した状態で位置合わせを行なった後、前記第１の部材と第２の部材との間隔を狭めることもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、インプリントに際し、モールドあるいは基板を破壊し難くなり、また高速に位置合わせを行うことが可能となる。
また、照明光学系を簡便にすることができるため、装置コストを低減することが可能となる。
なお、本発明はインプリント方法に限らず、２つの部材の面内方向の位置合わせを行なう装置に適用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記構成により、本発明の課題を達成することができるが、それは本発明者が鋭意検討を行った結果、つぎのようなそれぞれの撮像素子の観察範囲の差に関する情報を取得するための、新規なパターン転写を実現するための構成を見出したことに基づくものである。
すなわち、ナノインプリント時に、基準基板を利用して、モールドと基板を、位置合わせをするように構成することで、より低コストな位置合わせをすることを可能としたものである。
なお、これらは、ナノインプリントに際し、基板自体にパターン転写する場合だけでなく、モールドと基板間に樹脂を介して転写する場合等を含むものである。
【００１２】
本発明の実施の形態においては、上記新規なパターン転写による加工装置を実現するため、つぎのような構成を採ることができる。
すなわち、モールドの加工面にある第１の物体位置とモールドの加工面より被加工部材側にある第２の物体位置を観察する光学系を含み、
前記第１の物体位置を観察する第１の撮像素子と前記第２の物体位置を観察する第２の撮像素子との間の相対的な観察位置関係を認識する手段を用いることによって、モールドと被加工部材の位置合わせを行うように構成することができる。
その際、前記観察位置の差を認識する手段として、基準基板を用いる構成を採ることができる。
また、前記第１および第２の撮像素子によって予め撮像したデーターと第１および第２の撮像素子で撮像するデーターを比較することによって、モールドと被加工部材の位置合わせを行う構成を採ることができる。
また、前記第１および第２の撮像素子の中にあるいくつかの領域をそれぞれ比較することによってモールドと被加工部材の位置合わせを行う構成を採ることができる。
【００１３】
また、本発明の実施の形態においては、上記新規なパターン転写による加工方法を実現するため、つぎのような構成を採ることができる。
すなわち、モールドの加工面にある第１の物体位置とモールドの加工面に対し被加工部材側にある第２の物体位置を観察する光学系を含む。
そして、前記第１の物体位置を観察する第１の撮像素子と前記第２の物体位置を観察する第２の撮像素子との間の相対的な観察位置関係を認識する手段を用いることによってモールドと被加工部材の位置合わせを行うように構成することができる。
その際、前記観察位置の差を認識する手段として、基準基板を用いる構成を採ることができる。
また、前記基準基板によって観察位置の差を認識する工程、前記第２の物体位置で被加工部材とモールドの位置合わせを行う工程を含む構成を採ることができる。また、前記第１および第２の撮像素子によって予め撮像したデーターと第１および第２の撮像素子で撮像するデーターを比較することによってモールドと被加工部材の位置合わせを行う構成を採ることができる。
また、前記撮像素子の中にあるいくつかの領域を切り出す工程、それぞれの領域で信号処理を行う工程、該信号処理結果を元にさらに信号処理を含む構成を採ることができる。
また、前記位置合わせのマークとして異なるピッチのグレーティングを用い、第１および第２の撮像素子によって撮像したデーターを重ね合わせる信号処理することによって発生するモアレ縞を利用する構成を採ることができる。
【００１４】
上記した本実施の形態によれば、モールドと基板の２つの物体位置を同軸で観察する光学系を用い、２つの物体位置におけるそれぞれの撮像範囲の相対的位置関係を基準基板によって計測する。そして、その結果を利用してモールドと基板の位置合わせを行うことができる。
これにより、モールドと基板が離れた状態で位置合わせすることができ、モールドおよび基板にダメージを与えることなく、高速でモールドと基板の位置合わせをすることが可能となる。
また、モールドと基板のマークを法線方向から観察した場合に別の領域とすることにより、モールドと基板のマークの干渉が起こらず、信号処理が容易となる。
【００１５】
また、本発明に係るパターン転写装置を以下のように構成することもできる。ここでいう装置とは、モールドに形成されている凹凸パターンを、基板あるいは基板と該モールド間に介在する樹脂にパターンを転写可能に構成したパターン転写装置である。
そして、第１の焦点深度における画像を取得するための第１の撮像部と、第２の焦点深度における画像を取得するための第２の撮像部とを備えている。
まず、該モールドが有する第１のアライメントマークと、該基板が有する第２のアライメントマークとを該第１の焦点深度内に配置し、該第１の撮像部で観察して第１の画像を取得する。更に、該モールドあるいは該基板が有する第３のアライメントマークを該第２の焦点深度内に配置し、該第２の撮像部で観察して第２の画像を取得する。
そして、該第１及び第２の画像を用いて、該第１及び第２の撮像部の観察範囲の差に関する情報、すなわち撮像部で観察される画像位置の差に関する情報を取得するように構成する。
ここで、第３のアライメントマークは、第１あるいは第２のアライメントマークと同一のものであっても、別のマークであっても良い。
また、前記第１の焦点深度内に前記モールドのアライメントマークを配置可能に構成する一方、前記第２の焦点深度内に被転写基板のアライメントマークを配置可能に構成し、該モールドと該被転写基板との面内方向の位置合わせを行うように構成することもできる。
また、前記第２の焦点深度内に前記モールドのアライメントマークを配置し、前記第１の焦点深度内に被転写基板のアライメントマークを配置し、該モールドと該被転写基板との面内方向の位置合わせを行うこともできる。
【００１６】
また、本発明は以下の位置合わせ方法を含む。
具体的には、
第１のアライメントマークを有する第１の部材と、第２のアライメントマークを有する第２の部材との位置合わせ方法である。
特に２つの部材の互いに対向しあう面内方向の位置合わせに関する。
まず、第１の物体位置で対象物を観察する第１の撮像部と、第１の物体位置と所定距離以上の間隔を隔てた第２の物体位置で対象物を観察する第２の撮像部と、を用意する。
そして、前記第１の撮像部と第２の撮像部の観察範囲の差に関する情報を取得する。ここでいう情報とは、例えば２つの撮像部がそれぞれ観察する範囲の中心が、互いにどの程度ズレているかに関する情報である。
そして、前記第１の部材の第１のアライメントマークと前記第２の部材の第２のアライメントマークとを、それぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察できるように配置した状態で、且つ前記情報を用いながら前記第１の部材と前記第２の部材の位置合わせを行なう。
これにより、２つの部材を所定距離隔てた状態で、厳密な面内方向の位置あわせができる。
前記第１の部材と前記第２の部材とをそれぞれ前記第１及び第２の撮像部で観察できるように配置した状態で位置合わせを行なった後、前記第１の部材と第２の部材との間隔を狭めることもできる。更には両部材を接触させることもできる。
【実施例】
【００１７】
以下に、本発明の実施例について説明をする。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用したモールドと基板の位置合わせ方法について説明する。
図１に、本実施例における基準基板を用いたモールドと基板の位置合わせ方法を説明する図を示す。
図１において、１０１は第１の物体位置、１０２は第２の物体位置、１０３はモールド、１０４はモールドマークである。
１１０は基準基板、１１１は基準基板マーク、１１２は基板、１１３は基板マークである。
本実施例の位置合わせ方法においては、モールド１０３の加工面にある第１の物体位置１０１と、加工面に対し基板１１２側にある第２の物体位置１０２を観察する光学系を用いる。
これによって、それぞれモールドマーク１０４と基板マーク１１３を同時に観察できるようになっている。
なお、第１の物体位置１０１と第２の物体位置１０２は、例えば数マイクロメートル以上離れており、加工面に対し平行な面内に基板を高速に動かしても、モールドと基板は接触しない位置関係にある。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の各場合において、中央の図が、第１の物体位置１０１における第１の観察範囲１０６を示している。
また、図１の右の図が、第２の物体位置１０２における第２の観察範囲１０７を示している。なお、第１の観察範囲１０６のうち撮像部分を第１の撮像範囲１０８、第２の観察範囲１０７のうち撮像部分を第２の撮像範囲１０９とする。
また、図１の左の図が、第１の物体位置のＡ−Ａ'におけるモールド１０３と基板１１２の断面を示している。
一般に、このような２つの物体位置を観察する撮像素子を、ナノメートルの精度で同軸に配置することは容易ではなく、第１の観察範囲１０６と第２の観察範囲１０７の中心位置には差が発生する。また、それぞれの観察範囲と撮像範囲の間にも中心位置の差が発生する。さらに、第１の撮像範囲とモールドマークの中心位置にも差がある。最終的に位置合わせを行いたいのはモールドと基板であり、ここでは、モールドマークの中心に基板マークの中心を合わすこととする。なお、説明の簡便のために、第１の観察範囲、第１の撮像範囲は一致しており、第２の観察範囲と第２の撮像範囲は一致しているとする。この仮定をしても説明の一般性は失われない。また、簡単のため、第１の観察範囲と第２の観察範囲の中心位置はｙ方向のみずれているとする。
なお、座標は第２の物体位置から第１の物体位置へ向かう向きをｚ方向の正の向きとする。
【００１９】
本実施例の位置合わせ方法の概略を説明する。本方法では、モールドと基板の位置合わせを行うために、基準基板１１０を用いる。
その手順は、以下の通りである。
（１）モールドと基準基板を第１の物体位置で面内移動機構を用いて合わせる（図１（ａ））
（２）基準基板をｚの負の向きに移動させ、第２の物体位置で像を取得する（図１（ｂ））
（３）第２の物体位置で、観察された像と基板を面内移動機構を用いて合わせる（図１（ｃ））
（４）基板をｚの正の向きに移動するだけで、第１の物体位置でモールドに基板が合う（図１（ｄ））。
ところで、同じ基板上にいくつものパターンを転写するステップアンドリピートのような場合には、基板の最初の一箇所で位置合わせをすればよい。その後は面内移動機構の精度（サブナノメートル）により繰り返し転写することができる。
【００２０】
次に、詳細を説明する。第１の物体位置でモールドマークの所望の位置に基板マークを合わせるには、第２の物体位置において基板マークをどの位置に配置させることに相当するかということを知ることが必要となる。
この作業はモールドを交換した時にのみ行うようなものである。
図１（ａ）は第１の物体位置１０１において、基準基板マーク１１１を、モールドマーク１０４に合わせこんだ状態を示す。
この状態を実現する為の方法を次に説明する。モールドマーク１０４は第１の撮像範囲の中心にあるものとする。基板を基板保持部に配置し、面内移動機構を使って、基準基板マークの中心をモールドマークに合わせこむことができる。
この時の位置合わせは面内移動機構を用いることによりナノメートルの精度で行うことが可能である。
なお、この時、第２の物体位置１０２の像を特に使う必要は無い。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように基準基板を、基板昇降機構を使ってｚの負の向きに移動し、基準基板マーク１１１が第２の物体位置１０２に入るようにする。その間ｘｙ方向に基準基板はずれない。
この状態では、第２の物体位置１０２において基準基板マークが観察され、この状態を撮像し、記憶する。なお、この時第１の物体位置１０１の像を特に使う必要は無い。
次に図１（ｃ）及び（ｄ）を使って、モールドと基板との位置合わせの方法を説明する。これは新たな基板を配置するごとに行う操作である。
まず、図１の（ｃ）において、基板１１２の配置された基板保持部を面内移動機構によってモールド１０３に対向する指定位置（これをＦ１−１とする）に配置する。
この時、第２の物体位置に基板マーク１１３が観察される。この基板マークの中心を図１（ｂ）の第２の物体位置１０２において観察した基準基板マーク１１１の中心になるように面内移動機構を使って位置合わせを行う。
この位置合わせはモールドと基板が離れた状態であるため高速に行うことができる。
この時の基板保持部の指定位置（Ｆ１−１）と位置合わせが終了した時の基板保持部の位置（これをＳ１−１とする）の差（これをＥ１−１とする）を記憶する。なお、この時特に第１の物体位置１０１の像を特に使う必要は無い。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示すように、基板１１２をｚの正の向きに上昇させ、基板を第１の物体位置１０１に配置する。
この時、基本的にモールドと基板は位置合わせが終了している状態となっている。これ以降の同じ基板上の転写にはこのＥ１−１のずれがあることを前提として指定位置を設定してインプリントを行う。
なお、この時特に第２の物体位置１０２の像を使う必要は無い。
もし、図１（ｄ）の第１の物体位置においてモールドと基板との位置にずれて許容範囲外である場合には、さらにモールドと基板を位置合わせすることもできる。この操作が必要な場合はモールドと基板が樹脂を介して接触するために応力を受け、モールドと基板の位置がずれるような時が考えられる。
モールドと基板の位置ずれがある場合で、モールドと基板のずれが基板の位置に関係なく同じ量であれば、次の処理を行う。つまり、この時の基板保持部の指定位置（Ｆ１−１）と位置合わせが終了した時の基板保持部の位置（これをＳ１−２とする）の差（これをＥ１−２とする）を記憶する。
この時（ｃ）において第２の物体位置で位置合わせを行っているので、この値は大きなものとならない。
これ以降の同じ基板上の転写にはこのＥ１−２のずれがあることを前提として、指定位置を設定してインプリントを行う。
【００２３】
以上、基板のある１点におけるモールドと基板のずれ情報に基づいて、基板全面での位置合わせを実施する方法について述べたが、基板全面におけるずれ情報を予め測定しておき、そのずれ情報に基づいてモールドと基板の位置合わせを実施しても良い。
【００２４】
次に、本実施例で用いる基準基板の構成について説明する。図２に、本実施例の基準基板の構成を示す。基準基板は転写される基板自体そのものを使うことも可能である。しかしながら、転写される基板の場合、プロセス中の歪みや個体間の差なども懸念されるため、安定した基準基板を使用する方が望ましい。
図２（ａ）に示す基準基板は、四角い形状をした基準基板２０１上にモールドのパターン領域と同じ大きさの領域２０２が配置され、その四隅に基準基板マーク２０３が配置されて構成されている。
図２（ｂ）に示す基準基板は、円形の形状をした基準基板２０４で、転写する基板と同じサイズにより構成されている。
基準基板上には基準基板マークのあるパターン領域２０５と基準基板マークのないパターン領域２０６がある。この構成においては基準基板マークのある位置で補正を行うことができる。
図２（ｃ）に示される基準基板は、転写される基板そのものを基準基板２０７として用いる場合である。この場合、全てにおいて補正を行っても良いし、図２（ｂ）のようにいくつかの点で補正しても良い。
【００２５】
次に、本実施例に用いる計測用光学系について説明する。
図３に本実施例の計測用光学系の構成を示す。
本実施例の計測用光学系においては、光源３０１から出た光は照明光学系３０２、第１のビームスプリッター３０３、第１の結像光学系３０４を通り、モールド３０９および基板３１２に到達する。
これらで反射した光は、第１の結像光学系３０４、第１のビームスプリッター３０３、第２の結像光学系３０６を通り、第２のビームスプリッター３０５を経て第１の撮像素子３０７、第２の撮像素子３０８に結像する。
第１の撮像素子３０７には第１の物体位置３１３の像が結像され、第２の撮像素子３０８には第２の物体位置３１４の像が結像される。
ここでは、第１の撮像素子３０７にモールドマーク３１０、第２の撮像素子３０８に基板マーク３１１が結像している。
【００２６】
次に、本実施例におけるモールドに形成されている凹凸パターンを基板あるいは該基板と該モールド間に介在する樹脂に転写するパターン転写装置を構成する加工装置について説明する。
図４に、本実施例１における加工装置の構成例を示す。
図４において、４０１は露光光源、４０２は鏡筒、４０３はモールド保持部、４０４は基板保持部、４０５は基板昇降機構（ｚ）、４０６は面内移動機構（ｘｙ）である。
４０７は図３の計測用光学系、４０８は撮像素子、４０９は解析機構である。
【００２７】
モールド保持部４０３は、真空チャック方式等によってモールド４１１のチャッキングを行う。
基板４１２は面内移動機構により所望の位置に移動することができ、基板昇降機構により高さの調整および加圧を行うことができる。
なお、面内移動機構および基板昇降機構は、干渉計などによる距離計測がされており、制御精度はサブナノメートルとなっている。基板の位置移動、加圧、露光等の制御はインプリント制御機構４１０によって行う。
【００２８】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１とは異なる形態の、モールドと基板との位置合わせ方法について説明する。
本実施例においては、実施例１と共通する部分の説明は省略し、差異のある部分について説明する。
図５に、本実施例における、モールドと基板の位置合わせ方法を説明する図を示す。
本実施例においては、基準基板の両面にそれぞれ第１の基準基板マーク５０６および第２の基準基板マーク５０４を配置し、基準基板５０５の光学的な厚さを第１の物体位置５０１と第２の物体位置５０３の距離と同じとしている。
これにより、第１の物体位置でモールドマークの所望の位置に基板マークを合わせるには、第２の物体位置において基板マークをどの位置に移動すればよいかを以下の説明によって知ることができる。
図５（ａ）は、第１の物体位置５０１に基準基板５０５の第１の基準基板マーク５０６がある場合である。
また、第２の基準基板マーク５０４は、第２の物体位置５０３にある。
まず、基準基板を基板保持部（不図示）に配置し、面内移動機構によりモールドマーク５０７を基準として、第１の基準基板マーク５０６を第１の物体位置において位置合わせをする。
このときの方法として例えば、第１の基準基板マークの中心とモールドマークの中心が一致するように合わせる。この時、第２の物体位置５０３には第２の基準基板マーク５０４があり、この時の像を記憶する。その後、基準基板を基板保持部から回収する。なお、第１の基準基板マークと第２の基準基板マークの面内方向の位置関係に設計値との誤差がある場合は、当該誤差情報を加味して位置合わせを行なうことが好ましい。
【００２９】
次に、基板を位置合わせする方法を説明する。
これは基本的に実施例１と同様である。図５（ｂ）において、基板の配置された基板保持部を、面内移動機構によりモールドに対向する指定位置（これをＦ２−１とする）に配置する。この時、第２の物体位置に第１の基板マーク５１４および第２の基板マーク５１５が観察される。この第１の基板マークの中心を図５（ａ）の第２の物体位置おいて観察した基準基板マークの中心になるように位置合わせを行う。この時の基板保持部の指定位置（Ｆ２−１）と位置合わせが完了した基板保持部の位置（これをＳ２−１とする）の差（これをＥ２−1とする）を記憶する。
【００３０】
図５（ｃ）は基板が配置された基板保持部を上昇させ、第１および第２の基板マーク５１４、５１５が第１の物体位置に配置された状態である。
通常この状態で、モールドと基板の位置合わせは完了している。これ以降の同じ基板上の転写にはこのＥ２−１のずれがあることを前提として指定位置を設定してインプリントを行う。
なお、実施例１と同様に、モールドと基板がずれて許容範囲外であるような場合においては、図５（ｃ）で示される第１の物体位置にて、面内移動機構を使ってモールドマーク５０７を基準として第２の基板マーク５１５を合わせる。
この時、図５（ｂ）において第２の物体位置で位置合わせを行っているので大きなずれとはならない。
指定位置（Ｆ２−１）と位置合わせが完了した基板保持部の位置（これをＳ２−２とする）の差（これをＥ２−２とする）を記憶する。これ以降の同じ基板上の転写にはこのＥ２−２のずれがあることを前提として指定位置を設定してインプリントを行う。
【００３１】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１とは画像の処理方法が異なる、モールドと基板の位置合わせ方法について説明する。
本実施例においては、実施例１と共通する部分の説明は省略し、差異のある部分について説明する。
図６に本実施例における信号処理方法を説明する図を示す。まず、基準基板６１３を第１の物体位置６０１で観察した場合を説明する。
図６（ａ）に、基準基板６１３の基準基板マーク６１４が、第１の物体位置にある状態を示す。
ここでは、第１の撮像領域６０８において、モールドマーク６０４を基準として、第１の領域Ａ６１０がモールドマークを包含する領域として割り当てる。
その後、ある間隔で第１の領域Ｂ６１１、第１の領域Ｃ６１２を割り当てる。基準基板マーク６１４は第１の領域Ｃに対して、面内移動機構で移動させることにより、位置合わせを行う。
この時例えば、第１の領域Ａと第１の領域Ｃを画像から切り出し、それぞれのコントラストを調整し、さらにそれらを重ね合わせるなどの信号処理を行って所望の位置に配置する。
基準基板マーク６１４と第１の領域Ｃとの位置合わせが終了した後に、基板昇降機構を使って基準基板を第２の物体位置まで下げ、第２の物体位置６０３にて、基準基板マーク６１４を観察する。
図６（ｂ）に、基準基板の基準基板マークが第２の物体位置にある状態を示す。ここでは、第２の撮像領域６０９において、基準基板マーク６１４を基準として、第２の領域Ｃ６１７が基準基板マークを包含するように領域を割り当てる。その後、ある間隔で第２の領域Ｂ６１６，第２の領域Ａ６１５を割り当てる。
その後、基準基板を基板保持部から回収する。
【００３２】
次に、基板の位置合わせする方法を説明する。
図６（ｃ）に、基板を第２物体位置で観察した場合を説明する図を示す。
図６（ｃ）において、基板の配置された基板保持部を、面内移動機構によりモールドに対向する指定位置（これをＦ３−１とする）に配置する。
この時、第２の物体位置に基板マーク６１９が観察される。この時、第２の領域Ｂを画像から切り出し、図６（ｂ）において取得した第２の領域Ｃの画像と重ね合わせることによって位置合わせを行う。
この位置合わせはモールドと基板の接触がないため高速に行うことができる。なお、それぞれの画像は予めコントラストなどの信号処理を行っておく。
次に、基板を第１物体位置で観察した場合を説明する。基板昇降機構により基板をｚの正の向きに上昇させ、基板マークが第１の物体位置に配置された状態を図６（ｄ）に示す。
通常、この状態でモールドと基板の位置合わせは、終了しており、その位置ずれは許容範囲内であることが期待される。
この時の基板保持部の指定位置（Ｆ３−１）と位置合わせ後の基板保持部の位置（これをＳ３−１とする）の差（これをＥ３−１とする）を記憶する。
これ以降の同じ基板上の転写にはこのＥ３−１のずれがあることを前提として、指定位置を設定してインプリントを行う。
なお、実施例１と同様に、モールドと基板がずれて許容範囲外となるような場合においては、モールドと基板が第１の物体位置において、最終的にモールドと基板を位置あわせする。
この時、図６（ｃ）において第２の物体位置で位置合わせを行っているので大きなずれとはならない。
指定位置（Ｆ３−１）と位置合わせ後の基板保持部の位置（これをＳ３−２とする）差（これをＥ３−２とする）を記憶する。
これ以降の同じ基板上の転写にはこのＥ３−２のずれがあることを前提として、指定位置を設定してインプリントを行う。
【００３３】
このように、撮像素子の別々の領域を用いることの効果は、モールドおよび基板において反射率が異なるため、モールドと基板の画像を独立に信号処理することができるため、位置合わせの精度を上げやすくなることである。
また、上下に重なり合わないために互いに干渉の影響を考慮する必要が無く、マークの自由度をあげることができる。
【００３４】
次に、このようなマークの中で、モアレ縞を画像処理によって発生させることにより、高精度の位置合わせを行う方法について説明する。
図７に、本実施例３におけるモアレ縞を画像処理して位置合わせを行う際に用いる位置合わせマークを説明する図を示す。
図７（ａ）はピッチＰ1のバーが並んだパターン７０１とピッチＰ2のバーが並んだパターン７０２からなる第１のマークである。
図７（ｂ）はピッチＰ1とピッチＰ2の並びが（ａ）と逆の場合である第２のマークである。
第１のマークと第２のマークを重ね合わせることによって、図７（ｃ）のような合成像７０６を発生する。
この合成像においては、左右のモアレ縞の位相が同じであり、モールドと基板の位置合わせが終了している状態を示している。
なお、モールドと基板の位置合わせが終了していない状態においては、左右のモアレ縞の位相が異なる。ところで、モアレ縞の周期はピッチＰMで、次のような式で表される。
2008221821.tif 000003
【００３５】
このように、光学倍率を使わなくてもモールドと基板の位置ずれが拡大される。別の形態としては、ＸＹθの位置合わせを行う第１のマークとして（ｄ）、第２のマークとして（ｅ）のように配置する。
マークの第１領域および第３領域でｙ方向およびθ、マークの第２領域および第４領域でｘ方向およびθの位置合わせを行うことができる。（ｆ）は位置合わせが終了した時の合成像である。
以上で説明した本発明に係る技術は、半導体製造技術、フォトニッククリスタル等の光学素子やμ−ＴＡＳ等のバイオチップの製造技術等として利用することが可能である。
【００３６】
［実施例４］
実施例４においては、実施例１で説明した光学系の別の形態について説明する。特に、実施例３において説明したコントラスト調整を行うときに好適である。その理由は、反射率が異なるモールドと基板のマークを同一視野内で撮像するとコントラストが十分取れなくなり、正確な計測を妨げる場合があることによる。従って、マークを垂直方向から観察した場合に互いに光学的に影響を及ぼさない位置に配置し、それぞれに対してコントラストを調整できることが重要である。垂直方向である理由は、モールドまたは基板をｚ方向に移動させるため、モールドまたは基板の移動による撮像素子中のマーク位置変化をなくすためである。
当然、斜めから観察する場合にはマークの位置変化に対応した信号処理方法でなければならない。
モールドマークは透過率が高いため、モールドマークのコントラストが基板マークのコントランストより低い傾向がある。
なお、一般にコントラストが高いほど計測精度が向上する。従って、モールドと基板におけるコントラストがそれぞれ最大になるような調整が求められる。
【００３７】
次に、本実施例の計測光学系について説明する。図８に、本実施例の計測光学系を説明する図を示す。
図８（ａ）は、第１の撮像素子３０７、第２の撮像素子３０８の前に第１の光学素子８０１、第２の光学素子８０２を配置した構成を示すものである。
ここでの光学素子は、色フィルター、干渉フィルター、ＮＤフィルター、偏光板等に加え、それらの組み合わせにより構成される。
当然、第１の光学素子、第２の光学素子は反射率にあわせて好適となるようなものを選択する。
なお、カラーＣＣＤの色フィルターをそのまま使っても良い。
また、図８（ｂ）は、光学素子により撮像素子の各位置に到達する光を調整する構成を示すものである。
ここでは、第１の撮像素子３０７、第２の撮像素子３０８の撮像領域内で、場所に応じてコントラストの調整ができるよう、場所に対応して特性の異なる第１の光学素子８０３および第２の光学素子８０４が配置されている。
この構成においては、第１の物体位置および第２の物体位置で位置合わせを行い、さらに第１の物体位置に基板マークが入ってきた場合に、モールドと基板の反射率が異なっていても、モールドマークと基板マークを直接用いて容易に位置合わせを行うことができる。
【００３８】
本実施例においては、前記第１および第２の撮像部に入る光量を調整するため光量調整機構を有する構成を採ることができる。
その際、光量調整機構は、第１および第２の撮像部の複数領域で光量を調整するように構成することができる。
例えば、図９(ａ)に示す光学系では、コントラスト調整を行うため、モールド側、基板側のマークにそれぞれに対応した光量を調整可能とした光量調整機構９０１を用いた光学系によって構成されている。
また、図９（ｂ）に示すものでは、光源からの光量を変えるために回転式シャッター９０２を用いて構成されている。モールドおよび基板の反射率に応じてシャッターを切り替えて光量調整を行う。
なお、図９の光学系においては、モールドおよび基板マークを第１の光量、第２の光量で撮像する。そのため２回に分けて撮像する。
このように光量を変える方法であっても良いし、撮像素子の露光時間やゲインをモールドおよび基板の特性に合わせて変更しても良い。
【００３９】
図１０(ａ)、（ｂ）は、モールドと基板の位置合わせにおいて、ボックスインボックス方式の位置合わせ方法で用いるマークの例である。
撮像素子の第１の領域Ａ６１０はモールド側、第１の領域Ｂ６１１は基板側のマークを示す。この例では図１において説明したようなモールドマーク１０４、基板マーク１１３を用いる。当然本実施例の光学系を用いているためモールドおよび基板のマーク位置の反射率が最適になるようになっている。
【００４０】
次に、図１０（ｃ）、（ｄ）に、それぞれグレーティングから構成されるモールドおよび基板のマークの構成を示す。
これは、特にナノメートルオーダーの位置合わせを行う場合に好適である。
本実施例４の光学系を用いているためモールドおよび基板の反射率が最適になるようになっている。
【００４１】
次に、本実施例の信号処理方法について説明する。
図１１に本実施例の信号処理方法を説明する図を示す。
図１１（ａ）は、倍率補正を行わない場合を説明するフローチャートである。
図１１（ａ）において、まず、Ｓ−１の工程において、第１の領域Ａと第２の領域Ｂの画像を取得する。
この際領域Ａと領域Ｂの面積は同じにすることが望ましい。
その理由は、ＦＦＴ解析をするような場合にサンプリング数が同じである場合が多いからである。
なお、面積が違う場合には同じになるように周辺部のデーターをそのまま拡張する等の処理が必要である。
次に、Ｓ−２の工程において、それぞれの画像において信号処理Ａ、信号処理Ｂを行う。このときの処理はローパス、ハイパス、バンドパス、ＦＦＴ、平滑化、差分等の一般的なフィルター処理である。
また、モールドおよび基板の反射率などによってコントラストが最適になるようにゲイン調整する。
次に、Ｓ−３の工程で演算処理を行う。演算処理は画像をそのまま足しても良いし、掛け算しても良いし、差分をとっても良い。また、その他の関数であってもよい。
次に、Ｓ−４の工程で信号処理Ｃを行う。
このときの信号処理も、Ｓ−２で用いたようなフィルターを用いる。Ｓ−５の工程で位置検出を行う。
【００４２】
図１１（ｂ）は、Ｓ−２の工程をＳ−２１にて倍率補正を行う工程を加えた場合のフローチャートである。特にインプリントにおいてはモールド又は基板の高さが変化し、それと共に光学倍率も変化する。このような場合に倍率補正を行わないと高精度な位置あわせができない場合がある。
倍率補正の方法はバーとバーの間隔と設計値を比較し、設計値に合うように係数を変化させるなどである。
なお、Ｓ−２以降の信号処理は、２次元データーで行っても良いし、１次元データーに変換しても良い。
また、ここでは領域が２つの場合を説明したが、さらに多くの領域があっても良い。
【００４３】
次に、上記本実施例の信号処理において、図１０（ａ）に示すモールドマーク、図１０（ｂ）に示す基板マークを用いた場合の信号処理の例について説明する。まず、Ｓ−１の工程で領域Ａと領域Ｂの画像を取得する。
Ｓ−２の工程で倍率補正および領域Ａと領域Ｂにそれぞれ平滑化フィルターを用い、ノイズの低減を図る。さらに、領域Ａと領域Ｂのコントラストを調整する。Ｓ−３の工程で信号処理後の領域Ａと領域Ｂを足し合わせる。この状況は光学的に重ね合わせた場合と類似したものになる。
Ｓ−４の工程でさらに平滑化フィルターなどによる信号処理を行う。
Ｓ−５の工程で位置を検出する。
なお、信号処理の方法として、上記の方法による以外に、Ｓ−２の工程で領域Ａと領域Ｂにおけるマークの重心をそれぞれ直接求めても良い。そして、Ｓ−３の工程でその重心の差分を求める。Ｓ−４の工程では特に信号処理を行わない。
Ｓ−５の工程で差分をモールドと基板の距離に変換する。この差がゼロとなるようなときが位置合わせの終了条件とする。このような方法によることもできる。
【００４４】
次に、上記本実施例の信号処理において、図１０（ｃ）に示す周期構造のモールドマーク、図１０（ｄ）に示す周期構造の基板マーク用いた場合の信号処理の例について説明する。
まず、Ｓ−１の工程で画像を取得する。
Ｓ−２の工程で、倍率補正および、２次元データ−から平均化処理を行うことによって１次元化を行う。さらにＦＦＴフィルターにより周期構造の基本周波数の成分を切り出す。Ｓ−３の工程でそれぞれを数学的に掛け算する。これは、次のような数式で表される。なお、δは位置のずれである。
2008221821.tif 000004
【００４５】
右辺の第２項がモアレ縞の成分である。
Ｓ−４の工程でＦＦＴによって低周波である第２項と高周波成分である第１項に簡単に分けることができる。すなわちモアレ縞の成分として以下の項を抜き出せる。
2008221821.tif 000005
【００４６】
Ｓ−５の工程でつぎの位相成分を抽出する。
2008221821.tif 000006
【００４７】
ここから位置に関連したδを検出することができる。
この位置合わせにおいては位相成分がゼロになる時が位置合わせの終了した条件とすることが多い。
なお、グレーティングは７０３、７０４のような異なるピッチのマークを並列に配置し、それぞれのグレーティングの基本周波数から同じピッチの２組のモアレ縞を発生させて、それらを使って位置合わせを行っても良い。
【００４８】
ところで、本実施例による信号処理によってグレーティング等のパターンを重ねることと、光学的に重ねる場合の本質的な違いを述べる。
信号処理による方は理想的な状況であるのに対し、光学的に重ね合わせる場合には多重反射などの影響をうける。
特に、モールドと基板の反射率が異なる場合にはその影響を受けることが多い。従って、検出アルゴリズムによっては計測に誤差を生じる場合が発生する。そのため本実施例のように垂直方向から観察した場合に重なり合わないことで理想的な信号を得、誤差を発生しにくくするために重要である。
【００４９】
なお、コントラストを高めるために、モールドと基板とのギャップに応じて、光源側や、撮像素子側に設けるフィルターの透過波長帯域を変えることも、コントラスト向上の点からは好ましい。
例えば、モールドの加工面に形成されたパターンを、基板表面の樹脂を硬化させることによって転写するインプリント方法の場合、以下のように行う。
すなわち、該モールドに設けられているアライメントマークを撮像素子で観察する際に、該モールドと基板との間のギャップあるいは該アライメントマークを構成する部材の膜厚に応じて、該撮像素子に入射する光の波長を制御する。
【００５０】
以下に、これらについて具体的に説明する。
インプリントにおいては、モールドと基板との間に、パターンが転写される樹脂を介在させるが、当該樹脂とモールドとの屈折率が近い場合、インデックスマッチングが生じる場合がある。インデックスマッチングが生じると、モールドに凹凸により形成されているアライメント用のマークが消失する場合（実際には、観察が困難になる場合）がある。
モールドのマークが消失するインデックスマッチングを回避する方法としては、高屈折率材料をマークに使うことが有効である。
しかし、ナノインプリントではモールドと基板のギャップが数十から数百ナノメートルになることもある。このような場合には、光の干渉効果によりマークのコントラストが低く場合があり、より一層の改良が求められる。
インプリントのモールド（の特にアライメントマーク部分）に高屈折率材料を用いることが好ましい理由を説明する。ここでは、屈折率がそれぞれＳｉＯ2：１．４５、樹脂：１．５、ＳｉＮ：２．０であるとする。
【００５１】
屈折率がn1,n2である境界面での反射率Ｒは次のような式で表される。
2008221821.tif 000007
【００５２】
従って、ＳｉＯ2と樹脂の境界面での反射率は、次のような式で表される。
Ｒ＝２．９×１０-4
この値は非常に小さい。マークを観察するとインデックスマッチングと呼ばれ、観察しにくい状況である。
一方、ＳｉＮと樹脂の境界面での反射率は、次のような式で表される。
Ｒ＝２．０×１０-2
これはＳｉＯ2の場合に比べ２桁良い。ちなみに、ＳｉＯ2と空気の境界面での反射率は、次のような式で表される。
Ｒ＝３．４×１０-2
このように、モールドのマークにＳｉＮを用いることによって反射率が大きく向上することが分かる。
ところで、インプリントではモールドと基板のギャップおよび高屈折率材料の膜が数十から数百ナノメートルになるときがある。
【００５３】
このような場合には光の干渉効果が顕著に現れる。ＳｉＯ2、ＳｉＮ，樹脂（Ｇａｐ＝１００ｎｍ）、Ｓｉの層構成で、ＳｉＮの膜厚を可変にした場合の波長と反射光強度を図１２に示す。
図１２は、無限厚のＳｉ上に、１００ｎｍの樹脂層を設け、その上に、ＳｉＮ層（厚さは２０ｎｍ、５０ｎｍ、１５０ｎｍ）を設け、更にその上に無限厚のＳｉＯ２を配置した４層構成としてシミュレーションした結果である。
なお、ＳｉＮは２０ｎｍ、５０ｎｍ、１５０ｎｍである。計算の方法は、フレネル反射のモデルを用いた。Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅとしては、上記４層構成からＳｉＮ層を除いた３層構成（上記ＳｉＯ２、樹脂、Ｓｉの層構成）である。
当然、ＳｉＮがある構成と無い構成（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）の差が大きいほどマークを観察したときのコントラストは良くなる。
例えば、波長６００ｎｍの部分では、ＳｉＮ５０ｎｍの時が０．２７であるのに対して、ＳｉＮ１５０ｎｍでは０．１１である。
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅが０．１１であるため、６００ｎｍの波長では、ＳｉＮが５０ｎｍの場合のコントラストが最もよく、その次に、２０ｎｍ、１５０ｎｍとなる。
８００ｎｍの波長では、ＳｉＮが１５０ｎｍの場合のコントラストが最もよく、その次に、５０ｎｍ、２０ｎｍとなる。
４００ｎｍの波長では、２０ｎｍの場合のコントラストが最も良い。
【００５４】
次に、ＳｉＯ2、ＳｉＮ（膜厚＝５０ｎｍ）、樹脂（Ｇａｐ可変）、Ｓｉの３層構成で、Ｇａｐとなる樹脂の部分を可変にした場合の波長に対する反射光強度を図１３に示す。
なお、Ｇａｐは５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍである。
波長が６００ｎｍの場合で反射光強度を比較すると、ギャップが１００ｎｍで０．２７３、５０ｎｍで０．０９９、２００ｎｍで０．０３３であった。
６００ｎｍの波長で比較すると、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅが０．１１に対し、Ｇａｐが１００ｎｍの場合がもっともコントラストがよく、その次に、２００ｎｍ、５０ｎｍの順となる。
５００ｎｍの波長では、Ｇａｐが１００ｎｍの場合がもっともコントラストがよく、その次に５０ｎｍ、２００ｎｍの順となる。
８００ｎｍの波長では、Ｇａｐが２００ｎｍの場合がもっともコントラストがよく、その次に５０ｎｍ、１００ｎｍの順となる。
このように、ＳｉＮの膜厚や樹脂のＧａｐが数十〜数百ナノメートル（観測する光の波長の数分の１〜数倍）の場合には波長によって反射率が変化している。このため、ＳｉＮの膜厚や樹脂のＧａｐに応じて撮像素子に入る光の波長を制御することが望ましい。
なお、撮像素子に入るスペクトルが４００〜８００ｎｍである場合には、この範囲のスペクトルの平均とＲｅｆｅｒｅｎｃｅの差によってコントラストが決まる。
【００５５】
次に、位置合わせの方法について説明する。
位置合わせにおいて、モールドのマークのコントラストが良いほどその精度が向上する。ここではモールドと基板を近づけながら位置合わせをする場合のマークの観察波長について説明する。
なお、ＳｉＮは５０ｎｍであるとする。Ｇａｐが２００ｎｍの場合には、４００〜４５０ｎｍの波長にてマークを観察する。
更に近づいて、Ｇａｐが１００ｎｍでは、５００から５５０ｎｍの波長で観察する。さらに近づいてＧａｐが５０ｎｍでは４００から４５０ｎｍの波長で観察する。当然、Ｇａｐはこの他の値であっても最適な波長で観察する。
【００５６】
波長を選択する方法としては、色フィルターを用いる方法や、複数のレーザー光を用いる方法がある。なお、色フィルターは照明光学系側に配置しても、撮像素子側に配置しても良い。
例えば、既述の実施形態や実施例において、波長フィルターを通して、撮像素子に光情報を入力する場合に、ギャップに応じて、波長フィルタの投下波長帯域を変更することで、常時コントラストの高い像情報を得ることができる。
また、モールドの加工面に形成されたパターンを基板表面の樹脂を硬化させることによって転写するインプリント装置において、
モールドを観察する撮像素子を有し、モールドと基板のギャップに応じて撮像素子に入射する波長を制御する手段を有することは好ましい形態である。
ここで、前記波長を制御する手段としては、色フィルターや複数の光源（例えば、複数の波長を出力可能な光源）により構成する。
なお、樹脂を硬化させるために用いるＵＶ光の照射時間を短縮したい場合や、光源からの照射量の分布がある場合には、使用しているＳｉＮアライメントマークの膜厚で反射率が最小となるように樹脂硬化用のＵＶ光の波長を選択することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１における基準基板を用いたモールドと基板の位置合わせ方法を説明する図。（ａ）は基準基板を第１物体位置に合わせ観察した場合を説明する図。（ｂ）は基準基板を第２物体位置で観察した場合を説明する図。（ｃ）は基板を第２物体位置で観察した場合を説明する図。（ｄ）は基板を第１物体位置で観察した場合を説明する図。
【図２】本発明の実施例１における基準基板の構成を説明する図。
【図３】本発明の実施例１における計測用光学系を説明する図。
【図４】本発明の実施例１における加工装置を説明する図。
【図５】本発明の実施例２におけるモールドと基板の位置合わせ方法を説明する図。（ａ）は基準基板を観察した場合を説明する図。（ｂ）は基板を第２物体位置で観察した場合を説明する図。（ｃ）は基板を第１物体位置で観察した場合を説明する図。
【図６】本発明の実施例３における信号処理方法を説明する図。（ａ）は基準基板を第１物体位置で観察した場合を説明する図。（ｂ）は基準基板を第２物体位置で観察した場合を説明する図。（ｃ）は基板を第２物体位置で観察した場合を説明する図。（ｄ）は基板を第１物体位置で観察した場合を説明する図。
【図７】本発明の実施例３における位置合わせマークを説明する図。（ａ）は１軸計測用の第１のマークを説明する図。（ｂ）は１軸計測用の第２のマークを説明する図。（ｃ）は１軸計測用の合成像を説明する図。（ｄ）はＸＹθ計測用の第１のマークを説明する図。（ｅ）はＸＹθ計測用の第２のマーク、（ｆ）ＸＹθ計測用の合成像を説明する図。
【図８】本発明の実施例４における計測光学系を説明する図。（ａ）は光学素子により撮像素子に入る光を調整する構成を説明する図。（ｂ）は光学素子により撮像素子の各位置に到達する光を調整する構成を説明する図。
【図９】本発明の実施例４における計測光学系を説明する図。（ａ）は光量制御装置により光を調整する構成を説明する図。（ｂ）は回転式シャッターにより光を調整する構成を説明する図。
【図１０】本発明の実施例４におけるマークを説明する図。（ａ）はモールドマーク、（ｂ）は基板マーク、（ｃ）は周期構造のモールドマーク、（ｄ）は周期構造の基板マークを示す図。
【図１１】本発明の実施例４における信号処理方法を説明する図。（ａ）は倍率補正のない場合を説明するフローチャート。（ｂ）は倍率補正のある場合を説明するフローチャート。
【図１２】撮像素子入力される波長と光強度との関係を示した図。
【図１３】撮像素子入力される波長と光強度との関係を示した図。
【符号の説明】
【００５８】
１０１：第１の物体位置
１０２：第２の物体位置
１０３：モールド
１０４：モールドマーク
１０５：中心位置の差
１０６：第１の観察範囲
１０７：第２の観察範囲
１０８：第１の撮像範囲
１０９：第２の撮像範囲
１１０：基準基板
１１１：基準基板マーク
１１２：基板
１１３：基板マーク
２０１：基準基板
２０２：パターン領域
２０３：基準基板マーク
２０４：転写基板と同じサイズの基準基板
２０５：マークのあるパターン領域
２０６：マークの無いパターン領域
２０７：基板
２０８：パターン領域
３０１：光源
３０２：照明光学系
３０３：第１のビームスプリッター
３０４：第１の結像光学系
３０５：第２のビームスプリッター
３０６：第２の結像光学系
３０７：第１の撮像素子
３０８：第２の撮像素子
３０９：モールド
３１０：モールドマーク
３１１：基板マーク
３１２：基板
３１３：第１の物体位置
３１４：第２の物体位置
４０１：光源
４０２：鏡筒
４０３：モールド保持部
４０４：基板保持部
４０５：基板昇降機構
４０６：面内移動機構
４０７：計測用光学系
４０８：撮像素子
４０９：解析機構
４１０：インプリント制御機構
４１１：モールド
４１２：基板
５０１：第１の物体位置
５０２：モールド
５０３：第２の物体位置
５０４：第２の基準基板マーク
５０５：基準基板
５０６：第１の基準基板マーク
５０７：モールドマーク
５０８：撮像範囲の中心位置の差
５０９：第１の観察範囲
５１０：第１の撮像範囲
５１１：第２の観察範囲
５１２：第２の撮像範囲
５１３：基板
５１４：第１の基板マーク
５１５：第２の基板マーク
６０１：第１の物体位置
６０２：モールド
６０３：第２の物体位置
６０４：モールドマーク
６０５：第１の観察範囲
６０６：撮像範囲の中心位置の差
６０７：第２の観察範囲
６０８：第１の撮像領域
６０９：第２の撮像領域
６１０：第１の領域Ａ
６１１：第１の領域Ｂ
６１２：第１の領域Ｃ
６１３：基準基板
６１４：基準基板マーク
６１５：第２の領域Ａ
６１６：第２の領域Ｂ
６１７：第２の領域Ｃ
６１８：基板
６１９：基板マーク
７０１：ピッチＰ１のパターン
７０２：ピッチＰ２のパターン
７０３：第１のマーク
７０４：第２のマーク
７０５：モアレ縞
７０６：合成像
７０７：ピッチＰ３のパターン
７０８：ピッチＰ４のパターン
７０９：ＸＹθ計測用の第１のマーク
７１０：マークの第１領域
７１１：マークの第２領域
７１２：マークの第３領域
７１３：マークの第４領域
７１４：ＸＹθ計測用の第２のマーク
７１５：ＸＹθ計測用のモアレ縞
７１６：ＸＹθ計測用の合成像
８０１：第１の光学素子
８０２：第２の光学素子
８０３：領域で特性の異なる第１の光学素子
８０４：領域で特性の異なる第２の光学素子
９０１：光量調整機構
９０２：回転式シャッター
【図１】
2008221821.tif 000008
【図２】
2008221821.tif 000009
【図３】
2008221821.tif 000010
【図４】
2008221821.tif 000011
【図５】
2008221821.tif 000012
【図６】
2008221821.tif 000013
【図７】
2008221821.tif 000014
【図８】
2008221821.tif 000015
【図９】
2008221821.tif 000016
【図１０】
2008221821.tif 000017
【図１１】
2008221821.tif 000018
【図１２】
2008221821.tif 000019
【図１３】
2008221821.tif 000020