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JP7636906B2 - MEASUREMENT APPARATUS, LITHOGRAPHIC APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE - Patent application - Google Patents
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MEASUREMENT APPARATUS, LITHOGRAPHIC APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE - Patent application Download PDF

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

本発明は、計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a measurement apparatus, a lithography apparatus, and a method for manufacturing an article.

原版のパターンを基板に転写するリソグラフィ装置として、例えば、露光装置やインプリント装置を挙げることができる。露光装置は、感光材が塗布された基板に投影光学系を介して原版のパターンを投影することにより、原版のパターンに対応する潜像パターンを基板上の感光材に形成する。インプリント装置は、基板上に供給されたインプリント材に原版(モールド)を接触させた状態で当該インプリント材を硬化させることにより、原版のパターンに対応するインプリント材のパターンを基板上に形成する。このようなリソグラフィ装置においては、原版と基板との位置合わせが重要である。特許文献1には、インプリント装置において、原版(モールド)と基板とをインプリント材を介して接触させ、その状態で原版と基板との位置合わせを行う方法が記載されている。 Lithography apparatuses that transfer the pattern of an original onto a substrate include, for example, exposure apparatuses and imprinting apparatuses. Exposure apparatuses project the pattern of an original onto a substrate coated with a photosensitive material via a projection optical system, thereby forming a latent image pattern corresponding to the pattern of the original in the photosensitive material on the substrate. Imprinting apparatuses form a pattern of the imprinting material corresponding to the pattern of the original on the substrate by bringing the original (mold) into contact with the imprinting material supplied onto the substrate and curing the imprinting material. In such lithography apparatuses, alignment between the original and the substrate is important. Patent Document 1 describes a method in which an imprinting apparatus brings the original (mold) and the substrate into contact with each other via the imprinting material, and aligns the original and the substrate in this state.

特開2011-181944号公報JP 2011-181944 A

リソグラフィ装置における原版と基板との位置合わせでは、原版および基板に設けられた複数種類のマークを検出することにより、原版と基板との相対位置を計測する計測装置が用いられる。しかしながら、当該複数種類のマークは、例えば、マークを構成する材料(材質)、マークの形状、マークの厚みなどが互いに異なることがある。また、複数種類のマークの中には、膜が上に堆積されているマークもある。この場合、複数種類のマークにおける光の反射率が互いに異なりうるため、複数種類のマークについて計測装置で検出される光量に差が生じ、その差によっては、原版と基板との相対位置を精度よく計測することが困難になりうる。 When aligning an original and a substrate in a lithography apparatus, a measurement device is used that measures the relative positions of the original and the substrate by detecting multiple types of marks provided on the original and the substrate. However, the multiple types of marks may differ from each other, for example, in terms of the material (quality) that constitutes the mark, the shape of the mark, the thickness of the mark, etc. Also, among the multiple types of marks, there may be marks on which a film is deposited. In this case, the light reflectance of the multiple types of marks may differ from each other, resulting in differences in the amount of light detected by the measurement device for the multiple types of marks, and depending on these differences, it may be difficult to accurately measure the relative positions of the original and the substrate.

そこで、本発明は、原版と基板との相対位置を精度よく計測するために有利な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide an advantageous technology for measuring the relative position between the original and the substrate with high accuracy.

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、第1部材と第2部材との相対位置を計測する計測装置であって、前記第1部材に設けられた第1マークと前記第2部材に設けられた第2マークとが撮像視野内に収まっている状態で、前記第1マークおよび前記第2マークを撮像する撮像部と、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を求める処理部と、を備え、前記撮像部は、マークを照明する照明光の強度が互いに異なる複数種類の撮像条件を用いて前記第1マークおよび前記第2マークを撮像することにより、各撮像条件での画像を取得し、前記処理部は、前記複数種類の撮像条件の中に画像内の前記第1マークの明度および前記第2マークの明度が許容範囲に収まっている共通の撮像条件がある場合に、前記共通の撮像条件で得られた画像における前記第1マークの位置と前記第2マークの位置とに基づいて、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を求め、前記複数種類の撮像条件の中に前記共通の撮像条件がない場合に、前記複数種類の撮像条件のうち画像内の前記第1マークの明度が前記許容範囲に収まっている第1撮像条件で得られた第1画像における前記第1マークの位置と、前記複数種類の撮像条件のうち画像内の前記第2マークの明度が前記許容範囲に収まっている第2撮像条件で得られた第2画像における前記第2マークの位置とに基づいて、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を求める、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a measurement device as one aspect of the present invention is a measurement device that measures a relative position between a first member and a second member, and includes an imaging unit that images a first mark provided on the first member and a second mark provided on the second member while the first mark and the second mark are within an imaging field of view, and a processing unit that determines the relative position between the first member and the second member, wherein the imaging unit images the first mark and the second mark using a plurality of types of imaging conditions in which the intensities of illumination light that illuminates the marks are different, thereby obtaining images under each imaging condition, and the processing unit obtains images under the plurality of types of imaging conditions in which the brightness of the first mark and the brightness of the second mark in the images are within an allowable range. and when there is a common imaging condition in which the brightness of the first mark in the image falls within the tolerance range, the relative position of the first member and the second member is calculated based on the position of the first mark and the position of the second mark in an image obtained under the common imaging condition, and when there is no common imaging condition among the plurality of types of imaging conditions, the relative position of the first member and the second member is calculated based on the position of the first mark in a first image obtained under a first imaging condition among the plurality of types of imaging conditions in which the brightness of the first mark in the image falls within the tolerance range and the position of the second mark in a second image obtained under a second imaging condition among the plurality of types of imaging conditions in which the brightness of the second mark in the image falls within the tolerance range.

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。 Further objects and other aspects of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings.

本発明によれば、例えば、原版と基板との相対位置を精度よく計測するために有利な技術を提供することができる。 The present invention can provide, for example, an advantageous technique for measuring the relative position between an original and a substrate with high accuracy.

インプリント装置の構成を示す概略図1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an imprint apparatus; 計測部の構成の一例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a measurement unit. 計測部の構成の一例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a measurement unit. 光源部の構成例を示す図FIG. 1 shows an example of the configuration of a light source unit. 瞳面における光強度分布と検出開口との関係を示す図FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the light intensity distribution on the pupil plane and the detection aperture. 干渉縞を説明するための図Diagram for explaining interference fringes 回折格子の構成例を示す図FIG. 1 shows an example of a diffraction grating configuration. 撮像視野内におけるモールドのマークおよび基板のマークを模式的に示す図FIG. 2 is a diagram showing a schematic view of a mold mark and a substrate mark within an imaging field of view; 原版側マーク、基板側マークおよび干渉縞を共通の撮像条件で撮像した場合に得られる画像内の各マークの明度(理想的な特性)を示す図A diagram showing the brightness (ideal characteristics) of each mark in an image obtained when the master-side mark, the substrate-side mark, and the interference fringes are captured under common imaging conditions. 原版側マーク、基板側マークおよび干渉縞を共通の撮像条件で撮像した場合に得られる画像内の各マークの明度(実際の特性)を示す図FIG. 1 shows the brightness (actual characteristics) of each mark in an image obtained when an original-side mark, a substrate-side mark, and interference fringes are captured under common imaging conditions. モールドと基板との位置合わせを示すフローチャートFlowchart showing alignment of a mold and a substrate 撮像部で得られた画像からマークの位置を決定する方法を説明するための図FIG. 1 is a diagram for explaining a method for determining the position of a mark from an image obtained by an imaging unit. 照明光の強度に対する原板側マークおよび基板側マークの画像を示す図FIG. 13 is a diagram showing images of the original-side mark and the substrate-side mark with respect to the intensity of the illumination light. 物品の製造方法を説明するための図FIG. 1 is a diagram for explaining a method for manufacturing an article.

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せられてもよい。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。 The following embodiments are described in detail with reference to the attached drawings. Note that the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Although the embodiments describe multiple features, not all of these multiple features are necessarily essential to the invention, and multiple features may be combined in any manner. Furthermore, in the attached drawings, the same reference numbers are used for the same or similar configurations, and duplicate explanations are omitted.

以下の実施形態では、リソグラフィ装置として、原版(モールド)を用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置を例示して説明するが、それに限られるものではない。例えば、原版(部材)を用いて基板上の組成物を平坦化する平坦化装置、基板を露光して当該基板上に原版(マスク)のパターンを転写する露光装置などの他のリソグラフィ装置においても本発明を適用することができる。 In the following embodiment, an imprinting apparatus that uses an original (mold) to form a pattern of an imprint material on a substrate is described as an example of a lithography apparatus, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to other lithography apparatuses, such as a planarization apparatus that uses an original (member) to planarize a composition on a substrate, and an exposure apparatus that exposes a substrate to light and transfers a pattern of an original (mask) onto the substrate.

<インプリント装置の実施形態>
本発明に係るインプリント装置の実施形態について説明する。インプリント装置は、基板上に供給されたインプリント材と型とを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギを与えることにより、型の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。例えば、インプリント装置は、基板上にインプリント材を供給し、凹凸のパターンが形成されたモールド(型)を基板上のインプリント材に接触させた状態で当該インプリント材を硬化させる。そして、モールドと基板との間隔を広げて、硬化したインプリント材からモールドを剥離(離型)することで、基板上にインプリント材のパターンを形成することができる。このような一連の処理は「インプリント処理」と呼ばれ、基板における複数のショット領域の各々について行われる。
<Embodiments of Imprint Apparatus>
An embodiment of an imprinting apparatus according to the present invention will be described. The imprinting apparatus is an apparatus that brings an imprinting material supplied onto a substrate into contact with a mold, and applies energy for hardening to the imprinting material to form a pattern of a cured material to which a concave-convex pattern of the mold has been transferred. For example, the imprinting apparatus supplies an imprinting material onto a substrate, and hardens the imprinting material while a mold (mold) on which a concave-convex pattern has been formed is brought into contact with the imprinting material on the substrate. Then, the distance between the mold and the substrate is widened, and the mold is peeled off (released) from the hardened imprinting material, thereby forming a pattern of the imprinting material on the substrate. This series of processes is called an "imprinting process", and is performed for each of a plurality of shot regions on the substrate.

インプリント材には、硬化用のエネルギ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。硬化用のエネルギとしては、電磁波、熱等が用いられる。電磁波としては、例えば、その波長が10nm以上1mm以下の範囲から選択される、赤外線、可視光線、紫外線などの光である。 The imprint material is a curable composition (sometimes called uncured resin) that hardens when curing energy is applied. The curing energy may be electromagnetic waves, heat, or the like. The electromagnetic waves may be, for example, infrared light, visible light, ultraviolet light, or other light with a wavelength selected from the range of 10 nm to 1 mm.

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る。このうち、光により硬化する光硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始材とを少なくとも含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を含有してもよい。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、ポリマ成分などの群から選択される少なくとも一種である。 A curable composition is a composition that is cured by irradiation with light or by heating. Among these, a photocurable composition that is cured by light contains at least a polymerizable compound and a photopolymerization initiator, and may contain a non-polymerizable compound or a solvent as necessary. The non-polymerizable compound is at least one selected from the group consisting of sensitizers, hydrogen donors, internal mold release agents, surfactants, antioxidants, polymer components, etc.

インプリント材は、スピンコータやスリットコータにより基板上に膜状に付与される。あるいは、液体噴射ヘッドにより、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付与されてもよい。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以下である。 The imprint material is applied in the form of a film on the substrate using a spin coater or a slit coater. Alternatively, the imprint material may be applied in the form of droplets, or in the form of islands or a film formed by connecting multiple droplets, on the substrate using a liquid ejection head. The viscosity of the imprint material (viscosity at 25°C) is, for example, 1 mPa·s or more and 100 mPa·s or less.

[インプリント装置]
図1は、本実施形態のインプリント装置1の構成を示す概略図である。インプリント装置1は、モールド7(型)を保持する型保持部4と、基板8を保持して移動可能なステージ5とを備えうる。また、インプリント装置1は、照射部2と、計測部3(計測装置)と、供給部6と、制御部12とを備えうる。なお、本実施形態のインプリント装置1は、光をインプリント材に照射することにより当該インプリント材を硬化させる光硬化法を採用するものとする。また、図1では、基板8の表面に平行な面内において互いに直交する方向をX軸方向およびY軸方向とし、X軸方向およびY軸方向に垂直な方向をZ軸方向としている。以下の説明において「X軸方向」と記載されている場合、それは+X方向および-X方向を含むものとして定義されうる。「Y軸方向」および「Z軸方向」についても同様である。
[Imprinting device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an imprinting apparatus 1 of this embodiment. The imprinting apparatus 1 may include a mold holding unit 4 that holds a mold 7 (mold) and a stage 5 that can hold a substrate 8 and move. The imprinting apparatus 1 may also include an irradiation unit 2, a measurement unit 3 (measurement device), a supply unit 6, and a control unit 12. The imprinting apparatus 1 of this embodiment employs a photocuring method in which the imprinting material is cured by irradiating the imprinting material with light. In FIG. 1, the directions perpendicular to each other in a plane parallel to the surface of the substrate 8 are the X-axis direction and the Y-axis direction, and the direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is the Z-axis direction. In the following description, when the term "X-axis direction" is used, it may be defined as including the +X direction and the -X direction. The same applies to the "Y-axis direction" and the "Z-axis direction".

モールド7は、通常、石英など紫外線を透過させることが可能な材料で作製されており、基板側の面において基板側に突出した一部の領域(パターン領域7a)には、基板上のインプリント材に転写されるべき凹凸パターンが形成される。また、基板8としては、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられ、必要に応じて、その表面に基板とは別の材料からなる部材が形成されていてもよい。基板8としては、具体的に、シリコンウェハ、化合物半導体ウェハ、石英ガラスなどである。また、インプリント材の付与前に、必要に応じて、インプリント材と基板との密着性を向上させるために密着層を設けてもよい。 The mold 7 is usually made of a material that can transmit ultraviolet light, such as quartz, and a concave-convex pattern to be transferred to the imprint material on the substrate is formed in a portion of the surface on the substrate side that protrudes toward the substrate (pattern area 7a). The substrate 8 is made of glass, ceramics, metal, semiconductor, resin, etc., and a member made of a material different from the substrate may be formed on the surface as needed. Specific examples of the substrate 8 include silicon wafers, compound semiconductor wafers, and quartz glass. Before applying the imprint material, an adhesion layer may be provided as needed to improve adhesion between the imprint material and the substrate.

型保持部4は、真空吸着力や静電力などによりモールド7を保持する原版保持部である。型保持部4は、モールド7を保持する型チャックと、当該型チャックをZ軸方向に駆動することによりモールド7をZ軸方向に駆動する型駆動機構とを含みうる。型駆動機構は、例えば、モールド3と基板上のインプリント材とを接触させる接触処理、および/または、硬化したインプリント材からモールド3を剥離する離型処理において、モールド7をZ軸方向に駆動してモールド7と基板8との間隔を変更する。接触処理は、モールド7を基板上のインプリント材に押し付ける押型処理として理解されてもよい。また、型保持部4は、モールド7のパターン領域7aと基板8のショット領域との形状差を低減させるためにモールド7を変形させる変形機構や、モールド7を傾けるチルト機構、モールド7をX軸方向およびY軸方向に駆動する駆動機構などを含んでもよい。 The mold holding unit 4 is an original plate holding unit that holds the mold 7 by vacuum suction force, electrostatic force, or the like. The mold holding unit 4 may include a mold chuck that holds the mold 7, and a mold driving mechanism that drives the mold chuck in the Z-axis direction to drive the mold 7 in the Z-axis direction. The mold driving mechanism drives the mold 7 in the Z-axis direction to change the distance between the mold 7 and the substrate 8, for example, in a contact process that brings the mold 3 into contact with the imprint material on the substrate, and/or in a release process that peels the mold 3 from the hardened imprint material. The contact process may be understood as a pressing process that presses the mold 7 against the imprint material on the substrate. The mold holding unit 4 may also include a deformation mechanism that deforms the mold 7 to reduce the difference in shape between the pattern region 7a of the mold 7 and the shot region of the substrate 8, a tilt mechanism that tilts the mold 7, a drive mechanism that drives the mold 7 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the like.

ステージ5は、真空吸着力や静電力などにより基板8を保持する基板保持部であり、X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成される。ステージ5は、例えば、基板8を保持する基板チャックと、基板チャックを駆動することにより基板8をX軸方向およびY軸方向に駆動する基板駆動機構とを含みうる。また、ステージ5は、Z方向およびθ方向(Z軸周りの回転方向)に基板8を駆動する駆動機構や、基板8を傾けるチルト駆動機構などを含んでもよい。 The stage 5 is a substrate holder that holds the substrate 8 by vacuum suction force, electrostatic force, or the like, and is configured to be movable in the X-axis and Y-axis directions. The stage 5 may include, for example, a substrate chuck that holds the substrate 8, and a substrate drive mechanism that drives the substrate chuck to drive the substrate 8 in the X-axis and Y-axis directions. The stage 5 may also include a drive mechanism that drives the substrate 8 in the Z-axis and θ-directions (rotational directions around the Z-axis), a tilt drive mechanism that tilts the substrate 8, and the like.

ここで、本実施形態のインプリント装置1では、接触処理および/または離型処理においてモールド7と基板8との間隔を変更する動作は、型保持部4によりモールド3をZ軸方向に駆動することで行われうるが、それに限られるものではない。例えば、当該動作を、ステージ5により基板8をZ軸方向に駆動することで行われてもよいし、型保持部4およびステージ5の双方によりモールド7と基板8とを相対的にZ軸方向に駆動することで行われてもよい。また、本実施形態のインプリント装置1では、モールド7と基板8との位置合わせは、ステージ5により基板8をX軸方向およびY軸方向に駆動することで行われうるが、それに限られるものではない。例えば、当該位置合わせは、型駆動部4によりモールド7をX軸方向およびY軸方向に駆動することで行われてもよいし、型保持部4およびステージ5の双方によりモールド7と基板8とを相対的にX軸方向およびY軸方向に駆動することで行われてもよい。 Here, in the imprinting apparatus 1 of this embodiment, the operation of changing the distance between the mold 7 and the substrate 8 in the contact process and/or the release process can be performed by driving the mold 3 in the Z-axis direction by the mold holding unit 4, but is not limited thereto. For example, the operation can be performed by driving the substrate 8 in the Z-axis direction by the stage 5, or by driving the mold 7 and the substrate 8 relatively in the Z-axis direction by both the mold holding unit 4 and the stage 5. Also, in the imprinting apparatus 1 of this embodiment, the alignment between the mold 7 and the substrate 8 can be performed by driving the substrate 8 in the X-axis direction and the Y-axis direction by the stage 5, but is not limited thereto. For example, the alignment can be performed by driving the mold 7 in the X-axis direction and the Y-axis direction by the mold driving unit 4, or by driving the mold 7 and the substrate 8 relatively in the X-axis direction and the Y-axis direction by both the mold holding unit 4 and the stage 5.

照射部2(硬化部)は、インプリント処理の際、モールド7と基板8上のインプリント材とが接触している状態で、基板8上のインプリント材にモールド7を介して光(例えば紫外線)を照射することにより当該インプリント材を硬化させる。照射部2は、光(紫外線)を射出する光源と、当該光源から射出された光を基板上のインプリント材に対して所定の形状で均一に照射するための複数の光学素子とを有しうる。例えば、照射部2による光の照射領域(照射範囲)は、モールド7のパターン領域7aの面積と同程度、または、パターン領域7aの面積よりもわずかに大きい面積とすることができる。これは、照射領域を必要最小限とすることで、光の照射で生じる熱に起因してモールド7または基板8が膨張し、インプリント材のパターンに位置ずれや歪みが発生することを抑えるためである。加えて、基板8等で反射された紫外線が供給部6に到達して供給部6内に残留したインプリント材が硬化してしまうことで、供給部6による後の動作に異常が生じることを防止するためでもある。光源としては、例えば、高圧水銀ランプ、各種エキシマランプ、エキシマレーザまたは発光ダイオードなどが採用可能である。なお、光源の種類、数または波長などは、被受光体であるインプリント材の特性に応じて適宜選択されうる。 During the imprinting process, the irradiation unit 2 (curing unit) irradiates the imprinting material on the substrate 8 with light (e.g., ultraviolet light) through the mold 7 while the mold 7 and the imprinting material on the substrate 8 are in contact with each other, thereby curing the imprinting material. The irradiation unit 2 may have a light source that emits light (ultraviolet light) and a plurality of optical elements for uniformly irradiating the light emitted from the light source to the imprinting material on the substrate in a predetermined shape. For example, the irradiation area (irradiation range) of the light by the irradiation unit 2 may be approximately the same as the area of the pattern area 7a of the mold 7, or an area slightly larger than the area of the pattern area 7a. This is to prevent the mold 7 or the substrate 8 from expanding due to heat generated by the irradiation of light, thereby causing misalignment or distortion of the pattern of the imprinting material, by keeping the irradiation area to a minimum. In addition, this is also to prevent abnormalities in the subsequent operation of the supply unit 6 due to the ultraviolet light reflected by the substrate 8 or the like reaching the supply unit 6 and curing the imprinting material remaining in the supply unit 6. Examples of light sources that can be used include high-pressure mercury lamps, various excimer lamps, excimer lasers, and light-emitting diodes. The type, number, and wavelength of the light source can be selected appropriately depending on the characteristics of the imprint material that is the light receiving body.

計測部3(計測装置)は、第1部材(モールド7または型保持部4)に設けられた第1マークと第2部材(基板8またはステージ5)に設けられた第2マークとを光学的に検出することにより、第1部材と第2部材との相対位置を計測する。本実施系形態の場合、計測部3は、第1マークと第2マークとを撮像視野内に収まっている状態で第1マークおよび第2マークを撮像する撮像部25(撮像素子)を含み、撮像部25で得られた画像に基づいて第1部材と第2部材との相対位置を計測する。計測部3は、第1部材に設けられた第3マークと第2部材に設けられた第4マークとが重なり合うことにより生成される干渉縞を撮像部25により撮像し、それにより得られた画像に基づいて第1部材と第2部材との相対位置を計測してもよい。 The measurement unit 3 (measurement device) measures the relative position between the first member and the second member by optically detecting the first mark provided on the first member (mold 7 or mold holding unit 4) and the second mark provided on the second member (substrate 8 or stage 5). In the case of this embodiment, the measurement unit 3 includes an imaging unit 25 (image sensor) that captures the first mark and the second mark while they are within the imaging field of view, and measures the relative position between the first member and the second member based on the image obtained by the imaging unit 25. The measurement unit 3 may also capture interference fringes generated by the overlapping of a third mark provided on the first member and a fourth mark provided on the second member with the imaging unit 25, and measure the relative position between the first member and the second member based on the image obtained thereby.

本実施形態では、モールド7を第1部材、モールド7に設けられたマーク10を第1マークおよび/または第3マーク、基板8を第2部材、基板8(ショット領域)に設けられたマーク11を第2マークおよび/または第4マークとして説明する。計測部3の構成および各マークの構成/配置の詳細については後述する。また、インプリント装置1は、モールド7のマーク10および基板8のマーク11の位置に応じて、マーク10およびマーク11が撮像視野内に収まるようにX軸方向およびY軸方向に計測部3を駆動する駆動機構を備えてもよい。当該駆動機構は、計測部3の焦点をマークの位置に合わせるためにZ軸方向に計測部3を駆動するように構成されてもよい。 In this embodiment, the mold 7 is described as the first member, the mark 10 on the mold 7 as the first mark and/or the third mark, the substrate 8 as the second member, and the mark 11 on the substrate 8 (shot area) as the second mark and/or the fourth mark. The configuration of the measurement unit 3 and the configuration/arrangement of each mark will be described in detail later. The imprint apparatus 1 may also include a drive mechanism that drives the measurement unit 3 in the X-axis direction and the Y-axis direction according to the positions of the mark 10 on the mold 7 and the mark 11 on the substrate 8 so that the mark 10 and the mark 11 fall within the imaging field of view. The drive mechanism may be configured to drive the measurement unit 3 in the Z-axis direction to adjust the focus of the measurement unit 3 to the position of the mark.

供給部6(吐出部、ディスペンサ)は、基板8上にインプリント材9(例えば未硬化樹脂)を供給する。本実施形態の場合、インプリント材9は、紫外線の照射によって硬化する性質を有する光硬化性のインプリント材であるが、半導体デバイスの種類などにより適宜選択されうる。なお、図1ではインプリント装置1の内部に供給部6があるが、供給部6をインプリント装置1の内部に設置せずに、インプリント装置1の外部に設けてもよい。供給部6が外部に設けられた場合、供給部6により予めインプリント材9が供給された基板8をインプリント装置1の内部に導入する構成となる。この構成によれば、インプリント装置1の内部でインプリント材を基板8上に供給する工程がなくなるため、インプリント装置1のスループットの点で有利になりうる。 The supply unit 6 (discharge unit, dispenser) supplies the imprint material 9 (e.g., uncured resin) onto the substrate 8. In this embodiment, the imprint material 9 is a photocurable imprint material that is cured by irradiation with ultraviolet light, but the imprint material 9 can be appropriately selected depending on the type of semiconductor device. In FIG. 1, the supply unit 6 is inside the imprint device 1, but the supply unit 6 may be provided outside the imprint device 1 instead of inside the imprint device 1. When the supply unit 6 is provided outside, the substrate 8 to which the imprint material 9 has been previously supplied by the supply unit 6 is introduced into the imprint device 1. This configuration eliminates the process of supplying the imprint material onto the substrate 8 inside the imprint device 1, which can be advantageous in terms of throughput of the imprint device 1.

制御部12は、例えばCPU(プロセッサ)やメモリなどを有するコンピュータによって構成され、インプリント装置1の各部を制御することによりインプリント処理を制御する。具体的には、制御部12は、照射部2、計測部3、型保持部4、ステージ5、および供給部6と電気的に接続され、各部に制御指令を送信したり、各部から情報を取得したりすることにより、インプリント処理を制御しうる。例えば、制御部12は、計測部3で計測されたモールド7と基板8との相対位置の情報を取得し、その情報に基づいて型保持部4および/またはステージ5を制御することにより、モールド7と基板8との位置合わせを行う。なお、X軸方向およびY軸方向にモールド7と基板8とを相対的に駆動する駆動機構(型保持部4および/またはステージ5)と、計測部3と、制御部12とを備える装置は、モールド7と基板8との位置合わせ装置として理解されてもよい。 The control unit 12 is configured by a computer having, for example, a CPU (processor) and a memory, and controls each part of the imprinting apparatus 1 to control the imprinting process. Specifically, the control unit 12 is electrically connected to the irradiation unit 2, the measurement unit 3, the mold holding unit 4, the stage 5, and the supply unit 6, and can control the imprinting process by sending control commands to each part and acquiring information from each part. For example, the control unit 12 acquires information on the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 measured by the measurement unit 3, and aligns the mold 7 and the substrate 8 by controlling the mold holding unit 4 and/or the stage 5 based on the information. Note that an apparatus including a drive mechanism (the mold holding unit 4 and/or the stage 5) that drives the mold 7 and the substrate 8 relatively in the X-axis direction and the Y-axis direction, the measurement unit 3, and the control unit 12 may be understood as an alignment apparatus for the mold 7 and the substrate 8.

次に、インプリント装置1によるインプリント処理について説明する。インプリント処理は、ステージ5により保持された基板8における複数のショット領域の各々に対して行われ、例えば、供給工程、接触工程、位置合わせ工程、硬化工程および離型工程を含みうる。供給工程では、インプリント処理を行う対象ショット領域が供給部6の下方に配置されるようにステージ5を移動させ、供給部6により対象ショット領域上にインプリント材9を供給する。接触工程では、対象ショット領域がモールド7の下方に配置されるようにステージ5を移動させた後、型保持部4によりモールド7を駆動してモールド7と基板8との間隔を狭めることにより、モールド7と基板上のインプリント材9とを接触させる。位置合わせ工程では、計測部3によりモールド7と基板8との相対位置を計測し、その計測結果(相対位置の情報)に基づいて、X軸方向およびY軸方向におけるモールド3と基板8との位置合わせを行う。位置合わせ工程では、計測部3の計測結果に基づいて、モールド7のパターン領域7aと基板8のショット領域との形状差が低減するように、前述の変形機構を用いてモールド7を変形させてもよい。硬化工程では、照射部2により基板上のインプリント材9に光(紫外線)を照射することで当該インプリント材9を硬化させる。離型工程では、型保持部4によりモールドMを駆動してモールド7と基板8との間隔を広げることにより、硬化したインプリント9からモールド7を剥離する。このようなインプリント処理を複数のショット領域の各々に対して行うことにより、インプリント材9の硬化物のパターンを各ショット領域上に形成することができる。 Next, the imprint process by the imprint apparatus 1 will be described. The imprint process is performed on each of the multiple shot areas on the substrate 8 held by the stage 5, and may include, for example, a supply process, a contact process, an alignment process, a curing process, and a demolding process. In the supply process, the stage 5 is moved so that the target shot area to be imprinted is positioned below the supply unit 6, and the supply unit 6 supplies the imprint material 9 onto the target shot area. In the contact process, the stage 5 is moved so that the target shot area is positioned below the mold 7, and then the mold holding unit 4 drives the mold 7 to narrow the gap between the mold 7 and the substrate 8, thereby bringing the mold 7 into contact with the imprint material 9 on the substrate. In the alignment process, the measurement unit 3 measures the relative position between the mold 7 and the substrate 8, and aligns the mold 3 and the substrate 8 in the X-axis direction and the Y-axis direction based on the measurement result (information on the relative position). In the alignment process, the mold 7 may be deformed using the above-mentioned deformation mechanism so as to reduce the difference in shape between the pattern area 7a of the mold 7 and the shot area of the substrate 8 based on the measurement results of the measurement unit 3. In the curing process, the irradiation unit 2 irradiates the imprint material 9 on the substrate with light (ultraviolet light) to cure the imprint material 9. In the mold release process, the mold holding unit 4 drives the mold M to widen the gap between the mold 7 and the substrate 8, thereby peeling the mold 7 from the cured imprint 9. By performing such an imprint process on each of the multiple shot areas, a pattern of the cured imprint material 9 can be formed on each shot area.

[計測部の構成例]
計測部3(計測装置)の構成例について説明する。図2は、本実施形態の計測部3の構成の一例を示す図である。計測部3は、検出光学系21(検出部)、照明光学系22(照明部)、処理部26、および光源制御部28を有しうる。
[Example of measurement unit configuration]
An example of the configuration of the measurement unit 3 (measurement device) will be described. Fig. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the measurement unit 3 of this embodiment. The measurement unit 3 can have a detection optical system 21 (detection unit), an illumination optical system 22 (illumination unit), a processing unit 26, and a light source control unit 28.

照明光学系22は、光源部23から射出された光を、レンズ27aにより平行光にした後、プリズム24などを用いて検出光学系21と同じ光軸上へ導き、撮像視野内におけるマーク10およびマーク11をレンズ27bを介して照明する。光源部23は、例えばハロゲンランプやLED、半導体レーザ(LD)、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどを含み、インプリント材9を硬化させる光(紫外線)の波長を含まない光(例えば可視光線、赤外線)を射出するように構成されうる。光源制御部28は、光源部23を制御する。本実施形態の場合、検出光学系21および照明光学系22は、それらを構成する光学部材の一部(具体的には、プリズム24およびレンズ27b)を共有するように構成されている。また、プリズム24は、検出光学系21および照明光学系22の瞳面もしくはその近傍に配置されている。 The illumination optical system 22 converts the light emitted from the light source unit 23 into parallel light using the lens 27a, and then guides the light to the same optical axis as the detection optical system 21 using the prism 24 or the like, and illuminates the marks 10 and 11 in the imaging field of view via the lens 27b. The light source unit 23 may include, for example, a halogen lamp, an LED, a semiconductor laser (LD), a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or the like, and may be configured to emit light (for example, visible light, infrared light) that does not include the wavelength of the light (ultraviolet light) that hardens the imprint material 9. The light source control unit 28 controls the light source unit 23. In this embodiment, the detection optical system 21 and the illumination optical system 22 are configured to share some of the optical members that constitute them (specifically, the prism 24 and the lens 27b). The prism 24 is also arranged on the pupil plane of the detection optical system 21 and the illumination optical system 22 or in the vicinity thereof.

検出光学系21は、照明光学系22によって照明されたモールド7のマーク10および基板8のマーク11の像を、レンズ27bとプリズム24とレンズ27cを介して撮像部25(撮像素子)の撮像面上に形成(結像)する。また、マーク10およびマーク11が回折格子をそれぞれ有する場合、検出光学系21は、それらの回折格子が重なり合って回折光同士が干渉することにより発生する干渉縞(モアレ縞)を撮像部25の撮像面上に形成(結像)する。干渉縞(モアレ縞)の光強度は、モールド7(マーク10)および基板8(マーク11)の回折効率に依存する。また、回折効率は、照明光の波長に応じて周期的に変化するものである。したがって、照明光の波長には、干渉縞を撮像面に効率よく形成することができる波長と、干渉縞を撮像面に形成することが困難な波長とがある。干渉縞の形成が困難な波長の照明光は、撮像部25で得られる画像のノイズとなりうる。なお、撮像部25の撮像素子としては、CCDセンサやCMOSセンサなどが用いられる。 The detection optical system 21 forms (images) the images of the mark 10 of the mold 7 and the mark 11 of the substrate 8 illuminated by the illumination optical system 22 on the imaging surface of the imaging unit 25 (imaging element) via the lens 27b, the prism 24, and the lens 27c. In addition, when the marks 10 and 11 each have a diffraction grating, the detection optical system 21 forms (images) an interference fringe (moiré fringe) generated by the overlapping of the diffraction gratings and the interference of the diffracted light on the imaging surface of the imaging unit 25. The light intensity of the interference fringe (moiré fringe) depends on the diffraction efficiency of the mold 7 (mark 10) and the substrate 8 (mark 11). In addition, the diffraction efficiency changes periodically according to the wavelength of the illumination light. Therefore, there are wavelengths of illumination light that can efficiently form interference fringes on the imaging surface and wavelengths that make it difficult to form interference fringes on the imaging surface. Illumination light with a wavelength that makes it difficult to form interference fringes can become noise in the image obtained by the imaging unit 25. The imaging element of the imaging unit 25 may be a CCD sensor or a CMOS sensor.

処理部26は、例えばCPUやメモリなどを有するコンピュータで構成される。処理部26は、撮像視野内に含まれるマーク10およびマーク11の撮像により撮像部25で得られた画像(画像データ)を取得し、その画像に基づいて、モールド7(マーク10)と基板8(マーク11)との相対位置を求める。これにより、インプリント装置1の制御部12は、計測部3(処理部26)で計測されたモールド7と基板8との相対位置を示す情報に基づいて、モールド7と基板8との位置合わせを制御することができる。なお、処理部26は、インプリント装置1の制御部12の一部として構成されてもよい。 The processing unit 26 is configured with a computer having, for example, a CPU, a memory, and the like. The processing unit 26 acquires an image (image data) obtained by the imaging unit 25 by imaging the marks 10 and 11 included in the imaging field of view, and determines the relative position between the mold 7 (mark 10) and the substrate 8 (mark 11) based on the image. This allows the control unit 12 of the imprinting apparatus 1 to control the alignment between the mold 7 and the substrate 8 based on information indicating the relative positions between the mold 7 and the substrate 8 measured by the measurement unit 3 (processing unit 26). Note that the processing unit 26 may be configured as part of the control unit 12 of the imprinting apparatus 1.

ここで、プリズム24は、2つの光学部材を張り合わせて構成されており、その貼り合せ面に、照明光学系22の瞳面における周辺部分の光を反射するための反射膜24aを有する。この反射膜24aは、検出光学系21の瞳の大きさ、或いは検出NAを規定する開口絞りとしても機能しうる。プリズム24は、貼り合せ面に半透膜を有するハーフプリズムであってもよい。或いは、プリズム24に代えて、表面に反射膜を有する板状の光学素子が採用されてもよい。さらに、照明光学系22の瞳における中央領域の光を反射し、周辺領域の光を透過させるように反射膜24aを構成し、光源部23および撮像部25の位置を入れ替えてもよい。 Here, the prism 24 is constructed by bonding two optical members together, and has a reflective film 24a on the bonding surface for reflecting light from the peripheral portion on the pupil plane of the illumination optical system 22. This reflective film 24a can also function as an aperture stop that determines the size of the pupil of the detection optical system 21 or the detection NA. The prism 24 may be a half prism having a semi-transparent film on the bonding surface. Alternatively, instead of the prism 24, a plate-shaped optical element having a reflective film on its surface may be used. Furthermore, the reflective film 24a may be configured to reflect light from the central region on the pupil of the illumination optical system 22 and transmit light from the peripheral region, and the positions of the light source unit 23 and the imaging unit 25 may be interchanged.

また、照明光学系22の瞳面における光強度分布、および検出光学系21の検出NAを定める位置は、プリズム24の位置でなくてもよい。例えば、図3に示すように、検出光学系21および照明光学系22に、それぞれ個別の開口絞り29a~29bを設けてもよい。この構成では、開口絞り29aの開口形状によって検出光学系21の検出NAが決定され、開口絞り29bの開口形状により照明光学系22の瞳面における光強度分布が決定される。この構成におけるプリズム24としては、2つの光学部材の貼り合せ面に半透膜を有するハーフプリズム等が用いられる。 The position that determines the light intensity distribution on the pupil plane of the illumination optical system 22 and the detection NA of the detection optical system 21 does not have to be the position of the prism 24. For example, as shown in FIG. 3, the detection optical system 21 and the illumination optical system 22 may each be provided with separate aperture stops 29a-29b. In this configuration, the detection NA of the detection optical system 21 is determined by the aperture shape of the aperture stop 29a, and the light intensity distribution on the pupil plane of the illumination optical system 22 is determined by the aperture shape of the aperture stop 29b. The prism 24 in this configuration may be a half prism having a semi-transparent film on the bonding surfaces of the two optical members.

次に、光源部23の構成例について説明する。図4は、光源部23の構成例を示す図である。光源部23は、複数の光源30a~30dを含みうる。複数の光源30a~30dの各々としては、例えば半導体レーザ(LD)が使用されうるが、LED、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプやナトリウムランプなどが使用されてもよいし、それらの組み合わせた光源が使用されてもよい。また、複数の光源30a~30dは、各光源から射出される光の波長が互いに異なるように構成されうる。例えば、第1光源30aは、第1波長の光を射出し、第2光源30bは、第1波長とは異なる第2波長の光を射出する。第1光源30aは、第1波長帯域の光を射出し、第2光源30bは、第1波長帯域とは異なる第2波長帯域の光を射出すると理解されてもよい。なお、特定の波長(帯域)における光強度を上げるために、特定の複数の光源で同じ波長(帯域)を射出するように構成してもよい。また、光源と波長(帯域)の数は4つに限られるものではない。 Next, a configuration example of the light source unit 23 will be described. FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the light source unit 23. The light source unit 23 may include a plurality of light sources 30a to 30d. For each of the plurality of light sources 30a to 30d, for example, a semiconductor laser (LD) may be used, but an LED, a halogen lamp, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a sodium lamp, or a combination of these may be used. In addition, the plurality of light sources 30a to 30d may be configured so that the wavelengths of light emitted from each light source are different from each other. For example, the first light source 30a emits light of a first wavelength, and the second light source 30b emits light of a second wavelength different from the first wavelength. It may be understood that the first light source 30a emits light of a first wavelength band, and the second light source 30b emits light of a second wavelength band different from the first wavelength band. In addition, in order to increase the light intensity at a specific wavelength (band), it may be configured so that a specific plurality of light sources emit the same wavelength (band). Additionally, the number of light sources and wavelengths (bands) is not limited to four.

光学系31a~31dは、例えばレンズであり、複数の光源30a~30dの各々に対応して設けられている。光学系31a~31dの各々は、複数の光源30a~30dの各々から放出された光を所望の状態(形状)に整形する。光学系31a~31dを通過した光は、光学素子32a~32dで反射または透過されて、1つの光束として合成される。各光学素子32a~32dとしては、ダイクロイックミラーやハーフミラーなどが用いられうる。各光源30a~30dから射出される光の波長帯域が例えば光源間で50nm程度以上互異なる場合には、各光源30a~30dからの光を合成する各光学素子32a~32dとしてダイクロイックミラーを用いることができる。一方、各光源30a~30dから射出される光の波長帯域が光源間で同じまたは近傍であり、各光源30a~30dからの光をダイクロイックミラーで効率よく合成することができない場合には、各光学素子32a~32dとしてハーフミラーが用いられてもよい。 The optical systems 31a to 31d are, for example, lenses, and are provided corresponding to each of the multiple light sources 30a to 30d. Each of the optical systems 31a to 31d shapes the light emitted from each of the multiple light sources 30a to 30d into a desired state (shape). The light that passes through the optical systems 31a to 31d is reflected or transmitted by the optical elements 32a to 32d and combined into one light beam. A dichroic mirror, a half mirror, or the like can be used as each of the optical elements 32a to 32d. When the wavelength bands of the light emitted from each of the light sources 30a to 30d differ from each other by, for example, about 50 nm or more between the light sources, a dichroic mirror can be used as each of the optical elements 32a to 32d that combines the light from each of the light sources 30a to 30d. On the other hand, if the wavelength bands of the light emitted from each of the light sources 30a to 30d are the same or close to each other, and the light from each of the light sources 30a to 30d cannot be efficiently combined using a dichroic mirror, a half mirror may be used as each of the optical elements 32a to 32d.

図4に示す例では、複数の光源30a~30dからの光が1つずつ合成されているが、例えば、複数の光源30a~30dからの光が2つずつ合成されて複数の合成光が生成された後に、複数の合成光が合成されてもよい。光源30a~30dの種類や波長、およびスペースを考慮して合成の仕方を選択することができる。また、複数の光源30a~30dには、各光源を制御(駆動)する光源制御部28が接続されている。光源制御部28は、複数の光源30a~30dの駆動電流や印加電圧を制御することによって、各光源の出力エネルギー(光源から射出される光の強度)を個別に制御することができる。なお、光源制御部28は、インプリント装置1の制御部12の一部として構成されてもよい。また、複数の光源30a~30dの各々に対して光源制御部28が個別に設けられてもよい。 In the example shown in FIG. 4, the light from the multiple light sources 30a to 30d is combined one by one, but for example, the light from the multiple light sources 30a to 30d may be combined two by two to generate multiple combined lights, and then the multiple combined lights may be combined. The method of combining can be selected taking into consideration the type and wavelength of the light sources 30a to 30d, and the space. In addition, a light source control unit 28 that controls (drives) each light source is connected to the multiple light sources 30a to 30d. The light source control unit 28 can individually control the output energy of each light source (the intensity of light emitted from the light source) by controlling the drive current and applied voltage of the multiple light sources 30a to 30d. The light source control unit 28 may be configured as a part of the control unit 12 of the imprint apparatus 1. In addition, the light source control unit 28 may be provided individually for each of the multiple light sources 30a to 30d.

光学素子32a~32dによって合成された光は、調整部34によって光強度が調整される。調整部34は、例えばNDフィルタを含みうる。NDフィルタは、それを通過する光の強度を調整する素子であり、例えば石英に付与した金属膜の種類や膜厚によってNDフィルタの透過率が決定されうる。調整部34は、透過率が互いに異なる複数のNDフィルタを備え、それらから選択される1つのNDフィルタを光路に配置することによって光の強度を調整してもよい。また、調整部34は、光が通過する部分に応じて透過率が変化するように構成されたNDフィルタを含む場合、当該NDフィルタのうち目的とする光強度に応じた部分を光路に配置することにより光の強度を調整してもよい。ここで、調整部34は、NDフィルタを用いずに、各光源部30a~30dの駆動電流を制御することによって光の強度を調整してもよいし、NDフィルタと各光源30a~30dの駆動電流の制御との組み合わせによって光の強度を調整してもよい。 The light intensity of the light combined by the optical elements 32a to 32d is adjusted by the adjustment unit 34. The adjustment unit 34 may include, for example, an ND filter. The ND filter is an element that adjusts the intensity of the light passing through it, and the transmittance of the ND filter may be determined, for example, by the type and thickness of the metal film applied to the quartz. The adjustment unit 34 may include multiple ND filters with different transmittances, and adjust the intensity of the light by placing one ND filter selected from them in the light path. In addition, when the adjustment unit 34 includes an ND filter configured to change its transmittance depending on the part through which the light passes, the adjustment unit 34 may adjust the intensity of the light by placing a part of the ND filter corresponding to the desired light intensity in the light path. Here, the adjustment unit 34 may adjust the intensity of the light by controlling the drive current of each of the light source units 30a to 30d without using an ND filter, or may adjust the intensity of the light by combining the ND filter with the control of the drive current of each of the light sources 30a to 30d.

調整部34を通過した光は、拡散板35を通過した後にファイバ36に導かれる。各光源30a~30dとして半導体レーザが用いられる場合、各光源30aから射出される光の波長帯域が数nmと狭いため、干渉によって観察される像にノイズ(スペックルノイズ)が発生しうる。このようなスペックルノイズは、拡散板35を回転させて時間的に波形の状態を変化させることによって低減することができる。また、ファイバ36から射出される光が、光源部23から射出される光となる。 The light that passes through the adjustment unit 34 passes through the diffuser plate 35 and is then guided to the fiber 36. When semiconductor lasers are used as each of the light sources 30a to 30d, the wavelength band of the light emitted from each light source 30a is narrow, at only a few nm, and interference can cause noise (speckle noise) in the observed image. Such speckle noise can be reduced by rotating the diffuser plate 35 to change the waveform state over time. The light emitted from the fiber 36 becomes the light emitted from the light source unit 23.

なお、調整部34のNDフィルタは、複数の光源30a~dの各々に対して個別に設けられてもよい。この場合、NDフィルタは、各光源30a~30dから射出された光が他の光と合成される前の各光路内に設けられうる。NDフィルタとしては、光が通過する位置によって透過率が変化する方式のフィルタが用いられるとよい。また、透過率が互いに異なる波長の光を透過させる複数の波長フィルタを用意し、それらのうちから選択された波長フィルタを光源部23とモールド7との間の光路に配置する波長選択部を備えてもよい。また、光学素子32a~32dによって合成された光を回折格子で分光し、分光された光の光量分布に対して、場所によって透過光量が変化するNDフィルタ等で光量分布を調整して、各波長の光量を調整してもよい。 The ND filters of the adjustment unit 34 may be provided individually for each of the multiple light sources 30a to 30d. In this case, the ND filters may be provided in each optical path before the light emitted from each light source 30a to 30d is combined with other light. As the ND filter, a filter whose transmittance changes depending on the position through which the light passes may be used. In addition, a wavelength selection unit may be provided in which a wavelength filter selected from among multiple wavelength filters that transmit light of different wavelengths with different transmittances is placed in the optical path between the light source unit 23 and the mold 7. In addition, the light combined by the optical elements 32a to 32d may be dispersed by a diffraction grating, and the light amount distribution of the dispersed light may be adjusted by an ND filter or the like whose transmitted light amount changes depending on the location, thereby adjusting the light amount of each wavelength.

図5は、計測部3の照明光学系22の瞳面における光強度分布(IL1~IL4)と、検出光学系21の瞳面における検出開口NAとの関係を示す図である。図5に示す例では、照明光学系22の瞳面における光強度分布は、円形状の光強度分布である第1極IL1と、第2極IL2と、第3極IL3と、第4極IL4とを含む。各極は、各極内において光強度のピークを有する。この構成により、照明光学系22は、マーク10およびマーク11における回折格子の計測方向(周期方向)に対して垂直な方向から斜入射する光と、当該計測方向に平行な方向から斜入射する光とによって、マーク10およびマーク11を照明することができる。 5 is a diagram showing the relationship between the light intensity distribution (IL1 to IL4) on the pupil plane of the illumination optical system 22 of the measurement unit 3 and the detection aperture NA0 on the pupil plane of the detection optical system 21. In the example shown in FIG. 5, the light intensity distribution on the pupil plane of the illumination optical system 22 includes a first pole IL1, a second pole IL2, a third pole IL3, and a fourth pole IL4, which are circular light intensity distributions. Each pole has a peak of light intensity within the pole. With this configuration, the illumination optical system 22 can illuminate the marks 10 and 11 with light that is obliquely incident from a direction perpendicular to the measurement direction (periodic direction) of the diffraction gratings in the marks 10 and 11, and light that is obliquely incident from a direction parallel to the measurement direction.

図2に示すように、開口絞りとして機能する反射膜24aを照明光学系22の瞳面に配置したり、図3に示すように、開口絞り29bを照明光学系22の瞳面に配置したりすることで、1つの光源部23から複数の極(IL1~IL4)を形成することができる。このように複数の極(ピーク)を有する瞳強度分布を形成する場合には、複数の光源部を必要としないため、検出部50を簡略化又は小型化することができる。 As shown in FIG. 2, a reflective film 24a that functions as an aperture stop is placed on the pupil plane of the illumination optical system 22, or as shown in FIG. 3, an aperture stop 29b is placed on the pupil plane of the illumination optical system 22, thereby making it possible to form multiple poles (IL1 to IL4) from a single light source unit 23. When forming a pupil intensity distribution having multiple poles (peaks) in this way, multiple light source units are not required, and therefore the detection unit 50 can be simplified or made smaller.

[干渉縞の検出原理]
次に、モールド7のマーク10(回折格子)と基板8のマーク11(回折格子)とで形成される干渉縞(モアレ縞)の発生原理、および、干渉縞を用いてモールド7(マーク10)と基板8(マーク11との相対位置の計測方法について説明する。図6(a)は、モールド7のマーク10における回折格子41の一例を示しており、図6(b)は、基板8のマーク11における回折格子42の一例を示している。回折格子41および回折格子42は、互いに対して周期パターン(格子)の周期(格子ピッチ)が僅かに異なるように構成されうる。この2つの回折格子41~42を互いに近づけて重ね合わせると、2つの回折格子41~42からの回折光同士の干渉によって、2つの回折格子41~42の周期差を反映した周期を有するパターン、いわゆる干渉縞(モアレ縞)が現れる。干渉縞の位相(明暗の位置)は、2つの回折格子41~42の相対位置に応じて変化するため、干渉縞を検出することにより、回折格子41と回折格子42との相対位置、即ち、モールド7と基板8との相対位置を求めることができる。
[Interference fringe detection principle]
Next, the principle of generation of interference fringes (moire fringes) formed by the mark 10 (diffraction grating) of the mold 7 and the mark 11 (diffraction grating) of the substrate 8, and a method of measuring the relative position between the mold 7 (mark 10) and the substrate 8 (mark 11) using the interference fringes will be described. FIG. 6( a) shows an example of a diffraction grating 41 in the mark 10 of the mold 7, and FIG. 6( b) shows an example of a diffraction grating 42 in the mark 11 of the substrate 8. The diffraction gratings 41 and 42 have a mutually different period (grating) period (grating pitch) of their periodic patterns (gratings). When the two diffraction gratings 41-42 are brought close to each other and overlapped, the diffracted light from the two diffraction gratings 41-42 interferes with each other, resulting in the appearance of a pattern having a period reflecting the difference in period between the two diffraction gratings 41-42, known as an interference fringe (moiré fringe). The phase of the interference fringe (position of light and dark) changes depending on the relative positions of the two diffraction gratings 41-42, so that the relative positions of the diffraction gratings 41 and 42, i.e., the relative positions of the mold 7 and the substrate 8, can be obtained by detecting the interference fringe.

具体的には、格子ピッチが僅かに異なる回折格子41と回折格子42とを重ね合わせると、これら2つの回折格子41~42からの回折光が重なり合うことで、図6(c)に示すように、周期の差を反映した周期を有する干渉縞が発生する。上述したように、干渉縞の位相(明暗の位置)は、回折格子41と回折格子42との相対位置に応じて変化する。例えば、回折格子41と回折格子42とを相対的にX軸方向にずらすと、図6(c)に示す干渉縞は、図6(d)に示す干渉縞に変化する。このように干渉縞の位相は、回折格子41と回折格子42との相対位置を実際にずらした量より大きな周期で変化する。そのため、計測部3では、回折格子41と回折格子42との実際の位置ずれ量を拡大して検出し、モールド7と基板8との相対位置を高精度に検出することができる。 Specifically, when the diffraction gratings 41 and 42, which have slightly different grating pitches, are superimposed, the diffracted light from these two diffraction gratings 41-42 overlap, generating interference fringes having a period reflecting the difference in period, as shown in FIG. 6(c). As described above, the phase of the interference fringes (position of light and dark) changes depending on the relative positions of the diffraction gratings 41 and 42. For example, when the diffraction gratings 41 and 42 are relatively shifted in the X-axis direction, the interference fringes shown in FIG. 6(c) change to the interference fringes shown in FIG. 6(d). In this way, the phase of the interference fringes changes with a period larger than the amount by which the relative positions of the diffraction gratings 41 and 42 are actually shifted. Therefore, the measurement unit 3 can detect the actual positional shift amount between the diffraction gratings 41 and 42 by magnifying it, and detect the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 with high accuracy.

ここで、干渉縞を検出するために、2つの回折格子41~42を明視野で検出する(2つの回折格子41~42をZ軸方向から照明し、2つの回折格子41~42でZ軸方向に回折される回折光を検出する)場合を考える。この場合、検出光学系21は、各回折格子41~42からの0次光も検出してしまう。0次光は、干渉縞のコントラストを低下させる要因となるため、計測部3は、0次光を検出しない構成、即ち、回折格子41~42を斜入射で照明する暗視野の構成を有することが好ましい。暗視野の構成でも干渉縞を検出することができるように、回折格子41~42のうち一方を、図7(a)(c)に示すようなチェッカーボード状の回折格子(第1回折格子)とし、他方を、図7(b)(d)に示すような回折格子(第2回折格子とするとよい。図7(a)(c)に示す第1回折格子は、計測方向と平行な方向(第1方向)と、計測方向に垂直な方向(第2方向)との双方にそれぞれ周期をもつ回折格子である。一方、図7(b)(d)に示す第2回折格子は、計測方向と平行な方向(第1方向)のみにおいて、図7(a)(c)に示す第1回折格子のX軸方向における周期とは異なる周期をもつ回折格子である。なお、第1方向と第2方向とは、垂直に限られず、互いに異なっていれば計測が可能とある。 Now consider the case where the two diffraction gratings 41-42 are detected in a bright field to detect the interference fringes (the two diffraction gratings 41-42 are illuminated from the Z-axis direction, and the diffracted light diffracted in the Z-axis direction by the two diffraction gratings 41-42 is detected). In this case, the detection optical system 21 also detects the zeroth order light from each of the diffraction gratings 41-42. Since the zeroth order light reduces the contrast of the interference fringes, it is preferable that the measurement unit 3 has a configuration that does not detect the zeroth order light, that is, a dark field configuration that illuminates the diffraction gratings 41-42 with oblique incidence. In order to detect interference fringes even in a dark field configuration, one of the diffraction gratings 41-42 may be a checkerboard-shaped diffraction grating (first diffraction grating) as shown in FIG. 7(a)(c), and the other may be a diffraction grating (second diffraction grating) as shown in FIG. 7(b)(d). The first diffraction grating shown in FIG. 7(a)(c) is a diffraction grating that has a period in both a direction parallel to the measurement direction (first direction) and a direction perpendicular to the measurement direction (second direction). On the other hand, the second diffraction grating shown in FIG. 7(b)(d) is a diffraction grating that has a period in the X-axis direction of the first diffraction grating shown in FIG. 7(a)(c) only in the direction parallel to the measurement direction (first direction). Note that the first and second directions are not limited to being perpendicular, and measurement is possible as long as they are different from each other.

図5に示す第1極IL1および第2極IL2からの光は、図7(a)~(b)に示す第1回折格子および第2回折格子に照射されると、第1回折格子よってY軸方向に回折するとともにX軸方向にも回折する。さらに、周期が僅かに異なる第2回折格子によってX軸方向に回折した光は、X軸方向の相対位置情報を有する干渉縞として検出光学系21の瞳上の検出領域(NA)に入射し、撮像部25で撮像(検出)される。これにより、処理部26は、撮像部25で得られた干渉縞の画像から、X軸方向(計測方向)における2つの回折格子の相対位置を求めることができる。 When the light from the first pole IL1 and the second pole IL2 shown in Fig. 5 is irradiated onto the first diffraction grating and the second diffraction grating shown in Fig. 7(a)-(b), the light is diffracted in the Y-axis direction by the first diffraction grating and also in the X-axis direction. Furthermore, the light diffracted in the X-axis direction by the second diffraction grating, which has a slightly different period, is incident on the detection area (NA 0 ) on the pupil of the detection optical system 21 as interference fringes having relative position information in the X-axis direction, and is imaged (detected) by the imaging unit 25. This allows the processing unit 26 to determine the relative positions of the two diffraction gratings in the X-axis direction (measurement direction) from the image of the interference fringes obtained by the imaging unit 25.

同様に、図5に示す第3極IL3および第4極IL4からの光は、図7(c)~(d)に示す第1回折格子および第2回折格子に照射されると、第1回折格子よってX軸方向に回折するとともにY軸方向にも回折する。さらに、周期が僅かに異なる第2回折格子によってY軸方向に回折した光は、Y軸方向の相対位置情報を有する干渉縞として検出光学系21の瞳上の検出領域(NA)に入射し、撮像部25で撮像(検出)される。これにより、処理部26は、撮像部25で得られた干渉縞の画像から、Y軸方向(計測方向)における2つの回折格子の相対位置を求めることができる。 Similarly, when the light from the third pole IL3 and the fourth pole IL4 shown in Fig. 5 is irradiated onto the first and second diffraction gratings shown in Fig. 7(c)-(d), it is diffracted in the X-axis direction by the first diffraction grating and also in the Y-axis direction. Furthermore, the light diffracted in the Y-axis direction by the second diffraction grating, which has a slightly different period, is incident on the detection area (NA 0 ) on the pupil of the detection optical system 21 as interference fringes having relative position information in the Y-axis direction, and is imaged (detected) by the imaging unit 25. This allows the processing unit 26 to determine the relative positions of the two diffraction gratings in the Y-axis direction (measurement direction) from the image of the interference fringes obtained by the imaging unit 25.

このように、図7(a)~(b)に示す回折格子の相対位置の検出においては、第1極IL1および第2極IL2からの光が使用され、第3極IL3および第4極IL4からの光は使用されない。一方、図7(c)~(d)に示す回折格子の相対位置の検出においては、第3極IL3および第4極IL4からの光が使用され、第1極IL1および第2極IL2からの光は使用されない。上述した暗視野の構成は、図7(a)~(b)に示す回折格子の組と、図7(c)~(d)に示す回折格子の組とを、撮像部25の撮像視野内に配置して同時(一度)に2つの軸方向の相対位置を検出する場合に特に有用である。 In this way, in detecting the relative positions of the diffraction gratings shown in Figures 7(a)-(b), the light from the first pole IL1 and the second pole IL2 is used, and the light from the third pole IL3 and the fourth pole IL4 is not used. On the other hand, in detecting the relative positions of the diffraction gratings shown in Figures 7(c)-(d), the light from the third pole IL3 and the fourth pole IL4 is used, and the light from the first pole IL1 and the second pole IL2 is not used. The above-mentioned dark field configuration is particularly useful when the pair of diffraction gratings shown in Figures 7(a)-(b) and the pair of diffraction gratings shown in Figures 7(c)-(d) are placed within the imaging field of the imaging unit 25 to simultaneously (at one time) detect the relative positions in two axial directions.

[撮像部によるマークの撮像]
次に、計測部3の撮像部25により撮像視野内で撮像されるモールド7のマーク10および基板8のマーク11の構成例について説明する。図8は、モールド7と基板8とを近づけたとき(例えば、モールド7と基板上のインプリント材とを接触させたとき)に撮像部25により撮像視野内で撮像されるモールド7のマーク10および基板8のマーク11を模式的に示す図である。図8では、撮像部25の撮像視野Aが示されており、撮像部25は、当該撮像視野A内における各マークを一括に(一度に)撮像することが可能である。図8に示す例では、撮像部25の撮像視野A内に原版側マーク51(第1マーク)、基板側マーク52(第2マーク)、および干渉縞53~54が含まれている。
[Image capture of mark by imaging unit]
Next, a configuration example of the mark 10 on the mold 7 and the mark 11 on the substrate 8 imaged within the imaging field by the imaging unit 25 of the measurement unit 3 will be described. Fig. 8 is a diagram showing the mark 10 on the mold 7 and the mark 11 on the substrate 8 imaged within the imaging field by the imaging unit 25 when the mold 7 and the substrate 8 are brought close to each other (for example, when the mold 7 and the imprint material on the substrate are brought into contact with each other). Fig. 8 shows the imaging field A of the imaging unit 25, and the imaging unit 25 is capable of collectively (at once) imaging each mark within the imaging field A. In the example shown in Fig. 8, the original side mark 51 (first mark), the substrate side mark 52 (second mark), and the interference fringes 53 to 54 are included within the imaging field A of the imaging unit 25.

原版側マーク51は、モールド7と基板8との相対位置を粗計測するためにモールド7に設けられた粗計測用のマークであり、モールド7のマーク10の一部を構成する。一方、基板側マーク52は、モールド7と基板8との相対位置を粗計測するために基板8に設けられた粗計測用のマークであり、基板8のマーク11の一部を構成する。計測部3の処理部26は、撮像部25に原版側マーク51と基板側マーク52とを撮像させることにより得られた画像(画像データ)に基づいて、原版側マーク51と基板側マーク52との距離D1(相対位置)を求める。例えば、処理部26は、原版側マーク51および基板側マーク52のそれぞれについて幾何的な中心位置を求め、原版側マーク51の中心位置と基板側マーク52の中心位置との差を距離D1として求めることができる。また、原版側マーク51と基板側マークとは、所定の基準距離だけY軸方向に離間するように設計されている。そのため、処理部26は、この基準距離と距離D1との差を、モールド7と基板8との相対位置のずれ(即ち、目標相対位置からのずれ)として求めることができる。このように、計測部3(処理部26)は、原版側マーク51と基板側マーク52を用いて、モールド7と基板8との相対位置のラフな計測(粗計測)を行うことができる。 The original-side mark 51 is a rough measurement mark provided on the mold 7 to roughly measure the relative position between the mold 7 and the substrate 8, and constitutes a part of the mark 10 of the mold 7. On the other hand, the substrate-side mark 52 is a rough measurement mark provided on the substrate 8 to roughly measure the relative position between the mold 7 and the substrate 8, and constitutes a part of the mark 11 of the substrate 8. The processing unit 26 of the measurement unit 3 determines the distance D1 (relative position) between the original-side mark 51 and the substrate-side mark 52 based on the image (image data) obtained by having the imaging unit 25 capture the original-side mark 51 and the substrate-side mark 52. For example, the processing unit 26 can determine the geometric center position of each of the original-side mark 51 and the substrate-side mark 52, and determine the difference between the center position of the original-side mark 51 and the center position of the substrate-side mark 52 as the distance D1. In addition, the original-side mark 51 and the substrate-side mark are designed to be separated from each other in the Y-axis direction by a predetermined reference distance. Therefore, the processing unit 26 can determine the difference between this reference distance and the distance D1 as the deviation in the relative position between the mold 7 and the substrate 8 (i.e., the deviation from the target relative position). In this way, the measurement unit 3 (processing unit 26) can perform a rough measurement (coarse measurement) of the relative position between the mold 7 and the substrate 8 using the original side mark 51 and the substrate side mark 52.

干渉縞53~54の各々は、モールド7と基板8との相対位置を精密に計測するための精密計測用のマークである。干渉縞53~54の各々は、モールド7のマーク10の一部を構成する原版側の回折格子(第3マーク)と、基板8のマーク11の一部を構成する基板側の回折格子(第4マーク)とが重なり合うことにより形成されうる。前述したように、原版側の回折格子と基板側の回折格子とは、計測方向(Y軸方向)の周期(格子ピッチ)が互いに微小に異なるため、それらを重ね合わせるとY軸方向に干渉縞(モアレ縞)が形成される。計測部3の処理部26は、撮像部25に干渉縞53~54を撮像させることにより得られた画像(画像データ)に基づいて、原版側の回折格子と基板側の回折格子との相対位置、即ち、モールド7と基板8との相対位置を求めることができる。干渉縞53~54の各々では、モールド7(原版側の回折格子)と基板8(基板側の回折格子)との相対位置が変化すると、その変化量より大きい量で変化する。そのため、計測部3(処理部26)は、原版側マーク51および基板側マーク52を用いる場合より、モールド7と基板8との相対位置を精密に計測することができる。 Each of the interference fringes 53-54 is a precision measurement mark for precisely measuring the relative position between the mold 7 and the substrate 8. Each of the interference fringes 53-54 can be formed by overlapping the master-side diffraction grating (third mark) constituting part of the mark 10 of the mold 7 and the substrate-side diffraction grating (fourth mark) constituting part of the mark 11 of the substrate 8. As described above, the master-side diffraction grating and the substrate-side diffraction grating have slightly different periods (grating pitch) in the measurement direction (Y-axis direction), so that when they are overlapped, interference fringes (moiré fringes) are formed in the Y-axis direction. The processing unit 26 of the measurement unit 3 can determine the relative positions of the master-side diffraction grating and the substrate-side diffraction grating, i.e., the relative positions of the mold 7 and the substrate 8, based on the images (image data) obtained by having the imaging unit 25 capture the interference fringes 53-54. In each of the interference fringes 53-54, when the relative position between the mold 7 (master-side diffraction grating) and the substrate 8 (substrate-side diffraction grating) changes, the fringes change by an amount greater than the amount of change. Therefore, the measurement unit 3 (processing unit 26) can measure the relative position between the mold 7 and the substrate 8 more precisely than when the master-side mark 51 and the substrate-side mark 52 are used.

また、干渉縞53と干渉縞54とは、原版側の回折格子と基板側の回折格子との周期の大小関係が異なっており、それらの回折格子の相対位置が変化したときの干渉縞の位相(明暗の位置)のシフト方向が異なる。例えば、干渉縞53については、原版側の回折格子の周期の方が基板側の回折格子の周期よりも微小に大きいため、モールド7に対して基板8が相対的に+Y方向へシフトすると、干渉縞53の位相(明暗の位置)は+Y方向へシフトする。一方、干渉縞54については、原版側の回折格子の周期の方が基板側の回折格子の周期よりも微小に小さいため、モールド7に対して基板8が相対的に+Y方向へシフトすると、干渉縞54の位相(明暗の位置)は-Y方向へシフトする。このように2種類の干渉縞53~54を用いることにより、計測部3(処理部26)は、2種類の干渉縞53~54における位相差D2に基づいて、モールド7と基板8との相対位置をより精密に計測することができる。 In addition, the interference fringes 53 and 54 have different periods between the diffraction grating on the original side and the diffraction grating on the substrate side, and the phase (position of light and dark) of the interference fringes shifts in different directions when the relative positions of the diffraction gratings change. For example, the period of the diffraction grating on the original side of the interference fringes 53 is slightly larger than the period of the diffraction grating on the substrate side, so when the substrate 8 shifts in the +Y direction relative to the mold 7, the phase (position of light and dark) of the interference fringes 53 shifts in the +Y direction. On the other hand, the period of the diffraction grating on the original side of the interference fringes 54 is slightly smaller than the period of the diffraction grating on the substrate side, so when the substrate 8 shifts in the +Y direction relative to the mold 7, the phase (position of light and dark) of the interference fringes 54 shifts in the -Y direction. By using two types of interference fringes 53 to 54 in this way, the measurement unit 3 (processing unit 26) can measure the relative position between the mold 7 and the substrate 8 more precisely based on the phase difference D2 in the two types of interference fringes 53 to 54.

ここで、モールド7(原版側の回折格子)と基板8(基板側の回折格子)との相対位置が干渉縞53~54の位相の周期分だけずれている場合、干渉縞53~54からは、当該相対位置における干渉縞の位相の周期分のずれを認識(検出)することができない。そのため、本実施形態では、図8に示すように、干渉縞53~54より低い精度でモールド7と基板8との相対位置を求めることができる粗計測のマークとして、原版側マーク51および基板側マーク52が用いられている。このような粗計測マークを用いることにより、モールド7と基板8との相対位置における干渉縞の位相の周期分のずれを認識(特定、検出)することができる。これを概念的に説明すると、例えば、モールド7と基板8との相対位置が2桁の値で表されるとすると、十の位の値が、原版側マーク51および基板側マーク52を用いて求められ、一の位の値が、干渉縞53~54を用いて求められうる。 Here, if the relative positions of the mold 7 (master-side diffraction grating) and the substrate 8 (substrate-side diffraction grating) are shifted by the period of the phase of the interference fringes 53-54, the shift of the period of the phase of the interference fringes at the relative positions cannot be recognized (detected) from the interference fringes 53-54. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the master-side mark 51 and the substrate-side mark 52 are used as rough measurement marks that can determine the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 with lower accuracy than the interference fringes 53-54. By using such rough measurement marks, it is possible to recognize (identify, detect) the shift of the period of the phase of the interference fringes at the relative positions of the mold 7 and the substrate 8. To explain this conceptually, for example, if the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 are expressed by a two-digit value, the tens digit value can be obtained using the master-side mark 51 and the substrate-side mark 52, and the ones digit value can be obtained using the interference fringes 53-54.

[計測部による計測処理について]
次に、計測部3によるモールド7と基板8との相対位置の計測処理について説明する。前述したように、計測部3(処理部26)は、撮像視野A内に含まれる原版側マーク51、基板側マーク52および干渉縞53~54を撮像部25に撮像させ、それにより得られた画像に基づいて、モールド7と基板8との相対位置を計測する。しかしながら、原版側マーク51、基板側マーク52および干渉縞53~54では、例えば、マークを構成する材料(材質)、マークの形状、マークの厚み、マークの上に堆積される膜の有無や種類が互いに異なることがある。この場合、マーク51~54の反射率が互いに異なり、撮像部25で得られた画像内におけるマーク51~54の明度差が生じるため、その明度差の大きさによっては、各マーク51~54の位置を精度よく検出することが困難になりうる。即ち、モールド7と基板8との相対位置を精度よく計測することが困難になりうる。このことについて、図9~図10を参照しながら説明する。
[Measurement processing by the measurement unit]
Next, the measurement process of the relative position between the mold 7 and the substrate 8 by the measurement unit 3 will be described. As described above, the measurement unit 3 (processing unit 26) causes the image capture unit 25 to capture the master-side mark 51, the substrate-side mark 52, and the interference fringes 53 to 54 included in the imaging field A, and measures the relative position between the mold 7 and the substrate 8 based on the image obtained thereby. However, the master-side mark 51, the substrate-side mark 52, and the interference fringes 53 to 54 may differ from each other in, for example, the material (material quality) constituting the mark, the shape of the mark, the thickness of the mark, and the presence or absence or type of a film deposited on the mark. In this case, the marks 51 to 54 have different reflectances from each other, and a brightness difference occurs between the marks 51 to 54 in the image obtained by the image capture unit 25, so that depending on the magnitude of the brightness difference, it may be difficult to accurately detect the positions of the marks 51 to 54. That is, it may be difficult to accurately measure the relative position between the mold 7 and the substrate 8. This will be described with reference to FIGS. 9 to 10.

図9~図10は、撮像視野A内における原版側マーク51、基板側マーク52および干渉縞53~54を共通の(同一の)撮像条件で撮像した場合に得られる画像内の各マーク51~54の明度を示す図である。図9は理想的な特性を表しており、図10は実際の特性を表している。図9~図10において、縦軸は、撮像部25で得られる画像内における各マーク51~54の明度を、当該画像内の最大明度を100%として示している。最大明度とは、例えば、画像内の各画素の明度をRGB256諧調(0~255)で表した場合において、明度が255(真っ白)となる画素の明度のことである。一方、横軸は、撮像視野A内における各マーク51~54を照明する照明光の強度を、照明光の最大強度を100%として示している。照明光の最大強度とは、例えば、計測部3(光源部23)から射出することができる照明光の強度の最大値のことである。照明光の強度の調整は、例えば、光源部23に含まれる調整部34(NDフィルタ34を用いて行われうる。 9 and 10 are diagrams showing the brightness of each mark 51 to 54 in the image obtained when the master side mark 51, the substrate side mark 52, and the interference fringes 53 to 54 in the imaging field A are imaged under common (same) imaging conditions. FIG. 9 shows ideal characteristics, and FIG. 10 shows actual characteristics. In FIGS. 9 and 10, the vertical axis shows the brightness of each mark 51 to 54 in the image obtained by the imaging unit 25, with the maximum brightness in the image being 100%. The maximum brightness is, for example, the brightness of a pixel with a brightness of 255 (pure white) when the brightness of each pixel in the image is expressed in RGB 256 gradations (0 to 255). Meanwhile, the horizontal axis shows the intensity of the illumination light illuminating each mark 51 to 54 in the imaging field A, with the maximum intensity of the illumination light being 100%. The maximum intensity of the illumination light is, for example, the maximum value of the intensity of the illumination light that can be emitted from the measurement unit 3 (light source unit 23). The intensity of the illumination light can be adjusted, for example, using the adjustment unit 34 (ND filter 34) included in the light source unit 23.

ここで、撮像部25の撮像条件は、例えば、撮像視野A内の各マーク51~54を照明する照明光の強度、各マーク51~54を照明する照明光の波長、および撮像部25(撮像素子)の電荷蓄積時間の少なくとも1つを含む。本実施形態では、撮像部25の撮像条件として、照明光の強度を用いる例を説明する。また、明度の許容範囲とは、撮像部25で得られた画像に基づいて処理部26で決定(算出)される各マークの位置の誤差を目標範囲に収めることができる明度の範囲であり、本実施形態では40~95%の範囲に設定されている。 The imaging conditions of the imaging unit 25 include, for example, at least one of the intensity of the illumination light illuminating each of the marks 51 to 54 in the imaging field A, the wavelength of the illumination light illuminating each of the marks 51 to 54, and the charge accumulation time of the imaging unit 25 (image sensor). In this embodiment, an example in which the intensity of the illumination light is used as the imaging condition of the imaging unit 25 will be described. In addition, the allowable range of brightness is a range of brightness that can keep the error in the position of each mark determined (calculated) by the processing unit 26 based on the image obtained by the imaging unit 25 within a target range, and in this embodiment, it is set to a range of 40 to 95%.

図9に示す理想的な特性では、マーク51~54の反射率が同程度であり、撮像部25で得られた画像内におけるマーク51~54の明度差が比較的小さい。そのため、撮像視野A内のマーク51~54について共通の撮像条件(例えば、照明光の強度が60%)を用いたとしても、画像内における全てのマーク51~54の明度を許容範囲内に収めることができる。しかしながら、実際には、図10に示すように、マーク51~54の反射率が互いに異なるため、撮像部25で得られた画像内におけるマーク51~54の明度差が比較的大きい。この場合、撮像視野A内のマーク51~54について共通の撮像条件(照明光の強度)を用いてしまうと、画像内において明度が許容範囲内に収まらないマークが生じうる。例えば、図10に示す例では、画像内における原版側マーク51の明度が許容範囲に収まるように撮像条件を設定した場合(例えば、照明光の強度を20~40%にした場合)、画像内における基板側マーク52の明度を許容範囲に収まることができない。一方、画像内における基板側マーク52の明度が許容範囲に収まるように撮像条件を設定した場合(例えば、照明光の強度を80~100%にした場合)、画像内における原版側マーク51の明度を許容範囲に収まることができない。 In the ideal characteristic shown in FIG. 9, the marks 51 to 54 have approximately the same reflectance, and the brightness difference between the marks 51 to 54 in the image obtained by the imaging unit 25 is relatively small. Therefore, even if common imaging conditions (for example, the intensity of the illumination light is 60%) are used for the marks 51 to 54 in the imaging field A, the brightness of all the marks 51 to 54 in the image can be kept within the allowable range. However, in reality, as shown in FIG. 10, the marks 51 to 54 have different reflectances from each other, so the brightness difference between the marks 51 to 54 in the image obtained by the imaging unit 25 is relatively large. In this case, if common imaging conditions (intensity of the illumination light) are used for the marks 51 to 54 in the imaging field A, marks whose brightness does not fall within the allowable range in the image may be generated. For example, in the example shown in FIG. 10, if the imaging conditions are set so that the brightness of the original side mark 51 in the image falls within the allowable range (for example, if the intensity of the illumination light is set to 20 to 40%), the brightness of the substrate side mark 52 in the image cannot fall within the allowable range. On the other hand, if the imaging conditions are set so that the brightness of the substrate-side mark 52 in the image falls within the allowable range (for example, if the illumination light intensity is set to 80-100%), the brightness of the original-side mark 51 in the image cannot fall within the allowable range.

そこで、本実施形態の計測部3は、撮像視野内における2以上のマークについて撮像部25の撮像条件を変更する。具体的には、計測部3の撮像部25は、撮像視野A内に収まっている原版側マーク51(第1マーク)および基板側マーク52(第2マーク)を第1撮像条件で撮像することで第1画像を取得する。また、撮像部25は、撮像視野A内に収まっている原版側マーク51および基板側マーク52を、第1撮像条件とは異なる第2撮像条件で撮像することで第2画像を取得する。そして、計測部3の処理部26は、第1画像における原版側マーク51の位置を求め、第2画像における基板側マーク52の位置を求める。これにより、原版側マーク51および基板側マーク52の各々について、撮像部25で得られる画像内の明度を調整することができるため、原版側マーク51の位置および基板側マーク52の位置をそれぞれ精度よく求めることができる。即ち、モールド7(原版側マーク51)と基板8(基板側マーク52)との相対位置を精度よく求めることができる。ここで、第1撮像条件は、撮像部25で得られる第1画像内における原版側マーク51の明度が許容範囲に収まるように設定されうる。また、第2撮像条件は、撮像部25で得られる第2画像内における基板側マークの明度が当該許容範囲内に収まるように設定されうる。第1撮像条件および第2撮像条件は、共通の明度の許容範囲を用いて、実験やシミュレーションなどにより事前に設定されうる。 Therefore, the measurement unit 3 of this embodiment changes the imaging conditions of the imaging unit 25 for two or more marks in the imaging field of view. Specifically, the imaging unit 25 of the measurement unit 3 acquires a first image by imaging the master side mark 51 (first mark) and the board side mark 52 (second mark) that are within the imaging field of view A under a first imaging condition. The imaging unit 25 also acquires a second image by imaging the master side mark 51 and the board side mark 52 that are within the imaging field of view A under a second imaging condition that is different from the first imaging condition. Then, the processing unit 26 of the measurement unit 3 obtains the position of the master side mark 51 in the first image and obtains the position of the board side mark 52 in the second image. This allows the brightness in the images obtained by the imaging unit 25 to be adjusted for each of the master side mark 51 and the board side mark 52, so that the positions of the master side mark 51 and the board side mark 52 can be obtained with high accuracy. That is, the relative positions of the mold 7 (master-side mark 51) and the substrate 8 (substrate-side mark 52) can be determined with high accuracy. Here, the first imaging condition can be set so that the brightness of the master-side mark 51 in the first image obtained by the imaging unit 25 falls within the allowable range. The second imaging condition can be set so that the brightness of the substrate-side mark in the second image obtained by the imaging unit 25 falls within the allowable range. The first imaging condition and the second imaging condition can be set in advance by experiment, simulation, or the like, using a common allowable brightness range.

図11は、本実施形態に係るモールド7と基板8との位置合わせを示すフローチャートである。当該位置合わせは、計測部3によるモールド7と基板8との相対位置の計測処理を含みうる。図11のフローチャートの各工程は、制御部12および/または計測部3の処理部26によって行われうる。 Figure 11 is a flowchart showing the alignment of the mold 7 and the substrate 8 according to this embodiment. The alignment may include a measurement process of the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 by the measurement unit 3. Each step in the flowchart of Figure 11 may be performed by the control unit 12 and/or the processing unit 26 of the measurement unit 3.

ステップS1~S6は、原版側マーク51および基板側マーク52を用いた粗計測の結果に基づいて、モールド7と基板8との相対位置を制御する工程である。
ステップS1では、処理部26は、撮像視野A内における各マーク51~54を撮像部25に第1撮像条件で撮像させることにより第1画像を取得する。次いで、ステップS2では、処理部26は、ステップS1で取得された第1画像における原版側マーク51の位置を決定(算出)し、決定した原版側マーク51の位置の情報をメモリに記憶する。
Steps S 1 to S 6 are processes for controlling the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 based on the results of rough measurement using the master-side marks 51 and the substrate-side marks 52 .
In step S1, the processing unit 26 acquires a first image by having the imaging unit 25 capture images of the marks 51 to 54 in the imaging field of view A under first imaging conditions. Next, in step S2, the processing unit 26 determines (calculates) the position of the original-side mark 51 in the first image acquired in step S1, and stores information on the determined position of the original-side mark 51 in memory.

ステップS3では、処理部26は、撮像視野A内における各マーク51~54を撮像部25に第2撮像条件で撮像させることにより第2画像を取得する。第2画像は、第1画像と共通の撮像素子(撮像部25の撮像素子)を用いて得られる。また、第2画像を得るための撮像部25による撮像(即ち、ステップS3)は、第1画像を得るための撮像部25による撮像(即ちは、ステップ1)と異なるタイミングで行われる。次いで、ステップS4では、処理部26は、ステップS3で取得された第2画像における基板側マーク52の位置を決定(算出)し、決定した基板側マーク52の位置の情報をメモリに記憶する。 In step S3, the processing unit 26 acquires a second image by having the imaging unit 25 capture images of each of the marks 51 to 54 in the imaging field of view A under second imaging conditions. The second image is acquired using the same imaging element (the imaging element of the imaging unit 25) as the first image. Furthermore, the imaging by the imaging unit 25 to acquire the second image (i.e., step S3) is performed at a different timing than the imaging by the imaging unit 25 to acquire the first image (i.e., step 1). Next, in step S4, the processing unit 26 determines (calculates) the position of the board-side mark 52 in the second image acquired in step S3, and stores information on the determined position of the board-side mark 52 in memory.

ステップS5では、処理部26は、ステップS2で決定された原版側マーク51の位置と、ステップS4で決定された基板側マーク52の位置とに基づいて、モールド7と基板8(ショット領域)との相対位置を決定する。ステップS6では、制御部12は、ステップS5で決定されたモールド7と基板8との相対位置に基づいて、モールド7と基板8とのラフな位置合わせを行う。 In step S5, the processing unit 26 determines the relative position between the mold 7 and the substrate 8 (shot area) based on the position of the original-side mark 51 determined in step S2 and the position of the substrate-side mark 52 determined in step S4. In step S6, the control unit 12 performs rough alignment between the mold 7 and the substrate 8 based on the relative positions between the mold 7 and the substrate 8 determined in step S5.

ステップS7~S10は、干渉縞53~54を用いた精密計測の結果に基づいて、モールド7と基板8との相対位置を制御する工程である。
ステップS7では、処理部26は、撮像視野A内における各マーク51~54を撮像部25に第3撮像条件で撮像させることにより第3画像を取得する。第3撮像条件は、撮像部25で得られる第3画像内における干渉縞53~54の明度が許容範囲内に収まるように設定された撮像条件であり、第1撮像条件および第2撮像条件の少なくとも一方と異なりうる。第3撮像条件は、第1撮像条件および第2撮像条件と共通の明度の許容範囲を用いて、実験やシミュレーションなどにより事前に設定されうる。ステップS8では、処理部26は、ステップS7で取得された第3画像における干渉縞53~54に基づいて、モールド7と基板8(ショット領域)との相対位置を決定する。ステップS9では、制御部12は、ステップS8で決定されたモールド7と基板8との相対位置に基づいて、モールド7と基板8との精密な位置合わせを行う。
Steps S7 to S10 are processes for controlling the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 based on the results of precision measurements using the interference fringes 53 to 54.
In step S7, the processing unit 26 acquires a third image by making the imaging unit 25 capture each of the marks 51 to 54 in the imaging field A under a third imaging condition. The third imaging condition is an imaging condition set so that the brightness of the interference fringes 53 to 54 in the third image acquired by the imaging unit 25 falls within an allowable range, and may be different from at least one of the first imaging condition and the second imaging condition. The third imaging condition may be set in advance by experiment, simulation, or the like, using an allowable range of brightness common to the first imaging condition and the second imaging condition. In step S8, the processing unit 26 determines the relative position between the mold 7 and the substrate 8 (shot area) based on the interference fringes 53 to 54 in the third image acquired in step S7. In step S9, the control unit 12 precisely aligns the mold 7 and the substrate 8 based on the relative positions between the mold 7 and the substrate 8 determined in step S8.

ここで、上記のステップS2およびS4において、撮像部25で得られた画像からマークの位置を決定する方法について説明する。ここでは、テンプレート画像を用いてマークの位置を決定する例について説明する。テンプレート画像は、例えば、撮像部25で得られる画像内における各マークの寸法、形状および位置を規定する基準画像(設計画像)であり、撮像部25で得られた画像とテンプレート画像とを比較することにより、マークの位置を決定することができる。 Here, a method for determining the position of the mark from the image obtained by the imaging unit 25 in steps S2 and S4 above will be described. Here, an example of determining the position of the mark using a template image will be described. The template image is, for example, a reference image (design image) that defines the dimensions, shape, and position of each mark in the image obtained by the imaging unit 25, and the position of the mark can be determined by comparing the image obtained by the imaging unit 25 with the template image.

上記のステップS2では、図12(a)に示すテンプレート画像T1が用いられる。テンプレート画像T1には、原版側マーク51の寸法、形状および位置を規定する規定マークM1が含まれる。処理部26は、撮像部25で得られた第1画像とそれに対応するテンプレート画像T1とを比較し、第1画像内における各マーク51~54の各々について、規定マークM1に対する相関度を求める。相関度とは、第1画像に含まれる原版側マーク51の寸法および形状が、規定マークM1の寸法および形状に近似している度合いを示す指数であり、公知の画像処理技術を用いて算出されうる。これにより、処理部26は、第1画像内におけるマーク51~54のうち、規定マークM1に対する相関度が閾値以上(例えば80%以上)および/または当該相関度が最も高いマークを、原版側マーク51として特定することができる。そして、処理部26は、図12(b)に示すように、特定した原版側マーク51と規定マークM1との位置ずれ量PD1を求めることにより、規定マークM1の位置と位置ずれ量PD1とに基づいて、原版側マーク51の位置を決定することができる。 In the above step S2, the template image T1 shown in FIG. 12(a) is used. The template image T1 includes a regulation mark M1 that regulates the dimensions, shape and position of the original-side mark 51. The processing unit 26 compares the first image obtained by the imaging unit 25 with the corresponding template image T1, and determines the degree of correlation with the regulation mark M1 for each of the marks 51 to 54 in the first image. The degree of correlation is an index indicating the degree to which the dimensions and shape of the original-side mark 51 included in the first image are similar to the dimensions and shape of the regulation mark M1, and can be calculated using a known image processing technique. As a result, the processing unit 26 can identify, among the marks 51 to 54 in the first image, the marks whose degree of correlation with the regulation mark M1 is equal to or greater than a threshold value (e.g., 80% or greater) and/or whose degree of correlation is the highest, as the original-side mark 51. Then, as shown in FIG. 12(b), the processing unit 26 calculates the positional deviation amount PD1 between the identified original-side mark 51 and the specified mark M1, and can determine the position of the original-side mark 51 based on the position of the specified mark M1 and the positional deviation amount PD1.

同様に、上記のステップS4では、図12(c)に示すテンプレート画像T2が用いられる。テンプレート画像T2には、基板側マーク52の寸法、形状および位置を規定する規定マークM2が含まれる。処理部26は、撮像部25で得られた第2画像とそれに対応するテンプレート画像T2とを比較し、第2画像内における各マーク51~54の各々について、規定マークM2に対する相関度を求める。相関度とは、第2画像に含まれる基板側マーク52の寸法および形状が、規定マークM2の寸法および形状に近似している度合いを示す指数であり、公知の画像処理技術を用いて算出されうる。これにより、処理部26は、第2画像内におけるマーク51~54のうち、規定マークM2に対する相関度が閾値以上(例えば80%以上)および/または当該相関度が最も高いマークを、基板側マーク52として特定することができる。そして、処理部26は、図12(d)に示すように、特定した基板側マーク52と規定マークM2との位置ずれ量PD2を求めることにより、規定マークM2の位置と位置ずれ量PD2とに基づいて、基板側マーク52の位置を決定することができる。 Similarly, in the above step S4, the template image T2 shown in FIG. 12(c) is used. The template image T2 includes a regulation mark M2 that regulates the dimensions, shape and position of the board-side mark 52. The processing unit 26 compares the second image obtained by the imaging unit 25 with the corresponding template image T2, and determines the degree of correlation with the regulation mark M2 for each of the marks 51 to 54 in the second image. The degree of correlation is an index indicating the degree to which the dimensions and shape of the board-side mark 52 included in the second image are similar to the dimensions and shape of the regulation mark M2, and can be calculated using a known image processing technique. As a result, the processing unit 26 can identify, among the marks 51 to 54 in the second image, the marks whose degree of correlation with the regulation mark M2 is equal to or greater than a threshold value (e.g., 80% or more) and/or whose degree of correlation is the highest, as the board-side mark 52. Then, as shown in FIG. 12(d), the processing unit 26 calculates the positional deviation PD2 between the identified substrate-side mark 52 and the specified mark M2, and can determine the position of the substrate-side mark 52 based on the position of the specified mark M2 and the positional deviation PD2.

図13は、撮像条件としての照明光の強度に対する原板側マーク51および基板側マーク52の画像を示している。図13(a)は、原版側マーク51の画像を示し、図13(b)は、基板側マーク52の画像を示している。画像における各マークの明度が飽和している場合または微弱である場合には、テンプレート画像に対して、各マーク画像が相対的に見かけ上、大きくなったり小さくなったりする。そのため、相関度が閾値以上とならずマークの位置ずれ量(PD1、PD2)を検出することが困難となりうる。つまり、ステップS2およびS4において、照明光の強度によっては、相関度が閾値以上となるマークを検出(特定)することができない場合がある。この場合、照明光の強度を変更しながら、相関度が閾値以上となるマークを特定することができた条件、即ち、マークの位置ずれ量を検出することができた条件で位置ずれ量(PD1、PD2)を算出するとよい。換言すると、照明光の強度が互いに異なるが複数の条件の各々で画像を取得し、相関度が閾値以上となるマークを特定することができた条件、即ち、マークの位置ずれ量を検出することができた条件を、第1撮像条件または第2撮像条件として設定するとよい。 Figure 13 shows images of the original-side mark 51 and the substrate-side mark 52 with respect to the intensity of the illumination light as an imaging condition. Figure 13 (a) shows an image of the original-side mark 51, and Figure 13 (b) shows an image of the substrate-side mark 52. When the brightness of each mark in the image is saturated or weak, each mark image appears larger or smaller relative to the template image. Therefore, it may be difficult to detect the positional deviation amount (PD1, PD2) of the mark without the correlation being equal to or greater than the threshold. That is, in steps S2 and S4, depending on the intensity of the illumination light, it may not be possible to detect (identify) a mark with a correlation degree equal to or greater than the threshold. In this case, it is advisable to calculate the positional deviation amount (PD1, PD2) under conditions where a mark with a correlation degree equal to or greater than the threshold can be identified while changing the intensity of the illumination light, that is, under conditions where the positional deviation amount of the mark can be detected. In other words, images are acquired under multiple conditions with different illumination light intensities, and the condition under which a mark with a correlation degree equal to or greater than a threshold can be identified, i.e., the condition under which the amount of positional deviation of the mark can be detected, can be set as the first or second imaging condition.

例えば、図10に示すように、原板側マーク51について、照明光の強度を5[%]、20[%]、40[%]、60[%]、80[%]、100[%]とする各撮像条件で撮像部25に画像を取得させる。図10の例では、照明光の強度が20[%]、40[%]とする各撮像条件で取得された画像において、原版側マーク51の明度が許容範囲内に収まっている。そのため、原版側マーク51の明度が許容範囲内に収まる1つの条件(一例として40[%]の条件)を第1撮像条件として設定しうる。同様に、基板側マーク52について、照明光の強度を5[%]、20[%]、40[%]、60[%]、80[%]、100[%]とする各撮像条件で撮像部25に画像を取得させる。図10の例では、照明光の強度が80[%]、100[%]とする各撮像条件で取得された画像において、基板側マーク52の明度が許容範囲内に収まっている。そのため、基板側マーク52の明度が許容範囲内に収まる1つの条件(一例として100[%]の条件)を第2撮像条件として設定しうる。 For example, as shown in FIG. 10, the imaging unit 25 is caused to acquire images of the original-side mark 51 under imaging conditions in which the illumination light intensity is 5%, 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%. In the example of FIG. 10, the brightness of the original-side mark 51 falls within the allowable range in the images acquired under imaging conditions in which the illumination light intensity is 20% and 40%. Therefore, one condition in which the brightness of the original-side mark 51 falls within the allowable range (for example, a condition of 40%) can be set as the first imaging condition. Similarly, the imaging unit 25 is caused to acquire images of the substrate-side mark 52 under imaging conditions in which the illumination light intensity is 5%, 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%. In the example of FIG. 10, the brightness of the board-side mark 52 falls within the allowable range in images captured under imaging conditions with illumination light intensities of 80% and 100%. Therefore, one condition under which the brightness of the board-side mark 52 falls within the allowable range (for example, a condition of 100%) can be set as the second imaging condition.

また、複数種類の第1撮像条件、および複数種類の第2撮像条件が設定されてもよい。例えば、図10の例では、画像における原版側マーク51の明度が許容範囲内に収まる照明光の強度(20[%]、40[%])を、複数種類の第1条件として設定してもよい。この場合、処理部26は、ステップS1において、複数種類の第1撮像条件の各々で撮像部25に撮像視野A内の各マーク51~54を撮像させることにより複数の第1画像を取得する。そして、ステップS2において、複数の第1画像に基づいて原版側マーク51の位置を決定する。一例として、複数の第1画像の各々から算出された原版側マーク51の位置を平均化することにより、原版側マーク51の位置を決定してもよいし、複数の第1画像を合成した画像(合成画像)から原版側マーク51の位置を決定してもよい。 In addition, multiple types of first imaging conditions and multiple types of second imaging conditions may be set. For example, in the example of FIG. 10, the intensity of illumination light (20% and 40%) at which the brightness of the original-side mark 51 in the image falls within an allowable range may be set as multiple types of first conditions. In this case, in step S1, the processing unit 26 acquires multiple first images by having the imaging unit 25 capture each of the marks 51 to 54 in the imaging field A under each of the multiple types of first imaging conditions. Then, in step S2, the position of the original-side mark 51 is determined based on the multiple first images. As an example, the position of the original-side mark 51 may be determined by averaging the positions of the original-side mark 51 calculated from each of the multiple first images, or the position of the original-side mark 51 may be determined from an image (composite image) obtained by combining multiple first images.

同様に、画像における基板側マーク52の明度が許容範囲内に収まる照明光の強度(80[%]、100[%])を、複数種類の第2条件として設定してもよい。この場合、処理部26は、ステップS3において、複数種類の第2撮像条件の各々で撮像部25に撮像視野A内の各マーク51~54を撮像させることにより複数の第2画像を取得する。そして、ステップS4において、複数の第2画像に基づいて基板側マーク52の位置を決定する。一例として、複数の第2画像の各々から算出された基板側マーク52の位置を平均化することにより、基板側マーク52の位置を決定してもよいし、複数の第2画像を合成した画像(合成画像)から基板側マーク52の位置を決定してもよい。 Similarly, illumination light intensities (80% and 100%) at which the brightness of the board-side mark 52 in the image falls within an allowable range may be set as multiple types of second conditions. In this case, in step S3, the processing unit 26 acquires multiple second images by having the imaging unit 25 capture images of the marks 51 to 54 in the imaging field A under each of the multiple types of second imaging conditions. Then, in step S4, the position of the board-side mark 52 is determined based on the multiple second images. As an example, the position of the board-side mark 52 may be determined by averaging the positions of the board-side mark 52 calculated from each of the multiple second images, or the position of the board-side mark 52 may be determined from an image (composite image) obtained by combining multiple second images.

各マークの最適な撮像条件は、モールド7および基板8に設けられたマークの種類や組み合わせによって決まる。そのため、モールド7および基板8の種類ごとに、複数種類のマークのそれぞれの撮像条件(照明光の強度、照明光の波長、NDフィルタ34の設定、撮像部25(撮像素子)の電荷蓄積時間)のデータを予めデータベースとしてメモリに記憶しておいてもよい。実際に計測する際には、モールド7および基板8の種類と当該データベースとに基づいて、撮像条件を決定することができる。また、決定した撮像条件の近辺を計測し、その計測結果に基づいて最適な撮像条件を決定することもできる。この場合、決定した最適な撮像条件により当該データベースを更新するとよい。このようにデータベースを用いることで、同じモールド7および基板8に設けられたマークの種類や組み合わせの計測を行う場合においては、最適な撮像条件を算出するための計測時間を短くすることが可能となる。 The optimal imaging conditions for each mark are determined by the type and combination of marks provided on the mold 7 and substrate 8. Therefore, data on the imaging conditions (intensity of illumination light, wavelength of illumination light, setting of ND filter 34, charge accumulation time of imaging unit 25 (imaging element)) for each type of mold 7 and substrate 8 may be stored in advance in memory as a database. When actually measuring, the imaging conditions can be determined based on the type of mold 7 and substrate 8 and the database. It is also possible to measure the vicinity of the determined imaging conditions and determine the optimal imaging conditions based on the measurement results. In this case, it is preferable to update the database with the determined optimal imaging conditions. By using the database in this way, it is possible to shorten the measurement time for calculating the optimal imaging conditions when measuring the type and combination of marks provided on the same mold 7 and substrate 8.

ここで、ステップS1およびS3の撮像は、型保持部4およびステージ5を停止させた状態(駆動制御しない状態)で行うとよい。これにより、型保持部4およびステージ5の振動の影響による計測誤差を低減することができる。また、上述の照明光の強度のパターンにより撮像条件を増やしてもよい。この場合、平均化効果により、計測処理中の型保持部4およびステージ5の振動の影響による計測誤差をより低減することができる。 The imaging in steps S1 and S3 may be performed with the mold holding unit 4 and stage 5 stopped (not driven and controlled). This can reduce measurement errors caused by the vibration of the mold holding unit 4 and stage 5. The imaging conditions may also be increased by changing the illumination light intensity pattern described above. In this case, the averaging effect can further reduce measurement errors caused by the vibration of the mold holding unit 4 and stage 5 during the measurement process.

以上のような処理によれば、粗計測のマーク間の検出光量の差が大きい場合でも、モールド7と基板8との相対位置を精度よく計測(算出)することができる。そして、制御部12は、この粗計測の計測結果に基づいて、モールド7と基板8との相対位置が目標相対位置になるように、型保持部4および/またはステージ5によってモールド7と基板8との位置合わせを精度よく制御することができる。 By performing the above-described process, the relative position between the mold 7 and the substrate 8 can be measured (calculated) with high precision even when the difference in the amount of detected light between the marks in the rough measurement is large. Then, based on the results of this rough measurement, the control unit 12 can precisely control the alignment between the mold 7 and the substrate 8 using the mold holding unit 4 and/or the stage 5 so that the relative positions between the mold 7 and the substrate 8 become the target relative positions.

また、計測部3では、粗計測を用いた位置合わせにおいてモールド7と基板8との相対位置が精密計測の計測レンジ内(干渉縞の1周期分の計測範囲)に収まった場合に精密計測に移行する。精密計測における干渉縞53~54を撮像するための第3撮像条件は、粗計測の撮像条件(第1撮像条件、第2撮像条件)と同様に、実験やシミュレーションなどで事前に設定されるとよい。例えば、図10の例では、照明光の強度が40[%]、60[%]とする各撮像条件で取得された画像において、干渉縞53~54の明度が許容範囲内に収まっている。そのため、画像における干渉縞53~54の明度が許容範囲内に収まる1つの条件(図10では、一例として80[%]または100[%]の条件)を第3撮像条件として設定してもよい。また、画像における干渉縞53~54の明度が許容範囲内に収まる複数の条件を複数種類の第3撮像条件として設定してもよい。計測部3は、精密計測への移行時に撮像条件を切り替えて計測する。制御部12は、この精密計測の計測結果に基づいて、モールド7と基板8との相対位置が目標相対位置になるように、型保持部4および/またはステージ5によってモールド7と基板8との位置合わせを精度よく制御することができる。 In addition, the measurement unit 3 switches to precision measurement when the relative position between the mold 7 and the substrate 8 falls within the measurement range of precision measurement (the measurement range of one period of the interference fringes) in the alignment using the rough measurement. The third imaging condition for capturing the interference fringes 53-54 in precision measurement may be set in advance by experiment or simulation, similar to the imaging conditions for rough measurement (first imaging condition, second imaging condition). For example, in the example of FIG. 10, the brightness of the interference fringes 53-54 falls within the allowable range in the images captured under each imaging condition with the illumination light intensity of 40[%] and 60[%]. Therefore, one condition (80[%] or 100[%] condition in FIG. 10 as an example) under which the brightness of the interference fringes 53-54 in the image falls within the allowable range may be set as the third imaging condition. Also, multiple conditions under which the brightness of the interference fringes 53-54 in the image falls within the allowable range may be set as multiple types of third imaging conditions. When transitioning to precision measurement, the measurement unit 3 switches the imaging conditions and performs measurement. Based on the measurement results of this precision measurement, the control unit 12 can precisely control the alignment of the mold 7 and the substrate 8 using the mold holding unit 4 and/or the stage 5 so that the relative positions of the mold 7 and the substrate 8 become the target relative positions.

上述したように、本実施形態の計測部3は、第1撮像条件を用いて撮像部25に第1画像を取得させ、次いで、第1撮像条件とは異なる第2撮像条件を用いて撮像部25に第2画像を取得させる。そして、第1画像における原版側マーク51の位置と第2画像における基板側マーク52の位置とに基づいて、モールド7と基板8との相対位置を求める。これにより、原版側マーク51と基板側マーク52とで反射率に差が生じている場合であっても、それらのマーク51~52の各々の位置を正確に求め、モールド7と基板8との相対位置を精度よく計測することができる。 As described above, the measurement unit 3 of this embodiment causes the imaging unit 25 to acquire a first image using a first imaging condition, and then causes the imaging unit 25 to acquire a second image using a second imaging condition different from the first imaging condition. Then, the relative position between the mold 7 and the substrate 8 is determined based on the position of the original-side mark 51 in the first image and the position of the substrate-side mark 52 in the second image. As a result, even if there is a difference in reflectance between the original-side mark 51 and the substrate-side mark 52, the positions of each of these marks 51-52 can be accurately determined, and the relative position between the mold 7 and the substrate 8 can be measured with high precision.

<物品の製造方法の実施形態>
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、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。本実施形態の物品の製造方法は、基板上に供給(塗布)されたインプリント材に上記のインプリント装置(インプリント方法)を用いてパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンが形成された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、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。
<Embodiments of a method for manufacturing an article>
The method for manufacturing an article according to an embodiment of the present invention is suitable for manufacturing an article such as a microdevice such as a semiconductor device or an element having a fine structure. The method for manufacturing an article according to the present embodiment includes a step of forming a pattern on an imprint material supplied (applied) onto a substrate using the above-mentioned imprint apparatus (imprint method), and a step of processing the substrate on which the pattern has been formed in the step. Furthermore, the manufacturing method includes other well-known steps (oxidation, film formation, deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, etc.). The method for manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article compared to conventional methods.

インプリント装置を用いて成形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。 The pattern of the cured material formed using the imprinting device is used permanently as at least a part of various articles, or temporarily when manufacturing various articles. The articles include electric circuit elements, optical elements, MEMS, recording elements, sensors, and molds. Examples of electric circuit elements include volatile or non-volatile semiconductor memories such as DRAM, SRAM, flash memory, and MRAM, and semiconductor elements such as LSI, CCD, image sensors, and FPGA. Examples of molds include molds for imprinting.

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。 The pattern of the cured material is used as it is, as at least a part of the component of the article, or is used temporarily as a resist mask. After etching or ion implantation is performed in the substrate processing step, the resist mask is removed.

次に、物品の具体的な製造方法について説明する。図14(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ェハ等の基板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。 Next, a specific method for manufacturing the article will be described. As shown in FIG. 14(a), a substrate 1z such as a silicon wafer is prepared on whose surface a workpiece 2z such as an insulator is formed, and then an imprint material 3z is applied to the surface of the workpiece 2z by an inkjet method or the like. Here, the state in which multiple droplets of the imprint material 3z have been applied to the substrate is shown.

図14(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14(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として光を型4zを通して照射すると、インプリント材3zは硬化する。 As shown in FIG. 14(b), the imprinting mold 4z is placed with the side on which the concave-convex pattern is formed facing the imprinting material 3z on the substrate. As shown in FIG. 14(c), the substrate 1z to which the imprinting material 3z has been applied is brought into contact with the mold 4z, and pressure is applied. The imprinting material 3z fills the gap between the mold 4z and the workpiece 2z. When light is irradiated through the mold 4z in this state as hardening energy, the imprinting material 3z hardens.

図14(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。 As shown in FIG. 14(d), after the imprint material 3z is hardened, the mold 4z and the substrate 1z are separated, and a pattern of the hardened imprint material 3z is formed on the substrate 1z. This hardened pattern has a shape in which the concave portions of the mold correspond to the convex portions of the hardened material, and the convex portions of the mold correspond to the concave portions of the hardened material, i.e., the concave-convex pattern of the mold 4z is transferred to the imprint material 3z.

図14(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14(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。 As shown in FIG. 14(e), when etching is performed using the pattern of the cured material as an etching-resistant mask, the portions of the surface of the workpiece 2z where there is no cured material or where only a thin layer remains are removed, forming grooves 5z. As shown in FIG. 14(f), when the pattern of the cured material is removed, an article is obtained in which grooves 5z are formed on the surface of the workpiece 2z. Here, the pattern of the cured material is removed, but it may also be used as an interlayer insulating film included in a semiconductor element or the like, that is, as a component of an article, without being removed after processing.

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。 The invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following claims are appended to disclose the scope of the invention.

1:インプリント装置、3:計測部(計測装置)、4:型保持部、5:ステージ、7:モールド、8:基板、12:制御部、21:検出光学系、22:照明光学系、23:光源、26:処理部、28:光源制御部 1: Imprint device, 3: Measurement unit (measurement device), 4: Mold holder, 5: Stage, 7: Mold, 8: Substrate, 12: Control unit, 21: Detection optical system, 22: Illumination optical system, 23: Light source, 26: Processing unit, 28: Light source control unit

Claims (13)

第1部材と第2部材との相対位置を計測する計測装置であって、
前記第1部材に設けられた第1マークと前記第2部材に設けられた第2マークとが撮像視野内に収まっている状態で、前記第1マークおよび前記第2マークを撮像する撮像部と、
前記第1部材と前記第2部材との相対位置を求める処理部と、
を備え、
前記撮像部は、マークを照明する照明光の強度が互いに異なる複数種類の撮像条件を用いて前記第1マークおよび前記第2マークを撮像することにより、各撮像条件での画像を取得し、
前記処理部は、
前記複数種類の撮像条件の中に画像内の前記第1マークの明度および前記第2マークの明度が許容範囲に収まっている共通の撮像条件がある場合に、前記共通の撮像条件で得られた画像における前記第1マークの位置と前記第2マークの位置とに基づいて、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を求め、
前記複数種類の撮像条件の中に前記共通の撮像条件がない場合に、前記複数種類の撮像条件のうち画像内の前記第1マークの明度が前記許容範囲に収まっている第1撮像条件で得られた第1画像における前記第1マークの位置と、前記複数種類の撮像条件のうち画像内の前記第2マークの明度が前記許容範囲に収まっている第2撮像条件で得られた第2画像における前記第2マークの位置とに基づいて、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を求める、ことを特徴とする計測装置。
A measurement device that measures a relative position between a first member and a second member,
an imaging unit that images the first mark and the second mark in a state in which the first mark provided on the first member and the second mark provided on the second member are within an imaging field of view;
A processing unit that determines a relative position between the first member and the second member;
Equipped with
the imaging unit images the first mark and the second mark using a plurality of types of imaging conditions in which intensities of illumination light illuminating the marks are different from one another, thereby acquiring images under each imaging condition;
The processing unit includes:
when there is a common imaging condition among the plurality of types of imaging conditions under which the brightness of the first mark and the brightness of the second mark in an image are within an allowable range, determining a relative position between the first member and the second member based on a position of the first mark and a position of the second mark in an image obtained under the common imaging condition;
and determining a relative position of the first member and the second member based on a position of the first mark in a first image obtained under a first imaging condition among the plurality of types of imaging conditions under which a brightness of the first mark in an image falls within the tolerance range, and a position of the second mark in a second image obtained under a second imaging condition among the plurality of types of imaging conditions under which a brightness of the second mark in an image falls within the tolerance range.
前記処理部は、前記複数種類の撮像条件から複数種類の前記第1撮像条件が選択されて複数の前記第1画像が得られた場合、複数の前記第1画像に基づいて前記第1マークの位置を決定する、ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 1, characterized in that, when multiple types of the first imaging conditions are selected from the multiple types of imaging conditions and multiple first images are obtained, the processing unit determines the position of the first mark based on the multiple first images. 前記処理部は、複数の前記第1画像の各々における前記第1マークの位置を平均化することにより、前記第1マークの位置を決定する、ことを特徴とする請求項2に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 2, characterized in that the processing unit determines the position of the first mark by averaging the positions of the first mark in each of the multiple first images. 前記処理部は、複数の前記第1画像を合成して得られた合成画像から前記第1マークの位置を決定する、ことを特徴とする請求項2に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 2, characterized in that the processing unit determines the position of the first mark from a composite image obtained by combining a plurality of the first images. 前記処理部は、前記複数種類の撮像条件から複数種類の前記第2撮像条件が選択されて複数の前記第2画像が得られた場合、複数の前記第2画像に基づいて前記第2マークの位置を決定する、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の計測装置。 The measurement device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that, when multiple types of the second imaging conditions are selected from the multiple types of imaging conditions and multiple second images are obtained, the processing unit determines the position of the second mark based on the multiple second images. 前記処理部は、複数の前記第2画像の各々における前記第2マークの位置を平均化することにより、前記第2マークの位置を決定する、ことを特徴とする請求項5に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 5, characterized in that the processing unit determines the position of the second mark by averaging the positions of the second mark in each of the multiple second images. 前記処理部は、複数の前記第2画像を合成して得られた合成画像から前記第2マークの位置を決定する、ことを特徴とする請求項5に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 5, characterized in that the processing unit determines the position of the second mark from a composite image obtained by combining a plurality of the second images. 前記第1画像および前記第2画像は、前記撮像部における共通の撮像素子を用いて得られる、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の計測装置。 The measurement device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the first image and the second image are obtained using a common image sensor in the imaging section. 前記第1マークおよび前記第2マークは、前記撮像視野内における互いに異なる位置に配置されている、ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の計測装置。 The measurement device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the first mark and the second mark are arranged at different positions in the imaging field of view. 前記撮像部は、前記第1部材に設けられた第3マークと前記第2部材に設けられた第4マークとが重なり合うことにより生成される干渉縞を撮像し、
前記処理部は、前記複数種類の撮像条件のうち画像内の前記干渉縞の明度が前記許容範囲に収まっている第3撮像条件で得られた第3画像における前記干渉縞に基づいて、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を求め、
前記第3撮像条件は、前記第1撮像条件および前記第2撮像条件の少なくとも一方と異なる、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の計測装置。
the imaging unit images an interference pattern generated by overlapping a third mark provided on the first member and a fourth mark provided on the second member; and
the processing unit determines a relative position between the first member and the second member based on the interference fringes in a third image obtained under a third imaging condition among the plurality of types of imaging conditions under which a brightness of the interference fringes in the image falls within the allowable range; and
The third imaging condition is different from at least one of the first imaging condition and the second imaging condition.
10. The measuring device according to claim 1, wherein the measuring device is a measuring device for measuring a temperature of the measuring object.
前記撮像部は、前記第1マークと前記第2マークと前記干渉縞とが撮像視野内に収まっている状態で、前記第1マーク、前記第2マークおよび前記干渉縞を撮像する、ことを特徴とする請求項10に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 10, characterized in that the imaging unit images the first mark, the second mark, and the interference fringes while the first mark, the second mark, and the interference fringes are within an imaging field of view. 原版のパターンを基板上に転写するリソグラフィ装置であって、
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の計測装置と、
前記計測装置での計測結果に基づいて、前記原版と前記基板との位置合わせを制御する制御部と、
を備え、
前記計測装置は、前記第1部材としての前記原版と、前記第2部材としての前記基板との相対位置を計測する、ことを特徴とするリソグラフィ装置。
A lithography apparatus for transferring a pattern of a master onto a substrate, comprising:
A measuring device according to any one of claims 1 to 11,
a control unit that controls alignment between the original and the substrate based on a measurement result by the measuring device;
Equipped with
13. A lithography apparatus, comprising: a measuring device that measures a relative position between the original as the first member and the substrate as the second member.
請求項12に記載のリソグラフィ装置を用いて基板上にパターンを形成する形成工程と、
前記形成工程でパターンが形成された前記基板を加工する加工工程と、を含み、
前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造する、ことを特徴とする物品の製造方法。
forming a pattern on a substrate using the lithographic apparatus according to claim 12;
A processing step of processing the substrate on which the pattern is formed in the forming step,
A method for manufacturing an article, comprising the steps of: manufacturing an article from the substrate processed in the processing step.
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