KR101573572B1

KR101573572B1 - 임프린트 장치, 물품 제조 방법 및 패턴 전사 방법

Info

Publication number: KR101573572B1
Application number: KR1020130004284A
Authority: KR
Inventors: 겐이치로 시노다; 아키요시 스즈키; 미츠루 히우라
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2015-12-01
Anticipated expiration: 2033-01-15
Also published as: US9541825B2; JP2013145854A; KR20130084255A; US20130181365A1; US20170080633A1; JP5938218B2; US9910351B2

Abstract

패턴 영역과 제1 마크를 갖는 몰드를, 제2 마크를 갖는 기판상의 임프린트 재료에 접촉시키는 장치는, 제1 마크가 형성된 몰드의 부분이 기판을 향해 돌출하도록 몰드를 변형시키도록 구성된 변형 기구, 몰드와 기판 간의 간격을 조정하도록 구성된 구동 기구, 및 구동 기구가 간격을 단축하는 동작을 개시한 후, 몰드의 상기 부분과 기판상의 임프린트 재료가 서로 접촉하지만 패턴 영역의 전체가 수지에 접촉하지 않은 상태에서, 제1 마크와 제2 마크를 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함한다.

Description

임프린트 장치, 물품 제조 방법 및 패턴 전사 방법{IMPRINT APPARATUS, ARTICLE MANUFACTURING METHOD AND PATTERN TRANSFER METHOD}

본 발명은 패턴이 형성된 패턴 영역을 갖는 몰드를 기판상의 임프린트 재료에 접촉시켜서 패턴을 임프린트 재료에 전사하는 임프린트 장치, 및 그 장치를 이용하여 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 디바이스의 미세패턴화 요구가 증가함에 따라, 종래의 포토리소그래피 기술 외에도, 몰드에 형성된 미세 패턴을 기판상의 임프린트 재료에 전사하는 임프린트 기술이 주목받고 있다. 이 임프린트 기술은 나노스케일 패턴(nanoscale patterns)의 형성에 유용하며, 나노임프린트 기술이라고도 불린다. 임프린트 기술의 예로서, 일본 공개 특허 공보 제2005-286062호에 개시된 광학 임프린트 방식을 반도체 제조 기술에 이용하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판상에 임프린트 재료의 예들 중 하나인 수지를 도포하고, 원하는 3차원 미세 구조를 갖는 몰드를 이 수지에 압박하고, 이 상태에서 자외선을 조사함으로써 수지를 경화시킨다. 이에 의해, 수지에 몰드의 3차원 구조가 전사된다. 이 수지를 에칭 마스크로서 이용하여 수지 아래의 층을 에칭함으로써 그 층을 가공할 수 있다. 임프린트 장치는 임의의 투영 광학계 등이 필요 없기 때문에, 포토리소그래피 타입의 반도체 노광 장치에 비해 공간 절약 및 비용면에서 우수하다. 또한, 몰드의 오목부에의 수지의 충전에 필요한 시간을 단축하고, 수지로부터 몰드를 떼어 놓기 위해 필요한 힘을 감축하기 위해, 몰드를 돌출 형상으로 변형시켜, 몰드의 중앙부와 그 부근을 기판상의 수지에 먼저 접촉시키고, 그 후에 중앙부로부터 점차 주변부로 접촉 영역을 확대하는 기술이 일본 공개 특허 공보 제2009-517882호에 기재되어 있다.

임프린트 장치에 있어서, 몰드와 기판을 그들 사이에 수지를 개재시켜 물리적으로 서로 접촉시킨다. 그러므로, 몰드를 기판에 접촉시키고, 경화된 수지로부터 몰드를 떼어 놓을 때, 기판에 힘이 가해지고, 기판이 원위치로부터 이동해버리는 경우가 있다. 기판이 원위치로부터 이동된 채로 다음 샷 영역에 임프린트(패턴 전사) 동작을 행하면, 중첩 에러(overlay error)가 발생할 수 있다. 따라서, 샷 영역마다 기판과 몰드를 얼라인하는 소위 다이-바이-다이 얼라인먼트(die-by-die alignment)가 요구되었다.

임프린트 장치는 몰드와 기판을 직접 얼라인할 수 있는 스루 더 몰드 검출계(through the mold detecting system)(이하, TTM 검출계라고 부름)가 채택될 수 있다. 임프린트 장치에 있어서, 몰드를 통해서 자외선을 수지에 조사하도록 몰드의 상방에 조사계(irradiation system)가 위치되고, 그 조사계를 피해서 TTM 검출계가 위치된다.

몰드의 상방에 위치된 조사계의 부근은, 몰드를 유지하기 위한 임프린트 헤드 및 헤드에 접속된 구동 케이블 등의 여러 부품들이 배치되기 때문에, 복잡한 장소이다. 그래서, TTM 검출계는 조사계, 및 경화용의 광 빔과의 간섭을 피하도록 위치되어야 하므로, 종래에는 조사계의 광축에 대하여 기울어진다. 또한, 얼라인먼트 마크들은 경화용 광의 조사 영역의 주변부에 배치된다.

한편, 몰드를 변형시켜 그 중앙부 부근을 기판에 먼저 접촉시키는 경우에, 얼라인먼트 마크들이 몰드의 주변부에 배치되어 있으면, 주변부가 수지에 접촉할 때까지 얼라인먼트 동작이 대기하여야 한다.

본 발명은 몰드와 기판의 상대 위치들의 검출의 효율성을 향상시킴으로써 스루풋(throughput)을 증가시키기 위해 유리한 기술을 제공한다.

본 발명의 양태들 중 하나는, 패턴이 형성된 패턴 영역과 제1 마크를 갖는 몰드를, 제2 마크를 갖는 기판상의 임프린트 재료에 접촉시켜서, 상기 패턴을 상기 임프린트 재료에 전사하는 임프린트 장치로서, 상기 제1 마크가 형성된 상기 몰드의 부분이 상기 기판을 향해 돌출하도록 상기 몰드를 변형시키도록 구성된 변형 기구, 상기 몰드와 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하도록 상기 몰드와 상기 기판 간의 간격을 조정하도록 구성된 구동 기구, 및 상기 구동 기구가 상기 간격을 단축하는 동작을 개시한 후, 상기 몰드의 상기 부분과 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하지만 상기 패턴 영역의 전체가 상기 임프린트 재료에 접촉하지 않은 상태에서, 상기 제1 마크와 상기 제2 마크를 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함하고, 상기 검출 유닛은 광전 변환 디바이스, 릴레이 광학계, 및 상기 광전 변환 디바이스와 상기 릴레이 광학계 사이에 배치된 조명 결상계를 포함하고, 상기 조명 결상계는 상기 릴레이 광학계를 통해서 상기 기판을 조명하여 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 중간상들을 상기 광전 변환 디바이스에 결상시키고, 상기 중간상들은 상기 기판으로부터의 광에 의해 상기 릴레이 광학계와 상기 조명 결상계 사이의 위치에 형성되는, 임프린트 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 특징들은 첨부 도면을 참조하여 하기의 예시적인 실시 형태들의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 임프린트 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 임프린트 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 임프린트 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 임프린트 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 참고예로서의 임프린트 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 비교예로서의 임프린트 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)는 임프린트 장치에서의 패턴 형성 방법을 도시하는 도면이다.
도 8은 몰드의 구성의 예를 도시하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 패턴의 전사 과정을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 얼라인먼트 마크들의 레이아웃 및 몰드의 변형을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 얼라인먼트 마크들의 레이아웃을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 얼라인먼트 마크들의 레이아웃을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 얼라인먼트 마크들의 레이아웃을 도시하는 도면이다.
도 14는 기판측 얼라인먼트 마크들의 레이아웃의 예를 도시하는 도면이다.
도 15는 기판이 기판 스테이지에 대하여 어긋난 상태를 도시하는 도면이다.
도 16은 몰드를 변형시키는 변형 기구의 예를 도시하는 도면이다.
도 17은 몰드를 변형시키는 변형 기구의 다른 예를 도시하는 도면이다.

우선, 도 6을 참조하여 비교예로서의 임프린트 장치(1)에 대해서 설명한다. 임프린트 장치(1)는 임프린트 재료의 예들 중 하나인 수지를 경화시키기 위한 조사계(2), 기판(예를 들어, 웨이퍼)(8)을 유지하기 위한 기판 스테이지(9), 몰드(5)를 유지하고 구동하기 위한 임프린트 헤드(4), TTM 검출계(7), 도포 기구(디스펜서)(6), 및 제어 유닛(10)을 포함할 수 있다.

TTM 검출계(7)는 몰드(5)에 형성된 몰드측 얼라인먼트 마크(100)와 기판(8)에 형성된 기판측 얼라인먼트 마크들(12)(도 6 및 도 14)의 상대 위치들을 검출할 수 있다. TTM 검출계(7)는 내부 광원을 이용하여, 몰드(5)에 형성된 몰드측 얼라인먼트 마크(100) 및 기판(8)에 형성된 기판측 얼라인먼트 마크들(12)에 계측광(11)(예를 들어, 가시광 또는 적외선)을 조사한다. TTM 검출계(7)는 몰드측 얼라인먼트 마크(100) 및 기판측 얼라인먼트 마크(12)로부터의 반사광을 검출하는 광전 변환 디바이스(예를 들어, CCD)를 포함하고, 상기 광전 변환 디바이스로부터의 신호에 기초하여 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들을 검출한다. 몰드측 얼라인먼트 마크(100) 및 기판측 얼라인먼트 마크들(12)의 포커싱에 의해 Z 방향에 있어서의 이 얼라인먼트 마크들의 상대 위치들을 검출하는 것도 가능하다. TTM 검출계(7)는 검출 결과를 제어 유닛(10)에 공급한다. 제어 유닛(10)은 TTM 검출계(7)로부터의 검출 결과에 기초하여, 기판 스테이지(9) 및 임프린트 헤드(4) 중 적어도 하나를 X 및 Y 방향으로 구동함으로써, 기판(8)과 몰드(5)를 X 및 Y 방향에 있어서 얼라인한다.

TTM 검출계(7)가 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들을 검출할 때, 기판측 얼라인먼트 마크들(12)상에 수지가 도포되기 때문에, 단색 광이 이용되는 경우에는 간섭 프린지가 발생할 수 있다. 그 때문에, 얼라인먼트 신호에 간섭 프린지 신호가 가산되어 검출될 수 있어서, 정밀도가 감소될 수 있다. 또한, 자외선 영역의 광이 기판측 얼라인먼트 마크들(12)상에 도포된 수지를 경화시킬 수 있다. 그래서, TTM 검출계(7)의 조명 광원으로서는 광대역에 걸쳐 수지를 경화시키지 않는 파장을 갖는 광이 이용될 수 있다.

기판(8)과 몰드(5)의 얼라인먼트가 완료되면, 몰드(5)의 패턴 영역에 형성된 패턴이 기판(8)상의 수지에 전사(임프린트)된다. 임프린트 헤드(4)는 몰드(5)와 기판(8) 간의 간격을 조정하기 위한 구동 기구를 포함하고, 구동 기구를 이용하여 몰드(5)를 구동함으로써, 도포 기구(디스펜서)(6)에 의해 기판(8)상에 도포된 수지에 패턴 영역을 접촉시킨다. 이 상태에서, 수지를 경화시키기 위해, 조사계(2)는 수지에 자외선(3)을 조사한다. 수지가 경화되면, 임프린트 헤드(4)는 수지로부터 몰드(5)를 떼어 놓는다. 임프린트 헤드(4)에 의해 몰드(5)를 구동하는 것 대신에, 구동 기구에 의해 기판 스테이지(9)를 구동함으로써, 몰드(5)와 기판(8) 간의 간격을 조정하고, 기판(8)상의 수지를 몰드(5)의 패턴 영역에 접촉시키는 것도 가능하다.

임프린트 장치(1)에 있어서의 패턴 형성 방법에 대해서 도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)를 참조하여 설명한다. 몰드(5)의 패턴 영역에 패턴(13)이 형성된다. 우선, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 도포 기구(6)는 수지(14)를 기판(8)의 샷 영역에 도포한다. 이어서, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 구동 기구는 수지(14)가 도포된 기판(8)의 샷 영역이 몰드(5)의 바로 아래에 위치하도록 기판 스테이지(9)를 구동한다. 이어서, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 몰드(5)의 패턴 영역이 기판(8)의 샷 영역의 수지(14)에 압박될 수 있다. 이 상태에서, 조사계(2)는 수지(14)를 경화시키기 위한 자외선(15)을 수지(14)에 조사하여, 수지(14)를 경화시킨다. 마지막으로, 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이, 몰드(5)가 수지(14)로부터 떼어 놓아진다. 이렇게 하여, 몰드(5)의 패턴 영역에 형성된 패턴(13)이 수지(14)에 패턴(16)으로서 전사된다. 패턴(16)은 포토리소그래피에 있어서의 레지스트 패턴에 상당하다. 전술한 바와 같은 처리가 기판(8)상의 모든 샷 영역에 대해 행해진다.

이 처리에 있어서, 몰드(5)를 기판(8)상의 수지에 접촉시키고 수지로부터 떼어 놓을 때, 기판(8)에 힘이 가해지고, 도 15에 도시된 바와 같이 기판 스테이지(9)에 대하여 기판(8)의 위치가 어긋나버리는 경우가 있다. 기판(8)이 기판 스테이지(9)에 대하여 어긋난 상태에서 다음 샷 영역에 대해 패턴 전사를 행하면, 하부 패턴과 그 위에 형성되는 패턴 간에 중첩 에러가 발생하고, 이것은 디바이스의 수율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 샷 영역의 수지에 패턴이 전사되고 수지로부터 몰드(5)가 떼어 놓아지고, 다음 샷 영역에 패턴이 전사되기 전에, 기판(8)의 다음 샷 영역과 몰드(5)가 얼라인되어야 한다. 이 얼라인먼트는 다이-바이-다이 얼라인먼트라고 불린다.

도 8은 몰드(5)의 더 구체적인 구성예를 도시하는 도면이다. 패턴의 오목부들에의 수지의 충전에 필요한 시간을 단축하고 수지로부터 몰드(5)를 떼어 놓기 위해 필요한 힘을 감축하기 위해, 몰드(5)는 패턴 영역이 기판을 향해 돌출하도록 변형될 수 있다. 몰드(5)는 패턴이 형성된 패턴 영역(120)과, 몰드측 얼라인먼트 마크들(100)을 포함한다. 수지에 패턴을 전사할 때, 도 9a에 도시된 바와 같이, 우선, 몰드(5)의 중앙부가 기판(8)을 향해 돌출하도록 몰드(5)를 변형시켜서, 몰드(5)의 중앙부를 기판(8)상의 수지(14)에 접촉시킨다. 그 후, 중앙부로부터 점차 주변부까지 접촉 영역을 확대시킨다. 최종적으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 패턴 영역(120)의 전체를 수지에 접촉시킨다.

도 6에 도시된 비교예로서의 임프린트 장치(1)에서는, TTM 검출계(7)가 조사계(2) 및 자외선(3)의 광로를 피해서 배치된다. 따라서, 도 9b에 도시된 바와 같이, 몰드(5)의 패턴 영역(120)의 주변부가 수지(14)에 접촉할 때까지, 몰드측 얼라인먼트 마크들(100)과 기판측 얼라인먼트 마크들(12)의 상대 위치들을 검출할 수 없다.

그러므로, 후술하는 본 발명의 실시 형태에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 몰드(5)와 수지(14)가 부분적으로 서로 접촉하기 시작하는 부분에 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)(110)가 형성된다. 기판측 얼라인먼트 마크(제2 마크)(12)는 몰드측 얼라인먼트 마크의 위치에 대응하도록 형성된다. 이에 의해, 몰드(5)와 기판(8)상의 수지(14)가 부분적으로 서로 접촉하기 시작하는 타이밍으로부터 얼라인먼트 마크들을 관찰하는 것이 가능하게 된다. 또한, 후술하는 본 발명의 실시 형태에서는 상기 얼라인먼트 마크들의 관찰이 용이하도록 TTM 검출계가 위치된다.

도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 몰드(5)를 도시한다. 도 11에 도시된 예에서, 몰드(5)는 4개의 칩의 패턴 영역들(120)을 갖고, 1회의 전사 동작에 의해 4개의 칩 영역의 패턴들이 기판상의 수지에 전사된다. 몰드(5)의 중앙부는 칩들 간의 갭(스크라이브 영역)이다. 따라서, 몰드(5)의 중앙부에 몰드측 얼라인먼트 마크(110)를 형성하더라도, 그 마크가 패턴 영역들(120)에 영향을 미치지 않는다. 참조 번호 200에 의해 나타낸 영역은 몰드(5)의 변형을 용이하게 하는 얇은 부분이라는 것을 유의한다.

수지에 접촉하기 시작하는 부분으로서의 중앙부에 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)(110)를 형성하기 때문에, 몰드(5)와 기판(8) 간의 간격을 단축하는 동작 후, 이른 타이밍에서 기판(8)과 몰드(5)의 상대 위치들을 검출할 수 있다. 즉, 간격을 단축하는 동작이 개시된 후, 몰드(5)의 중앙부가 기판(8)상의 수지에 접촉하지만 패턴 영역(120)이 전체적으로 수지에 접촉하지 않은 상태에서, 기판(8)과 몰드(5) 간의 상대 위치들을 검출할 수 있다. 이에 의해, 기판(8)과 몰드(5)의 얼라인먼트를 개시하는 타이밍을 더 이르게 할 수 있어서, 스루풋을 증가시킬 수 있다. 또한, 몰드(5)와 수지(14) 간의 접촉 부분의 면적이 작은 동안에 그들을 얼라인할 수 있기 때문에, 기판(8)과 몰드(5)를 얼라인하기 위해 필요한 힘이 작다. 이것은 기판(8) 또는 몰드(5)의 위치 어긋남을 방지하기 위해 유리하다. 도 11에 도시된 예에서, 몰드가 수지에 접촉하기 시작하는 부분(몰드측 얼라인먼트 마크가 형성되는 부분)은 몰드(5)의 중앙부라는 것을 유의한다. 그러나, 이 부분은 다른 부분(예를 들어, 주변부의 일부(예를 들어, 코너))일 수도 있다.

도 16은 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)가 형성된 몰드(5)의 부분이 기판(8)을 향해 돌출하도록 몰드(5)를 변형시키는 변형 기구의 예를 도시한다. 도 16에 도시된 변형 기구(60)는 몰드(5)에 대하여 압축력 D를 작용시킨다. 이 작용에 의해, 몰드(5)의 주변부의 하부에는 밖으로 향하는 힘 E가 작용한다. 이에 의해, 몰드(5)의 중앙부, 즉 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)가 형성된 부분이 기판을 향해 돌출하도록 몰드(5)를 변형시키는 힘 F가 몰드(5)에 가해진다.

도 17은 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)가 형성된 몰드(5)의 부분이 기판(8)을 향해 돌출하도록 몰드(5)를 변형시키는 변형 기구의 다른 예를 도시한다. 도 17에 도시된 변형 기구(70)는 몰드(5)의 배면측(패턴 형성면과는 반대측)에 밀폐 공간(72)을 형성하는 부재(74)와, 밀폐 공간(72)의 압력을 조정하는 압력 조정 유닛(76)을 포함한다. 압력 조정 유닛(76)이 밀폐 공간(72)의 압력을 외부 공간의 압력보다 높게 할 때, 몰드(5)의 중앙부, 즉, 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)가 형성된 부분이 기판을 향해 돌출하도록 몰드(5)를 변형시킬 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태의 임프린트 장치(17)에 대해서 설명한다. 하기에서 언급되지 않는 사항은 도 6을 참조하여 설명한 비교예를 따를 수 있다. 임프린트 장치(17)는 패턴이 형성된 패턴 영역과 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)를 갖는 몰드(5)를, 기판측 얼라인먼트 마크(제2 마크)(12)를 갖는 기판상에 공급된 수지에 접촉시킴으로써, 패턴을 수지에 전사한다. 임프린트 장치(17)는 수지를 경화시키기 위한 조사계(20), 기판(8)을 유지하기 위한 기판 스테이지(9), 몰드(5)를 유지하고 구동하기 위한 임프린트 헤드(4), TTM 검출계(검출 유닛)(300), 도포 기구(6), 및 제어 유닛(10)을 포함한다.

TTM 검출계(300)는 광전 변환 디바이스(예를 들어, CCD)(46), 릴레이 광학계(18), 및 광전 변환 디바이스(46)와 릴레이 광학계(18) 사이에 위치된 조명 결상계(19)를 포함한다. 조명 결상계(19)는 릴레이 광학계(18)를 통해 기판(8)을 조명한다. 또한, 조명 결상계(19)는 광전 변환 디바이스(46)에 몰드측 얼라인먼트 마크(110) 및 기판측 얼라인먼트 마크(12)의 중간상들을 결상시킨다. 그 중간상들은 기판(8)으로부터의 광에 의해 릴레이 광학계(18)와 조명 결상계(19) 사이의 중간 결상면(47)에 형성된다. 중간 결상면(47)은 기판(8)의 표면 및 광전 변환 디바이스(46)의 수광면과 공액인 면이다. 릴레이 광학계(18)는 등배계 또는 확대계일 수 있다. 릴레이 광학계(18)는, 예를 들어, 2개의 렌즈(49)를 포함할 수 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 릴레이 광학계(18)는 텔레센트릭 광학계(telecentric optical system)인 것이 바람직하다.

조명 결상계(19)는 릴레이 광학계(18)의 상방에 위치될 수 있다. 조명 결상계(19)로부터 출사된 계측광(11)은 릴레이 광학계(18)를 통과하여 몰드(5) 및 기판(8)을 조사한다. 릴레이 광학계(18)는 몰드(5) 및 기판(8)으로부터의 반사광에 의해 몰드측 얼라인먼트 마크(110) 및 기판측 얼라인먼트 마크(12)의 중간상들을 중간 결상면(47)에 결상한다. 조명 결상계(19)는 몰드측 얼라인먼트 마크(110) 및 기판측 얼라인먼트 마크들(12)의 중간상들을 광전 변환 디바이스(46)의 수광면에 결상시킨다. 중간상들은 중간 결상면(47)에 형성된다. 광전 변환 디바이스(46)로부터의 출력 신호를 처리함으로써 몰드측 얼라인먼트 마크(110)와 기판측 얼라인먼트 마크(12)의 상대 위치들, 즉, 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들이 검출된다. 제어 유닛(10)은 TTM 검출계(300)에 의한 검출 결과에 기초하여 몰드(5)와 기판(8)을 얼라인하도록 기판 스테이지(9)의 위치를 제어한다.

도 1에 도시된 구성과 같이, TTM 검출계(300)의 광축은 기판(8)의 표면에 대해 수직인 것이 바람직하다. 임프린트 헤드(4)의 구동 기구 및/또는 기판 스테이지(9)의 구동 기구에 의해 몰드(5)와 기판(8) 간의 간격을 단축하는 동작과 병행하여, TTM 검출계(300)는 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들을 계측하도록 구성될 수 있다. 임프린트 헤드(4)의 구동 기구 및/또는 기판 스테이지(9)의 구동 기구에 의해 몰드(5)와 기판(8) 간의 간격을 단축하는 동작과 병행하여, 제어 유닛(10)은 몰드(5)와 기판(8)을 상대적으로 얼라인하도록 기판 스테이지(9)의 위치를 결정할 수 있다.

수지를 경화시키기 위한 광을 수지에 조사하는 조사계(20)는 몰드(5)의 바로 상방에 위치되지 않고, 도 1에 도시된 바와 같이, 조사계(20)의 광축이 계측광(11)의 광축에 대하여 기울어지도록 위치될 수 있다. 조사계(20)로부터의 자외선(3)은 릴레이 광학계(18)를 통과하지 않고, 몰드(5)를 투과해서 수지에 입사할 수 있다. 그러나, 조사계(20)의 위치 결정은 이것에 한정되지 않고, 조사계(20)는 그 광축이 TTM 검출계(300)의 광축에 평행하도록 위치될 수도 있다.

제1 실시 형태의 임프린트 장치(17)는 도 16 또는 도 17에 도시된 바와 같은 변형 기구를 포함하고, 변형 기구는 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)(110)가 형성된 몰드(5)의 중앙부가 기판(8)을 향해 돌출하도록 몰드(5)를 변형시킨다. 몰드(5)와 기판(8) 간의 간격을 단축하는 동작이 개시된 후, 몰드(5)의 상기 부분이 기판(8)상의 수지에 접촉하지만 몰드(5)의 패턴 영역의 전체가 수지에 접촉하지 않은 상태에서, TTM 검출계(300)는 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들을 검출한다. 몰드(5)와 기판(8) 간의 간격을 단축하는 동작은 임프린트 헤드(4)의 구동 기구 및/또는 기판 스테이지(9)의 구동 기구에 의해 행해진다. 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)(110)와 기판측 얼라인먼트 마크(제2 마크)(12)의 상들을 광전 변환 디바이스(46)에 의해 검출하고 검출된 상들을 처리함으로써, 몰드(5)와 기판(8) 간의 상대 위치들을 검출할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서는, 수지에 최초로 접촉하는 부분이 몰드(5)의 중앙부이며, 이 중앙부에 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)(110)가 배치되지만, 상기 부분은 다른 부분(예를 들어, 주변부의 일부(예를 들어, 코너))일 수도 있다는 것을 유의한다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 임프린트 장치(21)에 대해서 설명한다. 하기의 설명에서 언급하지 않는 사항은 제1 실시 형태를 따를 수 있다는 것을 유의한다. 제2 실시 형태에서, TTM 검출계(300)는 광전 변환 디바이스(예를 들어, CCD)(46), 릴레이 광학계(23), 및 광전 변환 디바이스(46)와 릴레이 광학계(23) 사이에 위치된 조명 결상계(19)를 포함한다. 릴레이 광학계(23)는 빔 스플리터(22)를 포함한다. 조명 결상계(19)는 릴레이 광학계(23)를 통해서 기판(8)을 조명한다. 또한, 조명 결상계(19)는 몰드측 얼라인먼트 마크(110) 및 기판측 얼라인먼트 마크(12)의 중간상들을 광전 변환 디바이스(46)에 결상시킨다. 그 중간상들은 기판(8)으로부터의 광에 의해 릴레이 광학계(23)와 조명 결상계(19) 사이의 중간 결상면(47)에 형성된다.

조사계(24)로부터 출사된 자외선(3)은 렌즈(48)를 통해서 릴레이 광학계(23)의 빔 스플리터(22)에 공급되고, 빔 스플리터(22)에 의해 반사된 후에 몰드(5)를 투과하고, 기판(8)상의 수지에 입사한다. 도 2에서는 간단화를 위해, 빔 스플리터(22) 내에서의 광 빔의 굴절을 도시하지 않는다는 것을 유의한다. 실제로, 광 빔은, 빔 스플리터(22)에 수직으로 입사하는 릴레이 광학계(23)의 축상의 광 빔을 제외하고는, 빔 스플리터(22)를 투과할 때 약간 시프트된다. 제2 실시 형태에서는, 기판의 표면에 있어서 TTM 검출계(300)의 광축과 조사계(24)의 광축이 평행하다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시 형태의 임프린트 장치(25)에 대해서 설명한다. 하기의 설명에서 언급하지 않는 사항은 상기의 각 실시 형태를 따를 수 있다는 것을 유의한다. 제3 실시 형태에서, TTM 검출계(300)는 광전 변환 디바이스(예를 들어, CCD)(46), 릴레이 광학계(23), 및 광전 변환 디바이스(46)와 릴레이 광학계(23) 사이에 위치된 조명 결상계(19)를 포함한다. 릴레이 광학계(23)는 빔 스플리터(26)를 포함한다. 조명 결상계(19)는 릴레이 광학계(23)를 통해 기판(8)을 조명한다. 또한, 조명 결상계(19)는 몰드측 얼라인먼트 마크(110) 및 기판측 얼라인먼트 마크(12)의 중간상들을 광전 변환 디바이스(46)에 결상시킨다. 중간상들은 기판(8)으로부터의 광에 의해 릴레이 광학계(23)와 조명 결상계(19) 사이의 중간 결상면(47)에 형성된다. TTM 검출계(300)의 광축은 빔 스플리터(26)에 의해 구부려진다. 조사계(24)로부터 출사된 자외선(3)은 릴레이 광학계(23)의 렌즈(50) 및 빔 스플리터(26)를 투과하고, 몰드(5)를 투과해서 기판(8)상의 수지에 입사한다.

빔 스플리터(26)는 조명 결상계(19)로부터의 광을 완전 반사시키고 조사계(24)로부터의 광을 완전 투과시키는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어, 빔 스플리터(26)는 조명 결상계(19)로부터의 광의 90%를 반사시키고, 조사계(24)로부터의 광의 10%를 투과시킬 수도 있다. 빔 스플리터(26)의 반사와 투과의 비는 9:1 대신에, 예를 들어, 8:2 또는 7:3일 수 있는 것은 물론이다.

도 2 및 도 3에 도시된 제2 및 제3 실시 형태의 구성들은, TTM 검출계(300) 및 조사계(24)의 광축들이 기판(8)의 표면에 대해 수직이면서, TTM 검출계(300) 및 조사계(24) 둘 다를 몰드(5)의 상방에 배치하기 위해 유리하다. TTM 검출계(300)의 광축을 기판(8)의 표면에 대해 수직으로 하는 것은 TTM 검출계(300)의 NA(개구수(Numerical Aperture))를 증가시키기 위해 유리하다. 또한, 조사계(24)의 광축을 기판(8)의 표면에 대해 수직으로 하는 것은 기판(8)의 샷 영역에 광을 균일하게 조사하기 위해 유리하다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제4 실시 형태의 임프린트 장치(31)에 대해서 설명한다. 하기의 설명에서 언급하지 않는 사항은 상기의 각 실시 형태를 따를 수 있다는 것을 유의한다. 제4 실시 형태의 임프린트 장치(31)는 복수의 TTM 검출계를 포함한다. 예를 들어, 다이-바이-다이 얼라인먼트에 있어서 샷 영역의 복수의 부분을 계측하기 위해, 복수의 TTM 검출계를 포함하는 것이 유리하다. 1개뿐의 TTM 검출계를 갖는 임프린트 장치에 있어서도, 기판 스테이지 또는 TTM 검출계의 구동에 의해 샷 영역의 복수의 부분들을 순차적으로 관찰할 수 있다. 그러나, 이 방법은, 검출에 필요한 시간이 길고, 구동 오차가 발생할 수 있다는 점에서 불리하다.

제4 실시 형태에서는, 복수의 TTM 검출계의 레이아웃의 예로서, 5개의 TTM 검출계가 몰드(5)의 상방에 배치된다. 도 4는 도시의 편의상, 3개의 TTM 검출계만을 도시하지만, 몰드(5)의 4군데 코너의 몰드측 얼라인먼트 마크들(제3 마크들)(150)(도 12 참조)을 검출하는 TTM 검출계들(33)이 배치된다. 또한, 기판(8)에도, 몰드측 얼라인먼트 마크들(제3 마크들)(150)에 대응하는 기판측 얼라인먼트 마크들(제4 마크들)이 형성된다. 이에 의해, 몰드측 얼라인먼트 마크(110)와 기판측 얼라인먼트 마크(12)의 세트와, 몰드측 얼라인먼트 마크(150)와 그것에 대응하는 기판측 얼라인먼트 마크의 세트를 이용하여 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들을 검출할 수 있다. 도 12에 도시된 몰드측 얼라인먼트 마크들(제3 마크들)(150)은 몰드측 얼라인먼트 마크(제1 마크)(110)가 수지에 접촉한 후에 수지에 접촉한다.

최초로 수지에 접촉하는 몰드측 얼라인먼트 마크(110)를 검출함으로써 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들을 계측하고, 시프트 보정을 행한다. 그 후, 수지에 접촉하는 몰드측 얼라인먼트 마크들(150)을 검출함으로써 몰드의 배율 성분을 계측하여, 몰드(5)의 배율 보정을 행할 수 있다. 몰드측 얼라인먼트 마크들(150)을 검출함으로써 취득되는 성분으로서는 배율 성분에 한하지 않고, 회전 성분, 사다리꼴 성분, 또는 아크 성분일 수도 있다. 또한, 복수의 성분을 구하고, 몰드(5)와 기판(8)을 얼라인할 때 이들을 이용하는 것도 가능하다. 전술한 바와 같이, 우선 시프트 보정을 행한 후에 다른 성분의 상대 위치들을 계측함으로써 효율적으로 몰드(5)와 기판(8)을 얼라인할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같은 추가적인 얼라인먼트 마크들의 개수와 위치들은 도 12에 도시된 예에 한정되지 않고, 취득할 성분(예를 들어, 시프트 성분, 배율 성분, 회전 성분, 사다리꼴 성분, 또는 아크 성분)에 따라 결정될 수 있다.

도 4에 도시된 예에서, 몰드(5)의 상방에 릴레이 광학계(18)가 배치되고, 릴레이 광학계(18)의 상방에, 몰드가 수지에 접촉하기 시작하는 중앙부를 관찰하기 위한 1개의 TTM 검출계(32)와, 주변부를 관찰하기 위한 4개의 TTM 검출계(33)가 배치된다. 이렇게 복수의 TTM 검출계를 설치함으로써, 몰드(5)와 기판(8)의 상대 위치들을 보다 정밀하게 검출할 수 있다. 릴레이 광학계(18)는 텔레센트릭 광학계인 것이 바람직하다.

또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 몰드(5)가 수지에 접촉하기 시작하는 영역에 복수의 몰드측 얼라인먼트 마크(110)를 형성하고, 대응하는 기판측 얼라인먼트 마크를 기판(8)상에 형성하고, 이 얼라인먼트 마크들을 1개의 TTM 검출계(32)를 이용하여 관찰하는 것도 가능하다. 이 경우에, TTM 검출계(32)의 시야는 복수의 몰드측 얼라인먼트 마크 및 복수의 기판측 얼라인먼트 마크를 동시에 관찰할 수 있도록 설계된다.

도 5는 참고예로서의 임프린트 장치(27)를 도시한다. 임프린트 장치(27)에 있어서, 릴레이 광학계가 생략되고, TTM 검출계는 광전 변환 디바이스(46)와 조명 결상계(19)를 포함한다.

이하, 상기의 임프린트 장치를 이용해서 물품을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 이 제조 방법은 상기의 임프린트 장치를 이용하여 수지 패턴을 기판상에 형성하는 단계와, 패턴이 형성된 기판을 가공(예를 들어, 에칭)하는 단계를 포함한다. 물품은, 예를 들어, 반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스, 또는 마이크로머신 등의 디바이스일 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시 형태들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시 형태들로 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 하기의 청구항들의 범위는 그러한 변경 및 등가의 구조와 기능을 모두 포괄하도록 최광의의 해석에 따라야 한다.

5: 몰드
4: 임프린트 헤드
6: 도포 기구
8: 기판
9: 기판 스테이지
10: 제어 유닛
12: 기판측 얼라인먼트 마크
17: 임프린트 장치
18: 릴레이 광학계
19: 조명 결상계
20: 조사계
46: 광전 변환 디바이스
110: 몰드측 얼라인먼트 마크
300: TTM 검출계

Claims

패턴이 형성된 패턴 영역과 제1 마크를 갖는 몰드를, 제2 마크를 갖는 기판상의 임프린트 재료에 접촉시켜서, 상기 패턴을 상기 임프린트 재료에 전사하는 임프린트 장치로서,
상기 제1 마크가 형성된 상기 몰드의 부분이 상기 기판을 향해 돌출하도록 상기 몰드를 변형시키도록 구성된 변형 기구,
상기 몰드와 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하도록 상기 몰드와 상기 기판 간의 간격을 조정하도록 구성된 구동 기구, 및
상기 몰드와 상기 기판 상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하도록 상기 구동 기구가 상기 간격을 조정하는 동작을 개시한 후, 상기 제1 마크가 형성된 상기 몰드의 상기 부분과 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하지만 상기 패턴 영역의 전체가 상기 임프린트 재료에 접촉하지 않은 상태에서, 상기 제1 마크와 상기 제2 마크를 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함하고,
상기 검출 유닛은 광전 변환 디바이스, 릴레이 광학계, 및 상기 광전 변환 디바이스와 상기 릴레이 광학계 사이에 배치된 조명 결상계를 포함하고,
상기 조명 결상계는 상기 릴레이 광학계를 통해서 상기 기판을 조명하여 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 중간상들을 상기 광전 변환 디바이스에 결상시키고, 상기 중간상들은 상기 기판으로부터의 광에 의해 상기 릴레이 광학계와 상기 조명 결상계 사이의 위치에 형성되는, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 검출 유닛의 광축은 상기 기판의 표면에 대해 수직인, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 검출 유닛은, 상기 몰드의 상기 패턴 영역의 전체가 상기 기판 상의 상기 임프린트 재료와 접촉하게 하는 상기 구동 기구에 의한 동작과 병행하여, 상기 제1 마크와 상기 제2 마크를 이용해서 상기 몰드와 상기 기판의 상대 위치를 검출하는, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 몰드의 상기 패턴 영역의 전체가 상기 기판 상의 상기 임프린트 재료와 접촉하게 하는 상기 구동 기구에 의한 동작과 병행하여, 상기 몰드와 상기 기판이 상대적으로 위치 결정되는, 임프린트 장치.
제3항에 있어서,
상기 몰드는 제3 마크를 더 갖고, 상기 제3 마크는 상기 제1 마크가 상기 임프린트 재료에 접촉한 후에 상기 임프린트 재료에 접촉하도록 형성되고,
상기 기판은 상기 제3 마크에 대한 상대 위치를 계측하기 위한 제4 마크를 더 갖고,
상기 검출 유닛은 상기 제3 마크와 상기 제4 마크의 세트를 이용해서 상기 몰드와 상기 기판의 상대 위치를 추가로 검출하는, 임프린트 장치.
반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스 및 마이크로머신을 포함하는 그룹에서 선택된 물품의 제조 방법으로서,
임프린트 장치를 이용하여 기판에 패턴을 형성하는 단계, 및
패턴이 형성된 상기 기판을 가공하는 단계를 포함하고,
상기 임프린트 장치는, 패턴이 형성된 패턴 영역과 제1 마크를 갖는 몰드를, 제2 마크를 갖는 기판상의 임프린트 재료에 접촉시켜서, 패턴을 상기 임프린트 재료에 전사하도록 구성되고, 상기 임프린트 장치는,
상기 제1 마크가 형성된 상기 몰드의 부분이 상기 기판을 향해 돌출하도록 상기 몰드를 변형시키도록 구성된 변형 기구,
상기 몰드와 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하도록 상기 몰드와 상기 기판 간의 간격을 조정하도록 구성된 구동 기구, 및
상기 몰드와 상기 기판 상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하도록 상기 구동 기구가 상기 간격을 조정하는 동작을 개시한 후, 상기 제1 마크가 형성된 상기 몰드의 상기 부분과 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하지만 상기 패턴 영역의 전체가 상기 임프린트 재료에 접촉하지 않은 상태에서, 상기 제1 마크와 상기 제2 마크를 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함하고,
상기 검출 유닛은 광전 변환 디바이스, 릴레이 광학계, 및 상기 광전 변환 디바이스와 상기 릴레이 광학계 사이에 배치된 조명 결상계를 포함하고,
상기 조명 결상계는 상기 릴레이 광학계를 통해서 상기 기판을 조명하여 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 중간상들을 상기 광전 변환 디바이스에 결상시키고, 상기 중간상들은 상기 기판으로부터의 광에 의해 상기 릴레이 광학계와 상기 조명 결상계 사이의 위치에 형성되는, 물품의 제조 방법.
패턴이 형성된 패턴 영역과 제1 마크를 갖는 몰드를, 제2 마크를 갖는 기판상의 임프린트 재료에 접촉시켜서, 패턴을 상기 임프린트 재료에 전사하는 방법으로서,
상기 제1 마크가 형성된 상기 몰드의 부분이 상기 기판을 향해 돌출하도록 상기 몰드를 변형시키는 단계,
상기 몰드와 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하도록 상기 몰드와 상기 기판 간의 간격을 조정하는 단계, 및
상기 몰드와 상기 기판 상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하도록 상기 간격을 조정하는 동작을 개시한 후, 상기 제1 마크가 형성된 상기 몰드의 상기 부분과 상기 기판상의 상기 임프린트 재료가 서로 접촉하지만 상기 패턴 영역의 전체가 상기 임프린트 재료에 접촉하지 않은 상태에서, 상기 제1 마크와 상기 제2 마크를 검출기에 의해 검출하는 단계를 포함하는, 패턴을 임프린트 재료에 전사하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 몰드는 제3 마크를 더 갖고, 상기 제3 마크는 상기 제1 마크가 상기 임프린트 재료에 접촉한 후에 상기 임프린트 재료에 접촉하도록 형성되고,
상기 기판은 상기 제3 마크에 대한 상대 위치를 계측하기 위한 제4 마크를 더 갖고,
상기 패턴을 임프린트 재료에 전사하는 방법은,
상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 세트를 이용해서 상기 몰드와 상기 기판이 상대 위치를 검출하는 단계 및 상기 제3 마크와 상기 제4 마크의 세트를 이용해서 상기 몰드와 상기 기판의 상대 위치를 검출하는 단계를 더 포함하는, 패턴을 임프린트 재료에 전사하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 제3 마크는 상기 몰드의 상기 패턴 영역의 주변부에 형성되고, 상기 패턴 영역의 전체가 상기 임프린트 재료와 접촉한 후에, 상기 검출 유닛이 상기 제3 마크 및 상기 제4 마크를 검출하고, 상기 몰드 및 상기 기판은 검출된 제3 마크 및 검출된 제4 마크에 기초하여 상대적으로 위치 결정되는, 임프린트 장치.
제8항에 있어서,
상기 제3 마크는 상기 몰드의 상기 패턴 영역의 주변부에 형성되고,
상기 패턴을 임프린트 재료에 전사하는 방법은,
상기 패턴 영역의 전체가 상기 임프린트 재료와 접촉한 후에, 상기 제3 마크 및 상기 제4 마크를 검출하고, 검출된 제3 마크 및 검출된 제4 마크에 기초하여 상기 몰드 및 상기 기판을 상대적으로 위치 결정하는 단계를 더 포함하는, 패턴을 임프린트 재료에 전사하는 방법.