KR101576118B1

KR101576118B1 - 임프린트 장치 및 물품의 제조 방법

Info

Publication number: KR101576118B1
Application number: KR1020120073634A
Authority: KR
Inventors: 다다시 하또리
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: TW201302419A; US20130015597A1; TWI554378B; JP2013026288A; KR20130009630A; JP5864929B2; US9810979B2

Abstract

임프린트 장치는 몰드와 임프린트 재료가 서로 접하도록 몰드 홀더 및 기판 홀더 중 하나 이상을 이동시키도록 구성된 제1 구동 기구; 기판이 몰드와 정렬되도록 홀더들 중 하나 이상을 이동시키도록 구성된 제2 구동 기구; 몰드와 임프린트 재료가 서로 접하지 않은 상태에서 몰드 마크와 기판 마크 간의 상대 위치를 계측하도록 구성된 계측기; 및 홀더들 중 하나 이상의 이동량과 마크들 간의 상대 위치의 변화 간의 관계 정보, 이동량 정보, 및 계측된 상대 위치의 정보에 기초하여 제2 구동 기구를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.

Description

임프린트 장치 및 물품의 제조 방법{IMPRINT APPARATUS AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 임프린트(imprint) 장치, 및 그 임프린트 장치를 사용하여 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 디바이스의 미세화가 진행되었고, 반도체 디바이스의 제조 방법으로서 웨이퍼와 같은 기판에 레지스트를 도포하고 레지스트에 원판(몰드)을 가압한 상태에서 레지스트를 경화시키는 임프린트 기술을 사용하게 되었다. 한가지 임프린트 기술은 광경화법이다. 광경화법을 사용한 임프린트 장치에서는, 먼저 기판 상의 패턴 형성 영역(샷(shot) 영역)에 광경화 레지스트를 도포한다. 다음에, 몰드의 크기를 보정하는 보정 기구를 사용하여 기판과 몰드의 정렬 보정(alignment correction)을 수행한다. 다음에, 이 레지스트에 몰드를 가압한다. 그 후, 자외선 조사를 통해 레지스트를 경화시킨 다음, 몰드를 레지스트로부터 분리시킨다. 그 결과, 기판 상에 레지스트 패턴이 형성된다. 일본 특허 제4185941호에는 광경화법을 위한 임프린트 장치가 개시되어 있다.

임프린트 장치에 있어서, 기판 상에 이미 형성된 패턴과, 몰드는 다이 바이 다이(die-by-die) 정렬 방법을 사용하여 정렬된다. 다이 바이 다이 정렬 방법에서 각 샷 영역마다 몰드를 가압할 때, 기판 마크 및 몰드 마크를 몰드를 통해서 직접 계측하는 TTM(Through The Mask) 스코프를 사용하여 그러한 마크들을 관찰하고, 그들 양자 간의 어긋남 양(shift amount)을 계측하여 보정한다. 그러나, 다이 바이 다이 정렬 방법에서는, 하부층(underlayer) 등의 막의 양 감소와 같은 프로세스 요인으로 인한 마크 어긋남이 각 샷 영역마다 관찰되기 때문에 종종 정확한 정렬이 불가능하다.

이와 대조적으로, 원판의 패턴을 투영 광학계를 통해서 기판에 전사하는 포토리소그래피 기술을 사용한 종래의 노광 장치에서는 글로벌 정렬 방법이 가장 흔히 사용되고 있다. 글로벌 정렬 방법에서는, 수개의 대표적인 샷 영역의 마크를 계측하고, 그 계측 결과를 처리하여 각 샷의 위치를 얻기 위한 글로벌 지표(계수)를 계산한다. 그리고, 글로벌 지표에 기초하여 각 샷 영역을 정렬한다. 글로벌 정렬 방법에서는, 동일 지표를 사용하여 정렬을 수행한다. 따라서, 후공정에서 수개의 샷 영역에 대해 샘플링 검사를 수행함으로써, 그 기판의 모든 샷 영역의 품질을 판단하고 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 샘플 샷 영역을 적절히 선택함으로써, 프로세스 요인으로 인한 비정상적인 위치 어긋남(position shift)의 영향을 회피(경감)할 수 있다. 이로써 오버레이 정밀도의 안정성이 향상된다. 종래의 노광 장치에 있어서, 글로벌 정렬 방법은 노광 위치에서 떨어진 장소에 설치된 비축 스코프(off-axis scope: OAS)를 사용하여 수행된다. 그러나, 임프린트 장치에서도, TTM 스코프를 사용한 글로벌 정렬 방법이 역시 가능하다. TTM 스코프를 사용한 글로벌 정렬 방법을 채용하면, OAS가 더 이상 필요하지 않게 되며, 그래서 기판 스테이지의 구동 범위를 축소할 수 있다. 이렇게 함으로써, 장치 전체의 크기를 줄여주고 비용을 경감시키는 것이 가능해진다.

임프린트 장치에 있어서, TTM 스코프를 사용한 글로벌 정렬 방법을 수행할 경우, 몰드와 기판을 서로 어느 정도 간격을 두고서 계측이 수행된다. 이 간격은 통상 수십 ㎛ 정도이다. 이와 같이 몰드와 기판이 서로 접하지 않고 서로 간격을 두고서 수행되는 계측을 근접 계측(proximity measurement)이라 칭한다. TTM 스코프의 광축이 임프린트 헤드의 구동 방향으로 기울어져 있으면, 글로벌 정렬에 의해 정렬된 위치에서 임프린팅을 수행하더라도, 임프린트 헤드가 수십 ㎛ 만큼 구동하는 동안에 임프린트 헤드는 TTM 스코프의 광축으로부터 어긋나게 된다. 즉, 마크가 보이는 원래의 위치와는 다른 위치에서 임프린팅이 수행된다. 이것은 오버레이 정밀도를 저하시키는 원인이 된다.

이는 다이 바이 다이 정렬 방법에도 마찬가지로 적용된다. 다이 바이 다이 정렬 방법은 몰드와 기판이 서로 접한 상태에서 TTM 스코프를 사용하여 정렬을 수행하는 콘택 방법, 몰드와 기판이 서로 접하기 전에 TTM 스코프를 사용하여 정렬을 수행하는 근접 방법, 및 이들 두 방법을 결합한 방법을 포함한다. 콘택 방법에서. TTM 스코프의 광축과 임프린트 헤드의 구동 방향 간의 기울기의 차는 문제가 되지 않는다. 그러나, 몰드와 기판이 서로 접한 상태에서, 레지스트가 마크 위치에 충전되면, 레지스트의 굴절률로 인해 종종 TTM 스코프로 마크를 계측할 수 없다. 또한, 몰드와 기판이 서로 접한 상태에서, TTM 스코프는 몰드와 기판 간의 어긋남 양을 계측할 수 있지만, 약간의 제약이 있는데, 예를 들어, 기판 스테이지를 그다지 크게 이동시킬 수 없다. 이로써 다이 바이 다이 정렬 방법에 있어서도 근접 방법은 유효하다. 그러나, 글로벌 정렬 방법과 마찬가지로, TTM 스코프의 광축과 임프린트 헤드의 구동 방향 간의 기울기의 차는 임프린팅을 수행할 때 오버레이 정밀도를 저하시키는 원인이 된다.

본 발명은, 예를 들어, 정확한 오버레이에 유리한 임프린트 장치를 제공한다.

본 발명은, 몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트 재료를 성형함으로써 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 수행하는 임프린트 장치를 제공하며, 상기 임프린트 장치는, 상기 몰드를 유지하도록 구성된 몰드 홀더; 상기 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더; 상기 몰드와 상기 임프린트 재료가 서로 접하도록 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 구동축을 따라 이동시키도록 구성된 제1 구동 기구; 상기 기판이 상기 몰드와 정렬되도록 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 이동시키도록 구성된 제2 구동 기구; 상기 몰드와 상기 임프린트 재료가 서로 접하지 않는 상태에서 상기 몰드 상에 형성된 몰드 마크와 상기 기판 상에 형성된 기판 마크를 상기 몰드를 통해 검출하는 스코프를 포함하고, 상기 몰드 마크와 상기 기판 마크 간의 상대 위치를 계측하도록 구성된 계측기; 및 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상의 상기 구동축을 따르는 이동량과, 상기 몰드 마크와 상기 기판 마크 간의 상대 위치의 변화 간의 관계의 정보, 상기 이동량의 정보, 및 상기 계측기에 의해 얻은 상기 상대 위치의 정보에 기초하여 상기 제2 구동 기구를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.

본 발명의 다른 특징은 첨부의 도면을 참조한 다음과 같은 예시적인 실시예에 대한 설명으로부터 명백해 질 것이다.

도 1은 임프린트 장치를 도시하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 임프린트 처리에 있어서의 몰드와 기판 간의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 스코프 광축의 기울기로 인해 몰드와 샷 영역 사이에 위치 어긋남이 발생한 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 스코프 광축의 기울기를 계산하는 방법을 도시하는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 스코프 광축의 기울기를 계산하고 위치 어긋남을 보정하는 방법을 도시하는 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 제1 실시예에 있어서 몰드와 샷 영역 사이에 위치 어긋남이 발생한 모습을 보여주는 개념도이다.
도 7a 내지 7c는 제1 실시예에서 임프린트 헤드가 기울어진 경우에 몰드와 샷 영역 사이에 위치 어긋남이 발생한 모습을 보여주는 개념도이다.
도 8a 내지 8c는 제1 실시예에서 임프린트 헤드의 기울기의 원점이 어긋난 경우에 몰드와 샷 영역 사이에 위치 어긋남이 발생한 모습을 보여주는 개념도이다.
도 9는 기판의 두께가 불균일하여 몰드와 샷 영역 사이에 위치 어긋남이 발생한 모습을 보여주는 개념도이다.
도 10a 및 도 10b는 복수의 스코프 광축의 기울기 영향으로 배율 오차가 발생한 모습을 보여주는 개념도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명할 것이다. 도 1은 임프린트(imprint) 장치의 일례를 도시한다. 본 실시예의 임프린트 장치는 기판 상에 도포된 임프린트 재료(레지스트)와 몰드를 사용하여 성형(molding)에 의해 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 기판의 복수의 샷 영역의 각각에서 수행하는 광경화법을 위한 임프린트 장치이다. 이하의 도면에서, 몰드에 대한 자외선 조사축((후술하는) 조명계(2)의 광로를 절곡한 후의 광축)에 평행하게 Z축을 취하고, 그리고 Z축에 수직이면서 서로 수직인 두 개의 방향으로 각각 X축 및 Y축을 취하여 설명할 것이다.

임프린트 장치(1)는 조명계(2), 몰드(3)를 흡착력 또는 정전력에 의해 흡착하여 유지하는 몰드 홀더(4), 기판(5)을 유지하는 기판 스테이지(기판 홀더)(6), 도포 유닛(7), 몰드 반송 기구(8), 및 제어기(9)를 포함한다. 기판 스테이지(6)는 기판의 표면과 평행한 방향(제1 방향)으로 배치될 수 있다. 조명계(2)는 임프린트 처리시에 몰드(3)에 대해 자외선(10)을 조명한다. 조명계(2)는 광원, 그 광원으로부터 출사된 자외선을 임프린트 처리에 적절한 광으로 조정하기 위한 복수의 광학 소자를 포함한다. 몰드(3)에는 기판(5)에 대향하는 패턴 표면에 기설정된 3차원 패턴이 형성되어 있다.

임프린트 장치는 보정 기구(11) 및 스코프(13)를 포함한다. 보정 기구(11)는 몰드(3)에 형성된 패턴 표면의 적어도 X축 방향에 있어서의 치수를 보정한다. 스코프(13)는 기판(5)에 형성된 기판 마크와 몰드(3)에 형성된 몰드 마크를 몰드(3)를 통해 검출함으로써 기판(5)과 몰드(3) 사이의 위치 어긋남 양(position shift amount)을 계측하는 TTM(Through The Mask) 스코프이다. 스코프(13)에 의해 기판(5)과 몰드(3) 사이의 X 및 Y방향에 있어서의 위치 어긋남 양을 계측할 수 있다. 몰드 홀더(4)는 기판(5)상에 도포된 레지스트(18)에 몰드(3)를 가압하는 몰드 가압 동작을 수행하기 위해 Z축 방향으로 구동된다. 레지스트(18)를 경화시킨 후, 몰드 홀더(4)를 Z축 방향으로 구동함으로써 기판(5)으로부터 몰드(3)를 분리하는 몰드 이형(releasing) 동작이 수행된다. 몰드 가압 동작 및 몰드 이형 동작은 몰드 홀더(4)를 Z방향으로 구동하여 구현될 수 있고, 또한 기판 스테이지(6)를 Z방향으로 구동함으로써 구현될 수 있다. 몰드 홀더(4) 및 기판 스테이지(6) 중 하나 이상을 몰드(3)와 레지스트(18)가 서로 접하도록 구동축을 따라서 구동하는 구동 기구를 제1 구동 기구라 칭한다. 몰드 홀더(4)는 또한 이러한 구동 기구와 합쳐서 임프린트 헤드라고도 칭한다.

기판 스테이지(6)는 기판(5)을 진공 흡착에 의해 유지할 수 있고, 또한 기판(5)을 X 및 Y방향으로 배치할 수 있다. 기판 스테이지(6)의 구동 유닛은 샷 영역을 몰드(3)에 대해서 배치하도록 기판 스테이지(6)를 X 및 Y방향으로 이동시키는 제2 구동 기구를 구성한다. 그러나, 제2 구동 기구는 기판 스테이지(6) 및 몰드 홀더(4) 중 하나 이상만 이동시키면 된다. 도포 유닛(7)은 기판(5)에 미경화 레지스트(임프린트 재료)(18)를 도포한다. 레지스트(18)는 조명계(2)로부터 자외선(10)을 수광할 때 경화되는 광경화 수지이다. 몰드 반송 기구(8)는 몰드(3)를 반송하고 몰드(3)를 몰드 홀더(4)에 배치한다.

제어기(9)는 임프린트 장치(1)의 각 유닛의 동작을 제어하고, 간섭계(15 및 16)의 값 등을 획득한다. 제어기(9)는 회선을 통해 임프린트 장치(1)의 각 유닛에 연결된 컴퓨터 또는 시퀀서(도시되지 않음)이며, 이것은 메모리를 포함한다. 본 실시예에서, 제어기(9)는 스코프(13)에 의해 계측된 기판(5)과 몰드(3) 사이의 위치 어긋남 양에 기초하여 정렬 보정값을 결정하고, 보정 기구(11) 및 기판 스테이지(6)를 제어하여 정렬 보정을 수행한다. 제어기(9)는 임프린트 장치(1) 내에 설치될 수 있으며, 임프린트 장치(1) 외부에 설치된 원격 제어기일 수도 있다.

도 2a 내지 도 2c는 임프린트 처리에서 몰드(3) 및 기판(5)에 초점을 둔 개념도이다. 기판 스테이지(6)에 기판(5)이 탑재되면, 스코프(13)의 정렬 계측에 의해 기판(5)상의 샷 영역의 배열이 계측된다. 정렬 방법은 글로벌 정렬 방법과 다이 바이 다이 정렬 방법으로 분류된다. 이들 방법의 상세 내용은 제1 및 제2 실시예에서 기술될 것이다. 스코프(13)는 몰드(3)의 패턴 표면과 기판(5)상의 레지스트(18)를 서로 수십 ㎛ 정도의 간격을 두고서 접촉시키지 않은 상태에서 몰드 마크와 기판 마크를 계측한다. 이 계측에서는, 몰드(3)와 기판(5)상의 샷 영역 사이의 위치 어긋남 양이 계측된다. 참조부호(22)는 계측시의 스코프의 광축을 나타낸다. 몰드 마크와 기판 마크가 화살표로 표시된 광축(22) 상에 존재하면, 이 두 마크는 서로 겹쳐져 있다. 통상, 복수의 스코프(13)에 의해 몰드 마크 및 기판 마크의 복수 쌍들을 검출함으로써, 몰드(3)와 샷 영역 간의 X방향 및 Y방향에 있어서의 어긋남 오차(shift error), 회전 오차, 및 배율 오차가 계측된다. 편의상, 스코프(13)에 의해 X방향의 위치 어긋남만을 계측하는 것으로 가정하여 설명할 것이다.

임프린트 헤드는 통상 Z방향의 구동축을 갖는다. 기판 스테이지(6)가 목표 위치에 도달하면, 임프린트 헤드가 Z축으로 구동하여 몰드(3)를 레지스트(18)에 가압한다. 도 2c는 이와 같이 임프린트된 상태를 도시한다. 스코프(13)에 의한 계측에 의해 기판(5)상의 샷 영역과 몰드(3)가 사전에 정렬되어 있으므로, 높은 오버레이 정밀도를 얻을 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 스코프의 광축(22)이 임프린트 헤드의 구동축에 대해 기울기를 갖고 있다고 가정한다. 도 3a에 도시된 상태에서도, 스코프(13)에 의한 계측에 의해 몰드 마크와 기판 마크가 정렬된 것으로 검출한다. 그러나, 이 상태에서, 이와 같은 계측 결과는 스코프(13)의 광축이 기울어져 있기 때문에 얻어진 것이며, 실제로는 기판(5)상의 샷 영역의 중심과 몰드(3)의 중심 간에는 위치 어긋남(23)이 발생한다. 그 결과, 도 3b에 도시된 바와 같이, 실제로 이 상태에서 임프린트 처리를 수행하면, 기판(5)상의 샷 영역으로부터 어긋난 위치에 임프린팅이 수행된다. 이는 오버레이 정밀도를 저하시킨다.

도 3a에서, 편의상 스코프(13)의 광축(22)이 Z축으로부터 기울어져 있고, 임프린트 헤드의 구동축은 Z축과 평행하다고 가정하였음을 주목한다. 그러나, 스코프(13)의 광축(22)이 Z축과 평행하고 임프린트 헤드의 구동축이 Z축으로 기울어져 있는 경우에도 정확하게 동일한 현상이 일어난다. 실제로는, 양자 모두 Z축에 대해 적지 않은 기울기를 갖고 있다. 임프린트 헤드의 구동축에 대한 스코프(13)의 광축(22)의 기울기가 오버레이 정밀도를 저하시킨다는 것을 주목하여야 한다.

따라서, 높은 오버레이 정밀도를 얻기 위해, 먼저, 실제로 생산용 기판(5)을 장치에 반입하기 전이나 또는 장치의 조정이나 유지시에 임프린트 헤드의 구동축에 대한 스코프(13)의 광축(22)의 기울기를 구한다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 설명할 것이다. 기판 스테이지(6)에는 기판 마크가 형성된 기판(5)이 탑재되어 있다. 또한, 임프린트 헤드에는 몰드 마크가 형성된 몰드(3)가 탑재되어 있다. 이 상태에서, 기판 마크와 몰드 마크가 서로 겹치도록 기판 스테이지(6)가 구동된다. 겹쳐진 기판 마크와 몰드 마크를 스코프(13)에 의해 관찰하는 경우 임프린트 헤드의 Z 위치를 Z0으로 한다. 임프린트 헤드의 Z 위치가 Z0일 때, 스코프(13)에 의해 계측된 몰드 마크와 기판 마크 간의 위치 어긋남 양은 0 또는 거의 0이다.

이 상태에서, 임프린트 헤드를 Z방향으로 구동한다. 구동 범위는 단지 스코프(13)가 계측가능한 범위이면 된다. 통상, 근접 계측을 수행하기 위한 스코프(13)는 NA가 비교적 낮고 비교적 큰 초점 심도를 갖고 있다. 이와 같은 계측가능한 범위 내에서 임프린트 헤드를 Z방향으로 구동하면서, 스코프(13)에 의해 몰드 마크 및 기판 마크를 계측한다. 도 5a 내지 도 5c는 임프린트 헤드의 Z방향에 있어서의 위치와 스코프(13)에 의해 계측된 값의 관계를 예시한다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 도 4와의 관계를 쉽게 이해하도록 Z축을 종축으로 한다. 또한, Z값의 +방향(도면 지면의 상방향)은 임프린트 헤드의 이동 방향이 상방향, 즉, 몰드(3)와 기판(5)이 서로 분리되는 방향이다. 이해를 쉽게 하기 위하여, Z0은 스코프(13)에 의한 통상의 계측시의 임프린트 헤드의 Z방향의 위치라고 간주될 수 있다. 도 4에서도, 초기 계측 위치는 Z0이다.

ZU는 스코프(13)의 계측가능한 범위 내에서 임프린트 헤드의 최상위 위치(Z값이 +방향)이다. ZL은 몰드(3)와 기판(5) 간의 간격을 가장 좁게 했을 때의 위치, 즉, 몰드(3)와 기판(5)이 서로 접하지 않도록 임프린트 헤드의 Z위치를 하방으로(Z값이 -방향) 구동했을 때의 위치이다. 이 범위 내에서, 임프린트 헤드의 Z위치를 구동하고, 스코프(13)에 의해 계측을 복수 회 수행한다. 이렇게 하여 얻은 도 5a에서, 기울기 C는 임프린트 헤드의 구동축에 대한 스코프(13)의 광축의 기울기를 나타낸다.

기판 마크 대신에 기판 스테이지(6)에 탑재된 기준 마크가 또한 사용될 수 있다. 이하에서도 편의상 기판 마크를 계측하는 것을 전제로 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 설명에서, 임프린트 헤드의 Z위치가 Z0일 때 스코프(13)의 계측값은 거의 0이다. 물론, 이것은 필수 조건은 아니며, 일정 값부터 계측이 시작될 수도 있다. 그러나, 상당히 큰 계측값에서 계측이 시작되면, 임프린트 헤드를 Z방향으로 구동할 때 스코프(13)의 계측가능한 범위를 초과할 수 있거나 계측값의 신뢰성이 저하될 수 있다. 그러므로, 계측값은 거의 0에서 개시하는 것이 바람직하다. 게다가, 전술한 설명에서 기울기 C는 1차 기울기로 되어 있지만, 본 발명은 1차 기울기로 한정되지 않고, 고차 함수, 또는 보정 테이블 등을 사용하는 것도 또한 가능하다.

다음에, 임프린트 처리가 수행될 때 예상되는 X방향에 있어서의 위치 어긋남 양 ΔX를 기울기 C로부터 계산한다. 통상, 기울기 C는 임프린트 헤드의 Z위치에 대해서 선형 함수의 기울기가 된다. 이 경우, 임프린트 헤드의 각 Z 위치에 있어서의 몰드 마크와 기판 마크 간의 X방향에 있어서의 위치 어긋남 양은 아래의 수학식 1로 주어진다. 수학식 1에서, ΔX(Z)는 임프린트 헤드의 Z 위치에 있어서의 몰드(3)와 기판(5) 간의 X 방향에 있어서의 위치 어긋남 양의 예측값이다. ΔX(Z0)는 임프린트 헤드의 Z 위치가 Z0일 때의 스코프(13)의 계측값이다. Z는 임프린트 헤드의 현재 Z위치이며, Z0은 스코프(13)에 의한 계측시의 임프린트 헤드의 Z 위치이다.

[수학식 1]

△X(Z) = △X(Z0) + C × (Z - Z0)

임프린팅 수행시, 즉, 몰드(3)와 기판(5)이 서로 접할 때, 임프린트 헤드의 Z 위치를 ZI라고 하면, 임프린팅시에 몰드(3)와 기판(5)상의 샷 영역 사이의 위치 어긋남 양은 아래의 수학식 2로 주어진다. 수학식 2에서, ΔXi는 임프린팅시의 몰드(3)와 기판(5)상의 샷 영역 사이의 X방향에 있어서의 위치 어긋남 양이며, ZI는 임프린팅시의 임프린트 헤드의 Z 위치이다.

[수학식 2]

△Xi = △X(ZI) = △X(Z0) + C × (ZI - Z0)

수학식 1에 따라서, 몰드(3)와 기판(5) 사이의 X방향에 있어서의 위치 어긋남 양을 예측하고, 그 위치 어긋남 양만큼 기판 스테이지(6)를 구동하여 보정을 수행하면 된다. 즉, 스코프(13)에 의해 몰드(3)와 기판(5) 사이의 위치 어긋남 양 ΔX(Z0)가 계측된 후, 임프린트 헤드의 Z 위치가 구동함에 따라, ΔX(Z)를 보정하도록 기판 스테이지(6)를 X방향으로 구동한다. 이와 같은 보정을 위한 구동은 가능한 한 실시간으로 수행하는 것이 바람직하다. 임프린트 헤드의 Z 위치가 임프린트 위치 ZI에 도달하면, 기판 스테이지(6)의 구동량이 ΔXi가 되기 때문에, 몰드(3)와 기판(5)상의 샷 영역 사이에 어떠한 위치 어긋남도 없이 정확한 위치에 임프린팅을 수행할 수 있다.

Z0와 ZI가 항상 일정하면, ΔX(Z0)와 ΔX(ZI) 간의 관계도 항상 일정하기 때문에, 기판 스테이지(6)의 보정을 위한 구동량이 일정할 수 있다. 그러나, 수학식 2를 사용하면, 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 기판(5)의 표면이 균일하지 않고 임프린팅시에 임프린트 헤드의 Z 위치가 ZI와 다른 경우에도, 정확한 보정량 ΔX를 얻을 수 있으므로, 더욱 높은 오버레이 정밀도를 얻을 수 있다. 도 9에 도시된 예에서, 기판(5)의 표면 거칠기의 영향으로 어떤 샷 영역 A에서는 임프린팅시 임프린트 헤드의 Z 위치가 ZIa이다. 또한, 어떤 샷 영역 B에서는 임프린팅시 임프린트 헤드의 Z 위치가 ZIb이다. 이 상태에서, 기판 스테이지(6)의 X방향의 보정을 위한 구동량 ΔXia 및 ΔXib는 하기와 같이 표현된다.

[수학식 2a]

△Xia = △X(ZIa) = △X(Z0a) + C × (ZIa - Z0)

[수학식 2b]

△Xib = △X(ZIb) = △X(Z0b) + C × (ZIb - Z0)

전술한 바와 같이, 수학식 2를 사용함으로써 기판(5)의 표면 거칠기의 영향을 피하면서 높은 오버레이 정밀도를 얻을 수 있다. ΔX(Z0a) 및 ΔX(Z0b)는 임프린팅 전에 스코프(13)에 의해 계측된 몰드(3)와 샷 영역(A 및 B) 간의 X방향에 있어서의 위치 어긋남 양이다. 도 9에 도시된 예에서, ΔX(Z0a) 및 ΔX(Z0b) 값은 0에 가깝다. 또한, 상세한 설명은 생략하지만, 몰드(3)를 교체할 때 발생하는 몰드(3)의 두께 차의 영향도 수학식 1을 사용함으로써 어떠한 문제도 없이 보정할 수 있다. 더 나은 이해를 위해 도 5a의 Z0과 도 5b의 Z0은 동일한 것으로 하였으나, 다른 위치인 경우에도 문제가 없음을 주목한다.

앞에서는 임프린팅시에 임프린트 헤드를 Z방향으로 구동하는 방법에 대해 설명하였다. 그러나, 임프린팅시에 임프린트 헤드 대신에 기판 스테이지(6)를 Z방향으로 구동하는 것 또한 가능하다. 이 경우, 도 5a에서 Z축은 기판 스테이지(6)의 Z 위치를 나타내며, 도 5a에서 기울기 C는 기판 스테이지(6)의 구동축에 대한 스코프(13)의 광축의 기울기를 나타낸다. 기판 스테이지(6)의 Z 위치에 따라서, 기판 스테이지(6)는 X방향으로의 보정을 위해 구동되면 된다. 게다가, 임프린트 헤드와 기판 스테이지(6) 둘 다를 Z방향으로 구동하여 임프린팅을 수행할 수도 있다. 이 경우, 두 파라미터, 즉, 임프린트 헤드의 구동축에 대한 스코프(13)의 광축의 기울기 C1, 및 기판 스테이지(6)의 구동축에 대한 스코프(13)의 광축의 기울기 C2를 사용하면 된다. 임프린트 헤드의 Z 위치에 의존하는 보정량과 기판 스테이지(6)의 Z 위치에 의존하는 보정량의 합을 사용하여 기판 스테이지(6)의 위치를 보정하면 된다.

도 5a를 참조하면, 기울기 C를 정확하게 계산하기 위해 ZU와 ZL은 어느 정도 서로 떨어져 있는 것이 바람직하다. 그러나, 몰드(3)와 기판(5) 간의 간격을 충분히 감소할 수 없는 경우, 즉, ZL을 충분히 낮출 수 없는 경우나, 또는 스코프(13)의 초점 심도가 작은 경우, ZU와 ZL을 충분히 떨어지게 할 수 없다. 이러한 경우, 통상 먼저 임프린트 헤드의 Z 위치가 Z0인 위치에서 스코프(13)에 의해 계측을 수행한다. 이 상태에서, 임프린트 처리를 수행한다. 다음에, 임프린트된 패턴과 기판(5) 상의 하부 샷 영역의 중첩 상태를 외부의 계측기 등을 사용하여 계측한다. 이 상태에서의 위치 어긋남 양을 ΔXi로 한다. 기울기 C는 아래의 수학식 3으로 나타낸 바와 같이 계산될 수 있다. 수학식 3에서, ΔXi는 임프린트된 패턴과 기판(5)상의 샷 영역 간의 X 방향에 있어서의 위치 어긋남 양이다. ZI는 임프린트 처리가 수행될 때의 임프린트 헤드의 Z 위치이며, Z0은 스코프(13)에 의한 계측 수행시의 임프린트 헤드의 Z 위치이다. (ZI-Z0)는 계측 및 임프린트 처리가 수행될 때의 임프린트 헤드와 기판(5) 간의 수직 방향으로의 간격이다.

[수학식 3]

C = △Xi/(ZI - Z0)

그 그래프가 도 5c에 도시되어 있다. 계측점의 수가 둘뿐이므로, 예를 들어, 복수의 샷 영역의 평균값을 사용하여 계측 정밀도를 향상시킬 필요가 있다.

전술한 설명은 임프린트 헤드의 Z 구동 방향이 기계적으로 결정된다는 전제를 기반으로 하였다. 그러나, 실제로는 Z 구동을 나노미터의 오더(nanometer order)로 기계적으로 안정시키는 것은 어렵다. 특히, 글로벌 정렬 방법에 있어서, 임프린트 헤드의 Z 구동 방향이 변동하면, 오버레이 정밀도가 즉시 저하된다. 그러므로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 임프린트 헤드에 X방향, Y방향, 및 회전 방향의 위치 어긋남을 계측하는 간섭계(16)가 부착될 수 있다. 간섭계(16)에 의해 임프린트 헤드의 X방향, Y방향, 및 회전 방향의 위치를 계측한다. 간섭계는, 임프린트 헤드의 측면의 계측 대상면에 대해서 X방향으로 광을 출사하고 계측 대상면에서 반사된 광을 수광함으로써 임프린트 헤드의 기판 스테이지(6)에 대한 X방향에 있어서의 상대 위치를 계측하는 위치 계측기를 구성한다. 간섭계 대신에 인코더를 사용할 수도 있다. 간략한 예시를 위해, 도 2b에는 X방향의 간섭계(16)만이 도시되어 있다. 기판 스테이지(6)의 위치를 계측하는 간섭계(15)는 간섭계(16)의 기준과 동일한 기준에 기초하여 계측을 수행하는 것이 바람직하다. 간섭계(16)의 계측 대상면(25)은 임프린트 헤드에 탑재되어 있다. 마찬가지로, 간섭계(15)의 계측 대상면(24)은 기판 스테이지(6)에 탑재되어 있다. 계측 대상면(24 및 25)은 반사 미러이다. 즉, 임프린트 헤드의 X방향, Y방향, 및 회전 방향의 위치를 기계적으로 보증하는 것은 아니며, 변동된 양을 정확하게 계측하고 기판 스테이지(6)를 구동함으로써 보정한다. 이러한 구성에서, 임프린트 헤드의 Z 구동 방향은 기계적으로 결정된 방향은 아니며, 임프린트 헤드에 부착된 간섭계(16)의 계측 대상인 대상면(25)의 경사에 의존하게 된다. 간섭계(15 및 16)는, 몰드 홀더(4) 및 기판 스테이지(6)의 위치를 그들의 측면을 통해 계측하는 위치 계측기를 구성한다.

이하, 이러한 현상에 대해 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명할 것이다. 스코프(13)의 광축(22)은 Z축에 대해서 직선형이라고 가정한다. 또한, 임프린트 헤드의 구동축도 Z축 방향에 있다고 가정한다. 게다가, 임프린트 헤드의 X방향의 위치를 계측하는 간섭계(16)에 의해 계측될 대상면(25)이 Z축에 대해서 일정한 기울기를 갖고 있다고 가정한다. 이 상태에서, 임프린트 처리를 수행하기 위해 임프린트 헤드가 Z 구동을 수행한다. 그러므로, 간섭계(16)의 계측값은 대상면(25)의 기울기와 임프린트 헤드의 Z 구동량의 곱에 상당하는 오차 ΔXi를 포함한다. 임프린트 장치의 제어기(9)는 오차 ΔXi를 기판 스테이지 제어계에 공급하고, ΔXi만큼 기판 스테이지를 구동하여 기판 스테이지(6)를 보정한다. 기판 스테이지(6)의 보정 구동은 본래 오버레이 정밀도의 저하를 막기 위한 보정 구동이다. 그러나, 임프린트 헤드의 X방향의 위치를 계측하는 간섭계(16)의 오차 ΔXi에 대해서는 오버레이를 손상시키는 방향으로 보정을 수행한다. 임프린트 헤드의 구동축이 Z축에 대해서 기울기를 갖고 있는 경우, 임프린트 헤드의 X방향 위치를 계측하는 간섭계(16)에 의해, 이와 같은 X방향의 어긋남 양을 정확하게 계측한다. 따라서, 임프린트 헤드의 구동축의 기울기로 인한 X방향의 위치 어긋남 양은 기판 스테이지(6)의 보정 구동에 정확하게 반영될 수 있다. 간섭계(16)에 의해 임프린트 헤드의 X방향의 위치를 계측하는 구성에서, 임프린트 헤드의 구동 방향 자체는 문제가 되지 않으며, X방향에 있어서의 위치 어긋남은 전적으로 간섭계(16)가 계측할 대상면(25)의 기울기로 인한 위치 어긋남이다. 따라서, 이 경우, 기울기 C는 간섭계(16)가 계측할 대상면(25)에 대한 스코프(13)의 광축(22)의 기울기를 나타낸다. 기판 스테이지(6)의 보정 구동은 간섭계(16)의 값을 사용하여 수행되기 때문에, 간섭계(16)의 값만 보정하면 된다.

임프린트 헤드를 경사시킨 성분도 역시 간섭계(16)에 의해 계측될 대상면(25)을 경사시킨다는 것을 주목하여야 한다. 도 7a는 스코프(13)의 광축(22), 임프린트 헤드의 구동축, 및 간섭계(16)에 의해 계측될 대상면(25) 모두가 Z축에 평행인 상태를 도시한다. 즉, 이 상태는, 기울기 C가 0이어서, 기판 스테이지(6)의 어떠한 보정 구동 없이도 임프린팅을 정확하게 수행할 수 있는 이상적인 상태이다. 이 상태에서 임프린트 헤드에 몰드(3)를 탑재한다. 몰드(3)의 표면이 기판(5)의 표면에 대해 경사진 상태에서 임프린트 헤드에 몰드(3)를 장착하는 경우를 가정한다. 이 상태에서 임프린트 헤드를 Z 구동하여 임프린트 처리를 수행하면, 몰드(3)의 단면이 기판(5)에 접하게 된다. 이 때문에 몰드(3)의 경사를 보정하기 위해 임프린트 헤드를 경사시킬 필요가 있다. 따라서, 예를 들어, 몰드(3)의 표면을 계측하는 간섭계(도시되지 않음)를 사용하여 몰드(3)의 표면 경사를 계측하고, 임프린트 헤드를 경사시킴으로써 몰드(3)의 표면과 기판(5)의 표면을 서로 평행하게 한다(도 7b). 이 상태에서, 스코프(13)에 의해 몰드 마크 및 기판 마크를 계측하고, 몰드(3)의 위치가 기판(5)상의 샷 영역의 위치와 일치하고 있음을 확인한다. 그 후, 임프린트 헤드를 Z 구동하여 임프린트 처리를 수행한다(도 7c). 임프린트 헤드가 경사지면, 임프린트 헤드의 X 위치를 계측하는 간섭계(16)가 계측할 대상면(25)은 경사 성분을 갖게 된다. 이 상태에서 임프린트 헤드를 Z 구동하면, 간섭계(16)는 도 6b와 같은 방식으로 ΔXi만큼 X방향의 오차를 갖게 된다. 도 6b와 마찬가지로, 기판 스테이지(6)가 잘못된 보정 구동을 수행하기 때문에, 임프린트된 패턴은 기판(5)상의 샷 영역의 위치로부터 ΔXi만큼 어긋나게 된다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 간섭계(16)가 계측할 대상면(25)이 초기에 경사 성분을 갖고 있는 경우, 이 경사 성분을 계측할 수 있으므로, 제어기(9)에 의해 이 경사 성분으로 인한 위치 어긋남을 보정하여 보다 정확한 오버레이를 성취할 수 있다. 그러나, 도 7a에 도시된 바와 같이, 임프린트 헤드의 경사 성분은 기울기 C를 계산한 후에 발생되는 성분이다. 따라서, 기울기 C 외에 이 경사량을 포함시킬 필요가 있다. 아래의 수학식 4는 이와 같은 임프린트 헤드의 경사 성분을 포함한다. 수학식 4에서, CI는 임프린트 헤드의 경사량이다.

[수학식 4]

△X(Z) = △X(Z0) + (C + CI) × (Z - Z0)

전술한 바와 같이, 임프린트 헤드의 경사량을 추가함으로써 임프린트 헤드의 Z 구동으로 인한 오차를 보정하여, 양호한 오버레이를 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시 타이밍에 관하여 설명할 것이다. 몰드(3)와 기판(5) 간의 위치 어긋남은 통상 임프린팅시에 항상 보정된다. 임프린트 헤드 또는 기판 스테이지(6)의 구동축에 대한 스코프(13)의 광축(22)의 기울기 C는 통상 임프린트 장치를 기동 혹은 재기동할 때 획득된다. 이것은 획득된 기울기 C의 값이 변동하지 않는다는 전제를 기반으로 한다. 즉, 스코프(13)의 광축의 기울기와 임프린트 헤드의 Z 구동 방향의 기울기가 모두 안정되어 있어야 한다. 그러나, 이와 같은 기계적 상태는 시간의 경과에 따라 변동될 가능성이 높다. 또한, 이러한 기계적 상태는 종종 장치의 상태에 따라서 변동된다. 기울기 C가 시간의 경과에 따라 변동되는 경우, 기울기 C를 주기적으로 다시 획득할 필요가 있다. 기울기 C가 장치의 상태에 따라서 변동되는 경우, 장치의 상태가 변동될 때 기울기 C를 다시 획득한다.

스코프(13)는 통상 샷 영역의 기판 마크의 위치에 따라 X 및 Y 방향으로 이동할 수 있도록 구동축을 갖고 있다. 즉, 크기가 서로 다른 샷 영역들에 대해 임프린트 처리를 수행할 경우, 기판 마크들의 위치도 상이하게 된다. 그러므로, 기판 마크의 위치에 따라 스코프(13)의 위치를 X 및 Y 방향으로 구동하여, 기판 마크가 스코프(13)의 시야에 들어오도록 한다. 또한, 다이 바이 다이 정렬 방법에서 기판(5)의 주변에 존재하는 샷 영역과 같이 부분적으로 결여된(partially chipped) 샷 영역에 대해 임프린트 처리를 수행할 경우, 결여되지 않은(unchipped) 샷 영역에서 사용되는 기판 마크가 존재하지 않는 경우가 있다. 이러한 경우, 샷 영역 내 다른 기판 마크가 사용된다. 이 경우에도, 스코프(13)를 새로 사용하고자 하는 기판 마크의 위치로 이동시킬 필요가 있다. 이와 같이 스코프(13)를 이동하면, 스코프(13)의 광축의 기울기가 이동 전후에 변동할 수 있다. 따라서, 스코프(13)를 이동할 때 기울기 C를 다시 계측할 수 있다.

마찬가지로, 임프린트 헤드의 원점 찾기(origin seek)를 수행한 경우, 예를 들어, 장치의 전원을 넣거나 또는 리셋한 경우, 임프린트 헤드의 구동축의 기울기가 변동할 가능성이 높다. 이해를 쉽게 하기 위해, 임프린트 헤드의 X 및 Y 위치를 계측하는 간섭계가 존재하는 경우를 가정한다. 장치의 전원을 넣은 직후, 임프린트 헤드의 원점 찾기를 수행한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 임프린트 헤드가 경사진 상태를 임프린트 헤드의 경사 원점으로서 사용한 경우를 가정한다. 이 경우, 도 7a 및 도 7b와 같은 방식으로, 몰드(3)와 기판(5)의 표면을 서로 평행하게 하기 위해 임프린트 헤드의 경사 구동을 수행한다. 임프린트 헤드의 경사 구동을 수행하는 구동 기구는 제3 구동 기구를 구성한다. 임프린트의 경사 구동을 수행한 후 도 8b에 도시된 상태에서 임프린팅을 수행한다. 스코프(13)의 광축 및 간섭계(16)가 계측할 대상면(25)이 Z축에 대해 평행하면, 오버레이 정밀도는 외관상으로는 저하하지 않는다. 그러나, 수학식 4를 사용한 경우, 도 8c에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지(6)가 임프린트 헤드의 경사량에 해당하는 양만큼 추가 보정 구동을 수행하여, 정확한 오버레이를 성취할 수 없게 된다. 즉, 몰드(3)의 위치가 기판(5)상의 샷 영역의 위치와 일치하므로, ΔX(Z0)=0, C=0, 및 임프린팅시의 Z 위치인 Z=ZI를 수학식 4에 대입함으로써, 수학식 4는 아래의 수학식 5로 변형되어, ΔXi만큼 오차가 발생한다.

[수학식 5]

△Xi = △X(ZI) = CI × (ZI - Z0)

도 8c에서 CI는 외관상 0이지만, 임프린트 헤드의 경사각 CI는 임프린트 헤드의 경사 원점(초기의 경사각)으로부터의 경사량(경사각)이다. 따라서, 도 8a에 도시된 바와 같이 임프린트 헤드의 경사 원점이 어긋나 있는 경우, 도 8c에서 CI는 미리 결정된 값을 갖게 된다. 이 때문에, ΔXi는 0이 아니며, 기판 스테이지(6)는 추가 보정 구동을 수행하게 된다.

따라서, 임프린트 헤드의 경사 원점을 추가하여 수학식 4를 다시 쓰면 수학식 6이 얻어진다.

[수학식 6]

△X(Z) = △X(Z0) + (C + {CI - C0}) × (Z - Z0)

여기서, C0은 임프린트 헤드의 원점 찾기 수행 후의 경사량이고, CI는 임프린트 헤드의 원점을 기준으로 한 구동량이다.

따라서, 임프린트 헤드의 경사 원점 C0을 얻을 필요가 있다. 한가지 방법은 기울기 C를 다시 계산하는 것이다. 즉, 새로운 기울기 C'가 계측되면, 수학식 4는 아래의 수학식 7과 같이 된다.

[수학식 7]

△X(Z) = △X(Z0) + (C' + CI) × (Z - Z0)

여기서 C' = C - C0이다.

즉, 새로운 기울기 C'는 임프린트 헤드의 경사 원점의 어긋남을 포함한다. 새로운 기울기 C'가 계산되면, 기울기 C는 알고 있기 때문에 C0, 즉, 임프린트 헤드의 경사 원점의 어긋남을 알게 된다. 보다 상세히 설명하면, 예를 들어, 장치의 기동시나 리셋시, 임프린트 헤드의 경사 원점이 변동하는 타이밍에 임프린트 헤드의 원점 찾기를 수행한 경우, 새로운 기울기 C'를 계산함으로써 높은 오버레이 정밀도를 얻을 수 있다.

전술한 설명에서는, 기판 마크가 형성된 기판이 사용되었다. 그러나, 기울기 C를 빈번히 계산할 경우, 기판 스테이지(6) 상에 스코프(13)가 계측할 마크를 배치해 두는 것이 바람직하다. 임프린트 헤드의 경사 개념을 이해하기 쉽도록, 도 2b에 도시된 바와 같은 간섭계(16)를 포함하는 구성에 대해 설명하였음을 주목한다. 그러나, 간섭계(16)가 없는 경우에도 그 처리는 완전히 동일하다.

앞에서는 임프린트 헤드의 Z 구동에 있어서의 X방향의 위치 어긋남 보정에 관해 설명하였다. 이는 Y방향의 보정에 대해서도 동일하게 적용된다. 또한, 복수의 스코프(13)를 사용하여 몰드(3)와 기판(5)상의 샷 영역 간의 형상 차와 회전을 보정할 경우, 이러한 인자들은 복수개의 마크의 X방향의 위치 어긋남 및 Y방향의 위치 어긋남으로부터 얻어지는 양이다. 샷 영역의 형상은 기판 스테이지(6)를 이동하여 보정될 수 없기 때문에, (도 1에 도시된) 패턴 표면의 치수를 보정하는 보정 기구(11)를 사용한다. 이에 대해서는 도 10a를 참조하여 설명할 것이다. X방향의 위치를 계측하기 위해 두 개의 스코프(13)(제1 및 제2 스코프)를 준비함으로써, 샷 영역의 X방향의 배율 또한 계측할 수 있다. 이러한 두 개의 스코프(13)의 광축(22)의 기울기가 같으면, 임프린트 헤드의 Z 위치에 의존한 ΔX의 오차가 나타난다. 그러나, 도 10a에 도시된 바와 같이, 두 개의 스코프(13)의 기울기가 다를 경우, 보정 기구(11)에 의해 몰드(3)의 패턴 표면의 치수를 줄이지 않는 한, 두 개의 스코프(13)에 의해 몰드 마크와 기판 마크가 일치하도록 하는 계측을 수행하지 않는다.

그러나, 이 상태에서 임프린트 헤드를 Z 구동하여 임프린팅을 수행하면, 도 10b에 도시된 바와 같이, 기판(5)상의 샷 영역보다 작은 패턴을 임프린트하게 된다. 따라서, 각 스코프(13)의 광축의 기울기를 계산하고, 또한 모든 스코프(13)의 기울기에 기초하여 임프린팅시의 X 및 Y 어긋남, 회전, 및 배율(샷 영역의 형상)을 계산하여 보정한다. 도 10a에 도시된 예에서, 두 개의 스코프(13)의 광축의 기울기는 다르므로, 임프린트 헤드의 Z 위치에 따라서 배율 오차가 발생한다. 따라서, 수학식 4와 같은 방식으로, 임프린트 헤드의 Z 위치에 따라 배율을 보정하면 된다. 즉, 스코프(13)의 수가 2인 경우, 두 개의 스코프(13)의 광축의 기울기의 평균값이 X의 어긋남 양의 기울기로 되며, 이들 둘의 기울기 차가 배율의 기울기로 된다. 이는 다른 성분도 동일하게 적용되며, 스코프(13)의 수가 증가함에 따라 몰드(3)의 보정 가능한 형상의 수도 증가하게 된다. 예를 들어, 몰드(3)의 네 코너에 X방향 및 Y방향의 몰드 마크를 형성한 경우, X방향, Y방향, 및 회전 방향의 오차를 보정하고, 평행 사변형이나 사다리꼴의 형상을 갖는 샷 영역을 처리할 수 있다. 일반적으로, X방향, Y방향, 및 회전 방향의 오차는 기판 스테이지(6)를 이동함으로써 보정되고, 형상의 오차는 보정 기구(11)를 구동함으로써 보정된다. 그러나, X방향, Y방향, 및 회전 방향의 오차 역시 보정 기구(11)를 사용하여 몰드(3)의 위치를 이동함으로써 보정될 수 있다. 임프린트 헤드 자체가, 보정기구(11) 외에, X방향, Y방향, 및 회전 방향의 구동 기구를 포함한 경우, 이러한 보정 기구들을 사용하여 보정을 수행할 수도 있다. 이하, 임프린트 장치에 의해 수행되는 임프린트 처리에 있어서의 각 정렬 방법에 대해 설명할 것이다.

[제1 실시예]

이하, 제1 실시예로서, 스코프(13)를 사용한 글로벌 정렬 방법을 설명할 것이다. 글로벌 정렬 방법에 있어서, 기판(5)상의 복수의 샘플 샷 영역의 위치를 계측함으로써 기판(5) 전체의 샷 영역의 배열을 계산하고, 이 계산에서 사용된 기준은 기판 스테이지(6)의 위치 기준이다. 따라서, 기판 스테이지(6)의 위치 계측에는 높은 정밀도가 요구된다. 이 때문에, 일반적인 접근법에서는 도 2b에 도시된 바와 같은 간섭계(15)를 사용하여 기판 스테이지(6)의 위치를 계측한다. 또한, 글로벌 정렬 방법에 의해 샘플 샷 영역을 계측한 후에, 임프린트 헤드의 위치가 X 및 Y방향으로 어긋나면 오버레이가 저하된다. 따라서, 간섭계(16)를 사용하여 임프린트 헤드의 X 방향, Y방향, 및 회전 방향의 위치 어긋남을 계측하는 것이 바람직하다. 간섭계(16)에 의해 계측된 임프린트 헤드의 위치 정보는 제어기(9)에 공급되고, 제어기(9)는 기판 스테이지(6)의 위치를 보정함으로써, 보다 정확한 오버레이를 성취할 수 있다.

기판 스테이지(6)에 기판(5)이 탑재되면, 스코프(13)에 의한 글로벌 정렬 계측에 의해 기판(5)상의 샷 영역의 배열이 계측된다. 이러한 처리에서, 몰드(3)와 기판(5)은 그 사이에 수십 ㎛ 정도의 간격을 두고서 비접촉 상태로 계측된다. 이러한 계측은 샘플 샷 영역에 대해 수행된다. 이 정보를 기반으로 하여, 기판(5)상의 샷 영역의 배열을 계산한다. 그 후, 실제로 임프린팅을 수행할 경우, 이전의 샷 영역의 배열 정보에 기초하여 임프린트 대상의 샷 영역(17)의 위치를 계산하고, 대상 샷 영역이 임프린트 위치에 오도록 기판 스테이지(6)를 이동시킨다. 기판 스테이지(6)가 목표 위치에 도달하면, 임프린트 헤드가 Z방향으로 구동되고 몰드(3)를 레지스트(18)에 대고 가압한다. 레지스트(18)는 임프린팅 직전에 도포될 수 있거나, 또는 미리 기판(5) 전체에 도포될 수 있다. 몰드(3)를 레지스트(18)에 대고 가압하면, 몰드(3)의 패턴에 레지스트(18)가 충전된 후에 광을 조사해서 레지스트(18)를 경화시킨다. 그 후, 임프린트 헤드를 Z 방향 상방으로 구동하여 몰드(3)를 기판(5)에서 떼어낸다. 기판(5)상의 모든 샷 영역에 대해 전술한 일련의 동작을 수행한다. 도 2c에는 임프린트된 상태가 도시되어 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 스코프(13)의 광축(22)과 간섭계(16)가 계측할 대상면(25) 사이에는 통상 기울기의 차가 존재한다. 편의상, 도 6a에는 스코프(13)의 광축(22)이 Z축에 대해 평행하고, 간섭계(16)의 계측 대상면(25)이 Z축에 대해 기울어져 있는 상태가 도시되어 있다. 이러한 기울기는 정확한 오버레이를 막는 요인이 된다. 따라서, 그들 간의 기울기의 차를 계산하고 보정할 필요가 있다. 글로벌 정렬 방법에서는, 간섭계(16)의 계측값을 보정한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 몰드(3)의 표면 또는 기판(5)의 표면이 기울어져 있는 경우, 몰드(3)와 기판(5)의 표면을 평행하게 하기 위해 임프린트 헤드의 경사 구동을 수행할 필요가 있다. 이러한 처리에서, 간섭계(16)의 계측 대상면(25)도 기울어지게 되므로, 간섭계(16)가 오차를 갖게 된다. 따라서, 이와 같은 임프린트 헤드의 경사량을 포함하여 보정을 수행하여야 한다. 일반적인 임프린트 장치는 임프린트 헤드가 Z 구동을 수행하는 기구를 갖는다. 그러나, 기판 스테이지(6)에 의해 Z 구동을 수행함으로써 임프린팅을 수행하는 기구를 사용하는 것도 또한 가능하다. 장치를 통해 주어진 롯트(lot)를 처리할 경우, 통상 사전에 롯트를 공급하여 검사를 수행한다. 따라서, 이와 같이 사전에 롯트를 검사하는 단계에서, 실제로 임프린팅을 수행하고, 그 검사에서 얻은 오버레이 정밀도의 값을 사용하여 임프린트 헤드의 경사량을 계산하는 것이 가능하다. 즉, 기울기 C는 스코프(13)에 의해 마크를 계측할 때의 어긋남 양과 임프린팅을 수행할 때의 어긋남 양 간의 차로부터, 그리고 임프린트 헤드의 Z방향 이동량으로부터 계산될 수 있다. 또한, 글로벌 정렬 계측 동안에, 샷 영역 내의 복수의 점을 계측하고, 또 샷 영역의 왜곡을 계산하고 보정하는 것도 가능하다. 복수의 스코프(13)를 통해 복수의 마크를 계측할 경우, 임프린트 헤드의 Z 구동에 있어서의 임프린트 위치의 어긋남뿐 아니라, 임프린트되는 패턴의 형상도 보정할 수 있다. 일례로서, 도 10a는 두 개의 스코프(13)를 사용한 경우 임프린팅시에 배율 오차가 발생한 모습을 도시하고 있다. 본 발명은 이와 같은 배율 오차도 정확하게 보정할 수 있다.

기울기 C는 장치를 조정할 때 획득되지만, 장치의 상태가 변동할 가능성이 있는 경우에 기울기 C를 획득하는 것이 바람직하다. 즉, 롯트가 변할 때 몰드(3)와 기판(5)상의 마크의 위치가 변하면, 스코프(13)의 위치도 그 마크 위치에 따라 변경되어야 한다. 또한, 임프린트 헤드의 위치를 계측하는 간섭계(16)의 원점 찾기를 수행한 경우, 스코프(13)의 광축(22)과 간섭계(16)의 계측 대상면(25) 간의 기울기의 관계가 변할 수 있다. 이와 같은 경우, 기울기 C를 다시 계산하는 것이 바람직하다.

[제2 실시예]

제1 실시예에서는, 글로벌 정렬을 사용한 임프린팅에 대해 설명하였다. 본 발명은 또한 다이 바이 다이 정렬 방법을 사용한 임프린팅에도 적용가능하다.

다이 바이 다이 정렬 방법을 사용한 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이, 일반적인 접근법은 임프린팅 직전에 스코프(13)를 사용하여 기판(5)상의 샷 영역과 몰드(3)를 정렬하는 것이다. 몰드(3)의 마크가 기판(5) 상의 샷 영역의 마크와 일치함을 스코프(13)가 검출하도록 기판 스테이지(6)를 이동시킨다. 이 상태에서, 임프린팅을 수행하면, 샷 영역 상에 몰드(3)의 패턴을 중첩시킬 수 있다. 스코프(13)에 의해 임프린트 헤드의 기계적 위치 어긋남을 계측할 수 있으므로, 글로벌 정렬 방법에서 사용된 간섭계(16)는 불필요하다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 스코프(13)와 임프린트 헤드의 Z 구동 방향이 모두 기울기를 갖고 있는 경우, 스코프(13)를 사용하여 정렬을 수행한 후 임프린팅을 수행할 경우에도 임프린트된 패턴은 기판(5)상의 샷 영역과 어긋나게 된다. 이것이 정확한 오버레이를 막는 요인이 된다. 샷 영역 내의 형상을 보정할 경우, 복수의 스코프(13)를 준비하고, 이들 스코프(13)의 기울기를 획득한다. 물론, 간섭계(16)는 필수는 아니지만 이를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 도 3a에 도시된 바와 같은 임프린트 헤드의 Z 구동 방향이 기계적 요인에 의해 결정되어 어느 정도 변동될 수 있기 때문이다. 도 2b에 도시된 바와 같은 구성은 임프린트 헤드의 Z 구동 방향에 영향을 받지 않으므로, 기울기 C는 간섭계(16)의 계측 대상면(25)과 스코프(13)의 광축 간의 관계로부터 얻어진다.

다이 바이 다이 정렬 방법에 있어서, 기판(5)의 주변에 위치하는 부분적으로 결여된 샷 영역에는 일부 기판 마크가 사용될 수 없다. 이 경우에는, 스코프(13)를 구동하여 다른 기판 마크가 계측되어야 한다. 그러나, 스코프(13)가 구동되면, 스코프(13)의 광축(22)이 변동할 수 있다. 따라서, 기울기 C를 다시 획득하는 것이 바람직하다. 기판(5) 주변의 샷 영역이 균일하게 결여되어 있지 않아, 종종 각 샷 영역마다 스코프(13)를 구동할 필요가 있다는 것에 주목한다. 스코프(13)를 구동할 때마다 기울기 C를 다시 획득하려면 장시간이 걸리므로, 예를 들어, 기판(5) 주변의 샷 영역에 대해서는 결여되지 않은 샷 영역에 대한 임프린팅을 완료한 후에 임프린팅을 수행하는 것이 필요하다. 그 이외에 대해서는 글로벌 정렬 방법과 동일하므로, 상세 설명은 생략할 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 임프린트 장치는 글로벌 정렬 방법 또는 다이 바이 다이 정렬 방법의 사용 여부와 상관없이 보다 정확한 오버레이를 성취하고 생산성을 향상시킨다.

[물품 제조 방법의 실시예]

물품으로서의 디바이스(예를 들어, 반도체 집적 회로 소자 또는 액정 표시 소자 등)의 제조 방법은 전술한 임프린트 장치를 사용하여 기판(웨이퍼, 글라스 플레이트, 또는 필름 형상 기판)(5)에 패턴을 전사(형성)하는 단계를 포함한다. 본 제조 방법은 패턴이 전사된 기판(5)을 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다. 패턴화된 매체(기록 매체) 또는 광학 소자 등의 다른 물품을 제조할 경우, 본 제조 방법은 에칭 단계 대신 패턴이 전사된 기판(5)을 처리하는 다른 단계를 포함할 수 있음을 주목한다. 본 실시예의 물품 제조 방법은 물품의 성능, 품질, 생산성, 및 생산 비용 중 하나 이상에서 종래의 방법보다 우수하다.

본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 한정되는 것이 아님은 물론이다. 다음의 특허청구범위의 범주는 그러한 모든 변형과 등가의 구조 및 특징을 포함하도록 가장 광범위한 해석과 일치할 것이다.

Claims

몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트 재료를 성형함으로써 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 장치로서,
상기 몰드를 유지하도록 구성된 몰드 홀더;
상기 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더;
상기 몰드 홀더와 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 구동축을 따라 이동시키는 제1 이동을 수행함으로써, 상기 제1 이동에 의해 상기 몰드와 상기 임프린트 재료가 서로 접하게끔 하도록 구성된 제1 구동 기구;
상기 구동축과 교차하는 방향으로 상기 몰드 홀더와 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 이동시키는 제2 이동을 수행함으로써, 상기 제2 이동에 의해 상기 기판과 상기 몰드가 서로 정렬되게끔 하도록 구성된 제2 구동 기구;
상기 몰드와 상기 임프린트 재료가 서로 접하지 않는 상태에서 상기 몰드 상에 형성된 몰드 마크와 상기 기판 상에 형성된 기판 마크를 상기 몰드를 통해 검출하는 스코프를 포함하고, 상기 몰드 마크와 상기 기판 마크 간의 상대 위치를 계측하도록 구성된 계측기; 및
상기 몰드 홀더와 상기 기판 홀더 중 하나 이상의 상기 구동축을 따르는 이동량과, 상기 몰드 마크와 상기 기판 마크 간의 상대 위치의 변화 간의 관계의 정보, 상기 이동량의 정보, 및 상기 계측기에 의해 얻은 상기 상대 위치의 정보에 기초하여 상기 제2 구동 기구를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 구동축에 대한 상기 스코프의 광축의 기울기 정보를 상기 관계의 정보로서 사용하도록 구성된, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 구동 기구에 의해 이동되는 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상의 위치를, 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상의 측면을 통해, 계측하도록 구성된 위치 계측기를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 측면에 대한 상기 스코프의 광축의 기울기 정보를 상기 관계의 정보로서 사용하도록 구성된, 임프린트 장치.
제3항에 있어서,
상기 몰드의 표면과 상기 기판의 표면이 서로 평행하도록 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 경사시키도록 구성된 제3 구동 기구를 더 포함하고,
상기 기울기 정보는 상기 제3 구동 기구에 의해 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 경사시킨 후의 상기 측면에 대한 상기 스코프의 광축의 기울기 정보인, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상의 상기 구동축을 따르는 이동량의 정보, 및 상기 이동량에 상당하는, 상기 몰드 마크와 상기 기판 마크 간의 상대 위치의 변화 정보에 기초하여, 상기 관계의 정보를 얻도록 구성된, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 몰드 홀더 및 상기 기판 홀더 중 하나 이상의 상기 구동축을 따르는 이동량의 정보, 및 상기 이동량에 상당하는, 상기 패턴과 상기 기판 간의 상대 위치의 정보에 기초하여, 상기 관계의 정보를 얻도록 구성된, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 임프린트 장치가 기동하거나 상기 스코프가 이동한 경우 상기 관계의 정보를 얻도록 구성된, 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 몰드의 치수를 보정하도록 구성된 보정 기구를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 몰드 마크 및 상기 기판 마크의 복수의 쌍들 각각에 대한 상기 관계의 정보, 상기 이동량의 정보, 및 상기 계측기에 의해 얻은 상기 몰드 마크 및 상기 기판 마크의 상기 복수의 쌍들 각각에 대한 상대 위치의 정보에 기초하여 상기 보정 기구를 제어하도록 구성된, 임프린트 장치.
제8항에 있어서,
상기 계측기는 복수의 상기 스코프를 포함하고, 상기 복수의 스코프는 상기 몰드 마크 및 상기 기판 마크의 상기 복수의 쌍들을 각각 검출하도록 구성된, 임프린트 장치.
물품의 제조 방법으로서,
임프린트 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 패턴이 형성된 기판을 가공하여 상기 물품을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 임프린트 장치는, 몰드를 사용하여 상기 기판 상에 임프린트 재료를 성형함으로써 상기 기판 상에 상기 패턴을 형성하고,
상기 몰드를 유지하도록 구성된 몰드 홀더;
상기 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더;
상기 몰드 홀더와 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 구동축을 따라 이동시키는 제1 이동을 수행함으로써, 상기 제1 이동에 의해 상기 몰드와 상기 임프린트 재료가 서로 접하게끔 하도록 구성된 제1 구동 기구;
상기 구동축과 교차하는 방향으로 상기 몰드 홀더와 상기 기판 홀더 중 하나 이상을 이동시키는 제2 이동을 수행함으로써, 상기 제2 이동에 의해 상기 기판과 상기 몰드가 서로 정렬되게끔 하도록 구성된 제2 구동 기구;
상기 몰드와 상기 임프린트 재료가 서로 접하지 않는 상태에서 상기 몰드 상에 형성된 몰드 마크와 상기 기판 상에 형성된 기판 마크를 상기 몰드를 통해 검출하는 스코프를 포함하고, 상기 몰드 마크와 상기 기판 마크 간의 상대 위치를 계측하도록 구성된 계측기; 및
상기 몰드 홀더와 상기 기판 홀더 중 하나 이상의 상기 구동축을 따르는 이동량과, 상기 몰드 마크와 상기 기판 마크 간의 상대 위치의 변화 간의 관계의 정보, 상기 이동량의 정보, 및 상기 계측기에 의해 얻은 상기 상대 위치의 정보에 기초하여 상기 제2 구동 기구를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 물품의 제조 방법.