KR101045434B1 - 얼라인먼트방법, 임프린트방법, 얼라인먼트장치, 및 위치계측방법 - Google Patents

얼라인먼트방법, 임프린트방법, 얼라인먼트장치, 및 위치계측방법 Download PDF

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히데키 이나
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Abstract

2개의 판형상 물체의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트방법에 있어서, 제 1 얼라인먼트마크를 가지는 제 1 판형상 물체 및 제 2 얼라인먼트마크를 가지는 제 2 판형상 물체가 서로 대향하여 배치되어 있다. 제 1 영역 및 제 2 영역은 촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 상기 판형상 물체의 면내방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 얼라인먼트마크를 상기 촬상소자에 의해 촬상한다. 그리고, 상기 제 1 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 1 얼라이먼트마크의 어긋남에 관한 제 1 정보와 상기 제 2 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 2 얼라인먼트마크의 어긋남에 관한 제 2 정보를 사용하여 얼라인먼트 제어를 실시한다.

Description

얼라인먼트방법, 임프린트방법, 얼라인먼트장치, 및 위치계측방법{ALIGNMENT METH0D, IMPRINT METH0D, ALIGNMENT APPARATUS, AND P0SITI0N MEASUREMENT METH0D}
본 발명은 얼라인먼트방법, 임프린트방법, 얼라인먼트장치, 및 위치계측방법에 관한 것이다.
최근에, 예를 들면, 문헌 " Appl. Phys. Lett., Vol. 67, Issue 21 pp. 3114- 3116(1995)" 에 기재되어 있는 바와 같이, 몰드 상의 미세한 구조를 반도체, 유리, 수지재료나 금속 등의 워크(가공물)에 가압전사하는 미세가공 기술이 개발되어 주목을 끌고 있다. 수 나노미터 오더의 분해능을 가지기 때문에, 이 기술을 나노임프린트 또는 나노엠보싱 등으로 부른다. 반도체 제조에 부가하여, 이 기술은 3차원 구조를 웨이퍼 레벨에서 동시에 가공할 수 있다. 이 때문에, 상기 기술은 포토닉 크리스탈 등의 광학소자, μ-TAS (Micro Tota1 Ana1ysis System), 바이오 칩의 제조 기술 등으로서 폭넓은 분야에의 응용이 기대되고 있다.
이러한 나노임프린트, 예를 들면, 광임프린트 방식을 반도체 제조기술에 사용하는 경우에 대해서 이하에 설명한다.
우선, 기판(예를 들면 반도체 웨이퍼) 상에 광경화 수지의 수지층을 형성한 다. 다음에, 소망의 임프린트패턴이 형성된 몰드를 상기 수지층에 대해서 가압하고. 이어서 자외선을 조사하여 광경화 수지재료를 경화시킨다. 그 결과, 상기 수지층에 임프린트 구조가 전사된다. 다음에, 이 수지층을 마스크로서 에칭 등을 실시해서 기판에 소망의 구조가 형성되게 된다.
그런데, 상기 반도체 제조시에는, 몰드와 기판의 (위치)얼라인먼트가 필요하다. 예를 들면, 반도체의 프로세스 룰이 100nm 이하가 되는 이러한 현재 상황에 있어서, 장치에 기인하는 얼라인먼트 오차의 허용범위는 수nm 내지 수십nm라고 할 정도로 엄격하다.
이러한 얼라인먼트방법으로서, 예를 들면, 미국 특허 제 6696220호에서는 몰드와 기판을 수지를 개재한 상태에서 접촉시켜, 얼라인먼트를 실시하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서, 우선 기판에 형성되어 있는 얼라인먼트마크 이외의 기판의 부분에 광경화성 수지를 선택적으로 도포한다. 다음에, 기판을 몰드에 대향하는 위치로 이동시킨다. 이 상태에서, 몰드와 워크(광경화성 재료가 도포된 기판)의 거리를 단축해서 상기 얼라인먼트마크가 수지로 메워지지 않는 정도의 높이까지 접근시킨다. 상기 얼라인먼트 방법에 있어서, 이 상태에서 얼라인먼트를 행하고, 그 후 최종적인 가압을 실시한다. 이 방법에서, 얼라인먼트를 위한 광학계로서는 몰드의 얼라인먼트마크 부근의 얕은 초점심도 부분만을 관찰하는 방식이 채용되고 있다.
보다 구체적으로는, 몰드와 기판에 각각 형성된 마크를 색수차를 사용하여 하나의 촬상소자에 결상시킨다.
그러나, 실제로는 몰드와 기판의 반사율은 서로 다른 경우가 많다. 투과율이 높은 석영으로 이루어진 몰드에 형성된 마크와 반사율이 높은 실리콘으로 이루어진 기판에 형성된 마크가 수직방향으로 투영했을 때에 중첩되는 경우에는, 촬상 화상에 있어서의 몰드측의 마크가 기판측의 마크에 의해 광학적으로 봉쇄되는 경우가 있다
이러한 상태에 있어서, 몰드와 기판에 각각 형성되어 있는 얼라인먼트마크상을, 충분한 계조폭을 가지고 촬상할 수 없기 때문에, 높은 검출 분해능을 얻을 수 없는 경우가 있다.
상기 문제의 관점에서, 본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 해결할 수 있는얼라인먼트방법이나 임프린트 방법을 제공하는 것이다.
다른 본 발명의 목적은 상기 얼라인먼트방법 및 상기 임프린트방법을 수행할 수 있는 얼라인먼트장치 및 임프린트장치를 제공하는 것이다.
또 다른 본 발명의 목적은 2개의 물체의 상대적인 위치관계나, 2개의 물체간의 상대적인 이동량을 계측하기 위한 위치계측방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 광원 및 촬상소자를 사용해서 2개의 판형상 물체의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트방법으로서,
제 1 얼라인먼트마크를 가지는 제 1 판형상 물체 및 제 2 얼라인먼트마크를 가지는 제 2 판형상 물체를 서로 대향시켜 배치하는 공정;
촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에 제 1 영역 및 제 2 영역을 형성하는 공정;
상기 제 1 및 제 2 상기 판형상 물체의 면내방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 얼라인먼트마크를 상기 촬상소자에 의해 촬상하는 공정;
상기 제 1 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 1 얼라인먼트마크의 어긋남에 관한 제 1 정보와 상기 제 2 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 2 얼라인먼트마크의 어긋남에 관한 제 2 정보를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내방향의 위치를 서로 얼라인먼트하기 위한 얼라인먼트제어를 행하는 공정; 및
상기 얼라인먼트제어를 행하면서 갭을 감소시킴으로써 상기 갭이 3 ㎛ 이하가 되도록 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체 사이의 갭을 조정하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트방법을 제공한다.
상기 얼라인먼트방법에 있어서, 상기 촬상소자에 의해 촬상되는 상기 제 1 및 제 2 얼라인먼트마크의 상은 각각 콘트라스트가 조정되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 영역 및 제 2 영역이 동일한 면적을 가지게 하거나, 또는 촬상소자의 화소의 수를 동일하게 함으로써, 후속 공정에 있어서의 푸리에 변환 등의 신호처리를 실시하기 쉬워진다. 또, 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 높이에 기인한 배율변화에 따라서 상기 제1 및 제 2 영역에서 관측되는 화상의 배율 보정을 실시할 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 상기 얼라인먼트방법을 행하기 위한 얼라인먼트장치를 제공한다.
상기 얼라인먼트장치는 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 적어도 한쪽을 면내방향으로 움직이기 위한 제 1 가동수단; 및 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 적어도 한쪽을 면내방향과 수직방향으로 이동시키기 위한 제 2 가동수단을 구비한다.
본 발명의 제 3 측면에 의하면, 광원과 촬상소자를 사용하여 2개의 판형상 물체의 얼라인먼트를 행하여 상기 2개의 판형상 물체 중 한쪽의 판형상 물체가 가지는 임프린트 패턴을 다른쪽의 판형상 물체 또는 다른쪽의 판형상 물체 상의 패턴 형성층에 임프린트하는 임프린트방법으로서,
제 1 얼라인먼트마크를 가지는 제 1 판형상 물체인 몰드와 제 2 얼라이먼트 마크를 가지는 제 2 판형상 물체인 기판을 대향시켜 배치하는 공정;
촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에 제 1 및 제 2 영역을 형성하는 공정;
상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 얼라인먼트마크를 상기 촬상소자에 의해 검출하는 공정;
상기 제 1 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 1 얼라인먼트마크의 어긋남에 관한 제 1 정보와 상기 제 2 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 2 얼라인먼트마크의 어긋남에 관한 제 2 정보를 사용하여 상기 제 1 판형상 물체와 상기 제 2 판형상물체의 면내방향의 위치를 서로 얼라인먼트하기 위한 얼라인먼트제어를 실시하는 공정;
상기 제 2 판형상 물체인 기판, 또는 그 위에 형성되어 있는 패턴 형성층에 상기 제 1 판형상 물체인 몰드가 가지는 임프린트 패턴을 임프린트하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트방법을 제공한다.
본 발명의 제 4 측면에 의하면, 본 발명의 제 3 측면에 의한 임프린트방법을 행하는 임프린트장치를 제공한다. 상기 임프린트장치는 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 적어도 한쪽을 면내방향으로 이동시키기 위한 제 1 가동수단과, 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 적어도 한쪽을 면내방향과 수직인 방향으로 이동시키기 위한 제 2 가동수단을 구비한다.
본 발명의 제 5 측면에 의하면, 촬상소자를 사용하여 2개의 판형상 물체의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트방법으로서,
얼라인먼트마크로서 피치(P1)로 형성되는 제 1 주기구조를 가지는 제 1 판형상 물체와 얼라인먼트마크로서 피치(P2)로 형성되는 제 2 주기구조를 가지는 제 2 판형상 물체를 서로 대향시켜 배치하는 공정;
촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에, 제 1 및 제 2 영역을 형성하는 공정;
상기 촬상소자에 의해 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내 방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 주기구조를 각각 상기 제 1 및 제 2 영역 내에서 촬상하는 공정;
촬상된 상의 정보로부터 상기 제 1 및 제 2 주기구조에 각각 대응한 기본주파수를 추출하고, 상기 기본주파수들을 연산해서 모아레줄무늬 성분을 추출하고, 해당 모아레줄무늬 성분으로부터 얻어지는 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내 방향의 위치 어긋남에 관한 정보를 사용하여 상기 제 1 판형상 물체와 상기 제 2 판형상 물체의 면내 방향의 얼라인먼트를 행하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트방법을 제공한다.
본 발명의 제 6 측면에 의하면, 촬상소자를 사용하여 2개의 물체의 위치를 계측하는 위치계측방법을 제공한다. 상기 위치계측방법은:
얼라인먼트마크로서 피치(P1)로 형성되는 제 1 주기구조를 가지는 제 1 물체와 얼라인먼트마크로서 피치(P2)로 형성되는 제 2 주기구조를 가지는 제 2 물체를 서로 대향시켜 배치하는 공정;
촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에, 제 1 및 제 2 영역을 형성하는 공정;
상기 촬상소자에 의해 제 1 및 제 2 물체의 면내 방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 주기구조를 각각 상기 제 1 및 제 2 영역 내에서 촬상하는 공정;
촬상된 상의 정보로부터 상기 제 1 및 제 2 주기구조에 각각 대응한 기본주파수를 추출하고, 상기 기본주파수들을 연산해서 모아레줄무늬 성분을 추출해서, 상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 면내 방향의 위치계측을 행하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치계측방법을 제공한다.
본 발명의 제 7 측면에 의하면, 수지재료를 경화시킴으로써 몰드의 가공면에 형성된 패턴을 기판의 표면에 형성된 수지재료 상에 전사하는 임프린트방법으로서,
상기 몰드에 형성되어 있는 얼라인먼트마크를 촬상소자에 의해 관찰할 때에, 해당 촬상소자에 입사하는 광의 파장이 해당 몰드와 기판 사이의 갭 또는 해당 얼라인먼트마크를 구성하는 부재의 두께에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 임프린트방법을 제공한다.
본 발명의 제 8 측면에 의하면, 촬상소자를 사용하여 2개의 부재의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트방법으로서,
제 1 얼라인먼트마크를 가지는 제 1 부재와 제 2 얼라인먼트마크를 가지는 제 2 부재를 서로 대향시켜 배치하는 공정;
촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 제 1 영역의 제 1 얼라인먼트마크에 관한 제 1 상정보를 얻는 공정;
촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 제 1 영역과는 다른 제 2 영역의 제 2 얼라인먼트마크에 관한 제 2 상정보를 얻는 공정;
상기 제 1 상정보 및 제 2 상정보의 연산을 행하는 공정; 및
상기 제 1 상정보 및 제 2 상정보를 사용하여 상기 2개의 부재의 얼라인먼트를 행하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트방법을 제공한다. 상기 얼라인먼트방법에 있어서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역이 서로 중첩되지 않은 부분에서 얻어진 제 1 상정보 및 제 2 상정보를 사용하여 상기 연산을 행한다.
본 발명의 제 9 측면에 의하면, 촬상소자를 사용하여, 2개의 판형상 물체의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트방법을 제공한다. 상기 얼라인먼트방법은:
얼라인먼트마크로서 피치(P1)로 형성되는 제 1 주기구조를 가지는 제 1 판형상 물체와 얼라인먼트마크로서 피치(P2)로 형성되는 제 2 주기구조를 가지는 제 2 판형상 물체를 서로 대향시켜 배치하는 공정;
촬상소자애 의해 관측되는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에, 제 1 및 제 2 영역을 형성하는 공정;
상기 촬상소자에 의해 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내 방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 주기구조를 각각 상기 제 1 및 제 2 영역 내에서 촬상하는 공정;
상기 촬상소자에 의해 촬상된 상으로부터 얻어진 상의 정보를 연산해서 제 1 및 제 2 판형상 물체 사이의 상대위치에 관한 위치정보를 얻는 공정; 및
상기 위치정보를 사용하여 면내 방향의 제 1 및 제 2 판형상 물체의 얼라인먼트를 행하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트방법을 제공한다.
본 발명의 이들 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부도면과 함께 주어진 다음의 본 발명의 바람직한 실시형태를 고려할 때에 한층 더 명백해질 것이다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명을 설명하기 위한 얼라인먼트마크 사이의 관계를 나타내는 개략도;
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명에 있어서 계측광학계를 설명하는 개략도로서, 도 2(a)는 광학소자에 의해 촬상소자의 각 위치에 도달하는 광을 조정하는 구성을 설명하는 도면, 도 2(b)는 광원측의 광학소자에 의해 촬상소자의 각 위치에 도달하 는 광을 조정하는 구성을 설명하는 도면;
도 (3a) 및 도 3(b)는 본 발명에 있어서 계측광학계를 설명하는 개략도로서, 도 (3a)는 광량제어장치에 의해 광을 조정하는 구성을 설명하는 도면; 도 3(b)는 회전식 셔터에 의해 광을 조정하는 구성을 설명하는 도면;
도 4(a) 내지 도 (4d)는 본 발명에 있어서 사용되는 마크를 설명하는 개략도로서, 도 4(a)는 몰드 마크, 도 4(b)는 기판 마크, 도 4(c)는 주기구조의 몰드 마크, 도 4(d)는 주기구조의 기판마크를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 몰드의 구성의 일례를 나타내는 개략도;
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명에 있어서 신호처리 방법을 설명하는 흐름도로서, 도 6(a)는 배율 보정이 없는 경우를 나타낸 흐름도, 도 6(b)는 배율보정이 있는 경우를 나타낸 흐름도;
도 7은 본 발명에 있어서 임프린트 방법을 실시하기 위한 임프린트장치의 구성의 실시예를 나타낸 개략도;
도 8은 촬상소자에 의해, 몰드와 기판에 형성되어 있는 얼라인먼트마크를 관찰했을 경우의 화상의 예를 나타낸 개략도;
도 9(a) 및 도 9(b)는 2개의 영역에 있어서의 격자형상을 나타낸 개략도;
도 10은 본 발명에 있어서 신호처리의 실시예를 설명하기 위한 개략도;
도 11은 위상의 어긋남을 설명하기 위한 개략도;
도 12(a) 내지 도 12(d)는 본 발명의 참조실시예 1에 있어서 기준기판을 사용한 몰드와 기판의 얼라인먼트방법을 설명하는 개략도로서, 도 12(a)는 기준기판 을 제 1 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면, 도 (12b)는 기준기판을 제 2 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면, 도 12(c)는 기판을 제 2 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면; 도 12(d)는 기판을 제 1 물체위치에 배치된 상태에서 관찰한 경우를 설명하는 도면;
도 13(a) 내지 도 13(c)는 참조실시예1에 있어서 기준기판의 구성을 설명하는 개략도;
도 14는 참조실시예1에 있어서 계측용 광학계를 설명하는 개략도;
도 15는 참조실시예1에 있어서 가공장치를 설명하는 개략도;
도 16(a) 내지 도 (16c)는 본 발명의 참조실시예 2에 있어서 몰드와 기판의 얼라인먼트방법을 설명하는 개략도면로서, 도 16(a)는 기준기판을 소정의 위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면, 도 16(b)는 기판을 제 2 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면, 도 16(c)는 기판을 제 1 물체위치에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면;
도 17(a) 내지 도 17(d)는 본 발명의 참조실시예 3에 의한 신호처리방법을 설명하는 개략도로서, 도 17(a)는 기준기판을 제 1 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면, 도 17(b)는 기준기판을 제 2 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면, 도 17(c)는 기판을 제 2 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면, 도 17(d)는 기판을 제 1 물체위치에 배치된 상태에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면;
도 18(a) 내지 도 18(f)는 실시예 3에 있어서 얼라인먼트마크를 설명하는 개략도로서, 도 18(a)는 1축계측용의 제 1 얼라인먼트마크를 설명하는 도면, 도 18(b)는 1축계측용의 제 2 얼라인먼트마크를 설명하는 도면, 도 18(c)는 1축계측용의 합성상을 설명하는 도면, 도 18(d)는 XYθ계측용의 제 1 얼라인먼트마크를 설명하는 도면, 도 18(e)는 XYθ계측용의 제 2 얼라인먼트마크를 설명하는 도면, 도 18(f)는 XYθ계측용의 합성상을 설명하는 도면;
도 19 및 도 20은 각각 촬상부에 입력되는 광의 강도와 파장과의 관계를 나타낸 그래프.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
(제 1 실시형태)
도 1(a), 도 1(b), 및 도 1(c)를 참조하면서, 광원과 촬상소자를 사용하여 2개의 판형상 물체 간의 얼라인먼트를 실시하는 본 발명에 의한 얼라인먼트방법에 대해서 설명한다.
도 1(a)는 현미경의 경통에 있어서 가시 범위 1999 내에 위치된 촬상소자를 통해 관측되는 촬상영역(1995)의 상을 나타내는 평면도이며, 도 1(b)는 판형상 물체의 면내 방향과 평행한 방향에서 보았을 경우에 서로 대향해서 배치시킨 2개의 판형상 물체의 상태를 나타내는 단면도이다. 도 1(c)는 후술하는 마크의 라인 프로파일을 포함하고 있다.
얼라인먼트 방법에 있어서, 우선, 제 1 얼라인먼트마크(104)를 가지는 제 1 판형상 물체(309)와 제 2 얼라인먼트마크를 가지는 제 2 판형상 물체(312)를 서로 대향시켜 배치한다. 이들의 경우에, 촬상소자를 통하여 관측되는 촬상영역(1995) 내의 서로 중첩되지 않는 위치에, 제 1 영역(610) 및 제 2 영역(611)을 형성한다.이들 2개의 영역은 미리 촬상영역 내에 위치되어 있다.
상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 얼라인먼트마크를 상기 촬상소자에 의해 촬상하면, 도 1(a)에 도시된 바와 같은 상을 얻는다.
여기서, 제 1 영역(610)의 중심(重心)이나 중앙에, 제 1 판형상 물체(309)의 제 1 얼라인먼트마크(104)가 위치하고, 또한 제 2 영역(611)의 중심이나 중앙에 제 2 판형상 물체(312)의 제 2 얼라인먼트마크(113)가 위치하는 경우에, 제 1 판형상 물체와 제 2 판형상 물체(312) 간의 얼라인먼트가 완료하도록 설정을 한다. 얼라인먼트를 완료한다는 것은 2개의 판형상 물체의 면내방향에 관한 2개의 판형상 물체 간의 소망의 얼라인먼트조건(정도)을 만족시키는 것을 의미한다. 실제의 얼라인먼트는 이하와 같이 실시한다.
상기 제 1 영역 내의 미리 정해진 위치(예를 들면, 제 1 영역의 중앙)로부터의 상기 제 1 얼라인먼트마크의 어긋남에 관한 제 1 정보를 취득한다. 또한, 상기 제 2 영역 내의 미리 정해진 위치(예를 들면, 제 2 영역의 중앙)로부터의 상기 제 2 얼라인먼트마크의 어긋남에 관한 제 2 정보를 취득한다. 제 1 및 제 2 정보의 취득 순서는 특히 한정되지 않고, 동시에 취득해도 된다. 이들 2개의 정보로부터, 상기 제 1 판형상 물체와 상기 제 2 판형상 물체와의 면내 방향의 얼라인먼트를 하 기위한 얼라인먼트제어를 실시한다.
얼라인먼트제어는, 예를 들면, 이하의 방법으로 실시한다.
우선, 제 1 및 제 2 판형상 물체의 각각을 면내방향으로 구동(이동)하는 구동기구가 설치된 경우에는, 제 1 및 제 2 물체의 얼라이먼트 마크가 미리 정해진 위치에 위치하도록 얼라인먼트를 실시한다.
또는, 2개의 판형상 물체 중 어느 한쪽의 판형상 물체는 고정시키고, 다른쪽의 판형상 물체의 위치어긋남에 관한 정보와 해당 고정된 판형상 물체의 위치 어긋남에 관한 정보로 이루어진 2개의 정보를 고려하여, 면내방향으로 이동가능한 다른쪽의 판형상 물체를 이동시킨다. 예를 들면, 고정되어 있는 제 1 판형상 물체의 위치가 제 1 영역 내에서 우측방향으로 5 스케일만큼 어긋나 있고, 또한 제 2 영역 내에서 제 2 판형상 물체의 위치가 좌측방향으로 2 스케일만큼 어긋나 있는 경우, 다음과 같이 얼라인먼트를 실시한다.
제 2 판형상 물체의 위치를 우측방향으로 2 스케일만큼 이동시키는 것이 아니라, 우측방향으로 7 스케일(2+5)만큼 이동시킨다. 이것은 단순한 일례이다.
제 1 및 제 2 판형상 물체 중의 한 쪽만이 면내방향에 대해서 구동기구가 설치되어 있는 경우에는, 상술한 방식으로 위치를 조정하게 된다.
또, 광학계의 광축을 움직일 수 있는 경우에는, 렌즈 등을 포함해서 구성되는 광학계를 이동시킴으로써, 광축을 보정하는 것을 얼라인먼트제어로 채용할 수 있다.
제 1 및 제 2 판형상 물체의 위치가 소망한 위치에 조정되면, 면내방향으로 제 1 및 제 2 판형상 물체 간의 위치관계를 계속 유지하도록 얼라인먼트제어(예를 들면, 피드백 제어)를 실시하면서, 제 1 및 제 2 판형상 물체 간의 간격(갭)을 점차 좁혀 간다. 상기 갭은 3㎛ 이하가 되도록 제 1 및 제 2 판형상 물체가 서로 접근해간다. 본 실시형태의 얼라인먼트방법을 임프린트방법에 적용하는 경우에는, 상기 갭이 1㎛ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 및 제 2 판형상 물체 간에 광경화성 또는 열강화성의 수지를 개재시켜, 해당 수지에 제 1 판형상 물체 또는 제 2 판형상 물체에 형성된 패턴을 전사하는 경우에는, 제 1 및 제 2 판형상 물체 간의 간격(갭)을 300nm 이하가 될 때까지 좁히는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 200nm 이하, 더욱 바람직하게는 100nm 이하이다. 이것은 수지의 경화 후에, 그 간격(갭)에 대응하는 두께를 가진 막이 잔막으로서 잔류하기 때문이다.
본 실시형태에 있어서는, 제 1 판형상 물체 또는 제 2 판형상 물체에 각각 형성된 제 1 및 제 2 마크를 관찰하는 경우에, 제 1 및 제 2 마크의 각각의 콘트라스트 조정이나 제 1 및 제 2 마크의 각각의 SN비 조정을 실시할 수도 있다.
이하에서는 하나의 촬상소자에 의해 제 1 및 제 2 판형상 물체의 제 1 및 제 2 얼라이먼트 마크를 관측할 수 있는 경우, 즉 양쪽 모두의 마크가 같은 초점심도 내에 위치되어 있는 경우를 설명한다.
그런데, 반사율이 다른 몰드와 기판의 마크가 서로 중첩되어 있는 경우를 고려한다. 이 상태에서, 신호처리를 하면, 콘트라스트를 충분히 확보하지 못하고, 정확한 계측을 방해하는 경우가 있다.
예를 들면, 제 1 판형상 부재가 임프린트 패턴을 가지는 몰드인 경우, 그 몰드에 형성되어 있는 얼라인먼트마크는 투과율이 증가된다. 예를 들면, 몰드가 석영으로 이루어진 경우에는, 해당 얼라인먼트마크는, 석영몰드에 형성된 볼록부나 오목부에 의해 구성된다. 한편, 제 2 판형상 물체가, 예를 들면, 실리콘으로 이루어진 얼라인먼트마크가 형성된 기판인 경우에는, 몰드와 기판의 얼라인먼트마크 사이의 투과율과 반사율의 차이로 인해 몰드(제 1 판형상 물체)의 얼라인먼트마크의 콘트라스트가 기판(제 2 판형상 물체)의 얼라인먼트마크의 콘트란스트보다 낮아지는 경향이 있다. 이 때문에, 몰드측의 마크가 기판측의 마크에 의해 매몰되는 경우가 있다.
따라서, 본 실시형태에서와 같이, 양쪽의 마크를 수직 방향으로부터 관찰했을 경우에 각각의 마크관측 영역을 서로 광학적으로 영향을 미치지 않는 위치에 배치함으로써 각각의 마크상에 대해서 콘트라스트를 조정할 수 있다.
콘트라스트는 광학계에 의해 촬상소자에 입사하는 광을 조절하거나, 또는 촬상소자의 노광 시간을 변경해서 조정해도 된다.
또, 마크를 수직방향으로부터 관찰하는 이유는, 임프린트를 실시하는 경우에 몰드 또는 기판을 z(축)방향(판형상 부재의 면내방향과 수직인 방향)으로 이동시키기 때문에, 몰드 또는 기판의 이동에 의한 촬상소자 내에서의 마크 위치 변화를 없앨 수 있기 때문이다. 경사관측의 경우에는, 마크의 위치 변화에 대응한 신호처리 방법을 실시할 필요가 있어서 임프린트방법이 복잡하게 된다.
또한, 임프린트를 실시하는 경우는 종래의 노광 장치와 달리, 마스크와 기판 간의 갭이 일정하지 않다. 그 때문에, 배율이 z방향으로 이동과 함께 변화되어서, 배율의 변화에 따른 신호처리를 필요로 하는 경우가 있다. 이러한 처리는 상기 변화가 등방적이기 때문에 수직관측의 경우에 간단하다.
재차, 도 1(a) 내지 도 1(c)를 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에 있어서,제 1 판형상 물체로서의 몰드의 얼라인먼트마크와 제 2 판형상 물체로서의 기판의 얼라인먼트마크를 각각 광학적으로 서로 중첩하지 않도록 배치하고 있다.
도 1(a)(상면도) 및 도 1(b)(단면도)를 참조하면, 촬상소자의 제 1 영역 (A)(610)과 제 2 영역(B)(611)은 코너부분에 대각방향으로 형성되어 있다. 제 1 영역 (A)(610)과 제 2 영역(B)(611) 내에, 몰드측의 얼라인먼트마크(104)와 기판측의 얼라인먼트마크(113)가 각각 배치되도록 위치조정되어 있다. 이들은 광학적으로 중첩되지 않는 한, 이들 2개의 영역의 배치(정렬)는 특히 한정되는 것은 아니다.
촬상 영역(1995) 내에 있어서의, 몰드측의 얼라인먼트마크와 기판측의 얼라인먼트마크 간의 간격은 수십 내지 수백 마이크로미터이다. 또, 몰드와 기판 간의 갭(z방향의 거리)이 수 마이크로미터이다. 그 때문에, 현미경의 개구수를 고려 하여도 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)에 악영향을 미치지 않는다.
스테이지 정밀도는 서브마이크로미터나 나노미터, 때로는 서브나노미터의 오더이므로 용이하게 이러한 상태를 만들 수 있다. 도 1(c)는 몰드 및 기판측의 양측의 마크를 관측했을 경우의 상태를 나타낸다. 보다 구체적으로는, 좌측도면이 기판측의 얼라인먼트마크(113)(도 1(a))의 라인 프로파일을 나타내며, 우측도면이 몰드측의 얼라인먼트마크(104)(도 1(a))의 라인 프로파일을 나타내고, 횡축은 위치를 나타내고, 종축은 광강도를 나타낸다. 이들 라인 프로파일로부터, 실리콘 기판과 석영몰드는 반사율이 크게 다른 것을 알 수 있다. 상기 마크는 라인폭이, 예를 들면, 서브나노미터 내지 수 마이크로미터이고, 마크의 깊이(높이)는, 예를 들면, 수십 나노미터로부터 수마이크로미터이다. 그 때문에, 마크의 폭과 깊이는 광의 파장(예를 들면, 400에서 800nm)보다 짧게 될 수 있어서, 에지의 하단부가 끌려가는 형상을 가지도록 마크의 에지가 원래의 형상에 비해 변형된다. 마크의 양자가 서로 충분히 떨어져 있는 본 실시형태에서는, 상기 마크가 서로 악영향을 미치지 않는다.
몰드와 기판의 마크를 분리된 영역에 배치하고 상기 마크에 관한 정보를 상기와 같이 얻어지는 경우의 다른 이점을 설명한다.
임프린트를 실시하는 경우에, 몰드와 기판 간의 갭을 좁히면서 몰드와 기판 간의 얼라인먼트를 실시할 필요가 있다. 마크가 초점심도 내에 위치한 경우에 있어서도, 몰드 또는 기판의 높이에 따라 광학배율이 변화된다. 상기 변화는 고정밀도의 얼라인먼트가 요구되는 임프린트에 있어서 심각한 문제가 된다.
이러한 경우에 있어서도, 몰드와 기판이 서로 충분히 떨어져 있는 경우에는, 배율의 변화에 따라 배율을 보정하는 것이 용이하게 된다. 배율보정은, 예를 들면, 마크 간의 간격과 원래의 설계치를 비교함으로써 실현될 수 있다. 수직관측의 경우에는, 배율변화는 등방적이므로 용이하게 보정을 할 수 있다. 경사관측의 경우에는, 가까운 측과 먼 측에서의 패턴의 크기가 서로 다르게 관측되기 때문에 배율의 보정은 복잡하게 된다.
도 2(a)는 CCD(전하결합소자)나 M0S(산화금속반도체)형 촬상소자 등 촬상소자(307)의 촬상영역 내에서, 위치 또는 장소에 따라 콘트라스트의 조정을 할 수 있는 구성을 도시한다. 촬상소자(307)의 앞에, 장소에 대응해서 특성이 다른 제 1 광학소자(803)를 배치한다. 광학소자는 색필터, 간섭필터, ND필터, 편광기, 및 이들의 조합 등에 의해 구성된다. 또한, 이하의 제 4 실시형태에서 설명하는 바와 같이, 몰드와 기판 간의 갭에 따라서 광원측이나 촬상소자 측에 설치하는 필터의 투과파장대역을 변경하는 것도 콘트라스트 향상의 관점으로부터 바람직하다. 도 2(a)에 도시된 구성은 광원(301), 조명광학계(302), 제 1 빔 스플리터(303), 제 1 결상광학계(304), 제 2 결상광학계(306), 임프린트 패턴과 얼라인먼트마크(310)가 형성되어 있는 몰드(309), 얼라인먼트마크(311)가 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼 등의 기판(312), 및 제 1 물체위치(313)로 구성되어 있다.
도 2(b)는 촬상소자(307)의 촬상영역 내에서, 위치 또는 장소에 따라 콘트라스트의 조정을 할 수 있는 다른 구성을 도시한다. 이 구성에 있어서, 위치에 따라서 특성이 다른 제 1 광학소자를 광원측에 배치한다. 광학소자는 색필터, 간섭필터, ND필터, 편광기, 및 그 조합 등에 의해 구성된다.
도 3(a)는 콘트라스트 조정을 실시하기 위해, 몰드 및 기판의 마크에 각각 대응한 광량으로 조정하는 광량제어기구(901)를 사용한 광학계의 구성을 나타낸다.그 결과, 몰드 및 기판의 반사율 등에 따라서 광량제어를 실시할 수 있다. 이 구성에 있어서, 몰드마크 및 기판마크의 상을 개별로 촬상하므로, 제 1 광량 및 제 2 광량에서 2회 이상 촬상할 필요가 있다. 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 구성과 공통 되는 부분의 구성에 대해서는, 부호의 설명은 생략 한다.
도 3(b)는 광원(301)으로부터의 광량을 변경하기 위해 회전식셔터(902)를 사용한 구성이다. 몰드 및 기판의 마크 위치에서의 반사율에 따라서 회전셔터(902)의 셔터위치를 전환한다. 이 구성에서도, 2회 이상 촬상할 필요가 있다. 상기한 바와 같이 광량을 변경하거나, 또는 촬상소자의 노광시간이나 게인을 몰드 및 기판의 특성에 따라서 변경함으로써 촬상동작을 행하여도 된다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 몰드와 기판 간의 얼라인먼트를 하는 박스 인 박스(box-in-box) 방식의 얼라인먼트방법에서 사용하는 마크의 예를 도시한다.
이들 도면에 있어서, 몰드측 얼라인먼크(104)는 제 1 영역(A)(610)에 형성되고, 기판측의 얼라인먼트마크(113)는 제 2 영역(B)(611)에 형성된다. 한 개의 촬상소자를 사용했을 경우에는, 예를 들면, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 영역이 촬상된다.
그리고, 촬상소자로부터 제 1 및 제 2 영역에 있어서의 화상 데이터를 취득하고, 필요에 따라서 반사광의 강도의 프로파일 데이타를 취득하기 위한 신호처리를 실시한다. 얼라인먼트시에는, 각각의 영역 내에 있어서의 미리 정한 위치(예를 들면, 중심위치나 중앙위치)에, 각각의 얼라인먼트마크가 배치되도록, 몰드와 기판의 면내 방향의 위치를 조정한다. 또는, 전자적으로, 2개의 상을 중첩해서, 중첩(중복)된 화상으로부터 몰드와 기판 간의 상대적인 어긋남량을 취득해서, 그 어긋남량이 작아지도록 얼라인먼트를 실시할 수도 있다.
상기 설명된 제 1 실시형태의 얼라인먼트방법은 임프린트장치에만 적용하는 것이 아니고, 컨택트노광장치(contact exposure apparatus)나 프록시미티 노광장치(proximity exposure apparatus)에도 적용될 수 있다. 또한, 조동(粗動)조정과 미동(微動)조정을 실시할 수 있는 장치에 있어서는, 우선 조동조정을 공지의 얼라인먼트방법에 의해 실시하고, 그 후, 미동조정으로서 상술한 얼라인먼트방법을 실시할 수도 있다.
제 1 및 제 2 영역을 촬상하기 위한 촬상소자를 2개 사용할 경우에는, 각각의 촬상소자에 의해 촬상되는 영역의 보상을 실시하기 위해, 후술하는 참조실시예와 같이 표준(레퍼런스)기판 등을 사용해서 미리 2개의 촬상영역의 차이에 관한 정보를 취득해 둔다.
(제 2 실시형태:임프린트 방법)
이하에, 제 2 실시형태로서 임프린트 방법에 관한 발명을 설명한다.
본 실시형태에 있어서, 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지로 촬상소자를 사용하여 2개의 판형상 물체 간의 얼라인먼트를 실시한다.
본 실시형태에서는, 한쪽의 물체에 형성된 임프린트 패턴을 다른쪽의 물체 에 또는 다른쪽의 물체 위에 형성된 패턴 형성층에 전사하도록 임프린트(임프린트패턴의 전사)를 실시한다. 실제 동작에 있어서, 한쪽의 물체인 몰드의 임프린트 패턴이 반전한 패턴으로서 패턴 형성층에 형성되게 된다.
우선, 제 1 얼라인먼트마크를 가지는 제 1 판형상 물체인 몰드와 제 2 얼라인먼트마크를 가지는 제 2 판형상 물체인 기판을 서로 대향시켜 배치한다.
그리고, 촬상소자가 관측하는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에, 제 1 및 제 2 영역을 형성하고, 다음에 2개의 상기 판형상 물체의 면내방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 얼라인먼트마크를 상기 촬상소자에 의해 검출한다.
그 후, 상기 제 1 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 1 얼라이먼트 마크의 어긋남에 관한 제 1 정보 및 상기 제 2 영역 내의 미리 정해진 위치로부터의 상기 제 2 얼라이먼트 마크의 어긋남에 관한 제 2 정보를 사용한다. 보다 구체적으로는, 이 2개의 정보에 의거해서, 상기 제 1 및 상기 제 2 판형상 물체의 면내방향에 대한 얼라인먼트를 하기 위한 얼라인먼트제어를 실시한다.
그리고, 상기 제 2 판형상 물체인 기판 또는 기판 위의 패턴 형성층에, 상기 제 1 판형상 물체인 몰드의 임프린트 패턴을 전사(임프린트)한다.
임프린트시에, 기판과 몰드 사이에 직접 접촉하는 경우에는 가압력을 필요로 한다. 기판과 몰드 간에 수지재료를 개재시켜, 패턴 형성층으로서 사용하는 경우에는, 가압력은 필요에 따라서 인가하면 된다.
A) 몰드
본 실시형태에서 사용하는 몰드로서는, 석영의 몰드나 질화 실리콘의 몰드 등을 사용할 수 있다.
또, 몰드의 표면층의 재료로서, 이하의 방식으로 재료를 구성하는 것도 바람직하다.
보다, 구체적으로는, 표면층의 재료로서. 1.7보다 큰 굴절률을 가지는 재료를 사용함으로써, 해당 재료와 광경화 수지 간의 굴절률의 차이에 의거하여 몰드와 기판(또는 워크)에 형성된 얼라인먼트구조를 검출해서 고정밀도로 얼라인먼트할 수 있다.
본 발명의 표면층의 굴절률은 1.7 이상, 바람직하게는 1.8 이상, 더욱 바람하게는 1.9 이상이다. 또한, 굴절률은, 예를 들면, 3.5(상한) 이하이다. 그러나, 결과물인 몰드가 본 발명에서 사용 가능하면 굴절률의 상한은 이것에 한정되지는 않는다.
또, 표면층의 일부가 상기 굴절률을 가지는 경우에, 상기 표면층은 다른 층으로 피복되어 있어도 된다.
통상, 굴절률이 서로 크게 다른 물질 간에서는, 경계면에서의 굴절, 반사, 또는 산란에 의해 구조물을 인식할 수 있다. 따라서, 몰드의 표면층의 굴절률이 높아질 수록 콘트라스트는 확보하기 쉬워진다.
굴절률의 상한은 상기와 같이 특히 제한은 없다. 자외광을 투과하는 대표적인 유전체의 굴절률의 예로서는, 불화 칼슘(CaF2)이 1.43, 석영(대표적으로는, Si02로 나타내짐)이 1,45, 알루미나(대표적으로는, A1203로 나타내짐)가 1.78, 질화실리콘(SiN)이 2.0, 티탄 산화물(대표적으로는, Ti02로 나타내진다.)이 2.4 정도이다. 이들 물질의 자외광, 예를 들면 365 nm부근의 파장에 대한 투과율의 예로서는 CaF2가 97% 정도, Si02가 90% 정도, A1203가 80% 정도, Ti02가 60% 정도, SiN이 90% 정도이다. 표면층 구성재료의 굴절률의 상한은 3.5 이하, 바람직하게는 3.0 이하이다. 굴절률의 값 자체는 측정 파장에도 의존하지만, 굴절률에 관한 상기 데이터는 가시 광선(파장 633nm)에 대한 굴절률이다.
상기와 같이, 몰드의 표면층으로서 굴절률이 높은 재료를 사용한 구성의 실시예를 도 5에 나타낸다.
도 5를 참조하면, 상기 몰드는 석영(Si02)으로 이루어진 층(5510)(두께: 525㎛)과 SiN이나 Ti02 등의 고굴절률 재료로 이루어지는 표면층(5000)으로 구성되어 있다. 상기 표면층은 두께가, 예를 들면, SiN에 대해서는 50nm이고, Ti02에 대해서는 60nm이다. 고굴절률의 재료를 사용함으로써, 몰드와 기판 간에 개재된 수지재료에 의해 몰드의 얼라인먼트마크가 잘 보이지 않게 되는 현상을 회피할 수 있다.
B) 기판
상술한 기판은 임프린트 장치에 있어서는 워크로 불리는 경우도 있다.
기판의 예로서는, Si기판(Si웨이퍼) 또는 GaAs기판 등의 반도체기판; 수지기판; 석영기판; 유리기판 등으로 구성된다. 또, 이들 기판에 박막을 성장시키거나 이들 기판을 접합해서 제조되는 다층기판도 사용할 수 있다. 물론, 석영의 광투성 기판을 사용할 수도 있다.
C) 수지
기판과 몰드 간에 수지를 개재시키기 위해서, 예를 들면, 기판 상에 수지재료를 디스팬서에 의해 도포한다.
기판 상에 도포되는 수지재료를, 예를 들면, 자외선을 몰드측으로부터 해당 기판에 조사함으로써 경화시킨다. 이러한 광경화성 수지의 예로서는, 우레탄계, 엑 폭시계, 및 아크릴계가 있다.
또, 수지재료로서는, 페놀수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 또는 폴리이미드등의 열강화성 수지나, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 아크릴 수지 등의 열가소성 수지를 사용할 수도 있다. 이들 수지를 사용하여 필요에 따라서 가열처리에 의해 패턴을 전사한다.
피가공물이 수지를 포함하지 않고 구성되는 경우에는, 가압력만에 의해 피가공물을 물리적으로 변형시키게 된다.
(제 3의 실시형태:모아레 전자 합성)
본 발명의 제 3 실시형태에 대해서 설명한다.
보다 구체적으로는, 촬상소자를 사용하여 2개의 판형상 물체의 얼라인먼트를 실시하는 얼라인먼트방법이다.
우선, 얼라인먼트마크로서 피치(P1)를 가진 제 1 주기 구조를 가지는 제 1 판형상 물체와 얼라인먼트마크로서 피치(P2)를 가진 제 2 주기 구조를 가지는 제 2 판형상 물체를 대향시켜 배치한다.
그리고, 제 1 실시형태에서와 마찬가지로 촬상소자에 의해 관측되는 촬상영역 내의 서로 중첩되지 않는 위치에, 제 1 및 제 2 영역을 형성한다.
상기 촬상소자를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내방향과 대략 수직인 방향으로부터 상기 제 1 및 제 2 주기 구조를 각각 상기 제 1 및 제 2 영역 내에서 촬상한다.
촬상에 의해 얻어진 화상정보로부터, 상기 제 1 및 제 2 주기 구조의 각각에 대응한 기본 주파수를 추출한다.
또한, 추출된 기본 주파수를 연산함으로써 모아레 줄무늬 성분을 추출한다. 상기 추출된 모아레줄무늬 성분으로부터, 면내 방향에 대한 제 1 및 제 2 판형상 물체간의 위치어긋남에 관한 정보를 취득한다. 이 정보를 사용하여, 상기 제 1 및 제 2 판형상 물체의 면내방향의 얼라인먼트를 실시한다.
이하, 보다 구체적으로 설명한다.
이하의 설명에 있어서, 제 1 판형상 물체로서 석영 몰드, 제 2 판형상 물체로서 실리콘 등의 웨이퍼 기판을 사용했을 경우를 예로서 설명한다. 그러나, 본 실시형태에 의한 본 발명은 이러한 판형상 물체 이외의 판형상 물체를 배제하는 것은 아니다.
도 4(c), 도 4(d)는 각각 몰드나 기판의 얼라인먼트마크가 격자에 의해 구성되는 구성을 나타내는 개략도이다. 도 4(c)를 참조하면, 제 1 영역(610)에 있어서 촬상소자에 의해 관측되는 몰드측의 얼라인먼트마크로서 피치(P1)을 가진 제 1 주기구조(예를 들면 볼록부나 오목부)(701)가 형성되어 있다. 또한, 도 4(d)를 참조하면, 제 2 영역(611)에 있어서 촬상소자에 의해 관측되는 기판측의 얼라인먼트마크로서 피치(P2)를 가진 제 2 주기구조(예를 들면, 볼록부나 오목부)가 형성되어 있다.
촬상소자로부터 얻어진 상 정보로부터 상기 제 1 및 제 2 주기 구조에 대응한 기본주파수를 추출하고, 상술의 모아레줄무늬 성분을 추출하고, 이 모아레줄무늬 성분으로부터의 위치어긋남에 관한 정보를 취득하기 위한 신호처리에 관해서 이 하 설명한다.
신호처리방법을 설명하는 흐름도를 나타낸 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면서 신호처리방법을 설명한다.
도 6(a)는 배율 보정을 실시하지 않는 경우를 나타내는 흐름도이다.
도 6(a)를 참조하면, S-1의 공정에 있어서 하나의 촬상소자에 의해 관측되는 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)의 상을 취득한다. 이들 2개의 영역은, 이들 영역의 상이 서로 중첩되진 않지만, 상기 2개의 영역이 상이 위치된 다른 부분을 포함하면, 부분적으로 서로 중첩되어도 되는 영역인 것이 바람직하다. 상기 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)은 같은 크기(면적)를 가지는 것이 바람직하다. 이것은 FFT(fast Fourier transform) 해석을 하는 경우에 제 1 영역의 샘플링 수가 제 2 영역의 샘플링 수와 같아지는 경우가 많기 때문이다.
제 1 영역(A)의 면적과 제 2 영역의 면적(B)이 다른 경우에는, 제 1 영역(A)의 면적(A)과 제 2 영역의 면적(B)이 같아지도록 주변부의 데이터를 그대로 확장하는 등의 처리를 적절하게 실시하여도 된다.
다음에 S-2 공정에 있어서, 제 1 영역(A)에서 신호처리 A를 실시하고 , 제 2 영역(B)에서 신호처리 B를 실시한다. 각각의 신호처리 A 및 B는 저대역필터, 고대역필터, 밴드패스필터, FFT필터, 평활화필터, 차분필터 등을 사용한 일반적인 필터링을 한다. 또, 몰드 및 기판의 반사율 등에 따라서 콘트라스트가 최적으로 되도록 게인을 조정한다. 이 스텝 S-2도 생략할 수 있다. 보다 구체적으로는, 서로 다른 영역으로부터 상 정보를 취득한 후에 스텝 S-3에서 직접 연산을 할 수도 있다.
또한, 이하에 제 4 실시형태에서 설명하는 바와 같이, 몰드와 기판 간의 갭에 따라서 광원측이나 촬상소자측에 설치하는 필터의 투과파장대역을 변경하는 것도, 콘트라스트 향상의 점에서는 바람직하다.
다음에, 스텝 S-3에서 연산을 행한다. 상기 연산은 상의 가산, 상의 승산, 상 간의 차분의 연산, 또는 그 외의 함수를 사용한 상의 연산에 의해 행하여도 된다.
다음에, 스텝 S-4에서, 신호처리 C를 스텝 S-2에서 사용된 것과 마찬가지의 필터를 사용하여 실시한다.
마지막으로, 스텝 S-5에서, 위치의 검출을 실시한다.
또한, 각각의 영역에 대한 상 데이터를 각각 다른 촬상소자를 사용하여 취득하는 경우에는, 이하에 나오는 참조실시예에서 설명하는 바와 같이, 미리 레퍼런스 기판인 표준기판을 사용하여 소망한 얼라인먼트 완료조건에 관한 정보를 취득한다.
도 6(b)는, 도 6(a)에 도시된 경우의 스텝 S-2를 배율보정을 행하는 스텝 S-21과 신호처리 A 및 신호처리 B를 행하는 스텝 S-22로 분할하는 경우를 나타낸 흐름도이다. 특히 임프린트에 있어서는, 몰드 또는 기판의 높이가 변화된다. 그에 대응해서 광학배율도 변화된다. 이러한 경우에, 배율보정이 되지 않는 경우, 고정밀도의 얼라인먼트를 행할 수 없을 가능성이 있다.
배율보정의 방법은, 예를 들면, 인접하는 바(bar) 간의 간격을 그 설계치와 비교해서 설계치와 일치하도록 계수를 변화시키는 것이어도 된다. 또한, 스텝 S-2 이후의 신호처리는 2차원 데이터를 사용하거나, 또는 2차원 데이터를 1차원 데이터 로 변환해서 실시해도 된다.
본 실시형태에서는, 2개(제 1 및 제 2)의 영역을 사용하는 경우를 설명했지만, 3개 이상의 영역을 사용할 수도 있다.
다음에, 도 4(a)에 도시된 몰드마크 및 도 4(b)에 도시된 기판을 사용했을 경우의 신호처리의 예를 설명한다.
우선, 스텝 S-1에서 영역 A와 영역 B의 상을 취득한다. 스텝 S-2 공정에서 배율보정 및 영역 A와 영역 B에 각각 평활화 필터를 사용한 필터링을 실시해서 노이즈를 저감한다.또한, 영역 A와 영역 B의 콘트라스트를 조정한다. 스텝 S-3에서 신호처리 후의 영역 A의 상과 영역 B의 상을 더한다. 이 상황은 광학적으로 겹침(중첩)의 경우와 마찬가지이다. 스텝 S-4에서, 평활화 필터 등에 의한 신호처리를 더 실시한다. 스텝 S-5에서 위치를 검출한다.
또한, 신호처리의 방법으로서, 스텝 S-2에서 영역 A와 영역 B에 있어서의 마크의 중심(重心)을 각각 직접 결정해도 된다. 또한, 스텝 S-3에서 상기 중심 간의 차분을 산출한다. 스텝 S-4에서는 특별히 신호처리를 실시하지 않는다. 스텝 S-5에서 차분을 몰드와 기판의 거리로 변환한다. 이 차이가 제로가 되도록 하는 것이 얼라인먼트의 종료조건이다.
도 4(c)에 도시된 주기구조를 가진 몰드마크 및 도 4(d)에 도시된 주기구조를 가진 기판마크를 사용했을 경우의 신호처리의 예를 설명한다. 우선, 스텝 S-1에서 영역 A 및 영역 B의 상을 취득한다. 스텝 S-2에서, 배율 보정 및, 2차원 데이터로부터 평균화 처리를 함으로써 1차원화를 실시한다. 또한, FFT 필터를 사용하여 주기구조의 기본주파수의 성분을 얻는다. 스텝 S-3에서 그 결과치를 수학적으로 승산을 한다. 이 승산은 다음 식으로 나타내진다.
Figure 112008079323770-pct00001
상기 식에 있어서, δ는 위치 어긋남을 나타내고, 우변의 제 2항이 모아레줄무늬의 성분을 나타낸다. 상기 식에 있어서, 간략화를 위해서, 위치어긋남(δ)이 주기(P2)에 대해서 가산되는 경우만을 도시한다. 따라서, 위치어긋남(δ)을 주기(P1)에 대해서도 가산할 수 있다. 또한, 얼라인먼트에 있어서, 2개의 물체간의 상대위치 어긋남에 관한 정보가 얻어지는 것은 중요하다. 또한, 상기 주기구조의 기본주파수의 성분이 얻어진 때의 상 정보로부터 피치(P1) 및 (P2)를 추출하지 않고 미리 결정된 공지의 값을 사용할 수도 있다.
스텝 S-4에서 FFT에 의해 상기 식의 우변을 고주파성분을 나타내는 제 1 항과 저주파성분을 나타내는 제 2 항으로 간단하게 나눌 수 있다. 그 결과, 모아레줄무늬의 성분으로서 이하의 항을 추출할 수 있다.
Figure 112008079323770-pct00002
스텝 S-5에서, 다음의 상 성분을 추출한다.
Figure 112008079323770-pct00003
이 위상성분으로부터 위치에 관련된 δ를 검출할 수 있다.
이 얼라인먼트(위치얼라인먼트)에서, 위상성분이 제로가 될 때를 얼라인먼트의 종료 조건으로 하는 경우가 많다.
또한, 격자형 마크로서는, 서로 다른 피치를 가진 도 18(a) 및 도 18(b)에 도시된 격자형 마크(703) 및 (704)를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 이들 마크는 서로 평향하게 배치되고, 각각의 격자의 기본 주파수로부터 동일한 피치의 2조의 모아레줄무늬를 발생시킨다. 이들 모아레 줄무늬들을 사용하여 몰드와 기판 간의 얼라인먼트를 실시해도 좋다. 이 경우, 피치가 (P1) 및 (P2)인 마크가 서로 겹쳐지지 않도록 기판 위에 배치되고, 피치가 (P1) 및 (P2)인 마크가 서로 겹쳐지지 않도록 몰드 위에 배치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기판측의 피치(P1)의 격자와 몰드측의 피치(P2) 격자의 조합과 몰드측의 피치(P1)의 격자와 기판측의 피치(P2) 격자의 조합에 의해 2조의 모아레줄무늬를 발생시키는 것이 바람직하다. 이러한 2조의 모아레줄무늬를 생성하는 최대의 이점은, 촬상 대상물과 촬상소자 사이의 상대적인 변위를 상쇄할 수 있는 것이다. 이 2조의 모아레 줄무늬의 생성은 변위가 2배로 된다는 점에서도 바람직하다.
또한, 상기 식으로부터 알 수 있듯이, 상 성분은 변위에 비례한다. 따라서, 몰드와 기판 사이의 위치변위를 직선적으로 계측할 수 있다. 이에 의해, 일반적으로, 2개의 평면 사이의 상대적인 위치변위를 직선적으로 계측할 수 있게 된다. 본 발명(상기 제 6 측면에 의한)은 이러한 2개의 물체의 위치에 관한 계측(예를 들면 면내방향의 상대적인 이동량의 계측이나, 각각의 위치 자체의 계측)도 포함하고 있 다.
또한 위치계측방법의 응용의 예로서는 스테이지의 위치를 계측하기 위한 리니어 스케일이 포함되어도 된다.
또한, 통상의 박스 인 박스(bos-in-box)형의 얼라이먼트마크는 제로점에서 높은 감도를 가지도록 구성되어 있다. 따라서, 상기한 위치계측방법에 사용하는 마크로서는, 상기의 격자형 얼라인먼트마크가 직선적인 계측에 적합한 것이 된다. 또, 상기 계측방법에 채용되는 2개의 물체로서는, 일반적으로는 판형상의 물체이다. 그러나, 상기 2개의 물체는 상기 얼라인먼트마크가 형성되어 있으면 특히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 2개의 물체는 곡면을 가지는 물체와 판형상의 물체의 조합이어도 된다.
또, 본 실시형태에서는 2개의 격자를 조합해서 모아레줄무늬를 발생시켰지만, P1의 피치인 얼라인먼트마크(701)의 촬상결과에 P2 피치의 사인파를 수치적으로 승산하여 모아레줄무늬를 발생시켜도 된다. 또한, P1의 피치인 얼라인먼트마크(701)의 촬상결과에 P1의 피치의 사인파를 승산하고, 필터에 의해 상수 성분을 추출하여 위상을 검출해도 된다.
그런데, 본실시형태에서 설명한 신호처리에서 격자패턴 등의 패턴의 겹침(중첩함)과 광학적 겹침(중첩)의 경우의 본질적인 차이를 이하 설명한다.
전자의 (신호처리)겹침은 이상적인 상태이지만, 후자의 (광학적) 겹침은 다중 반사 등의 악영향을 받는다. 특히, 몰드와 기판의 반사율이 다른 경우에는 상기 광학적 겹침은 다중반사에 의해 악영향을 받는다. 따라서, 2개의 마크를 실제로 광 학적으로 겹치는 경우에, 검출 알고리즘에 따라서, 계측에 오차를 발생시킬 수 있다. 그 때문에 본 발명과 같이, 상기 영역을 수직 방향에서 관찰했을 경우에, 서로 겹치지 않는 영역을 사용함으로써 이상적인 신호를 취득해서, 오차를 더 적게 발생시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 제 1 및 제 2 주기구조에 대응한 상의 데이터로부터 FFT 필터에 의해 상기 제 1 및 제 2 주기구조의 기본 주파수의 성분을 추출한 시점에서, 몰드와 기판 간의 위치 어긋남량(δ)을 결정할 수 있다. 따라서, 연산(도 6(a) 및 도 6(b)에 있어서의 S-3)을 더 실시하는 일 없이, 위치조정을 실시할 수도 있다.
또한, 촬상소자에 의해 얻어진 상 정보로부터의 주기구조의 기본 주파수의 성분을 추출하지 않고서, 예를 들면, 미리 결정된 정보로서 자체 기본주파수를 입력함으로써 몰드와 기판 사이의 상대위치 어긋남에 관한 정보를 추출할 수도 있다. 스텝 S-3에 있어서의 승산은 2개의 사인함수를 사용하여 행할 수도 있지만 코사인함수 또는 다른 함수를 사용하여 행할 수도 있다.
이하, 본 실시형태의 얼라인먼트방법을 임프린트 장치에 적용했을 경우에 대해서, 도 7 내지 도 11을 참조하면서 설명한다.
도 7은, 임프린트 장치를 모식적으로 나타낸 것이다.
상기 임프린트장치는 광원(할로겐램프)(7000), 촬상소자(7010)(CCD, 1.3메가픽셀; 12bit), 렌즈(7020)(배율:10배; (NA: 0.28), 및 광경화수지재료를 경화시키기 위한 자외(UV)광원(7030)으로 구성되어 있다. 상기 UV광원은 렌즈(7020)의 광축 에 대해서 경사져 있다.
상기 임프린트장치는 몰드를 유지하는 하우징(7040), 임프린트패턴이 형성되어 있는 몰드(7060), 실리콘 등으로 이루어진 웨이퍼 기판(7070), 제진(除振)테이블(7080), 수직방향, 횡방향, 및 길이방향으로 각각 조동(粗動)조정을 행하기 위한 스테이지 군(7081, 7082, 및 7083)을 부가하여 포함하고 있다. 이들 스테이지는 각각 XYZ방향에 대한 얼라인먼트 정밀도를 ±1㎛ 이하, θ(축주위의 회전각)에 대해서는 ±1 mdeg 이하의 정밀도를 가진다. 상기 임프린트장치는 압전소자를 이용한 미동조정용의 스테이지(7084)를 부가하여 포함한다.
상기 임프린트장치에 있어서, XYZ 각 방향의 200㎛의 범위에서 1nm 이하의 정밀도의 얼라인먼트 조정을 할 수 있다. 또,α(X축 주위의 회전각), β(y축 주위의 회전각)의 범위는 각각 ±1000μrad, θ의 범위는 ±800μrad이다.
상기 임프린트장치는 신호처리를 행하거나 제어신호를 전송하기 위한 컴퓨터(7050)를 부가하여 포함한다.
석영으로 이루어진 몰드(7060)에는, 미리 직사각형이나 십자형의 얼라인먼트마크와 주기 P1를 가진 격자가 형성되어 있다. 몰드는 SiN의 표면층이 50nm의 두께를 가진다. 상기 얼라인먼트마크는 166nm 깊이의 홈을 가지고 있다. 실리콘웨이퍼 로 이루어진 기판(7070)은 얼라인먼트마크와 피치 P2인 격자가 형성되어 있다. 상기 기판의 얼라인먼트마크는 깊이 150nm의 홈을 가지고 있다.
도 8은 촬상소자로 관측한 몰드측의 얼라인먼트마크(8000)(실선으로 둘러싸인 영역)와 기판측의 얼라이먼트마크(8500)(점선으로 둘러싸인 영역)가 겹친 상태 를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 도 8에서, 상기 몰드에도 피치(P2)의 격자가 형성되어 있다. 또, 기판에도 피치(P1)의 격자가 형성되어 있다. 기판측 및 몰드측에 각각 형성되어 있는 피치(P1) 및 피치(P2)인 격자는 광학적으로 서로 겹치지 않게 배치되어 있다. 또, 서로 겹치지 않는 위치에, 제 1 영역(8010)과 제 2 영역(8510)를 결정한다. 도 8에 있어서, 기판과 몰드 간에 광경화성의 수지로서의 레지스트가 개재되어 있다.
도 9(a)는 도 8에 있어서의 상 데이터로부터 추출된 제 1 영역(8010)을 나타내며, 도 9(b)는 도 8에 있어서의 상 데이터로부터 추출된 제 2 영역(8510)을 나타낸다.
도 10을 참조하면서, 구체적으로 신호처리에 대해 설명한다.
우선, 제 1 및 제 2 영역으로부터 상 데이터를 선택해서 추출한다(도 10에 있어서의 스텝 2910 및 2920).
이들 상 데이터에 의거하여, 필요에 따라서, 배율 보정 및 2차원 데이터의 1차원화를 실시한 후, FFT(고속 푸리에 변환)필터에 의해, 주기 구조의 기본주파수 성분을 싸인파로서 추출한다(스텝 2915 및 스텝 2925). 상술한 바와 같이, 이들 사인파를 수학적으로 승산한다(스텝 2930). 또한, 상술한 수식에서는, 위치의 어긋남 (δ)은 기판측의 위치에 기인하는 식에 의해 표현된다. 즉, 상기 식은 몰드측의 위치가 소망한 위치에 위치한 것으로 가정해서 신호처리를 실행하는 경우에 사용된다.
기판측의 위치가 소망한 위치에 있는 것으로 가정하여 연산해도 된다. 몰드 측과 기판측의 각각에 기인한 위치 어긋남 d1, d2의 양쪽을 사용한 연산을 실시할 수도 있다.
상기 연산(스텝 2930)에 의해, 다음항에 의해 표시되는 모아레줄무늬의 성분을 취득할 수 있다(스텝 2940).
Figure 112008079323770-pct00004
이 항으로부터, 위상성분 (-(2π/P2)δ)를 추출한다.
도 11은 모아레줄무늬 성분의 프로파일을 나타내며, 여기서 점선(3010)은 위상 어긋남 성분이 없는 경우, 실선(3010)은 모아레줄무늬 성분이 실제로 상술한 위상성분(3500)만 큼 어긋나 있는 경우를 나타낸다.
해당 위상성분의 어긋남을 상쇄하도록, 몰드에 대해서 기판을 상대적으로 이동시킴으로써 위치조정(얼라인먼트)을 실시할 수 있다.
또한, 모아레줄무늬의 성분이 가지는 주기 이상으로, 기판과 몰드가 소망한 위치로부터 어긋나 있는 경우에는, 실제의 위상 어긋남의 크기를 정확하게 결정할 수 없는 경우가 있다. 이들 경우에 있어서, 처음에, 조동조정을 격자 가까이에 형성된 십자나 직사각형형의 마크로 실시하고, 그 후 해당 격자에 의해 미동조정을 실시하여 상술의 위상 어긋남의 크기를 검출하는 것이 바람직하다. 조동조정에는 반드시, 도 8에 도시된 바와 같은 얼라인먼트마크를 사용할 필요는 없고, 공지의 방법을 적절하게 채용하여 실시하여도 된다.
(제 4 실시형태)
본 실시형태에 의한 임프린트 방법은 몰드의 가공면에 형성된 패턴을 기판 표면에 배치된 수지재료를 경화시킴으로써 전사하는 임프린트방법에 관한 것이다.
상기 몰드에 형성되어 있는 얼라이먼트 마크를 촬상소자로 관찰할 때에, 상기 몰드와 기판 간의 갭 또는 상기 얼라인먼트마크를 구성하는 부재의 두께에 따라서 상기 촬상소자에 입사하는 광의 파장을 제어하는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로는, 임프린트방법에 있어서, 몰드와 기판 사이에 패턴이 전사되는 수지재료를 개재시킨다. 해당 수지와 몰드 간의 굴절률이 서로 가까운 경우, 인덱스매칭(index matching)으로 불리는, 몰드에 형성된 요철을 가진 얼라이먼트마크가 소실하는 현상이 발생된다. 실제의 관찰에서는, 몰드의 얼라인먼트마크의 관찰이 곤란하다.
몰드의 마크가 소실하는 인덱스매칭을 회피하기 위해서는, 고굴절률 재료로 형성된 마크를 사용하는 것이 유효하다.
그러나, 상기 임프린트방법에서는 몰드와 기판의 갭이 수십에서 수백 나노미터가 될 수 있다. 이러한 경우에는, 광의 간섭 효과에 의해 마크의 콘트라스트가 저하되고, 따라서 한층 더 개량이 요구된다.
임프린트의 몰드(특히 얼라인먼트마크 부분)에 고굴절률 재료를 사용하는 것이 바람직한 이유를 설명한다.
상기 몰드가 굴절률이 1.45인 Si02, 굴절률이 1.5인 수지재료, 및 굴절률이 2.0인 SiN으로 구성되어 았다고 가정하면, 굴절률이 n1과 n2인 재료 사이의 경계면에서의 반사율 R은 다음과 같은 식에 의해 나타내진다.
Figure 112008079323770-pct00005
따라서, Si02와 수지재료 사이의 경계면에서의 반사율(R)은
R = 2.9 × 10-4
이 된다.
이 값은 매우 작다. 마크를 관찰하면, 마크는 상기 인덱스매칭에 기인하여 관찰하기 어렵게 된다.
한편 SiN와 수지재료 사이의 경계면에서의 반사율(R)은
R = 2.0 × 10-2
이 된다.
이 값은 Si02와 수지재료 사이의 경계면에서의 반사율보다 약 2자리수(digit)만큼 크다. 여기서, Si02와 공기 간의 경계면에서의 반사율(R)은
R = 3.4 × 10-2
이다.
상기와 같이, 몰드 마크의 재료로서 SiN를 사용함으로써 반사율이 크게 향상하는 것을 알아냈다.
그런데, 임프린트방법에서는 몰드와 기판 간의 갭과 고굴절률 재료의 막의 두께가 수십 나노미터 내지 수백 나노미터가 될 수 있다. 이러한 경우에는 광의 간섭 효과를 현저하게 얻는다.
도 19는 몰드마크가 Si02, SiN, 수지재료(두께(갭):100nm), 및 Si의 층으로 구성된 4층의 구조를 가지고, SiN 층의 두께를 가변으로 했을 경우의 파장과 반사광강도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 보다 구체적으로는, 도 19는 무한 두께의 Si층, 상기 Si층 상에 형성된 100nm 두께의 수지재료층, 상기 수지재료층 상에 형성된 SiN층(두께: 20nm, 50nm, 150nm), 및 무한 두께를 가지고 상기 SiN층 상에 배치된 Si02층으로 구성된 4층 구성에 의한 시뮬레이션의 결과를 나타낸다.
값의 계산은 프레넬 반사(Fresnel reflection)의 모델을 사용해서 했다. 레퍼런스로서는, 상기 4층 구성으로부터 SiN층을 생략하여 준비된 3층(Si02층/수지재료층/Si층)으로 구성된 3층구조를 채용한다.
SiN층이 포함된 4층구성과 SiN층이 결여된 3층(레퍼런스)구성의 차이가 큰 만큼 마크를 관찰했을 때의 콘트라스트는 더 좋아진다.
예를 들면, 파장 600nm에서, 반사광강도는 SiN층이 50nm의 두께일 때 0.27이고, SiN층이 150nm의 두께일 때 0.11이다. 상기 레퍼런스 구성은 400 내지 800의 파장에서 0.11의 광강도가 형성되므로, 600nm의 파장에서는, SiN층의 두께가 150nm, 20nm, 50nm의 순서로 콘트라스트가 증가된다. 800nm의 파장에서는, 20nm, 50nm, 및 150nm(SiN층의 두께)의 순서로 콘트라스트가 증가된다. 400nm의 파장에서는, 20nm 의 SiN층의 두께에서 콘트라스트가 가장 높아진다.
도 20은 몰드마크가 Si02, SiN(두께: 50nm), 수지재료, 및 Si의 층으로 구성된 4층 구성을 가지고, 갭층인 수지재료층의 두께가 가변인 경우의 파장과 반사광강도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 보다 구체적으로는,상기 두께(갭)의 값은 50nm, 100nm, 및 200nm이다.
파장이 600nm인 경우의 반사광 강도를 비교하면, 그 강도 값은 100nm의 갭(수지재료층 두께)에 대해서 0.273, 50nm의 갭에 대해서 0.099, 및 200nm의 갭에 대해서 0.033이었다. 레퍼런스구조의 강도는 400 내지 800nm(도 19)의 파장에서 0.11이므로, 600nm의 파장에서는 갭이 50nm, 200nm, 100nm의 순서로 콘트라스트는증가된다. 500nm의 파장에서는, 갭이 200nm, 50nm, 100nm의 순서로 콘트라스트가 증가된다. 또한, 800 nm의 파장에서는, 갭이 100nm, 50nm, 200nm의 순서로 콘트라스트가 증가된다.
상기와 같이, SiN층의 두께나 갭(수지재료층 두께)이 수십 나노미터 내지 수백 나노미터(관측하는 광의 파장의 수분의 1 내지 관측하는 광의 파장의 수배)의 경우에는 파장에 의해서 반사율이 변화된다. 이 때문에, SiN 층두께나 상기 갭에 따라서 촬상소자에 입사하는 광의 파장을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 촬상소자에 입사하는 스펙트럼이 400 내지 800nm의 범위에 있는 경우에는, 이 범위의 스펙트럼의 평균과 레퍼런스(강도: 0.11)의 차이에 의해 콘트라스트가 결정된다.
다음에, 얼라인먼트의 방법에 대해 설명한다.
얼라인먼트에 있어서, 몰드의 마크의 콘트라스트가 증가됨에 따라 얼라인먼트정밀도가 향상된다. 몰드와 기판을 서로 접근시키면서 얼라인먼트를 하는 경우의 마크의 관찰 파장에 대해 설명한다. 이 경우에, SiN층은 50nm의 두께를 가진다. 갭이 200nm의 경우에는, 400nm 내지 450nm의 파장에서 마크를 관찰한다. 더욱 더 근접된 상태에 있어서 갭이 100nm인 경우에는, 500 내지 550nm의 파장에서 마크를 관찰한다. 한층 더 근접한 상태에 있어서 갭이 50nm인 경우에는 400 내지 450 nm의 파장에서 마크를 관찰한다. 갭은 다른 값인 경우에도 최적 파장에서 마크를 관찰한다.
파장을 선택하는 방법에는, 색필터를 사용하는 방법이나, 복수의 레이저광을 사용하는 방법이 있다. 색필터는 조명광학계 측에 배치해도 되고, 촬상소자 측에 배치해도 된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 본 실시형태의 상기 구성은 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태에서 설명된 구성에 편입되어 있다.
예를 들면, 상술한 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태에 있어서, 파장 필터를 통하여 촬상소자에 광정보를 입력하는 경우에, 갭에 따라서 파장필터의 투과파장대역을 변경함으로써 항상 콘트라스트가 높은 상에 관한 정보를 얻을 수 있다. 또, 몰드의 가공면에 형성된 패턴을 기판 표면의 수지재료를 경화시킴으로써 전사하는 임프린트 장치에 있어서, 몰드를 관찰하는 촬상소자를 가지고, 몰드와 기판 간의 갭에 따라서 촬상소자에 입사하는 광의 파장을 제어하는 수단을 가지는 것이 바람직하다. 상기 파장을 제어하는 수단은 색필터나 복수의 광원(복수의 파장의 광속을 출력 가능한 광원)에 의해 구성된다.
(그 외의 실시형태)
이하의 실시형태에 있어서는, 다음과 같은 구성을 채용할 수 있다.
보다 구체적으로는, 몰드의 가공면에 있는 제 1 물체위치와 몰드의 가공면보다 피가공부재에 근접한 부분에 제 2 물체위치를 관찰하는 광학계가 사용되고, 상기 제 1 물체위치를 관찰하는 제 1 촬상소자와 상기 제 3 물체위치를 관찰하는 제 2 촬상소자 사이의 상대적인 관찰위치 관계(또는 차이)를 인식하는 수단을 사용하여 몰드와 피가공 부재의 얼라인먼트를 실시하는 구성을 채용할 수 있다.
이 경우에, 상기 관찰위치의 차이를 인식하는 수단으로서 기준기판을 사용하는 구성을 채용할 수 있다. 또, 상기 제 1 및 제 2 촬상소자에 의해 미리 얻어진 데이터와 제 1 및 제 2 촬상소자에 의해 (현재) 얻어진 데이터를 비교함으로써 몰드와 피가공 부재의 얼라인먼트를 실시하는 구성을 채용할 수 있다. 또, 상기 제 1 및 제 2 촬상소자의 촬상영역 내에 있는 몇 개의 영역을 각각 비교함으로써 몰드와 피가공 부재의 얼라인먼트를 실시하는 구성도 채용할 수 있다.
또, 상기 패턴전사에 의한 가공방법을 실현하기 위해, 다음과 같은 구성을 채용할 수 있다.
상기 가공방법에서는, 몰드의 가공면에 있는 제 1 물체위치와 몰드의 가공면에 대해 피가공부재에 근접한 부분에 있는 제 2 물체위치를 관찰하는 광학계를 사용한다. 상기 제 1 물체위치를 관찰하는 제 1 촬상소자와 상기 제 2 물체위치를 관찰하는 제 2 촬상소자 사이의 상대적인 관찰위치 관계(또는 차이)를 인식하는 수단을 사용하여 몰드와 피가공부재 간의 얼라인먼트를 실시하도록 구성할 수 있다. 이 경우에, 상기 관찰위치의 차이를 인식하는 수단으로서 기준기판을 사용하는 구성을 채용할 수 있다. 또, 상기 가공방법이 상기 기준기판에 의해 관찰위치의 차이를 인식하는 공정 및 상기 제 2 물체위치에서 피가공부재와 몰드 간의 얼라인먼트를 실시하는 공정을 포함한 구성을 채용할 수 있다. 또, 상기 제 1 및 제 2 촬상소자에 의해 미리 얻어진 데이터와 상기 제 1 및 제 2 촬상소자에 의해 (현재) 얻어진 데이터를 비교함으로써 몰드와 피가공부재 간의 얼라인먼트를 실시하는 구성을 채용할 수 있다. 또, 상기 가공방법이 상기 제 1 촬상소자에 의해 얻어진 상으로부터 복수의 영역을 선택하는 공정, 복수의 각각의 영역에서 제 1 신호처리를 실시하는 공정, 및 상기 신호처리의 결과에 의거하여 제 2 신호처리를 행하는 공정을 포함한 구성을 채용할 수 있다. 또, 상기 얼라인먼트의 마크로서 다른 피치를 가진 격자를 사용하여 제 1 및 제 2 촬상소자에 의해 얻어진 데이터를 겹치거나 또는 중첩하여 신호처리를 해서 모아레줄무늬를 발생시키고, 상기 발생된 모아레줄무늬를 사용하는 구성을 채용할 수 있다.
본 발명의 상기한 실시형태에서는, 몰드와 기판의 2개의 물체위치를 동축으로 관찰하는 광학계를 사용해서 2개(제 1 및 제 2)의 물체위치에 있어서의 각각의 촬상범위 간의 상대적 위치관계를 기준기판에 의해 계측하거나 또는 결정한다. 계측결과를 사용해서 몰드와 기판의 얼라인먼트를 실시할 수 있다. 그 결과, 몰드와 기판이 분리된 상태에서 얼라인먼트할 수 있으므로, 몰드 및 기판의 손상없이 고속으로 몰드와 기판의 얼라인먼트를 행할 수 있다. 또, 몰드와 기판의 마크를 법선 방향에서 관찰했을 경우에 다른 영역에 배치함으로써, 몰드와 기판의 마크의 간섭을 발생시키지 않는다. 그 결과, 신호처리가 용이해진다.
또, 본 발명에 의한 패턴전사장치를 이하와 같이 구성할 수도 있다. 여기서, 장치란 몰드에 형성되어 있는 임프린트 패턴을, 기판 또는 기판과 상기 몰드 간에 개재하는 수지에 전사하기 위한 패턴전사장치를 의미한다. 상기 패턴전사장치는 제 1 초점심도에 있어서의 상을 취득하기 위한 제 1 촬상부와 제 2 초점심도에 있어서의 상을 취득하기 위한 제 2 촬상부를 포함하고 있다. 우선, 상기 몰드에 형성된 제 1 얼라인먼트마크와 상기 기판에 형성된 제 2 얼라인먼트마크를 상기 제 1 초점심도 내에 배치하고, 상기 제 1 촬상부에 의해 관찰해서 제 1 화상을 취득한다. 또한, 상기 몰드 또는 상기 기판에 형성된 제 3 얼라이먼트 마크를 상기 제 2 초점심도 내에 배치하고 상기 제 2 촬상부에 의해 관찰해서 제 2 화상을 취득한다. 상기 제 1 및 제 2 상을 사용하여, 상기 패턴전사장치는 상기 제 1 및 제 2 촬상부 사이의 관찰범위의 차이에 관한 정보를 취득할 수 있도록 구성한다. 제 3 얼라인먼트마크는 제 1 또는 제 2 얼라인먼트마크와 동일하여도 되고, 달라도 된다.
또, 상기 제 1 초점심도 내에 상기 몰드의 얼라인먼트마크를 배치하고, 상기 제 2 초점심도 내에 기판의 얼라인먼트마크를 배치한 상태에서 상기 몰드와 상기 (임프린트 패턴이 전사되어야 하는) 기판 사이의 면내방향의 얼라인먼트를 실시할 수도 있다. 또, 상기 제 2 초점심도 내에 상기 몰드의 얼라이먼트 마크를 배치하고, 상기 제 1 초점심도 내에 상기 기판의 얼라인먼트마크를 배치한 상태에서 상기 마크와 상기 기판 사이의 면내방향의 얼라인먼트를 실시할 수도 있다.
(참조실시예)
이하에, 도면을 참조하면서, 본 발명에 적용할 수 있는 몇가지 참조실시예에 대해 설명한다.
[참조실시예 1]
참조실시예 1에 있어서는, 본 발명의 몰드와 기판의 얼라인먼트방법에 대해 설명한다.
도 12(a) 내지 도 12(d)는 본 참조실시예에 있어서의 기준기판을 사용한 몰드와 기판의 얼라인먼트방법을 설명하는 개략도이다.
도 12(a) 내지 도 12(d)를 참조하면, 참조번호 (101)은 제 1 물체위치를 나타내고, 참조번호 (102)는 제 2 물체위치를 나타내며, 참조번호 (103)는 몰드를 나타내고, 참조번호 (104)는 몰드마크를 나타낸다. 또, 참조번호 (110)는 기준기판을 나타내며, 참조번호 (111)는 기준기판마크를 나타내고, 참조번호 (112)는 기판을 나타내고, 참조번호 (113)는 기판마크를 나타낸다.
본 참조실시예의 얼라인먼트방법에 있어서는, 몰드(103)의 가공면에 있어서의 제 1 물체위치(101)와 가공면에 대해 기판(112) 측에 위치한 제 2 물체위치(102)를 관찰하는 광학계를 사용한다. 상기 광학계에 의해, 몰드마크(104)와 기 판마크(113)를 동시에 관찰할 수 있다.
제 1 물체위치(101)와 제 2 물체위치(102)는, 예를 들면, 수 나노미터 이상 떨어져 있어서, 가공면에 대해 평행한 면내방향으로 기판을 고속으로 이동하는 경우에도, 몰드와 기판은 접촉하지 않는 위치 관계에 있다.
도 12(a) 내지 도 12(d)의 각 경우에 있어서, 중앙의 도면은 제 1 물체위치(101)에 있어서의 제 1 관찰범위(106)를 나타낸다. 또, 우측도면은 제 2 물체위치(102)에 있어서의 제 2 관찰범위(107)를 나타내고 있다. 제 1 관찰범위(106)는 촬상부분으로서 제 1 촬상범위(108)를 포함하고, 제 2 관찰범위(107)는 촬상부분으로서 제 2 촬상범위(109)를 포함한다. 또, 좌측도면은 도 12(a)의 중앙도면에 나타낸, 예를 들면, 선 (A-A') 등의 수직절단선을 따라서 취한, 몰드(103)와 기준기판(110) 또는 기판(112)의 단면을 나타낸다.
일반적으로, 이들 2개(제 1 및 제 2)의 물체위치를 관찰하는 촬상소자를, 나노미터의 오더의 정밀도로 동축으로 배치하는 것은 용이하지 않으므로, 제 1 관찰범위(106)와 제 2 관찰범위(107)의 중심위치에는 차이가 발생한다. 또, 각각의 관찰범위와 관련된 촬상범위 간의 중심위치의 차이가 발생한다. 또한, 제 1 관찰범위와 몰드마크의 중심 위치에도 차이가 있다. 최종적으로 얼라인먼트가 되어야 할 물체는 몰드와 기판이므로, 본 참조실시예에서는 몰드마크의 중심과 기판마크의 중심을 얼라인먼트한다. 설명의 간략화를 위해서, 제 1 관찰 범위와 제 1 촬상범위가 서로 일치하고, 제 2 관찰범위와 제 2 촬상범위도 서로 일치한다고 가정한다. 이 가정을 한다고 해도, 설명의 일반성은 상실되지 않는다. 또, 설명의 간단화를 위해 서, 제 1 관찰범위와 제 2 관찰범위의 중심위치는 y방향으로만 어긋나 있다고 가정한다. 제 2 물체위치로부터 제 1 물체위치로 향하는 방향을 z방향의 정의 방향으로 취한다.
본 참조실시예의 얼라인먼트방법을 간략히 설명한다. 본 얼라인먼트 방법에서는, 몰드와 기판 간의 얼라인먼트를 실시하기 위해 기준기판(110)을 사용한다.
얼라인먼트 방법의 순서는 이하와 같다.
(1) 몰드와 기준기판을 제 1 물체위치에서 면내 이동기구를 사용하여 얼라인먼트한다 (도 12(a)).
(2) 기준기판을 z의 부(負)의 방향으로 이동시켜 그 상을 구성해서, 제 2 물체위치에서 상을 취득한다 (도 12(b)).
(3) 제 2 물체위치에서, 관찰된 상과 기판을 면내 이동기구를 사용하여 얼라인먼트한다 (도 12(C)).
(4) 기판을 z방향의 정의 방향으로 이동하는 것만으로, 제 1 물체위치에서 몰드와 얼라인먼트된다 (도 12(d)).
동일한 기판 상의 많은 지점에서 소정의 패턴을 반복적으로 전사하는 이러한 스텝-앤드-리피트방법에서, 기판의 최초의 지점에서만 얼라인먼트를 해도 된다. 이후에, 면내 이동기구의 정밀도(서브나노미터의 오더)로 반복적으로 전사할 수 있다.
다음에, 상세를 설명한다.
제 1 물체위치에서 소망한 위치에 기판마크를 얼라인먼트를 하려면, 제 1 물 체위치에서 소망한 위치에 상당하는, 제 2 물체위치에 있어서의 기판마크가 배치되어야 할 위치를 결정하는 것이 필요하다. 이 작업은, 예를 들면, 몰드를 교환할 때에만 실시하는 것이다. 도 12(a)는 제 1 물체위치(101)에 있어서, 기준기판마크(111)를 몰드마크(104)에 대응시킨 상태를 나타낸다. 이 상태를 다음의 방법으로 실현한다. 몰드마크(104)는 제 1 촬상범위의 중앙에 위치한다는 가정하에, 기판을 기판유지부에 배치하고, 면내 이동기구를 사용하여, 기준기판마크(111)의 중앙을 상기 몰드마크(104)(의 중앙)에 대응시킬 수 있다. 이 때의 얼라인먼트(위치조정)는 면내 이동기구를 사용함으로써 나노미터의 오더의 정밀도로 실시할 수 있다. 상기 얼라인먼트시에, 제 2 물체위치(102)의 상을 특별히 사용할 필요는 없다.
다음에, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 기준기판을 기판승강기구를 사용해서 z방향의 부의 방향으로 이동시켜서, 기준기판마크(111)가 제 2 물체위치(102)에 도달하도록 한다. 이 이동시에, xy-방향으로 기준기판은 어긋나지 않는다. 이 결과의 상태에서는, 제 2 물체위치(102)에 있어서 기준기판마크(111)를 관찰하고 이 상태에서 촬상하해서, 기억한다. 이 때, 제 1 물체위치(101)의 상을 특별히 사용할 필요는 없다.
다음에 도 12(c) 및 도 12(d)을 참조하면서, 몰드와 기판 간의 얼라인먼트의 방법을 설명한다. 이 조작은 새로운 기판의 배치(적재)마다 실시한다.
도 12(c)에 도시된 바와 같이, 기판(112)을 유지하는 기판유지부를 면내이동 기구에 의해 몰드(103)에 대향하는 지정위치(이것을 F1-1로 칭함)에 배치한다. 이 때, 제 2 물체위치(102)에서 기판마크(113)가 관찰된다. 다음에, 이 가준기판마크 의 중심을 도 12(b)의 제 2 물체위치(102)에 있어서 관찰한 기준기판마크(111)의 중심이 되도록 면내이동기구를 사용하여 얼라인먼트를 실시한다. 이 얼라인먼트는 몰드와 기판이 떨어진 상태로 있기 때문에 고속으로 행할 수 있다.
이 때의 기판유지부의 지정위치(F1-1)와 상기 얼라인먼트의 종료 후의 기판 유지부의 지정된 위치(이것을 S1-1로 칭함) 간의 차이(이것을 E1-1로 칭함)를 기억한다. 이 경우에, 특히 제 1 물체위치(101)의 상을 특별히 사용할 필요는 없다.
다음에, 도 12(d)에 도시된 바와 같이, 기판(112)을 z 방향의 정의 방향으로 상승시켜서 기판(112)을 제 1 물체위치(101)에 배치한다. 이 때, 기본적으로 몰드와 기판은 얼라인먼트의 종료상태가 된다. 그후, 동일 기판 상의 후속 전사에 대해서는 상기 차이(어긋남)(E1-1)가 있는 것을 전제로 해서 지정위치를 설정하여 임프린트를 실시한다. 이 경우에, 특히 제 2 물체위치(102)의 상을 사용할 필요는 없다.
몰드와 기판이 서로 어긋나 있고, 허용 범위 외에 위치된 경우에는, 또 몰드와 기판 간의 얼라인먼트를 행할 수도 있다. 이 조작은, 예를 들면, 수지재료를 개재하여 몰드와 기판 간의 접촉에 의해 발생된 응력으로 인해 몰드와 기판의 위치가 어긋난 경우에 필요할 수 있다. 몰드와 기판 간의 위치어긋남이 발생하는 경우에, 몰드와 기판 간의 어긋남의 양이 기판의 위치에 관계없이 동일하면, 다음의 처리를 실시한다. 보다 구체적으로, 이 때의 기판유지부의 지정위치(F1-1)와 얼라인먼트 종료시의 기판유지부의 위치(이것을 S1-2로 칭함) 간의 차이(이것을 E1-2로 칭함)를 기억한다. 이 경우에, 도 12(c)에 도시된 바와 같이, 제 2 물체위치에서 이미 얼라인먼트를 실시하고 있으므로, 이 차이값(E1-2)은 크게 되지 않는다. 그 후, 동일한 기판 상의 후속 전사에 대해서는 이 차이(어긋남)(E1-2)가 있는 것을 전제로해서 지정위치를 설정하고 임프린트를 실시한다.
상기 얼라인먼트는 기판의 어느 한 점에 있어서의 몰드와 기판 간의 위치 어긋남에 관한 정보에 의거하여 기판 전체면에 실시한다. 그러나, 얼라인먼트의 전에 얻어진, 기판의 전체면에 있어서의 위치어긋남에 관한 정보에 의거해서 몰드와 기판 간의 얼라인먼트를 실시해도 된다.
다음에, 기준기판의 구성을 나타낸 도 13(a) 내지 도 13(c)를 참조하면서, 본 참조실시예에서 사용되는 기준기판의 구성에 대해 설명한다.
기준기판으로서는, 임프린트패턴이 전사되어야 할 기판 그 자체를 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 이경우, 프로세스 중의 기판의 일그러짐이나 개개의 기판간의 차이가 발생될 수 있다고 염려가 된다. 이 때문에, 안정된 기준기판을 사용하는 것이 바람직하다.
도 13(a)에 도시된 기준기판(201)은 정사각형의 형상을 하고, 기준기판(201) 상에 몰드의 패턴 영역과 같은 크기의 영역(202)을 가지고 상기 영역(202)의 4 코너에 4개의 기준기판마크(203)가 배치되도록 구성되어 있다.
도 13(b)에 도시된 기준기판(204)은 원형의 형상을 하고, 상기 기준기판의 크기가 임프린트 패턴이 전사되는 기판과 동일한 크기를 가지도록 구성되어 있다. 기준기판(204) 상에는, 기준기판마크가 형성되어 있는 패턴영역(205)과, 기준기판 마크가 없는 패턴영역(206)이 있다. 이 구성에 있어서는 기준기판마크가 형성되어 있는 몇개의 위치에서 위치어긋남의 보정을 실시할 수 있다.
도 13(c)에 도시된 기준기판(207)은 임프린트 패턴이 전사되는 기판 그 자체 에 의해 구성된다. 이 경우에, 패턴영역의 전체에서 또는 도 13(b)에 도시된 몇개의 위치에서 보정해도 된다.
다음에, 광학계의 구성을 나타낸 도 14를 참조하면서, 본 참조실시예에 사용하는 계측용 광학계에 대해 설명한다.
본 참조실시예의 광학계에 있어서는, 광원(301)으로부터 방출된 광은 조명광학계(302), 제 1 빔스플리터(303), 제 1 결상광학계(304)를 통과해서, 몰드 (309) 및 기판(312)에 도달한다. 몰드 (309) 및 기판(312)에 의해 반사된 광은 제 1 결상광학계(304), 제 1 빔스플리터(303), 제 2 결상광학계(306), 및 제 2 빔스플리터(305)를 통과해서 제 1 촬상소자(307) 및 제 2 촬상소자(308)에 결상한다. 본 참조실시예에서는, 몰드마크(310)는 제 1 촬상소자(307)에 상으로서 형성되고, 기판 마크(311)는 제 2 촬상소자(308)에 상으로서 형성된다. 제 1 촬상소자(307)에는 제 1 물체위치(313)의 상이 결상되고, 제 2 촬상소자(308)에는 제 2 물체위치(314)의 상이 결상된다.
다음에, 본 참조실시예에 있어서의 몰드에 형성되어 있는 임프린트 패턴을 기판에 전사하거나, 또는 상기 기판과 상기 몰드 간에 개재된 수지에 전사하는 패턴전사장치를 구성하는 가공장치에 대해서, 참조실시예 1의 가공장치의 구성의 예를 도시한 도 15를 참조하면서, 설명한다.
도 15를 참조하면, 상기 가공장치는 노광 광원(401), 경통(402), 몰드유지 부(403), 기판유지부(404), 기판승강기구(Z-방향)(405), 면내이동기구(xy-방향)(406), 도 14에 도시된 계측용 광학계, 촬상소자(408), 및 해석기구(409)로 구성되어 있다.
몰드유지부(403)는 진공척킹방식 등에 의해 몰드(411)를 척킹한다. 기판(412)은 면내이동기구(406)에 의해 소망한 위치로 이동할 수 있다. 또, 기판승강기구(405)에 의해 기판의 높이의 조정 및 가압을 실시할 수 있다. 면내이동기구 및 기판 승강기구는 서브나노미터 오더의 제어정밀도로 간섭계 등에 의한 거리계측이 행해진다. 기판의 위치이동, 가압, 노광 등의 제어는 임프린트제어기구(410)에 의해 실시한다.
[참조실시예 2]
참조실시예 2에 있어서는, 참조실시예 1과 다른 형태의, 몰드와 기판 간의 얼라인먼트방법에 대해서 설명한다.
본 참조실시예에 있어서는, 도 12(a) 내지 도 12(d)와 공통되는 얼라인먼트방법의 설명은 생략하고, 그 구성과 다른 부분에 대해서만 설명한다.
도 16(a) 내지 도 16(c)는 몰드(502)와 기판(513) 간의 얼라인먼트방법을 설명하는 개략도를 포함하고 있다.
본 참조실시예에 있어서는, 기준기판의 양면에 각각 제 1 기준기판마크(506) 및 제 2 기준기판마크(504)를 배치한다. 또, 기준기판(505)의 광학적인 두께를 제 1 물체위치(501)와 제 2 물체위치(503)의 거리를 동일하게 한다. 이들 특징에 의거하여, 제 1 물체위치에서 몰드마크의 소망한 위치에 기판마크를 얼라인먼트하기 위 해서 제 2 물체위치에 있어서 기판마크를 이동하여야 하는 위치를 이하에 설명하는 바와 같이 한번에 결정할 수 있다.
도 16(a)는 제 1 물체위치(501)에 기준기판(505)의 제 1 기준기판마크(506)가 위치되어 있는 경우를 나타낸 개략도를 포함하고 있다. 또, 제 2 기준기판 마크(504)는 제 2 물체위치(503)에 있다. 제 1 기준기판마크(506)를 제 1 관찰영역(509)에 형성된 제 1 촬상영역(510)에 배치한다. 또, 제 2 기준기판마크(504)를 제 2 관찰영역(511)에 형성된 제 2 촬상영역(512)에 배치한다. 참조번호(508)는 제 1 및 제 2 촬상범위(510) 및 (512)의 중앙위치 간의 차이룰 나타낸다.
우선, 기준기판(505)을 기판유지부(도시하지 않음)에 배치해서, 면내이동기구에 의해 몰드마크(507)를 기준으로 해서 제 1 물체위치에 있어서 제 1 기준기판 마크(506)의 얼라인먼트(위치조정)를 행한다. 보다 구체적으로, 예를 들면, 제 1 기준기판 마크(506)의 중심과 몰드마크(507)의 중심이 서로 일치하도록 얼라인먼트를 행한다. 이 때, 제 2 물체위치(203)에 제 2 기준기판 마크(504)를 위치시켜서 그 상을 기억한다.
그 이후, 기준기판(505)을 기판유지부로부터 제거한다.
다음에, 기판을 얼라인먼트하는 방법을 설명한다. 이 방법은 기본적으로 참조실시예 1과 동일하다.
보다 구체적으로, 도 16(b)에 도시된 바와 같이, 기판을 유지하는 기판유지부를 면내이동기구에 의해 몰드에 대향하는 지정위치(이것을 F2-1로 칭함)에 배치한다. 이 때, 제 2 물체위치에서 제 1 기판마크(514) 및 제 2 기판마크(515)가 관 찰된다. 다음에, 제 1 기판마크의 중심을 도 16(a)에 도시된 제 2 물체위치(503)에 있어서 관찰한 기준기판마크(504)의 중심과 얼라인먼트되도록 면내구동기구를 사용하여 얼라인먼트를 실시한다. 이 때의 기판유지부의 지정위치(F2-1)와 얼라인먼트 완료후의 기판유지부의 지정위치( S2-1로 칭함) 사이의 차이(E2-1로 칭함)를 기억한다.
도 16(c)는 기판을 유지하는 기판유지부를 상승시켜, 제 1 및 제 2 기판마크 (514) 및 (515)가 제 1 물체위치(501)에 배치된 상태를 나타낸다. 통상 이 상태에서, 몰드와 기판 간의 얼라인먼트를 완료한다. 이후에, 동일한 기판 상의 전사에는 이 차이(어긋남)(E2-1)가 있는 것을 전제로 해서 지정위치를 설정하여 임프린트를 실시한다.
참조실시예 1과 마찬가지로, 몰드와 기판이 서로 어긋나 있고, 허용범위 외에 위치되어 있는 경우에, 도 16(c)에 도시된 제 1 물체위치(501)에서, 면내이동기구를 사용하여 몰드마크(507)를 기준으로 해서 제 2 기판마크(515)를 위치적으로 얼라인먼트한다. 이 경우에, 도 16(b)에 도시된 제 2 물체위치(503)에서 이미 얼라인먼트를 실시하였으므로 위치 어긋남의 정도는 크지 않다. 기판유지부의 지정위치(F2-1)와 얼라인먼트의 완료시에 있어서의 기판유지부의 위치(S2-2로 칭함) 간의 차이(E2-2로 칭함)를 기억한다. 그 후, 동일한 기판 상의 후속 전사에 대한 차이(어긋남)(E2-2)가 있는 것을 전제로 해서 지정위치를 설정하여 임프린트를 실시한다.
[참조실시예 3]
참조실시예 3에 있어서, 참조실시예 1과는 상의 처리방법이 다른, 몰드와 기판 간의 얼라인먼트방법에 대해 설명한다.
본 참조실시예에 있어서는, 도 12(a) 내지 도 12(d)와 공통되는 얼라인먼트방법의 설명은 생략하고, 그 구성에 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 17(a) 내지 도 17(c)는 본 참조실시예에 있어서의 화상처리방법을 설명하는 도면을 포함한다.
우선, 기준기판(613)을 제 1 물체위치(601)에서 관찰했을 경우를 설명한다.도 17(a)는 기준기판(613)의 기준기판 마크(614)가 제 1 물체위치(601)에 있는 상태를 나타낸다. 본 참조실시예에서는, 제 1 촬상범위(605)의 제 1 촬상영역(608)에 있어서, 몰드마크 (604)를 기준으로 해서 제 1 영역(A)(610)이 몰드(602)의 몰드마크(604)를 포함하는 영역으로서 지정한다. 그 후, 인접한 영역 사이에 어느 간격으로 제 1 영역(B)(611) 및 제 1 영역(C)(612)을 지정한다. 기준기판마크(614)는 제 1 영역(C)(612)에 대해서, 면내 이동기구로 이동시킴으로써, 위치적으로 조정된다. 이 때, 예를 들면, 제 1 영역(A)(610)과 제 1 영역(C)(612)을 상으로부터 선택하거나 또는 추출해서 각각의 추출된 상의 콘트라스트를 조정하고, 상기 추출된 2개의 상을 중첩시키는 신호처리를 실시하여 소망한 위치에 제 1 영역(C)(612)을 배치한다. 기준기판마크(614)와 제 1 영역(C)(612)간의 얼라인먼트를 완료한 후에, 기판승강기구를 사용하여 기준기판(613)을 기준기판마크(614)가 관찰되는 제 2 물체위치(603)까지 하강시킨다. 참조번호(606)은 제 1 촬상범위와 제 2 촬상범위(608)과 (609)의 중심위치 간의 차이를 나타낸다. 도 17(b)는 기준기판(613)의 기준기판마크(614)가 제 2 물체위치(603)에 있는 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 제 2 촬상범위(607)의 제 2 촬상영역(609)에 있어서, 기준기판마크(614)를 기준으로 해서 기준기판마크(614)를 포함하도록 제 2 영역(C)(617)을 지정한다. 그 후, 인접한 영역사이의 어떤 거리(간격)으로 제 2 영역(B)(616) 및 제 2 영역(A)(615)을 지정한다. 그 후, 기준기판(613)을 기판유지부로부터 제거한다.
다음에, 기판의 얼라인먼트방법을 설명한다. 도 17(c)는 기판(618)을 제 2 물체위치(603)에서 관찰했을 경우를 설명하는 도면을 포함한다.
보다 구체적으로는, 도 17(c)에 도시된 바와 같이, 기판을 유지하는 기판유지부를 면내이동기구에 의해 몰드에 대향하는 지정위치(F3-1로 칭함)에 배치한다. 이 때, 제 2 물체위치에서 기판마크(619)가 관찰된다. 이 상태에서, 제 2 영역(B)(616)을 상으로부터 선택하거나 또는 추출해서, 도 17(b)에 대해서 설명한 조작에서 취득한 제 2 영역(C)(617)의 상과 중첩시켜서 위치조정을 한다. 이 때 위치조정은 몰드와 기판 간의 접촉이 발생되지 않기 때문에 고속으로 실시할 수 있다. 또한, 각각의 상은 미리 콘트라스트조정 등의 신호처리를 실시한다.
다음에, 기판(618)을 제 1물체위치(601)에서 관찰했을 경우를 설명한다.
도 17(d)는 기판승강기구에 의해 기판(618)을 z-방향의 정의 방향으로 상승시켜, 기판마크(619)가 제 1 물체위치(601)에 배치된 상태를 나타낸다. 통상, 이 상태에서 몰드와 기판 간의 얼라인먼트는 완료되므로, 그 결과인 위치어긋남은 허용범위 내인 것이 기대된다. 이 때의 기판유지부의 지정위치(F3-1)와 얼라인먼트 완료후의 기판유지부의 지정위치(S3-1로 칭함)의 차이(E3-1로 칭함)를 기억한다. 그 후, 동일한 기판 상의 후속 전사에 대해서는 이 차이(어긋남)(E3-1)가 있는 것을 전제로 해서 지정위치를 설정하여 임프린트를 실시한다.
참조실시예 1과 마찬가지로, 몰드와 기판이 서로 어긋나 있고 허용범위 외부에 위치되는 경우에 있어서는, 제 1 물체위치(601)에서 최종적으로 몰드(602)와 기판(618)을 얼라인먼트한다. 이 경우에, 도 17(c)에 도시된 제 2 물체위치(603)에서 얼라인먼트를 이미 실시하였므로 위치어긋남의 정도가 크지 않다. 기판유지부의 지정위치(F3-1)와 얼라인먼트의 완료시에 있어서 기판유지부의 위치(S3-2로 칭함) 간의 차이(E3-2로 칭함)를 기억한다. 그 후, 동일한 기판 상의 후속 전사에 대한 차이(어긋남)(E3-2)가 있는 것을 전제로 해서 지정위치를 설정하여 임프린트를 실시한다.
상술한 바와 같이, 촬상소자의 촬상영역에 있어서의 다른 영역을 사용하는 것의 효과는, 몰드 및 기판의 반사율이 서로 달라서, 몰드와 기판의 상을 독립적으로 신호처리할 수 있어서 얼라인먼트의 정밀도를 향상시키기 용이해지는 것이다. 또, 몰드와 기판이 상하로 서로 겹쳐지지 않기 때문에 상호 간섭의 영향을 고려할 필요가 없어서, 마크의 자유도를 증가시킬 수 있다.
다음에, 상기 마크 중에서 모아레줄무늬를 상 처리에 의해 발생시킴으로써 고정밀도의 얼라인먼트를 실시하는 방법에 대해 설명한다.
도 18(a) 내지 도 18(f)는 참조실시예 3에 있어서의 모아레줄무늬를 상 처리 에 의해 얼라인먼트를 실시할 때에 사용하는 얼라인먼트마크를 설명하는 개략도이다.
도 18(a)는 피치(P1)의 바 패턴(701)과 피치(P2)의 바 패턴(702)를 포함하는 제 1 마크를 나타낸다. 도 18(b)는 도 18(a)의 배열과 반대의 배열을 가지는 피치(P1)의 바 패턴(701)과 피치(P2)의 바 패턴(702)을 포함하는 제 2 마크를 나타낸다. 제 1 마크와 제 2 마크를 서로 중첩시킴으로써, 도 18(c)에 도시된 바와 같이 합성 상(706)을 형성한다. 이 합성 상(706)에 있어서는, 좌우의 모아레줄무늬가 위상이 서로 같다. 도 18(c)는 마크와 기판 간의 얼라인먼트가 종료된 상태를 나타낸다.
또한, 마크와 기판의 얼라인먼트가 종료되지 않은 상태에 있어서는, 좌우의 모아레줄무늬의 위상이 서로 다르다. 모아레줄무늬는 이하의 식에 의해 나타내지는 피치 PM과 같은 주기를 가진다.
Figure 112008079323770-pct00006
상기와 같이, 광학배율을 사용하지 않고도 몰드와 기판간의 위치어긋남이 확대된다.
다음에, 모아레 줄무늬는, 도 18(d)에 도시된 바와 같이, XYθ계측을 위한 제 1 마크(709)가 배열되어 있고, 상기 제 1 마크(709)는 제 1 영역(710), 제 2 영역(711), 제 3 영역(712), 제 4 영역(713), 피치 P3의 패턴(707), 및 P4의 패턴(708)을 포함하고 있다. 또, 모아레 줄무늬는, 도 18(e)에 도시된 바와 같이, XYθ계측을 위한 제 2 마크(714)가 배열되어 있고, 상기 제 2 마크(714)는 제 1 영 역(710) 내지 제 4 영역(713) 및 도 18(d)의 패턴과 반대로 배열된 패턴(707) 및 (708)을 포함하고 있다. 도 18(d)에 도시된 제 1 마크(709)와 도 18(e)에 도시된 제 2 마크(714)에 대해서, 제 1 영역(710)과 제 3 영역(712)에서 y방향과 θ의 얼라인먼트를 실시할 수 있고, 제 2 영역(711)과 제 4 영역(713)에서 x방향과 θ의 얼라인먼트를 실시할 수 있다. 도 18(f)는 얼라인먼트를 완료했을 때의 XYθ계측의 모아레줄무늬(715)를 포함한 XYθ계측의 합성상(716)을 나타낸다.
(산업상사용가능성)
이상에서 설명한 본 발명에 의한 장치 및 방법은 반도체, 포토닉 결정 등의 광학소자, 및 μ--TAS 등의 바이오 칩의 제조기술 등에 이용될 수 있다.
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상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 얼라인먼트방법에 있어서 상기문제를 해결한 얼라인머트방법, 임프린트방법, 얼라인먼트장치, 임프린트장치, 및 위치계측방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 여기에 개시된 구성을 참조하면서 설명하였지만, 지금까지 설명된 상세에 한정되는 것은 아니며, 본 출원은 다음의 클레임의 개선의 목적이나 범위 내에 포함될 수 있는 수정이나 변경 등을 포함하도록 의도된 것이다.

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  15. 몰드와 기판 사이의 얼라인먼트를 수행하고 기판의 층에 몰드의 패턴을 임프린트하기 위한 임프린트 장치이며,
    몰드를 유지하도록 구성된 홀더;
    상기 홀더에 의해 유지된 몰드에 대향하는 기판을 유지하도록 구성된 스테이지;
    화상 픽업 디바이스를 포함하며, 상기 화상 픽업 디바이스의 제1 화상 픽업 영역을 통해, 제1 주기 구조를 가지며 상기 몰드에 형성된 제1 얼라인먼트 마크를 검출하고, 상기 화상 픽업 디바이스의 제2 화상 픽업 영역을 통해, 제2 주기 구조를 가지며 상기 기판에 형성된 제2 얼라인먼트 마크를 검출하도록 구성된 현미경;
    을 포함하고,
    상기 제1 화상 픽업 영역 및 상기 제2 화상 픽업 영역은 서로 중첩되지 않으며, 상기 제1 화상 픽업 영역을 통해 검출된 상기 제1 얼라인먼트 마크의 기본 주파수 성분과 상기 제2 화상 픽업 영역을 통해 검출된 상기 제2 얼라인먼트 마크의 기본 주파수 성분을 수학적으로 승산하여 모아레 무늬(moire fringe)의 위상을 취득하고, 취득된 위상에 기초하여 상기 홀더와 상기 스테이지의 상대적인 위치들을 변경함으로써 얼라인먼트를 수행하도록 구성된 임프린트 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 화상 픽업 디바이스에 의해 취득된 신호들의 콘트라스트를 상기 제1 화상 픽업 영역 및 상기 제2 화상 픽업 영역 각각에 대하여 조정하도록 구성된 임프린트 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    현미경은 상기 제1 화상 픽업 영역 및 상기 제2 화상 픽업 영역 각각에 대하여 콘트라스트를 조정하도록 구성된 광학 소자를 포함하는 임프린트 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    화상 픽업 디바이스의 이득 또는 노광 시간을 변화시킴으로써 상기 제1 화상 픽업 영역 및 상기 제2 화상 픽업 영역 각각에 대하여 콘트라스트를 조정하도록 구성된 임프린트 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    신호 처리에 의해 상기 제1 화상 픽업 영역 및 상기 제2 화상 픽업 영역 각각에 대하여 콘트라스트를 조정하도록 구성된 임프린트 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    기판의 층으로서의 미경화 재료에 몰드를 가압하고, 상기 층에 패턴을 임프린트하기 위해, 상기 미경화 재료에 상기 몰드가 가압된 상태에서 상기 미경화 재료를 경화시키도록 구성된 임프린트 장치.
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