KR101299473B1 - 나노 스케일 장치를 제조하기 위한 간섭 분석 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 몰드 그리고 패턴을 생성하기 위하여 몰드가 사용되는 기판의 영역이 될 수 있는 두 좌표계 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정하는 시스템 및 방법을 특징으로 하고 있다. 이러한 목적을 위해, 두 좌표계 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정하기 위하여 복수의 지점에서 두 좌표계 사이의 상대적인 정렬이 감지된다. 상대적인 공간 파라미터는 상대적인 면적 및 상대적인 형상을 포함한다.
Figure 112007041340452-pct00008
리소그래피, 몰드, 기판, 템플릿, 광원, 검출기

Description

나노 스케일 장치를 제조하기 위한 간섭 분석{INTERFEROMETRIC ANALYSIS FOR THE MANUFACTURE OF NANO-SCALE DEVICES}
본 발명은 일반적으로 나노 제조에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 나노 스케일 장치의 제조를 위해 적합한 포개지는 복수의 패턴의 분석을 용이하게 하는 시스템에 관한 것이다.
나노 스케일 제조는 예를 들면 1 나노미터 또는 수 나노미터 수준의 피쳐를 갖는 매우 작은 구조의 제조를 포함한다. 나노 스케일 제조에 사용하기 위해 장래성이 있는 프로세스는 임프린트 리소그래피로 공지되어 있다. 전형적인 임프린트 리소그래피 프로세스는 본 발명의 양수인에게 양도된 "최소 치수 가변성을 갖는 피쳐를 복제하기 위하여 기판에 피쳐를 정렬하기 위한 방법 및 몰드"의 제목으로 출원된 미국특허 출원번호 10/264,960에 대한 미국공개특허 2004-0065976, "도량형 기준의 제조를 용이하게 하기 위하여 기판에 층을 형성하는 방법"의 제목으로 출원된 미국특허 출원번호 10/264,926에 대한 미국공개특허 2004-0065252, 및 "최소 치수 가변성을 갖는 피쳐를 복제하기 위하여 기판에 피쳐를 정렬하기 위한 방법 및 몰드"의 제목으로 출원된 미국특허 출원번호 10/235,314에 대한 미국공개특허 2004-0046271 와 같은 많은 문헌에 상세하게 설명되어 있다.
도 1을 참조하면, 임프린트 리소그래피의 기본적인 개념은 특히 에칭 마스크로서 기능할 수 있는 릴리프 패턴을 기판 위에 형성함으로써 릴리프 패턴에 대응하는 패턴이 기판내에 형성될 수 있도록 하는 것이다. 릴리프 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 시스템은 기판(12)이 지지되는 스테이지(10)를 포함하고 있다. 템플릿(14)은 그 위에 패턴화된 표면(18)을 구비한 몰드(16)를 가지고 있다. 패턴화된 표면(18)은 대체로 매끄럽거나 평면이며 하나 이상의 함몰부가 그 안에 형성되도록 패턴화될 수 있다. 템플릿(14)의 이동을 용이하게 하기 위하여 템플릿(14)은 임프린트 헤드(20)에 연결된다. 중합체 재료(24)를 기판 위에 침적하기 위하여, 기판(12)과 선택적으로 유체 연통하게 위치하도록 유체 분배 시스템(22)이 연결되어 있다. 경로(30)를 따라 에너지를 보내기 위하여 에너지(28)의 소스(26)가 연결되어 있다. 임프린트 헤드(20)와 스테이지(10)는 몰드(16)와 기판(12)을 각각 포개서 배열하도록 구성되어 경로(30)에 배치된다. 임프린트 헤드(20)와 스테이지(10) 중의 하나 또는 양자는 몰드와 기판 사이에 중합체 재료(24)에 의해서 충진되는 소정의 체적을 한정하기 위하여 몰드(16)와 기판(12) 사이의 거리를 변화시킨다. 일반적으로, 중합체 재료(24)는 몰드(16)와 기판(12) 사이에 소정의 체적이 한정되기 전에 기판(12)에 배치된다. 그러나, 소정의 체적이 얻어진 후에 중합체 재료가 그 체적을 충진할 수 있다. 소정의 체적이 중합체 재료(24)로 충진된 후에, 소스(26)는 기판 표면 및 몰드 표면의 형상과 상응하게 중합체 재료(24)를 응고 및/또는 교차 결합시키는 에너지(28)를 발생시킨다. 이러한 프로세스의 제어는 스테이지(10), 임프린트 헤드(20), 유체 분배 시스템(22), 소스(26)와 데이터 통신하고 메 모리(34)에 저장된 컴퓨터 판독가능한 프로그램에 따라 작동하는 프로세서(32)에 의해 조절된다.
에너지(28)가 중합체 재료(24)에 충돌하도록 허용하기 위하여, 에너지(28)의 파장이 몰드를 통하여 전파될 수 있도록 상기 몰드(16)는 투명한 것이 바람직하다. 추가적으로, 몰드(16)를 통하여 전파되는 에너지의 플럭스를 최대화하기 위하여, 에너지는 경로(30)에 어떠한 방해물도 없는 상태에서 몰드(16)의 전체 면적을 덮기에 충분한 단면을 갖고 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 종종 몰드(16)에 의해 생성되는 패턴은 그 이전의 패턴이 존재하는 기판(112) 위에 놓여진다. 따라서, 만약 평면이 아니라면 표면(42)에 배치되는 중합체 재료(24)로부터 패턴화된 임프린트 층(도시 생략)을 형성할 때 매끄러운 표면(42)을 제공하기 위하여 일반적으로 프라이머 층(36)은 기판(112)내에 형성된 함몰부(38) 및 돌출부(40)로 도시된 패턴화된 피쳐 위에 배치된다. 이러한 목적을 위해, 몰드(16)와 기판(112)은 패턴화된 피쳐의 일부를 포함하는 정렬 마크를 포함하고 있다. 예를 들면, 몰드(16)는 몰드 정렬 마크라고 칭하며 피쳐(44, 46)에 의해서 형성되는 정렬 마크를 가지고 있다. 기판(112)은 기판 정렬 마크라고 칭하며 피쳐(48, 50)에 의해서 형성되는 정렬 마크를 포함하고 있다.
몰드(16)와 기판(112) 사이에 적절한 정렬이 이루어지지 않으면 기판(112)에 기록된 패턴에 에러가 도입될 수 있다. 표준 정렬 에러 이외에 확대/런아웃 에러는 특히 몰드(16)와 패턴화될 기판(112)의 영역 사이의 경미한 변화로 인하여 기록된 패턴에 뒤틀림을 초래할 수 있다. 확대/런아웃 에러는 몰드(16) 상의 패턴이 기록될 기판(112)의 영역이 몰드(16)의 패턴의 면적을 초과할 때 발생한다. 또한, 확대/런아웃 에러는 몰드(16)의 패턴이 기록될 기판(112)의 영역이 오리지널 패턴보다 작은 면적을 가지고 있을 때 발생한다. 확대/런아웃 에러의 해로운 영향은 공통 영역에 다중 패턴을 형성할 때 더욱 악화된다. 몰드(16) 상의 패턴이 기판(112)에 수직인 축선 주위로, 몰드(16) 상의 패턴이 기록될 기판(112)의 영역에 대하여 회전한다면 추가적인 에러가 발생할 수 있다. 이러한 에러는 방위 에러라 칭한다. 추가적으로, 몰드(16)의 둘레의 형상이 패턴이 기록될 기판(112)의 영역의 둘레의 형상과 상이할 때 또한 뒤틀림을 초래한다. 이러한 뒤틀림은 몰드(16) 및/또는 기판(112)의 영역의 횡방향으로 뻗은 둘레의 세그먼트가 직교하지 않을 때 발생한다. 이것은 스큐/직교성 뒤틀림이라 칭한다.
몰드(16)에 의해 생성되는 패턴과 기판(112) 상의 패턴 사이의 적절한 정렬을 보장하기 위해서는 몰드와 기판 정렬 마크 사이의 적절한 정렬을 확보하는 것이 바람직하다. 일반적으로 이것은 보조 식별 장치, 예를 들면 몰드(16)와 기판(12) 모두와 동시에 광통신 하도록 선택적으로 배치된 정렬 시스템(53)을 사용하여 달성되었다. 전형적인 정렬 시스템은 현미경 또는 다른 화상 시스템을 포함하고 있다. 일반적으로 정렬 시스템(53)은 경로(30)에 평행한 정보를 획득한다. 정렬은 그 다음에 오퍼레이터에 의해 수동으로 또는 관찰 시스템을 이용하여 자동으로 성취된다.
따라서, 임프린트 리소그래피 프로세스를 위한 향상된 정렬 기술을 제공할 필요성이 상존하고 있다.
본 발명은 몰드 그리고 패턴을 생성하기 위하여 몰드가 사용되는 기판의 영역이 될 수 있는 두 좌표계 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정하는 시스템 및 방법을 특징으로 하고 있다. 이러한 목적을 위해, 두 좌표계 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정하기 위하여 복수의 지점에서 두 좌표계 사이의 상대적인 정렬이 감지된다. 상대적인 공간 파라미터는 상대적인 면적 및 상대적인 형상을 포함한다. 본 발명에 대한 실시예는 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1 은 종래 기술에 따른 임프린트 리소그래피 시스템의 간략한 평면도,
도 2 는 종래 기술에 따라 포개져서 복수의 층이 그 위에 배치된 패턴화된 기판과 몰드의 단면도,
도 3 은 본 발명에 따른 임프린트 리소그래피 시스템의 블록 다이어그램,
도 4 는 템플릿을 위에서 아래로 바라본 사시도로 나타낸 상태에서, 본 발명에 따른 도 3에 도시된 간섭 분석 툴의 구성 요소를 도시한 부분적인 블록 다이어그램 및 사시도,
도 5 는 본 발명에 따른 도 4에 도시된 템플릿의 평면도,
도 6 은 도 5에 도시된 정렬 마크 요소에 포함될 수 있는 복수 열의 피쳐를 도시한 평면도,
도 7 은 도 6에 도시된 하나 이상의 열의 피쳐와 관련된 제1 피치를 갖고 있는 정렬 마크 피쳐의 상세도,
도 8 은 도 6에 도시된 하나 이상의 열의 피쳐와 관련된 제2 피치를 갖고 있는 정렬 마크 피쳐의 상세도,
도 9 는 도 3에 도시된 기판 정렬 마크 요소에 포함될 수 있는 피쳐를 도시한 평면도,
도 10 은 도 9에 도시된 하나 이상의 열의 피쳐와 관련된 정렬 마크 피쳐의 상세도,
도 11 은 도 6 및 도 9에 도시된 정렬 마크 피쳐가 포개져 있고 0이 아닌 옵셋을 갖고 있을 때, 도 4에 도시된 하나 이상의 검출기에 의해 감지된 이미지를 도시한 평면도,
도 12 는 도 6 및 도 9에 도시된 정렬 마크 피쳐가 포개져 있고 0의 옵셋을 갖고 있을 때, 도 4에 도시된 하나 이상의 검출기에 의해 감지된 이미지를 도시한 평면도,
도 13 은 도 11의 이미지에 반응하여 도 4에 도시된 검출기 중의 하나에 의해 산출되는 강도 신호를 나타내는 도면,
도 14 는 본 발명의 변경 실시예에 따라 도 9에 도시된 피쳐를 도시한 평면도,
도 15 는 본 발명의 한 실시예에 따른 도 3에 도시된 스테이지의 개략적인 사시도,
도 16 은 본 발명의 변경 실시예에 따라 템플릿 정렬 마크에 대한 검출기의 코스 정렬 조절의 한 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도,
도 17 은 변경 실시예에 따른 도 3에 도시된 기판 정렬 마크 요소에 포함될 수 있는 피쳐를 도시한 평면도,
도 18 은 변경 실시예에 따른 도 5에 도시된 정렬 마크 요소에 포함될 수 있는 복수 열의 피쳐를 도시한 평면도,
도 19 는 도 17 및 도 18에 도시된 정렬 마크 요소가 포개질 때 생기는 정렬 마크 구성을 도시한 평면도,
도 20 은 제1 변경 실시예에 따른 도 19에 도시된 정렬 마크 구성을 나타내는 평면도, 및
도 21 은 제2 변경 실시예에 따른 도 19에 도시된 정렬 마크 구성을 나타내는 평면도.
도 3을 참조하면, 본 발명은 템플릿 스테이지(54)내에 유지되는 템플릿(52), 기판 스테이지(60) 위에 지지되는 기판(56), 템플릿(52)과 기판(56) 양자와 모두 광통신하는 간섭 분석 툴(62)(interferometric analysis tool)을 갖고 있는 임프린트 리소그래피 시스템(50)을 포함하고 있다. 또한, 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이 임프린트 리소그래피 시스템에 일반적으로 포함되어 있는 중합체의 유체 분배 시스템과 화학선 방사의 소스가 구비되어 있지만, 명료함을 위하여 도면에 나타내지는 않았다. 전형적인 템플릿 스테이지는 플렉셔 시스템(도시 생략)을 통하여 임프린트 헤드(20)에 연결된 액추에이터 서브-어셈블리(도시 생략)와 척 시스템(도시 생략)을 포함하고 있으며, 이와 관련한 내용은 Anshuman Cherala, Byung-Jin Choi, Pawan Kumar Nimmakayala, Mario J. Meissl, Sidlgata V. Sreenivasan에 의해 발명되어 "SYSTEM FOR MAGNIFICATION AND DISTORTION CORRECTION DURING NANO-SCALE MANUFACTURE"의 제목으로 출원되어 계류중인 미국특허 출원서(아직 출원번호가 부여되지 않았음)에 개시되어 있으며 그 내용은 본 명세서에 통합되어 있다.
간섭 분석 툴(62)은 템플릿과 기판 사이에 소정의 공간 배열을 얻기 위하여 템플릿(52)과 기판(56)에 의해서 정의되는 두개의 좌표계 사이에 적합한 공간 배열을 촉진하기 위하여 피드백 루프(64)를 통하여 통신하도록 스테이지(54, 60)와 연결되어 있다. 간섭 분석 툴(62)은 템플릿(52)과 기판(56)의 복수의 공간 파라미터에 대한 데이터를 산출하고 공간 파라미터 사이의 차이가 소정 공차 내에 있는 것을 보장하기 위하여 그 데이터에 응답하는 신호를 결정한다. 이러한 목적을 위하여, 간섭 분석 툴(62)은 템플릿 정렬 마크(65)라고 칭하는 템플릿(52) 상의 하나 이상의 정렬 마크뿐만 아니라 기판 정렬 마크(66)라고 칭하는 기판(56) 상의 하나 이상의 정렬 마크에 연결된다. 간섭 분석 툴(62)은 감지된 정렬 마크(65, 66)로부터 얻은 정보에 기초하여 템플릿(52) 및 기판(56)에 대한 복수의 상대적인 공간 파라미터를 결정할 수 있다. 공간 파라미터는 X 방향 및 Y 방향의 오정렬, 상대적인 확대/런아웃 측정이라고 칭하는 X 방향 및 Y 방향에서 기판(56)과 템플릿(52) 사이의 상대적인 크기 차이, 뒤틀림 측정이라고 칭하는 템플릿(52) 및/또는 기판(56) 상에 뻗어 있는 두개의 인접한 에지의 상대적인 비직교성을 포함한다. 추가적으로, 간섭 분석 툴(62)은 템플릿(52)이 놓여지는 평면 및 템플릿(52)과 마주하는 기판(56)의 표면에 수직인 Z 방향에 대한 상대적인 회전 방위를 결정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 간섭 분석 툴(62)은 도면부호 70, 80, 90, 100, 110, 120으로 표시된 복수의 검출 시스템과 두개의 광원(94, 124)을 포함하고 있다. 각각의 검출 시스템(70, 80, 90, 100, 110, 120)은 개별적으로 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)를 포함하고 있다. 각각의 검출 시스템(70, 80, 100, 110)은 개별적으로 광원(74, 84, 104, 114)을 포함하고 있다. 각각의 광원(74, 84, 94, 104, 114, 124)은 시계(field of view)에 놓여 있는 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)와 개별적으로 광통신하는 템플릿(52)의 영역에 광 에너지를 충돌시키도록 연결되어 있다. 특히, 검출기(72)는 초점 렌즈(78)와 반투과 미러(half-silvered(50/50) mirror)(76)를 통하여 몰드(198)상에 배치된 정렬 마크를 포함하고 있는 템플릿(52)의 영역(200)과 광통신한다.
광원(74)은 반투과 미러(76)에 충돌한 다음에 영역(200)을 비추기 위하여 경로(p1)를 따라 진행하는 광 에너지를 생성한다. 영역(200)에 충돌한 광 에너지의 일부는 경로(p1)를 따라 되돌아가고, 반투과 미러(76)를 통과하여 초점 렌즈(78)에 의해 검출기(72)에 모아진다. 유사한 방식으로, 검출기(82)는 광원(84)에 의해 생성되며 경로(p2)를 따라 되돌아오는 광 에너지를 감지하기 위하여 반투과 미러(86) 및 초점 렌즈(88)와 함께 영역(202)과 광통신하도록 위치되어 있다. 검출기(102)는 광원(104)에 의해 생성되며 경로(p4)를 따라 되돌아오는 광 에너지를 감지하기 위하여 반투과 미러(106) 및 초점 렌즈(108)와 함께 영역(206)과 광통신하도록 위 치되어 있다. 검출기(112)는 광원(114)에 의해 생성되며 경로(p7)를 따라 되돌아오는 광 에너지를 감지하기 위하여 반투과 미러(116) 및 초점 렌즈(118)와 함께 영역(212)과 광통신하도록 위치되어 있다. 이와 같은 방식으로, 검출 시스템(70, 80, 100, 110)은 동축의 조명 및 검출을 이용한다. 검출기로서 사용하기 위한 전형적인 시스템은 Sony, Inc로부터 입수가능한 모델번호 XEES50, XEHR58, XE75 이다.
몰드를 통한 화학선 방사를 전파할 수 있도록 몰드(98)의 전체 면적이 노출되는 것을 보장하기 위하여 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122), 광원(74, 84, 94, 104, 114, 124) 및 광학 트레인의 다른 구성요소들은 몰드와 겹치지 않게 되어 있다. 그러므로, 각각의 경로(p1 - p8)는 몰드(198)에 대한 수직선에 대하여 2°내지 15°범위의 각도를 형성한다. 이러한 구조에서 각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)는 영역(200, 202, 204, 206, 212, 214)으로부터 전파되는 소정 파장의 방사선을 감지하는 반면에 다른 파장의 방사선을 모두 거부하도록 배열되어 있다. 예를 들면, 각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)는 하나의 차수의 파장을 감지하도록 배열된다(즉, 영역(200, 202, 204, 206, 212, 214)으로부터의 광의 1차 또는 고차 회절 파장을 감지하는 반면에 다른 차수의 모든 파장을 거부하도록 배열된다).
그러나, 검출 시스템(90, 120)는 동축의 조명 및 검출을 이용하지 않는다. 오히려, 검출 시스템(90, 120)을 위한 광원은 검출기의 맞은 편에 배치된다. 예를 들면, 광원(94)은 영역(204)에 광 에너지를 충돌시키기 위하여 경로(p6)를 따라 에 너지를 보낸다. 영역(204)으로부터 되돌아 오는 에너지의 일부는 경로(p3)를 따라 전파되며 검출기(92)에 에너지를 모으는 광학 트레인(98)에 의해서 수집된다. 유사한 방식으로, 광원(124)은 영역(214)에 광 에너지를 충돌시키기 위하여 경로(p5)를 따라 에너지를 보내고, 영역(204)으로부터 되돌아 오는 에너지의 일부는 경로(p8)를 따라 전파된다. (p8)를 따라 전파되는 에너지는 검출기(122)에 에너지를 모으는 광학 트레인(128)에 의해서 수집된다. 이러한 비동축 조명 유닛은 다른 동축 조명 유닛과 비교하여 더 빠른 속도로 이미지를 포착하기 위하여 사용될 수 있다. 반대쪽의 방향으로부터 조명함에 의해서, 광선은 반투과 미러를 통과하거나 또는 반사되지 않는다. 그러므로, 조명의 더 많은 에너지가 검출기에 도달할 수 있다. 더욱 빠른 속도로 이미지를 포착하기 위하여 검출기에 도달하는 광선 강도를 최대화하는 것이 바람직하다. 전형적인 검출 시스템은 캐나다 워터루에 소재한 Darsa Corporation으로부터 입수가능한 모델번호 1M150 및 1M75이다.
비록 6개의 검출 시스템(70, 80, 90, 100, 110, 120)이 도시되어 있지만, 관심을 갖는 공간 파라미터에 따라 임의의 수의 검출 시스템이 사용될 수 있다. 예를 들면, 영역(200, 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214) 중의 공통 영역에서의 정보를 감지하기 위하여 두개의 검출 시스템이 위치되도록 하기 위하여 6개 이상의 검출 시스템이 사용될 수 있으며, 따라서 8개, 10개 및 12개의 검출 시스템이 사용될 수 있다. 또한, 각각의 검출 시스템(70, 80, 90, 100, 110, 120)이 하나 이상의 영역(200, 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214)으로부터 정보를 동시에 획득하 는 것도 가능하다. 이 방식에서는, 더욱 많은 데이터가 검출기에 의해서 수집될 수 있다.
각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)는 감지된 광 에너지에 응답하여 신호를 산출하고, 이 신호는 검출기와 데이터 통신하는 프로세서(130)에 의해 수신된다. 프로세서(130)는 몰드(26) 및 몰드와 포개져 패턴이 나타나는 기판(56)의 영역(69)과 같은 두개의 좌표계 사이에 상대적인 공간 파라미터를 결정하기 위하여, 테이터 통신하는 메모리(132)에 저장된 검퓨터 판독 가능한 코드에 따라 작동한다. 일반적으로 영역(69)의 면적은 몰드(198)의 면적과 동일하다.
도 5를 참조하면, 몰드(26)의 각각의 코너에 배치된 것은 도면부호 220, 230, 240, 250으로 도시된 한 세트의 정렬 마크이다. 각각의 세트의 정렬 마크는 한 방향을 따라 이격된 복수의 평행선으로 이루어진 템플릿 정렬 마크 요소를 포함하고 있다. 템플릿 정렬 마크 요소 중의 하나와 관련된 이격된 복수의 라인이 배열된 방향은 나머지 템플릿 정렬 마크 요소와 관련된 이격된 복수의 라인이 배열된 방향과 직교한다. 예를 들면, 정렬 마크의 세트(220)는 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222)를 포함하고 있다. 템플릿 정렬 마크 요소(221)는 X 방향을 따라 피치(224)를 한정하며 이격된 복수의 평행선(223)을 포함하고 있다. 템플릿 정렬 마크 요소(222)는 Y 방향을 따라 피치(226)를 한정하며 이격된 복수의 평행선(225)을 포함하고 있다. 유사하게, 템플릿 정렬 마크 요소(231)의 라인(233)은 X 방향을 따라 이격되어 있고, 템플릿 정렬 마크 요소(241)의 라인(243)과 템플릿 정렬 마크 요소(251)의 라인(253)도 X 방향을 따라 이격되어 있다. 템플릿 정렬 마크 요소 (232)의 라인(235)은 Y 방향을 따라 이격되어 있고, 템플릿 정렬 마크 요소(242)의 라인(245)과 템플릿 정렬 마크 요소(252)의 라인(255)도 Y 방향을 따라 이격되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 각각의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)는 영역(200, 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214)의 하나와 관련되어 있다. 특히, 쌍으로 이루어진 정렬 마크(220, 230, 240, 250)의 하나와 관련된 인접한 정렬 마크 사이의 간격은 인접한 템플릿 정렬 마크 요소와 관련한 영역이 존재하지 않도록 설정된다. 예를 들면, 각각의 템플릿 정렬 마크 요소 및 영역의 상대적인 치수는 모든 템플릿 정렬 마크 요소가 그 영역에 존재하도록 설정된다. 따라서, 템플릿 정렬 마크 요소(221)는 영역(200)과 관련되어 있고, 템플릿 정렬 마크 요소(222)는 영역(202)과 관련되어 있고, 템플릿 정렬 마크 요소(232, 231)는 영역(204, 206)과 각각 관련되어 있다. 템플릿 정렬 마크 요소(241, 242)는 영역(208, 210)과 각각 관련되어 있으며, 템플릿 정렬 마크 요소(252, 251)는 영역(212, 214)과 각각 관련되어 있다. 그러나, 템플릿 정렬 마크 요소(221)가 영역(214, 202)의 외부에 놓이고 템플릿 정렬 마크 요소(251, 222)가 영역(200)의 외부에 놓이도록 공백(260, 267)이 설정되어 있다. 그러므로, 영역(202, 214) 및 거리가 먼 영역(204, 206, 208, 210, 212)처럼, 영역(200)의 외부로부터 되돌아와서 검출기(72)에 의해 감지되는 에너지의 량은 최소화된다. 마찬가지 이유로, 템플릿 정렬 마크 요소(232)가 영역(202, 206)의 외부에 놓이고 템플릿 정렬 마크 요소(231, 222)가 영역(204)의 외부에 놓이도록 공백(261, 262)이 설정되어 있다. 템플릿 정렬 마크 요소(241)가 영역(206, 210)의 외부에 놓이고 템플릿 정렬 마크 요소(231, 242)가 영역(208)의 외부에 놓이도록 공백(263, 264)이 설정되어 있다. 템플릿 정렬 마크 요소(252)가 영역(210, 214)의 외부에 놓이고 템플릿 정렬 마크 요소(242, 251)가 영역(212)의 외부에 놓이도록 공백(265, 266)이 설정되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 비록 각각의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)가 단일 세트의 평행선을 포함하고 있지만, 각각의 템플릿 정렬 마크 요소는 임의의 수의 평행선의 세트, 예를 들어 1-n 세트(n은 정수)를 포함할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)는 복수 세트의 평행선으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 251, 252)는 도면부호 270, 271, 272로 도시된 바와 같이 그 사이의 간격이 최소화되도록 맞닿아 있는 3 세트의 평행선을 각각 포함하고 있다. 인접한 쌍의 평행선 사이의 간격 또는 피치는 세트(270, 272, 274)의 길이에 걸쳐서 실질적으로 일정하며, 세트(270)는 마주보는 말단(273, 274) 사이의 길이 만큼 뻗어 있고, 세트(271)는 마주보는 말단(275, 276) 사이의 길이 만큼 뻗어 있고, 세트(272)는 마주보는 말단(277, 278) 사이의 길이 만큼 뻗어 있다. 비록 세트(270, 271, 272)는 서로 같은 크기로 뻗어 있는 것으로 도시되어 있지만, 필수적인 것은 아니다.
도 6, 7 및 8을 참조하면, 세트(270, 271, 272)의 하나와 관련하여 D1 방향을 따라 측정된 피치는 세트(270, 271, 272)의 다른 것과 관련한 피치와 상이하다. 본 실시예에서, 세트(270, 272)와 관련한 피치는 동일하며, 세트(271)와 관련한 피치는 세트(270, 272)와 관련한 피치와 상이하다. 예를 들면, 세트(270, 272)는 D1 방향을 따라 측정된 대략 1 마이크론의 폭(280)을 갖는 41개의 평행선을 각각 가지고 있으며, 인접한 라인은 D1 방향을 따라 측정된 대략 1 마이크론의 공백(282)에 의해 분리되어 있고, 따라서 세트(270, 272)는 2 마이크론의 피치를 제공하는 40개의 공백을 가지고 있다. 세트(271)는 D1 방향을 따라 측정된 대략 1.025 마이크론의 폭(284)을 갖는 39개의 평행선을 각각 가지고 있다. 인접한 라인은 D1 방향을 따라 측정된 대략 1.025 마이크론의 공백(286)에 의해 분리되어 있고, 따라서 세트(271)는 2.05 마이크론의 피치를 제공하는 40개의 공백을 가지고 있다. D2 방향을 따라 측정된 라인의 길이는 대략 45 마이크론이다.
도 3, 6 및 9를 참조하면, 몰드(198)와 영역(69) 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정하기 위하여, 정렬 마크(66)는 기판 정렬 마크 요소(166)라고 칭하는 복수의 정렬 마크 요소를 포함하고 있다. 적어도 하나의 기판 정렬 마크 요소(166)는 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)의 하나와 포개져 있고 템플릿 정렬 마크 요소와 실질적으로 동일한 크기로 뻗어 있다. 본 실시예에서 각각의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)는 복수의 기판 정렬 마크 요소(166) 중의 하나와 포개져 있다. 특히, 기판 정렬 마크 요소(166) 중의 하나와 포개져 있는 각각의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)는 나머지 기판 정렬 마크 요소(166)와 포개져 있는 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)와 상이하다.
도 4, 6, 9 및 10을 참조하면, 전형적인 기판 정렬 마크 요소(166)는 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)에 대하여 상술한 바와 같이 단일 세트의 이격된 평행선으로 구성될 수 있다. 그러나, 경로(p1 - p4) 및 경로(p7 - p8) 중의 하나를 따라 전파되는, 몰드(198)에 대한 수직선에 대하여 기울어진 각도에서의 1차 회절 파장을 수집하는 것이 바람직하다. 그러므로, 체스판 패턴이라 칭하는 두개의 직교하는 방향으로 주기적인 패턴이 사용된다. 더욱이, 도면부호 370, 371, 372로 도시된 바와 같이 3 세트의 체스판 패턴을 사용하는 것이 바람직하다. 3세트의 체스판 패턴(370, 371, 372)은 그 사이의 간격이 최소화되도록 맞닿은 관계로 되어 있다. 각각의 체스판 패턴은 복수의 피쳐(373)를 포함하고 있으며, 각각의 피쳐는 공백(374)에 의해 분리되어 있다. 세트(370, 372)에서 방향(D1)을 따라 인접한 쌍의 피쳐(373) 사이의 간격 또는 피치는 세트(271)의 피치와 실질적으로 동일하다. 세트(371)에서 방향(D2)을 따라 인접한 쌍의 피쳐(373) 사이의 간격 또는 피치는 세트(270, 272)의 피치와 실질적으로 동일하다.
정반사되는 0차 회절 파장에 대하여 경사져 있는 경로를 따라 전파되는 파장의 감지를 용이하게 하기 위하여, 선택되는 경사각은 기판 정렬 마크 요소(166) 및 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)의 형상뿐만 아니 라 감지된 파장의 회절 차수에 의존하다. 예를 들어 모드(198)와 영역(69) 사이의 거리와 실질적으로 무관한 정보를 얻기 위하여, 1차 회절 파장은 예를 들면 몰드(198)의 수직선에 대하여 2°내지 15°범위의 경사각에 존재한다. 그러므로, 방향(D2)을 따라 측정된 인접한 쌍의 피쳐에 대한 피치는 약 2.2 마이크론이다. 이러한 구성에서, 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252) 중의 하나를 기판 정렬 마크 요소(166)와 포개어 배치하는 것은 세트(270)가 동일한 공간에 걸쳐 세트(370)와 포개지고, 세트(271)가 동일한 공간에 걸쳐 세트(371)와 포개지고, 세트(272)가 동일한 공간에 걸쳐 세트(372)와 포개지게 한다. 템플릿 정렬 마크 요소 및 기판 정렬 마크 요소에 대한 대표적인 치수는 방향(D1)을 따라 400 마이크로 그리고 방향(D2)을 따라 150 내지 250 마이크론의 크기가 될 수 있다. 즉, 각각의 평행선은 길이가 150 내지 250 마이크론이다. 이들 치수는 예를 들면 방향(D1)을 따라 100 마이크론 그리고 길이가 40 마이크론으로 상당히 작은 것이 될 수 있다. 변경적으로, 방향(D1)을 따른 치수는 더욱 크고(~1 mm), 방향(D2)을 따른 치수는 더욱 작은(~40 마이크론) 것이 될 수 있다.
도 4, 6, 9 및 11을 참조하면, 기판 정렬 마크 요소(166)와 포개어 놓여질 때 방향(D1)은 템플릿 정렬 마크 요소(221, 231, 241, 251) 뿐만 아니라 포개져 있는 기판 정렬 마크 요소(166)에 대한 X 방향과 평행하게 뻗어 있다. 방향(D1)은 템플릿 정렬 마크 요소(222, 232, 242, 252) 및 포개져 있는 기판 정렬 마크 요소에 대한 Y 방향과 평행하게 뻗어 있다. 이 방식에서, 각각의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)에 충돌한 광은 굴절되어 1차 회절 파장이 광통신하는 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122) 중의 하나에 의해 감지되게 된다. 예를 들면, 템플릿 정렬 마크 요소(221)로부터 굴절된 광은 검출기(72)에 의해 감지되고, 템플릿 정렬 마크 요소(222)로부터 굴절된 광은 검출기(82)에 의해 감지되고, 템플릿 정렬 마크 요소(232)로부터 굴절된 광은 검출기(92)에 의해 감지되고, 템플릿 정렬 마크 요소(231)로부터 굴절된 광은 검출기(102)에 의해 감지되고, 템플릿 정렬 마크 요소(251)로부터 굴절된 광은 검출기(122)에 의해 감지되고, 템플릿 정렬 마크 요소(252)로부터 굴절된 광은 검출기(112)에 의해 감지된다. 일반적으로, 정렬은 몰드(198)와 영역(69) 사이에 한정되는 체적을 충진하는 중합체 재료가 존재하는 상태에서 이루어지며, 통상적으로 이것을 접촉 액체 정렬이라 칭한다. 그러므로, 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252) 중의 하나와 포개지는 기판 정렬 마크 요소(166) 사이에는 중합체 재료가 배치되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 본 명세서에 참고로 통합되어 있으며 본 출원인에게 양도된 "Moat System For An Imprint Lithography Template"의 제목으로 2004년 8월 13일 출원된 미국특허 출원번호 10/917,761에 개시된 템플릿을 템플릿(52)으로 사용하는 것이 바람직하다.
1차 회절 광을 감지할 때, 각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112)는 도 11에 도시된 바와 같이 낮은 강도 영역(474)과 거리(d)를 두고 분리되어 있는 인접한 높은 강도 영역(473)에서 광도를 변경시키는 3열(470, 471, 472)의 이미지(469)를 얻 는다. 열(470)은 세트(270, 370)의 중첩에 의해서 발생되는 회절 광에 대응한다. 유사하게 열(471)은 세트(271, 371)의 중첩에 의해서 발생되는 회절 광에 대응하고, 열(472)은 세트(272, 372)의 중첩에 의해서 발생되는 회절 광에 대응한다. 영역(69)과 몰드(198) 사이에 바람직한 공간적인 배열은, 원하는 것이 될 수 있거나 또는 단순히 오정렬을 나타내는 템플릿과 기판의 상대적인 기학학적 형상 정보에 대응하는 특정 옵셋을 발생시키도록 배치되는 열(470, 471, 472) 중에 높은 강도 영역(473)에 존재한다.
도 4, 11 및 12를 참조하면, 이미지(469, 475)와 같이 감지된 이미지에 응답하여 각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)는 프로세서(130)에 의해 수신되는 신호를 발생시킨다. 결과적으로, 6개의 신호가 프로세서(130)에 의해서 수신된다. 이하에서는 명확하게 나타내기 위하여 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 의해 검출된 신호 중의 하나에 대하여 프로세스를 설명하고 있지만, 이러한 프로세스는 나머지 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 의해 발생되는 각각의 신호에 대해서도 일어난다. 신호는 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 의해 포착되는 모든 정보, 즉 시계 내에서의 모든 정보를 포함한다. 각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)의 시계는 도면부호 477를 따라 측정된 것이 약 758 마이크론이고, 도면부호 480을 따라 측정된 것이 약 500 마이크론이다. 관심 영역(478)이 세트(470, 471, 472) 이외의 모든 정보가 배제된 시계의 하위 부분인지 식별하기 위하여 메모리(132)에 저장된 프로그램이 작동된다. 이러한 목적을 위해 관심 영역은 양 방향의 픽셀의 배수, 즉 도면부호 479를 따라 695 픽셀 그리고 도면부호 480을 따라 192 픽셀의 배수가 되도록 설정된다. 따라서, 관심 영역(478)의 치수는 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252) 및 기판 정렬 마크 요소(166)에 대한 치수의 함수이다.
열(470, 471, 472)의 크기는 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)의 크기에 대응하는데, 그 크기는 기판 정렬 마크 요소(166)의 크기와 동일하다. 관심 영역(478)의 치수는 기판 정렬 마크 요소(166) 및 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)에 대한 폭과 높이를 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)의 픽셀의 크기로 나누는 것에 의해서 설정된다. 추가적으로, 도면부호 480을 따른 방향에서의 관심 영역의 치수는 본 실시예에서 3인 열(470, 471, 472)의 수의 배수가 되도록 설정된다.
각각의 픽셀은 0 - 255 범위와 관련된 값을 가질 수 있다. 픽셀 값은 메모리 공간이라고 칭하는 위치에서 메모리 내에 사상된다. 결과적으로, 각각의 열(470, 471, 472)은 695개의 세로열과 64개의 가로열에 배열된 0 에서 255의 값을 갖는 어레이로서 메모리 공간내에 사상된다. 그러므로, 메모리(132)는 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 의해 감지된 이미지에 상응하게 사상된 값의 3개의 어레이를 갖는다.
메모리 공간내에 사상된 3개의 어레이에 대해서 695개의 값의 일차원 어레이가 생성된다. 이것은 695개의 세로열에 대해 64개의 가로열과 관련한 값에 대한 평균값을 구하는 것에 의해 달성된다. 이것은 열(470, 471, 472)로부터 개별적으로 얻어진 정보의 3개의 사인 곡선 신호(481, 482, 483)에 해당한다. 각각의 사인 곡선은 시간 변화 신호로서 처리되고 0 - 694의 픽셀에 대응하는 어드레스 사이에 고속 푸리에 변환 또는 이산 푸리에 변환을 이용하여 주파수 영역에 사상된다. 그 후에, 관심 영역에 존재하는 전체 주기와 관련한 저장 공간내의 정보가 분석된다. 각각의 사인 곡선 신호(481, 482, 483)와 관련된 위상값(φ1, φ2, φ3)을 찾아내기 위하여 상술한 저장 공간의 값의 ATAN2 함수가 결정된다. -π 내지 π의 값을 값을 갖는 위상값(φ1, φ2, φ3)은 관심 영역(478)의 원점 즉, 관심 영역(478)이 시작되는 지점에 대하여 결정된다.
사인 곡선 신호(481, 482, 483) 사이의 위상값의 차이는 아래의 수학식으로 결정된다.
Figure 112007041340452-pct00001
Figure 112007041340452-pct00002
비록 수학식 1과 2 중의 하나만을 해석하면 되지만, 위상차 측정의 분석은 2개의 위상차 측정을 구함으로써 배가된다. 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 기인하는 에러를 감소시키기 위하여, 수학식 1과 2에서 결정된 차이의 평균이 아래의 수학식으로 결정된다.
Figure 112007041340452-pct00003
그 다음에 사인 곡선 신호(418, 482, 483) 사이에 절대 위상차(Δ4)가 아래의 수학식으로 구해진다.
Figure 112007041340452-pct00004
수학식 4로부터 템플릿(56)과 몰드(198) 사이에 대응하는 선형 변위량(D)이 아래의 수학식과 같이 절대 위상차(Δ4)로부터 결정될 수 있다.
Figure 112007041340452-pct00005
여기에서, P1은 방향(D1)을 따라 기판 정렬 마크 요소(371) 및 템플릿 정렬 마크 요소(270, 272)와 관련된 피치이며, P2는 템플릿 정렬 마크 요소(271) 및 기판 정렬 마크 요소(370, 372)와 관련된 피치이다. 이 방식에서, 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)는 영역(69)과 몰드(198) 사이에 6개의 상이한 변위 측정, 즉 각각의 영역(200, 202, 204, 206, 212, 214)에서의 하나의 측정과 관련한 정보를 얻는 것을 용이하게 한다. 이러한 6개의 변위 측정으로부터, 몰드(198)와 영역(69)에 대한 다양한 상대적인 공간 파라미터는, 본 명세서에 참조로 통합되어 있으며 Armitage, Jr. 등에 의해 발표된 "Analysis of Overlay Distortion Patterns", SPIE Vol. 921, pp. 208 - 222 (1988년)에 설명된 바와 같이 결정될 수 있다. 전형적인 공간 파라미터는 예를 들면 X 방향 및 Y 방향의 두개의 직교 방향으로의 선형적인 오정렬, 그리고 이들 방향과 직교하는 제3 방향인 Z 방향으로의 회전 오정렬이다. 확대 차이라고 칭하는 면적의 차이 그리고 몰드(198)와 영역(690의 둘레 사이에 직교성의 차이이다. 공간 파라미터는 템플릿 및 템플릿을 제조할 때 사용되는 몰드(198)에 피쳐의 배치를 정의하는 대표적인 정보인 템플릿 설계시의 세부적인 템플릿 배치 데이터와 관련하여 몰드(198) 상의 피쳐에 대한 템플릿 정렬 마크 요소(221, 223, 231, 233, 241, 243, 251, 253)의 이상적인 배치 사이의 관계의 함수로서 확정된다. 그러므로, 프로세서(130)에 의해 작동되도록 템플릿 배치 데이터에 대한 정보가 메모리(132)에 저장된다. 템플릿 배치 데이터로부터, 상대적인 공간 파라미터는 이하의 수학식에 대한 최소 제곱법을 이용하여 얻어질 수 있다.
Figure 112007041340452-pct00006
Figure 112007041340452-pct00007
여기에서, X5는 수학식 5로부터 결정되어 Xw와 합해진 것으로서 X 방향을 따 라 측정된 변위(D)이다. 공지된 XW는 몰드(198)의 피쳐에 대하여 관심을 갖는 템플릿 정렬 마크 요소의 X 방향으로의 이상적인 위치이다. 마찬가지로, 공지된 YW는 몰드(198)의 피쳐에 대하여 관심을 갖는 템플릿 정렬 마크 요소의 Y 방향으로의 이상적인 위치이다. 그러므로, Y5는 수학식 5로부터 결정되어 YW와 합해진 것으로서 Y 방향을 따라 측정된 변위(D)이다. 변수 X0는 X 방향을 따라 몰드(198)와 영역(69) 사이의 옵셋이다. 마찬가지로, 변수 Y0는 Y 방향을 따라 몰드(198)와 영역(69) 사이의 옵셋이다. 변수 Sx 및 Sy는 각각 X 방향 및 Y 방향을 따라 몰드(198)와 영역(69) 사이의 차이이다. 변수 Θ는 Z축에 대한 몰드(198)와 영역(69) 사이의 회전 위치의 차이이다. 변수 φ는 몰드(198)의 둘레와 영역(69)의 둘레 사이의 직교성의 차이이다. 결과적으로, 확대/런아웃 파라미터 및 직교성 파라미터는 몰드(198)와 영역(69) 사이의 거리와 무관하게, 즉 전적으로 X-Y 변위 파라미터로부터 결정될 수 있다.
특히, 몰드(198)와 영역(69) 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정할 때, 프로세서(130)가 스테이지(54, 60)의 작동을 조절하기 위한 제어 신호를 발생시키므로 몰드(198)와 영역(69) 사이에 바람직한 정합이 달성된다. 정합은 각각의 영역(200, 202, 204, 206, 212, 214)에서 소정의 옵셋을 갖는 것으로서 도 11에 도시된 그리고 옵셋을 갖지 않는 것으로서 도 12에 도시된 이미지(169, 475)를 감지하는 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 의해 표시된다. 전형적인 정렬 프로세스 에서 상술한 측정은 예를 들면 Z 방향을 따라 더욱 근접하게 몰드(198)와 영역(69) 사이의 거리가 변화할 때 이루어진다. 예를 들면, 몰드(198)와 영역(69)이 4 마이크론, 1 마이크론 또는 그 사이에 한정되는 체적이 중합체 재료로 충진되는 최종 거리만큼 거리를 두고 이격되어 있을 때 측정이 이루어지고 제어 신호가 발생될 수 있다. 결과적으로, 몰드(198)와 영역 사이에 바람직하지 않은 상대적인 공간 파라미터를 최소화하기 위하여 임프린트 프로세스 동안 실시간으로 공간 파라미터가 결정되고 제어 신호가 발생될 수 있다.
강화 또는 교차 결합에 의해 임프린트 재료가 경화되는 동안, 경화를 위해 필요한 광자가 또한 몰드(198) 및 영역(69)의 가열을 야기할 수 있다. 만약 경화하는 빛의 광도가 일정하게 유지된다면, 몰드(198) 및 영역(69)은 균일하게 가열될 수 있다. 상이한 가열 및/또는 상이한 CTE는 임프린트 재료가 노출되는 동안 기판에 부착된 고체처럼 작용하도록 굳어지지 않는 시점까지 정렬 불일치를 야기할 수 있다. 그러나, 평균적인 오정렬은 시뮬레이션 또는 여기에서 설명되는 정렬 측정 시스템에 의해 평가될 수 있으며, 경화되지 바로 전에 간섭 분석 툴(62)을 사용하여 소정 스케일(확대) 불일치가 달성되는 방식으로 몰드(198) 또는 영역(69)의 크기가 미리 교정될 수 있다. 정렬 계측을 위해 사용되는 파장은 경화하는 빛과 실질적으로 상이하게 하는 것이 바람직하다.
사인 곡선 신호(481, 482, 483)의 위상을 결정하기 위해 상술한 푸리에 분석의 실행을 고려하면, 이러한 측정의 정확성은 부분적으로 관심 영역(478)의 적절한 결정에 의존하게 된다는 것은 분명하다. 이것은 열(470, 471, 472)에 대한 모든 정보가 얻어지는 것을 보장한다. 그러므로, 관심 영역을 기준 좌표계의 대응하는 기준점의 픽셀 거리내에 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 기준 좌표계는 몰드(198) 이지만, 기준 좌표계를 영역(69)으로 할 수도 있다. 결과적으로, 본 실시예에서 관심 영역(478)은 몰드(198) 상의 대응하는 기준점의 픽셀 거리내에 설정된다. 이것은 열(470, 471, 472)에 대한 관심 영역(478)의 적절한 정합을 보장한다.
그러나, 관심 영역(478)의 바람직한 정합이 문제가 될 수 있다. 왜냐하면, 각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)와 관련된 수집 렌즈가 몰드(198)에 대한 수직선에 대하여 각도를 이루고 형성된 경로를 따라 전파되는 영역(200, 202, 204, 206, 212, 214)으로부터의 1차 회절 파장을 수집하도록 구성되기 때문이다. 결과적으로, 광원(74, 84, 94, 104, 114, 124)으로부터 영역(200, 202, 204, 20, 212, 214)에 충돌한 광은 포개지는 기판 정렬 마크 요소(166)가 없는 상태에서 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)에 대응하는 매우 적은 정보가 될 것이다. 더욱이, 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)와 영역((200, 202, 204, 20, 212, 214)의 적절한 정합이 존재하는 않는 상태에서 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252) 중의 하나와 포개지는 기판 정렬 마크 요소(166)의 적합한 위치 결정은 문제가 될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방법은 관심 영역(478)의 정확한 위치 결정을 획득하기 위하여 두 단계의 정합 프로세스를 실행하는 것이다. 제1 단계 동안에, 수개의 픽셀 크기의 해상도로 코스 정렬이 달성된다. 특히, 코 스 정렬 방안은 하나의 주기(481, 482, 483) 내에서 영역(69)에 대한 몰드(198)의 위치 결정을 가능하게 한다. 낮은 CTE를 갖는 구조적인 서포트(예를 들면, invar 또는 zerodur 재료)에 의해 간섭 분석 툴(62)에 연결되는 높은 수치의 조리개를 가지고 있는 오프 액시스 촬영 시스템이 바람직하다. 또한 간섭 분석 툴(62)과 오프 액시스 카메라(도시 생략) 사이의 상대적인 배치가 진동에 의해 최소한으로 영향을 받도록 하기 위하여 적절히 강한 장착이 바람직하다. 본 실시예에서, 코스 정렬은 피치의 세트(270, 271, 272)에 직교하여 측정된 피치를 갖는 격자를 한정하는 복수의 이격된 평행선의 그룹(500 - 507)을 몰드(198) 상에 포함시키는 것에 의해서 달성된다.
그룹(500 - 507)은 그룹(500)의 포인트가 열(270)의 코너에 근접되어 있고 그룹(507)의 포인트가 그룹(500)의 반대편 측면에 배치된 열(272)의 코너에 근접되어 있는 화살표의 형태로 구성된다. D1 방향을 따라 균일하게 이격되어 배치된 것은 각각 삼각형 형태로 구성되어 있는 그룹(501 - 506)이다. 각각의 그룹(501, 503, 505)의 정점은 열(270)을 향해서 근접되어 위치되어 있다. 각각의 그룹(502, 504, 506)의 정점은 열(272)을 향해서 근접되어 위치되어 있다. 그룹(500 - 507)과 관련된 이격되어 있는 평행선은 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 의한 감지를 용이하게 하기 위하여 요구되는 피치 및 치수를 갖고 있다. 그룹(500 - 507)의 피치는 1차 또는 고차의 회절 파장이 검출기에 의해 감지되고 수집될 수 있도록 체스판 형태와 같은 피치가 될 수 있다.
도 5, 10, 14 및 15를 참조하면, 그룹(500 - 507) 의 구조는 상술한 바와 같이 위상 계산을 할 수 있기에 충분하도록 관심 영역(478)을 배치하는 것을 허용한다. 그 다음에 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)로 시계를 적절하게 정합하기 위하여 앞서 설명한 절대 위상차(Δ4)를 얻는 것에 의해서 미세 정렬이 일어난다. 이러한 목적을 위해, 커다란 체스판 패턴(600)이 몰드(198)와 포개지도록 배치되고, 이 체스판 패턴은 공백(374)에 의해 분리되어 있는 피쳐(373)를 각각 가지고 있는 세트(370, 371, 372)를 포함할 수 있다. 세트(370, 371, 372) 중의 어느 하나의 치수는 몰드(198) 면적보다 더 큰 면적이 되도록 설정될 수 있다. 이 방식에서, 커다란 체스판 패턴(600)의 세트(370, 371, 372) 중의 하나를 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252) 중의 하나 이상과 포개지게 위치시키는 정렬 허용 오차는 관대하게 될 수 있다. 따라서, 커다란 체스판 패턴(600)의 세트(370, 371, 372) 중의 어느 하나는 각각의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252) 또는 그 일부와 동시에 포개지도록 충분히 큰 것이 될 수 있다. 이러한 구성에서 커다란 체스판 패턴(600)은 적절한 정합을 달성하기 위하여 바람직한 1차 회절 파장을 산출하기 위하여 하나 이상의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)와 포개지고 적절한 방위로 배치되도록 X 축 및 Y 축을 따라 이동할 수 있고 Z 축에 대하여 회전할 수 있다. 변경적으로, 커다란 체스판 패턴(600)은 세트(370, 371, 372) 중의 오직 하나만을 포함할 수 있다. 이 방식에서, 커다란 체스판 패턴(600)은 기판(56)의 면 적과 크기가 같은 것이 될 수 있으며 기판(56)이 지지되는 스테이지(60)의 영역(601)에 위치된다. 이 방식에서, 커다란 체스판 패턴(600)은 적합한 정합을 측정하기 위하여 검출기에 의해 감지된 1차 회절을 용이하게 하도록 단순히 Z 축에 대해서만 회전된다. 변경적으로, 커다란 체스판 패턴(600)이 영역(601) 바깥의 스테이지(60)의 영역(602)에 놓여 질 수 있다. 이러한 구성에서 커다란 체스판 패턴(600)은 적절한 정합을 달성하기 위하여 바람직한 1차 회절 파장을 산출하기 위하여 하나 이상의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)와 포개지고 적절한 방위로 배치되도록 X 축 및 Y 축을 따라 이동할 수 있고 Z 축에 대하여 회전할 수 있다.
도 4, 5 및 16을 참조하면, 변경 실시예에서 관심 영역(478)의 적절한 정합은 복수의 그룹(500 - 507)을 생략한 상태에서 달성될 수 있다. 특히, 1차 회절 파장과 대립하는 것으로서 본 실시예는 정반사된 광을 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)에 의해 감지하는 것을 이용한다. 이 방법은 검출기(72)와 관련하여 설명되지만, 복수의 검출기((72, 82, 92, 102, 112, 122)의 나머지 검출기에 대해서도 동일하게 적용된다. 광원(800)은 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122) 중의 하나가 광속의 실질적인 변화를 수신할 때까지 이동된다. 그러므로, 영역(601)은 광원(800)에 의해 발생된 조명을 반사하는 것이 바람직하다. 소정의 광속을 감지할 때, 검출기(72)와 광원(800)의 상대 위치가 고정됨으로써 템플릿 정렬 마크 요소(221, 223, 231, 233, 241, 243, 251, 253)중의 하나, 즉 이 경우에는 템플릿 정렬 마크 요소(221)를 조명하고 감지하도록 검출기와 광원은 몰드(198)의 면적에 걸쳐 서 동시에 이동하게 된다. 따라서, 위치 또는 검출기(72)는 템플릿 정렬 마크 요소(221)에 대하여 고정되고 광원(800)이 소정 위치로 이동됨으로써 나머지 검출기, 예를 들면 검출기(82, 92, 102, 112, 122) 중의 하나가 광속의 실질적인 변화를 감지한다. 그 다음에 이러한 프로세스가 반복된다. 각각의 검출기(72, 82, 92, 102, 112, 122)의 위치가 템플릿 정렬 마크 요소(221, 223, 231, 232, 241, 242, 251, 252)에 대하여 고정된 후에, 관심 영역(478)을 적절하게 정합하기 위하여 상술한 미세 정렬이 실행된다.
도 5, 6, 17 및 18을 참조하면, 기판 정렬 마크 요소(166) 및 템플릿 정렬 마크 요소(221, 223, 231, 233, 241, 243, 251, 253)는 정렬 마크를 위한 다양한 디자인으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 기판 정렬 마크 요소(766)는 두 쌍의 이격된 격자 요소(767, 768, 769, 770)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 격자 요소(767, 769)는 면적이 동일하고 방향(D2)을 따라 포개져 있으며 방향(D1)을 따라 서로 이격되어 있다. 각각의 격자 요소(767, 769)는 방향(D2)을 따라 이격되어 있는 일련의 평행선을 포함하고 있다. 격자 요소(768, 770)는 면적이 동일하고 방향(D1)을 따라 포개져 있으며 방향(D2)을 따라 서로 이격되어 있다. 각각의 격자 요소(768, 770)는 방향(D1)을 따라 이격되어 있는 일련의 평행선을 포함하고 있다. 한편, 하나 이상의 템플릿 정렬 마크 요소(221, 223, 231, 233, 241, 243, 251, 253)는 두 쌍의 이격된 격자 요소(867, 868, 869, 870)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 격자 요소(867, 869)는 면적이 동일하고 방향(D2)을 따라 포개져 있으며 방향(D1)을 따라 서로 이격되어 있는데, 이격된 거리는 격자 요소(767, 769)가 이격되어 있는 거리보다 작다. 각각의 격자 요소(867, 869)는 방향(D2)을 따라 이격되어 있는 일련의 평행선을 포함하고 있다. 격자 요소(868, 870)는 면적이 동일하고 방향(D1)을 따라 포개져 있으며 방향(D2)을 따라 서로 이격되어 있는데, 이격된 거리는 격자 요소(768, 770)가 이격되어 있는 거리보다 작다. 각각의 격자 요소(868, 870)는 방향(D1)을 따라 이격되어 있는 일련의 평행선을 포함하고 있다. 이러한 구성으로, 도 19에 도시된 도면부호 966으로 도시된 바와 같이 기판 영역(69)과 몰드(198)의 적절한 정합시에 격자 요소의 두 쌍(866)이 기판 정렬 마크 요소(766) 내에 놓여지도록 배열된다.
도 17, 18 및 20을 참조하면, 각각의 격자는(766, 767, 768, 769, 868, 867, 869, 870)는 앞서 설명되고 격자(967, 968, 969, 970 ; 1067, 1068, 1069, 1070)로 도시된 바와 같은 체스판 패턴을 포함할 수 있다. 최종적으로, 도 21에 도시된 바와 같이 격자(967, 968, 969, 970)는 연속되도록 형성될 수 있으며, 이에 의해 박스(1166)를 형성하고, 마찬가지로 격자(1067, 1068, 1069, 1070)도 연속적으로 형성될 수 있으며, 이에 의해 박스(1266)를 형성한다.
여기에서 설명된 정렬 방안은 파라미터가 정확하게 알려져 있지 않은 광학 요소가 존재하는 상태에서 측정 신호의 품질을 현저하게 손상시키지 않고 사용될 수 있다. 예를 들면, 템플릿은 1 내지 10 mm 두께가 될 수 있고 두께의 허용 오차는 0.1 mm 또는 그 이상이 될 수 있다. 부가적으로, 임프린트 시스템은 정렬이 실행되는 추가적인 윈도우, 변화될 수 있는 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 1 mm 두께의 투명한 윈도우가 정렬 프로세스 동안 양을 변화시킴으로써 응력이 가해도록 하는 공기압을 받을 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예는 예시적인 것이다. 본 발명의 범주내에서 실시예와 관련한 다양한 변경과 개량이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상술한 각각의 정렬 마크는 경사진 조명이 마크로부터 벗어나게 반사되어 동일한 각도로 경사져 있지만 대각으로 위치한 검출기에 제공하는 0차 신호를 이용하여 이미지화될 수 있다. 변경적으로, 이러한 마크는 경사져 있는 검출 시스템으로부터의 1차 또는 더 높은 차수의 회절 신호를 이미지화 할 수 있는 능력을 향상시키기 위하여 평행선으로부터 패턴화되는 영역이 만들어지는 방식으로 또한 생성될 수 있다. 기판 정렬 마크 요소 영역은 기판 정렬 마크 요소에 대응하는 또는 반대로 템플릿 정렬 마크 요소가 보편적인 정렬 타깃이라면 타깃에 상응하는 템플릿 정렬 마크 요소를 위한 솔리드 박스 또는 십자형을 갖는 종공 박스 또는 십자형이 될 수 있다. 만약 0차 이미지화가 실행되면 기판 정렬 마크 요소 타깃은 솔리드 피쳐를 갖는다. 경사진 조명에서 0차 이미지화는 경사진 수집 렌즈를 이용하여 달성될 수 있다. 만약 더 높은 차수의 이미지화가 실행되면, 타깃은 경사진 수집 렌즈의 방위의 함수로서 적절한 방위를 갖는 복합적인 평행선으로 생성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 것으로 제한되는 것은 아니며 첨부된 청구범위와 함께 그 등가물의 전체 적인 범위를 고려하여 결정되어야 한다.

Claims (19)

  1. 제1 좌표계 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정하는 장치로서, 상기 장치는:
    복수의 지점에서 상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 정렬을 감지하고 상대적인 공간 파라미터를 결정하는 분석 시스템을 포함하고 있으며, 상기 상대적인 공간 파라미터는 상대적인 면적 및 상대적인 형상을 포함하고,
    상기 분석 시스템은 복수의 검출 시스템을 포함하고 있고, 각각의 검출 시스템은 상기 제1 및 제2 좌표계 중의 하나에 대한 수직선에 대하여 경사진 각도에서 회절된 광 에너지를 감지하도록 구성되어 있고,
    제1 좌표계는 제1 기판에 배치되며 제1 방향을 따라 주기적인 제1 세트의 격자에 의해 한정되고 제2 좌표계는 상기 제1 세트의 격자와 포개져서 제2 기판에 배치되며 두개의 직교 방향으로 주기적인 제2 세트의 격자에 의해서 한정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 분석 시스템은 복수의 검출 시스템을 포함하고 있고, 각각의 검출 시스템은 상기 상대적인 정렬에 대응하는 정보를 포함하는 광 에너지를 감지하고 그에 따라 정보 신호를 발생시키도록 구성되어 있으며, 상기 분석 시스템은 상기 신호를 수신하고 그에 따라 제어 신호를 발생시키도록 연결된 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 발생된 제어 신호는 재료 경화 중에 열적 스케일링 효과에 대한 사전 보상을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상대적인 공간 파라미터는 정렬 및 방위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 제1 좌표계는 제1 평면에 놓여 있는 제1 기판에 대응하고 제2 좌표계는 상기 제1 평면과 이격되어 있는 제2 평면에 놓여 있는 제2 기판에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 제1 평면과 제2 평면 사이의 간격은 1 마이크론보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 제1 평면과 제2 평면 사이의 간격은 부분적으로 또는 완전히 임프린트 유체로 충진되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 제1 좌표계는 제1 기판에 배치된 제1 세트의 격자에 의해 한정되고 제2 좌표계는 상기 제1 세트의 격자와 포개져서 제2 기판에 배치된 제2 세트의 격자에 의해서 한정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 시스템의 서브 세트는 광원 및 검출기를 포함하고 있고, 상기 광원은 상기 제1 기판의 영역에 충돌시키기 위하여 경로를 따라 에너지를 보내고, 상기 검출기는 상기 제1 기판의 상기 영역으로부터 되돌아오고 상기 경로를 따라 전파되는 에너지를 감지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 시스템의 서브 세트는 광원 및 검출기를 포함하고 있고, 상기 광원은 상기 제1 세트의 격자에 충돌시키기 위하여 경로를 따라 에너지를 보내고 1차 회절 에너지를 생성하며, 상기 검출기는 상기 경로를 따라 전파되는 상기 1차 회절 에너지를 감지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1 좌표계 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 공간 파라미터를 결정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    제1 방향을 따라 상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 거리를 변화시키면서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 정렬을 확인하고, 상기 제1 방향을 따라 거리를 달리할 때 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 공간 파라미터를 복수의 지점에서 결정하고,
    상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 정렬을 확인하는 것은 상기 제1 및 제2 좌표계 중의 하나에 대한 수직선에 대하여 경사진 각도에서 회절되는 광 에너지를 감지하는 것을 포함하고,
    제1 좌표계는 제1 기판에 배치되며 제1 방향을 따라 주기적인 제1 세트의 격자에 의해 한정되고 제2 좌표계는 상기 제1 세트의 격자와 포개져서 제2 기판에 배치되며 두개의 직교 방향으로 주기적인 제2 세트의 격자에 의해서 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 정렬을 확인하는 것은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 모두와 직교하는 제3 방향으로 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 공간 파라미터를 결정하는 것은 정렬, 확대 및 뒤틀림 파라미터를 확인하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 정렬을 확인하는 것은 상기 복수의 지점으로부터 전파되는 광 에너지를 감지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 정렬을 확인하는 것은 상기 거리가 4 마이크론 및 1 마이크론으로 구성되는 한 세트의 크기로부터의 것과 관련된 크기를 가질 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 좌표계 중의 하나의 좌표계는 몰드이고 다른 하나의 좌표계는 웨이퍼이며, 상기 제1 및 제2 좌표계 사이의 상대적인 정렬을 확인하는 것은 최종 거리에서 상대적인 정렬을 확인하는 것을 포함하고 있으며, 몰드와 템플릿 사이에 체적이 한정되고, 상기 체적은 중합체 재료로 충진되는 것을 특징으로 하는 방법.
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