KR20180062391A - 임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품의 제조 방법 - Google Patents

임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

임프린트 장치는 몰드를 사용하여 기판의 샷 영역에 임프린트재의 패턴을 형성하고, 기판의 샷 영역에 광을 조사함으로써 기판의 형상을 변경하는 가열 기구를 포함하고, 여기서 가열 기구는 기판의 샷 영역에 조도 분포를 형성하는 복수의 광 변조기를 포함하고, 복수의 광 변조기로부터의 광 빔은 샷 영역의 서로 상이한 영역을 조명한다.

Description

임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품의 제조 방법{IMPRINT APPARATUS, IMPRINTING METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE}
본 실시예들의 양태는 임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스, MEMS(microelectromechanical system) 등의 미세 가공에 대한 요구가 높아짐에 따라, 종래의 포토리소그래피 기술에 부가하여, 기판 상의 임프린트재를 몰드로 성형하여 임프린트재의 패턴을 기판 상에 형성하는 임프린트 기술이 주목받고 있다. 임프린트 기술을 이용하면, 기판 상에 나노미터 정도의 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 임프린트 기술로서, 광경화법이 알려져 있다. 이 광경화법을 사용한 임프린트 방법에서는, 먼저, 기판 상에 임프린트재를 공급한다. 다음으로, 기판 상의 임프린트재와 몰드를 접촉시킨다. 그리고나서, 임프린트재와 몰드를 접촉시킨 상태에서 임프린트재와 몰드에 자외선을 조사한다. 임프린트재가 경화된 후에, 경화한 임프린트재로부터 몰드를 분리함으로써 기판 상에 임프린트재의 패턴이 형성된다.
임프린트 기술에 의해 패턴이 형성되는 기판은, 일련의 디바이스 제조 공정에서, 예를 들어 스퍼터링에 의한 성막 공정에서의 가열 처리를 거침으로써, 변형될 수 있다. 이러한 경우에, 기판 상에 패턴이 형성되는 영역인 패턴 영역의 형상(배율을 포함함)이 변화할 수 있다. 따라서, 임프린트 장치에서는, 기판 상의 임프린트재와 몰드를 접촉시킬 때, 기판 상에 미리 형성되어 있는 패턴 영역(기판측 패턴 영역)의 형상과 몰드 상에 형성되어 있는 패턴 영역(몰드측 패턴 영역)의 형상을 매칭시킬 필요가 있다. 일본 특허 출원 공개 제2013-102132호에는 기판측 패턴 영역의 형상과 몰드측 패턴 영역의 형상을 매칭시키기 위한 기술로서, 기판을 가열함으로써 기판을 열변형시키는 임프린트 장치가 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제2013-102132호에 따른 임프린트 장치에서는, 기판측 패턴 영역을 가열하는 기구로서, 기판을 가열하기 위한 광을 기판에 조사하는 광원(조사 광원)과 광원으로부터의 광의 조도 분포를 조정하는 광 변조기를 포함하하고 있다. 광 변조기에는, 예를 들어, DMD(digital mirror device)가 사용된다. 이 광 변조기를 사용하여, 광원으로부터의 광의 조도 분포를 조정하고 기판측 패턴 영역을 조사하여, 그 흡수 열에 의해 기판측 패턴 영역을 변형시킨다. 광원으로부터의 광의 조도 분포를 조정함으로써, 기판측 패턴 영역의 형상을 몰드측 패턴 영역의 형상에 매칭시킬 수 있다.
기판에 광을 조사하여 그 흡수 열에 의해 기판을 열 변형시키기 위해서는, 가열용 광원으로서 고출력 반도체 레이저 등이 사용된다. 한편, 광 변조기인 DMD에 고출력 레이저 광이 조사되면, DMD의 마이크로미러 표면의 기울기의 오차 또는 미러 표면의 반사율 저하에 의해, 광 변조기의 기능이 저하될 수 있다. 광 변조기의 기능이 저하되면, 기판측 패턴 영역에서의 광의 조사 위치가 시프트될 수 있거나, 조도가 명령한 대로 되지 않게 되어, 기판측 패턴 영역의 형상과 몰드측 패턴 영역의 형상의 중첩 정밀도가 저하될 수 있다.
본 실시예의 양태에 따르면, 몰드를 사용하여 기판의 샷 영역에 임프린트재의 패턴을 형성하도록 구성된 임프린트 장치는 샷 영역에 광을 조사함으로써 기판의 형상을 변경하도록 구성된 가열 기구를 포함하고, 여기서 가열 기구는 샷 영역에 조도 분포를 형성하도록 구성된 복수의 광 변조기를 포함하고, 복수의 광 변조기로부터의 광 빔은 샷 영역의 서로 상이한 영역을 조명한다.
본 개시내용의 추가적인 특징은 첨부 도면들을 참조하여 예시적인 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 임프린트 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 임프린트 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 기판 상의 조도 분포, 온도 분포 및 변위량 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 제1 예시적인 실시예에 따른 가열 기구를 도시한 도면이다.
도 5는 기울기량을 결정하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 광 변조기에 포함되는 마이크로미러를 기울이는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 제2 예시적인 실시예에 따른 가열 기구를 도시한 도면이다.
도 8은 제3 예시적인 실시예에 따른 가열 기구를 도시한 도면이다.
도 9는 제4 예시적인 실시예에 따른 가열 기구를 도시한 도면이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d, 도 10e 및 도 10f는 물품의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시내용의 예시적인 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명할 것이다. 각 도면에서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조 번호를 첨부하고, 중복 설명을 생략한다.
도 1은 본 개시내용의 제1 예시적인 실시예에 따른 임프린트 장치(1)의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 임프린트 장치(1)의 구성에 대해서 설명할 것이다. 여기에서는, 기판(11)이 배치되는 면을 XY면으로 설정하고 이 XY면에 직교하는 방향을 Z 방향으로 설정하여, 도 1에 도시된 바와 같이 각 축을 결정한다. 임프린트 장치는 기판 상에 공급된 임프린트재를 몰드와 접촉시켜, 임프린트재에 경화용 에너지를 공급함으로써, 몰드의 요철 패턴이 전사된 경화물의 패턴을 형성한다. 도 1의 임프린트 장치(1)는 물품으로서, 반도체 디바이스 등의 디바이스를 제조에 사용한다. 여기에서는, 광경화를 채용한 임프린트 장치(1)에 대해서 설명할 것이다.
임프린트 장치(1)는 임프린트재를 경화시키는 광을 조사하는 조사 유닛(2), 몰드(8)를 보유 지지하는 몰드 보유 지지 기구(3)(몰드 보유 지지 유닛), 기판(11)을 이동시키는 기판 스테이지(4)(기판 보유 지지 유닛), 및 기판 상에 임프린트재를 공급하는 공급 유닛(5)(디스펜서)을 포함한다. 임프린트재가 미리 공급된 상태에서 기판을 임프린트 장치(1)에 반입할 경우에는, 임프린트 장치(1)에 공급 유닛(5)을 포함시키지 않을 수 있다. 또한, 임프린트 장치(1)는 기판(11)을 변형시키기 위해 기판(11)을 가열하는 가열 기구(6), 임프린트 장치(1)의 각 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛(7), 및 몰드(8) 상에 형성된 마크와 기판(11) 상에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출 유닛(22)을 더 포함한다.
조사 유닛(2)은 몰드(8)와 임프린트재가 접촉한 상태에서, 몰드(8)의 이면 측으로부터 몰드(8)에 자외선(9)을 조사한다. 조사 유닛(2)은 자외선(9)을 조사하는 광원(미도시됨)과 광원으로부터 조사된 자외선(9)을 적절한 광으로 조정하는 광학 부재(미도시됨)를 포함한다. 제1 예시적인 실시예에 따른 임프린트 장치(1)는 광경화를 채용하기 때문에 자외선(9)을 조사하는 조사 유닛(2)이 제공되어 있다. 한편, 열경화를 채용하는 경우에는, 임프린트재로서 열경화 수지를 사용하고, 조사 유닛(2) 대신에, 열경화성 수지를 경화시키기 위한 열원 유닛(heat source unit)이 제공된다.
몰드(8)는 외주 형상이 정사각형(직사각형)이며, 기판(11) 상의 임프린트재에 전사되는 회로 패턴이 형성된 패턴부(8a)를 포함한다. 몰드(8)의 재료는 자외선(9)을 투과시킬 수 있는 석영과 같은 재료이다. 또한, 몰드(8)의 자외선(9)이 조사되는 표면에는, 몰드(8)의 패턴부(8a)를 기판(11)에 대하여 볼록형으로 변형되기 용이하도록 오목부(캐비티(8b))를 갖는 형상을 갖도록 할 수 있다. 또한, 광 투과 부재(13)를 몰드 보유 지지 기구(3)의 내측 개구 영역(17)에 배치하여, 개구 영역(17)의 일부, 캐비티(8b) 및 광 투과 부재(13)에 의해, 밀폐된 공간인 공간(12)이 형성되게 한다. 따라서, 압력 제어 장치(미도시됨)를 사용하여 공간(12) 내의 압력을 제어함으로써, 몰드(8)를 볼록형으로 변형시킬 수 있다.
임프린트재(14)에는, 경화용 에너지가 부여됨으로써 경화되는 경화성 조성물(미경화된 수지라고도 호칭될 수 있음)이 사용된다. 경화용 에너지로서는, 전자파, 열 등이 사용된다. 전자파로서는, 예를 들어 파장이 10nm 내지 1mm의 범위로부터 선택되는, 적외선, 가시광선, 자외선 등의 광을 포함한다.
경화성 조성물은 광의 조사에 의해 또는 가열에 의해 경화하는 조성물이다. 이 경화성 조성물 중에서, 광에 의해 경화하는 광경화성 조성물은, 중합성 화합물과 광중합 개시제를 적어도 함유하고, 필요에 따라 비중합성 화합물 또는 용제를 함유할 수도 있다. 비중합성 화합물은 증감제, 수소 공여체, 내부 몰드 이형제(internal mold releasing agent), 계면 활성제, 산화 방지제, 중합체 성분 등을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물이다.
임프린트재(14)는 스핀 코터나 슬릿 코터에 의해 기판 상에 막의 형태로 부여된다. 대안적으로, 임프린트재(14)는 액체 분사 헤드에 의해, 액적의 형태 또는 복수의 액적이 결합되어 형성되는 섬 형태 또는 막 형태로 기판 상에 부여될 수 있다. 임프린트재의 점도(25℃에서의 점도)는 예를 들어, 1mPa·s 이상, 100mPa·s 이하이다.
기판(11)에는 유리, 세라믹스, 금속, 반도체, 수지 등이 사용된다. 필요에 따라, 기판(11)의 표면에는 기판(11)과는 다른 재료로 이루어진 부재가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 기판(11)은 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 석영 유리 등이다.
몰드 보유 지지 기구(3)는 진공 흡착력이나 정전기 힘에 의해 몰드(8)를 보유 지지하는 몰드 척(15)과 몰드 척(15)을 보유 지지하여 몰드(8)(몰드 척(15))를 이동시키는 몰드 구동 유닛(16)을 포함한다. 몰드 척(15)과 몰드 구동 유닛(16)은 조사 유닛(2)의 광원으로부터 조사된 자외선(9)이 기판(11)을 향해 조사되도록 중심부(내측)에 개구 영역(17)을 갖는다. 몰드 보유 지지 기구(3)는 몰드(8)의 측면에 외력을 제공함으로써 몰드(8)(패턴부(8a))를 변형시키는 몰드 변형 기구(18)를 더 포함한다. 몰드 변형 기구(18)는, 몰드(8)를 변형시킴으로써, 기판(11) 상에 미리 형성되어 있는 기판측 패턴 영역의 형상과 패턴부(8a)(몰드측 패턴 영역)의 형상을 매칭시킬 수 있다.
몰드 구동 유닛(16)은 몰드(8)를 기판(11) 상의 임프린트재(14)에 접촉(몰드 압인)시키거나 경화한 임프린트재(14)로부터 몰드(8)를 분리(몰드 방출)하기 위해 몰드(8)를 Z축 방향으로 이동시킨다. 몰드 구동 유닛(16)에 채용될 수 있는 액추에이터로서는, 예를 들어, 리니어 모터 및 에어 실린더 등이 이용가능하다. 몰드 구동 유닛(16)은 몰드(8)를 고정밀도로 위치 결정하기 위해, 조동 구동계(coarse motion driving system) 및 미동 구동계(fine motion driving system)와 같은 복수의 구동계를 포함할 수 있다. 또한, 몰드 구동 유닛(16)은 Z축 방향뿐만 아니라 X축 방향, Y축 방향, 또는 θ(Z축 둘레의 회전) 방향의 위치 조정 기능, 또는 몰드(8)의 기울기를 보정하기 위한 틸트 기능을 가질 수 있다. 임프린트 장치(1)에 의한 몰드 압인 및 몰드 방출의 각 동작은, 상술한 바와 같이, 몰드(8)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써 구현될 수 있지만, 기판 스테이지(4)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써 구현될 수도 있다. 대안적으로, 몰드 보유 지지 기구(3)(몰드(8))와 기판 스테이지(4)(기판(11))의 양쪽을 상대적으로 이동시키거나, 순차적으로 이동시킴으로써, 몰드 압인 및 몰드 방출의 각 동작을 구현할 수 있다.
기판 스테이지(4)는 기판(11)을 보유 지지하는 기판 보유 지지 유닛이다. 기판 스테이지(4)는, 몰드(8)와 기판(11) 상의 임프린트재(14)가 접촉할 때, 몰드(8)와 기판(11)간의 위치 정렬을 수행한다. 기판 스테이지(4)는 진공 흡착력이나 정전기 힘에 의해 기판(11)을 보유 지지하는 기판 척(19)과 기판 척(19)을 보유 지지하여 기판(11)(기판 척(19))을 XY 평면 내에서 이동시키는 스테이지 구동 유닛(20)을 포함한다. 또한, 기판 스테이지(4)는 몰드(8)를 위치 정렬할 때 사용되는 기준 마크(21)를 갖는다. 스테이지 구동 유닛(20)은 액추에이터로서 예를 들어, 리니어 모터를 채용할 수 있다. 스테이지 구동 유닛(20)은 또한 X축 및 Y축의 각 방향에 대하여, 조동 구동계 및 미동 구동계와 같은 복수의 구동계를 포함할 수 있다. 또한, 스테이지 구동 유닛(20)은 Z축 방향의 위치 조정을 위한 구동계, 기판(11)의 θ 방향의 위치 조정 기능, 또는 기판(11)의 기울기를 보정하기 위한 틸트 기능을 가질 수 있다.
공급 유닛(5)(디스펜서)은 기판(11) 위로 임프린트재(14)를 공급(도포)한다. 공급 유닛(5)의 토출구(토출 노즐)로부터 토출되는 임프린트재(14)의 양은, 기판(11) 상에 형성될 임프린트재(14)의 패턴 두께, 형성될 임프린트재(14)의 패턴 밀도 등에 기초하여 적절히 결정된다.
임프린트 장치(1)는 충전 모니터(27)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 충전 모니터(27)는 광원, 촬상 센서 및 광학계를 포함하고, 몰드(8)와 기판(11) 상의 임프린트재(14)가 접촉할 때 패턴부(8a)에 임프린트재(14)가 접촉하는 이미지를 촬상한다. 충전 모니터(27)를 통해 몰드(8)와 기판(11) 상의 임프린트재(14)의 접촉 상태의 이미지를 촬상 센서에 의해 촬상함으로써, 몰드(8)와 기판(11) 사이에 개재된 이물질을 검출할 수 있다. 또한, 충전 모니터(27)를 통해 접촉 상태의 이미지를 촬상함으로써, 임프린트 장치(1)는 임프린트재(14)의 미충전 위치를 특정하거나, 몰드(8)와 기판(11) 간의 상대적인 기울기를 검출할 수 있다.
제어 유닛(7)은 임프린트 장치(1)의 각 구성 요소의 동작(조정)을 제어할 수 있다. 제어 유닛(7)은 예를 들어, 컴퓨터를 포함하고, 임프린트 장치(1)의 각 구성 요소에 회선을 통해 접속되어 프로그램 등에 따라 각 구성 요소를 제어할 수 있다. 제어 유닛(7)은 임프린트 장치(1)와 통합하여(공통 하우징 내에) 구성되거나, 임프린트 장치(1)의 다른 부분과 별도로(별개의 하우징 내에) 구성될 수 있다.
임프린트 장치(1)는 몰드(8) 또는 기판(11) 상에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출 유닛(22)을 포함한다. 예를 들어, 마크 검출 유닛(22)은 기판(11) 상에 형성된 위치 정렬 마크와 몰드(8) 상에 형성된 위치 정렬 마크를 검출함으로써, 몰드(8)와 기판(11)의 X축 방향 및 Y축 방향으로의 위치 시프트, 또는 몰드측 패턴 영역과 기판측 패턴 영역 간의 형상차를 계측한다. 마크 검출 유닛(22)은 개구 영역(17)에 배치되거나, 릴레이 광학계를 통해 몰드(8) 및 기판(11)으로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다.
임프린트 장치(1)는 기판 스테이지(4)가 위치하는 베이스 테이블(24), 몰드 보유 지지 기구(3)가 고정되는 브리지 테이블(25), 및 베이스 테이블(24)로부터 연장 설치되어 브리지 테이블(25)을 지지하는 컬럼(26)을 포함한다. 또한, 임프린트 장치(1)는 몰드(8)를 임프린트 장치(1)의 외부로부터 몰드 보유 지지 기구(3)에 반입하거나, 몰드(8)를 임프린트 장치(1)의 외부로 반출하는 몰드 반송 기구(미도시됨)를 포함할 수 있다. 또한, 임프린트 장치(1)는 기판(11)을 임프린트 장치(1)의 외부로부터 기판 스테이지(4)에 반입하거나, 기판(11)을 임프린트 장치(1)의 외부로 반출하는 기판 반송 기구(미도시됨)를 포함할 수 있다.
가열 기구(6)는 기판 스테이지(4)에 의해 보유 지지된 기판(11) 상에 형성되어 있는 기판측 패턴 영역의 형상을 변경(보정)하기 위해 기판(11)을 가열한다. 가열 기구(6)는 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 몰드(8)를 거쳐 기판(11)을 향해 광을 조사함으로써 기판(11)을 가열하는 가열용 광원(즉, 가열하기 위한 광원)을 채용할 수 있다. 또한, 가열 기구(6)는 가열용 광원에 부가하여, 가열용 광원으로부터 조사된 광이 기판측 패턴 영역을 가열하는데 적절한 광으로 조정하기 위한 광 변조기 및 광학계를 포함한다. 가열용 광원으로부터의 광의 광로에는, 조사 유닛(2)으로부터 조사되는 자외선(9)을 반사하고 가열용 광원으로부터의 광을 투과시키는 광학 소자(28)(예를 들어, 다이크로익 미러)가 배치된다. 또한, 가열 광의 광로에는, 충전 모니터(27)의 광원으로부터 조사되는 광을 반사하고 가열용 광원으로부터의 광을 투과시키는 광학 소자(29)가 배치된다.
보다 구체적으로, 광 변조기(조도 분포 형성 유닛)에는 DMD(digital micro-mirror device), LCD(liquid crystal display) 등이 사용된다. 제1 예시적인 실시예에서는, 광 변조기로서 DMD를 사용한 경우에 대해서 설명할 것이다. DMD는 개별적으로 제어될 수 있으며 사이드 당 수십 ㎛를 계측할 수 있는 마이크로미러가 몇십만개(예를 들어, 1024×768개) 배열된, 조사된 광을 반사하는 반사형 광 변조기이다. 각각의 마이크로미러는 디지털 신호에 의해 기계적으로 제어되고, 예를 들어, 미러 배열면(66)에 대하여 +12도(온 상태) 또는 -12도(오프 상태)의 각도로 기울어져 있다. 가열 기구(6)는 DMD를 제어하기 위한 조사량 제어 장치를 포함한다. 조사량 제어 장치를 사용하여 DMD를 제어함으로써, 목표로 하는 보정량을 얻기 위해, 기판측 패턴 영역에 가열용 광원으로부터의 광의 조도 분포를 형성할 수 있다.
기판(11)(기판측 패턴 영역)을 가열 기구(6)로부터의 광의 흡수 열에 의해 열변형시키기 위해서는, 고출력의 광원이 사용되고, 이는 예를 들어 반도체 레이저이다. 또한, 기판(11)은 흡착력을 사용하여 기판 척(19)에 의해 보유 지지될 것이다. 이 흡착력이 증가하면, 기판면에 대하여 수직 방향으로 작용하는 힘이 증가하고, 기판면에 대하여 수평 방향으로 작용하는 기판(11)과 기판 척(19) 간의 마찰력도 증가한다. 따라서, 기판측 패턴 영역을 목표로 하는 형상으로 변형시키기 위해서는, 보다 큰 열흡수량이 사용된다.
한편, DMD에 고출력의 레이저광이 조사되면, 마이크로미러가 열화되기 쉬워져서, 미러면의 기울기의 에러 또는 미러면의 반사율이 저하된다. 마이크로미러의 열화로 인해, 기판측 패턴 영역에서의 조사 위치가 시프트되거나, 목표로 하는 조도 분포가 획득되지 않게 됨으로써, 기판측 패턴 영역의 형상과 몰드측 패턴 영역의 형상의 중첩 정밀도가 저하된다.
따라서, 제1 예시적인 실시예의 가열 기구(6)는 복수의 광 변조기(DMD)를 사용하여 기판측 패턴 영역에 대하여 목표로 하는 조도 분포를 형성한다. 제1 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)에 대해서, 도 4 및 도 5를 사용하여 설명할 것이다. 도 4에 도시한 가열 기구(6)는 조사량 제어 장치(61), 복수의 가열용 광원(62)(62A, 62B), 복수의 DMD(63) (63A, 63B), 투영 광학계(64) 및 조사 광학계(65)(65A, 65B)를 포함한다.
가열용 광원(62)으로서는 기판측 패턴 영역을 변형시키기 위해 고출력의 반도체 레이저 등이 사용되고, 광 파이버에 의해 집광된다. 가열용 광원(62)으로부터 조사되는 광은 기판(11)에 의해 흡수되고 기판(11) 상의 임프린트재가 경화하지 않는 파장 대역에 파장을 갖는 광(예를 들어, 가시광이나 근적외광)이다.
조사 광학계(65)는 가열용 광원(62)으로부터 조사된 광을 집광하는 집광 광학계(미도시됨)와 집광 광학계로부터의 광의 강도를 균일화한 후에 DMD(63)를 조명하기 위한 균일 조명 광학계(미도시됨)를 포함한다. 균일 조명 광학계는 예를 들어, 마이크로렌즈 어레이(MLA)와 같은 광학 소자를 포함할 수 있다.
조사 광학계(65)에 의해 강도가 균일화된 광은 DMD(63)를 조명한다. 광 변조기로서의 DMD(63)에 포함되는 각각의 마이크로미러는 도 6a에 도시하는 바와 같이, 미러 배열면(66)에 대하여 -12도(오프 상태) 또는 +12도(온 상태)의 각도로 기울어져 있다. 여기서, 미러 배열면(66)을 기준으로 하여, DMD(63)에 대한 입사각을 α로 하고, DMD(63)로부터의 방출 각을 β로 하고, 마이크로미러의 기울기를 γ라고 하면, 방출 각 β은 β=2γ-α로 표현된다. 여기에서는, 배열면에 대하여 시계 방향을 네거티브로 하고 반시계 방향을 포지티브라고 가정한다. 통상, 온 상태의 마이크로미러에 의해 반사된 광은 미러 배열면(66)에 대하여 수직인 방향(β=0도)으로 방출되기 때문에 DMD(63)를 조명하는 광의 입사각 α은 24도로 설정된다. DMD(63)에 광이 조사되면, 반사광은 온 상태인지 또는 오프 상태인지에 따라 상이한 방향으로 반사된다. DMD(63)의 하류에 배치한 투영 광학계(64)의 NA(numerical aperture)내에 반사된 광이 입사할지의 여부에 따라 조도 분포를 형성할 수 있다. DMD(63)의 온 상태의 마이크로미러에 의해 반사된 광은 투영 광학계(64)에 의해 기판(11) 상에 화상을 형성한다. 여기에서는, DMD(63)와 기판(11)은 광학적으로 공액 관계이다. 조사량 제어 장치(61)는 목표로 하는 조도 분포가 기판측 패턴 영역에 형성되도록 DMD(63)를 제어한다.
여기서, 도 3a에 도시하는 바와 같이, Y 방향에 사다리꼴 성분의 형상차를 포함하는 기판측 패턴 영역(31)의 형상을 보정할 경우에 대해서 설명할 것이다. 이 경우, 기판(11)을 가열하기 위한 광은 도 3a에 도시한 바와 같이, Y 방향에 조도 분포(32)를 형성하고, X 방향에는 조사량을 균일하게 한다. 이러한 조도 분포(32)를 갖는 광은 조사량 제어 장치(61)에 의해 생성되고, 기판(11)에 조사된다.
상술한 바와 같이, 가열용 광원(62)으로부터 광을 조사한 경우, 기판측 패턴 영역(31)에 도 3a에 나타낸 온도 분포(33)가 형성된다. 형성된 온도 분포(33)에 의해, 기판측 패턴 영역(31)은 도 3a에 나타낸 변위량(34)만큼 열변형한다. 그 결과, 기판측 패턴 영역(31)의 형상은 도 3b에 도시하는 바와 같이 보정될 수 있다. 따라서, 가열 기구(6)는, 기판측 패턴 영역(31)을 변형(보정)함으로써, 몰드(8) 상에 패턴이 형성된 몰드측 패턴 영역(30)의 형상과 기판측 패턴 영역(31)의 형상을 매칭시킬 수 있다. 상술한 열변형에 의한 보정에 부가하여, 몰드(8)에 힘을 가함으로써 몰드측 패턴 영역을 변형시킬 수 있다.
제1 예시적인 실시예에 따른 기판측 패턴 영역에서는, 사다리꼴 성분의 형상차를 포함하고 있는 것으로서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 다른 성분의 형상차를 포함하거나 복수의 기판측 패턴 영역마다 상이한 성분의 형상차가 포함될 수 있다고 가정된다. 예를 들어, 배율 성분의 형상차가 포함되는 기판측 패턴 영역을 가열 기구(6)에 의해 열변형을 통해 보정하는 경우에는, 기판측 패턴 영역(31)에 균일한 온도 분포가 형성되도록 DMD를 조사량 제어 장치에 의해 적어도 제어해야 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 예시적인 실시예는 가열용 광원(62), DMD(63) 및 조사 광학계(65)를 각각 2개씩 포함한다. 여기에서는, 가열용 광원(62A), 조사 광학계(65A) 및 DMD(63A)를 포함하는 가열기(heater) A와 가열용 광원(62B), 조사 광학계(65B) 및 DMD(63B)를 포함하는 가열기 B에 의해 기판측 패턴 영역이 가열된다. 가열기 A 및 가열기 B로부터 조사된 광 빔은 양측에 공통인 투영 광학계(64)를 통해 기판측 패턴 영역을 가열한다. 제1 예시적인 실시예에서는, 복수 유닛의 가열용 광원(62)이 제공된 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 단일 유닛의 가열용 광원(62)으로부터 조사된 광을 빔 스플리터(광학 소자)에 의해 분리할 수 있다고 가정된다.
다음으로, 가열기 A 및 가열기 B를 사용하여 기판측 패턴 영역을 개별적으로 조명하는 방법에 대해서 설명할 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 가열기 A 및 가열기 B는 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 회전 대칭으로 배치되고, DMD(63)는 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 시프트되도록 배치된다. DMD(63A)에 의해 반사(변조)된 광과 DMD(63B)에 의해 반사(변조)된 광은 양측에 공통인 투영 광학계(64)를 통해 기판측 패턴 영역을 조명한다. 예를 들어, 기판측 패턴 영역의 크기가 26×33mm일 경우, 각각의 DMD(63)는 기판(11)의 패턴 상의 조명광이 26×16.5mm가 되도록 조사량 제어 장치(61)에 의해 제어된다. 투영 광학계(64)의 이미지 배율이 -3이라고 가정하면, DMD(63) 상에서 8.67×5.5mm의 영역이 가동 영역이 되고, 다른 영역들은 비가동 영역이 된다.
여기서, DMD(63A)와 DMD(63B)를 서로 인접되게 배치하려고 할 경우, DMD(63)의 마이크로미러를 보호하고 있는 패키지로 인해 마이크로미러를 서로 인접되게 배치할 수 없다. 보다 구체적으로, DMD(63A)와 DMD(63B)에 의해 목표로 하는 형상(예를 들어, 26×16.5mm)으로 제어된 조명광 빔 간에 간격이 발생하게 되고, 그 결과, 기판측 패턴 영역을 충분히 보정할 수 없다. 따라서, 제1 예시적인 실시예에서는, DMD(63A)와 DMD(63B)에 의해 반사된 각각의 광 빔의 광축 L63A와 광축 L63B는 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여, 시프트되어 기울어지도록 설정된다.
예를 들어, DMD(63)의 패키지에 의해 이격되고, 투영 광학계(64)의 광축 L64에 직교하는 동일면 내에 DMD(63A)와 DMD(63B)를 배치하고, 기동 영역들 간의 간격이 30mm이고, 투영 광학계(64)의 이미지 배율이 -3이라고 가정한다. 기판(11) 상에서 가열용 광원으로부터의 조명광 빔의 거리는 10mm가 된다. 상술한 바와 같이 결정된 시프트량에 기초한 DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축 L63A 및 광축 L63B의 기울기량을 결정하는 방법에 대해서 설명할 것이다.
먼저, 도 5를 참조하여, 기판(11) 상에 입사된 가열용 광원으로부터의 조명광 빔의 거리(시프트량)에 기초하여 광축의 기울기량을 결정하는 방법에 대해서 설명할 것이다. 주점(principal point)과 초점 길이 f를 갖는 광학계(64')의 중심을 통과하는 축 L64'에 대하여, θ'의 각도로 입사하는 축외 광선 L63'을 사용하는, 이미지면 상에서의 이미지 높이 y는 y=f*tanθ'로서 표현된다. 여기에서, y는 축외 광선 L63'을 광축으로 사용했을 경우의 이미지면 상에서의 시프트량이라고 생각할 수 있다. 즉, 기판측 패턴 영역에서 조명 영역을 y만큼 시프트시키고 싶을 경우, DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축 투영 광학계의 광축에 대한 각도 β는 β=tan-1(y/f)만큼 기울어지도록 하면 된다.
다음으로, 도 6b 및 도 6c를 참조하여, DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축 L63을 조명 광학계의 광축에 대하여 기울이는 방법에 대해서 설명할 것이다. 도 6b 및 도 6c는 온 상태의 마이크로미러를 나타내고 있다. 도 6b에 도시한 바와 같이, DMD(63A) 및 DMD(63B)의 미러 배열면(66)을 투영 광학계(64)의 광축 L64에 직교하는 평면에 대하여, 미리 결정된 각도만큼 기울임으로써, DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축을 기울일 수 있다. 미러 배열면(66)을 예를 들어, △γ의 각도만큼 기울일 경우, △γ은 △γ=(β+α)/2-γ로서 표현된다. 즉, 상술한 바와 같이 결정된 DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축의 각도(방출 각도) β로부터 미러 배열면(66)을 기울이는 각도 △γ를 결정할 수 있다.
또한, 도 6c를 참조하여 DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축 L63을 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 기울이는 또 다른 방법에 대해서 설명할 것이다. 도 6c에 도시한 바와 같이, 미러 배열면(66)이 투영 광학계(64)의 광축 L64에 직교한 채로, 조사 광학계(65)로부터 조사되는 광의 광축 L65을 기울임으로써 DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축을 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 기울일 수 있다. 조사 광학계(65)로부터의 광의 입사각 α(조사 광학계(65)로부터의 광의 광축 L65의 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대한 각도)을 각도 △α만큼 기울일 경우, 각도 △α는 △α=α+β-2γ로서 표현된다.
상술한 바와 같이, DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축 L63을 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 편심시켜서, 가열 기구(6)의 광학계를 편심 광학계로 만듬으로써, DMD(63A) 및 DMD(63B)에 의해 반사된 광 빔을 사용하여 기판측 패턴 영역을 개별적으로 조명할 수 있다. 따라서, 복수의 광 변조기로부터의 광 빔은 기판측 패턴 영역의 서로 상이한 영역을 조명할 수 있다.
계속해서, 가열 기구(6)에 의해 기판측 패턴 영역을 조명하는 조명광의 조정 방법에 대해서 설명할 것이다. 기판측 패턴 영역을 조명하는 조명광은 기판측 패턴 영역의 크기에 대응하는 DMD(63A) 및 DMD(63B)의 각각의 가동 영역의 마이크로미러를 제어함으로써 조정된다. 가열 기구(6)에 의해 기판측 패턴 영역을 개별적으로 조명할 경우, 기판측 패턴 영역에서의 반사광은 충전 모니터(27)의 촬상 센서에 의해 관찰된다. 촬상 센서에 의한 관찰 결과에 기초하여, DMD(63)의 위치 및 기울기와 가동 영역의 범위를 조정한다. 상술한 바와 같이 DMD(63)의 위치 및 기울기를 조정함으로써, DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축 L63의 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대한 시프트 및 기울기가 조정될 수 있다. DMD(63)에는 위치 또는 기울기를 변경하기 위해 기울이기 스테이지 또는 시프트 스테이지(미도시됨)가 제공된다. 시프트 스테이지를 사용하여 DMD(63)의 위치를 변경하는 대신에, DMD(63)의 가동 영역을 시프트시킴으로써 조명광을 시프트시킬 수 있다(광축 L63을 시프트시킬 수 있다). 이 경우, 가동 영역보다 DMD(63)의 마이크로미러가 형성되는 영역이 더 넓다.
제1 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)에는 가열용 광원(62), DMD(63) 및 조사 광학계(65)가 각각 2개씩 제공되는 것으로서 기술했지만, 이에 한정하지 않고 가열기가 3개 이상일 수 있다.
(임프린트 공정)
다음으로, 임프린트 장치(1)에 의한 임프린트 공정에 대해서 도 2를 참조하여 설명할 것이다. 도 2는 임프린트 장치(1)에 의해 기판(11)에 대하여 몰드(8)를 사용하여, 복수의 기판(11) 상의 복수의 기판측 패턴 영역(샷 영역)에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 공정의 동작 시퀀스를 나타내는 흐름도이다. 임프린트 공정의 동작은 제어 유닛(7)에 의해 수행된다.
제어 유닛(7)은, 동작 시퀀스를 개시하면, 단계 S100에서, 몰드 반송 기구로 하여금 몰드(8)를 몰드 척(15)에 탑재하게 한다. 단계 S101에서, 제어 유닛(7)은 기판 반송 기구로 하여금 기판(11)을 기판 척(19)에 탑재하게 한다. 몰드(8) 및 기판(11)이 임프린트 장치에 반입되는 순서는 특별히 한정되지 않고, 몰드(8) 및 기판(11)은 순차적으로 또는 동시에 반송될 수 있다.
단계 S102에서, 제어 유닛(7)은 기판 스테이지(4)에 의해 기판(11)의 기판측 패턴 영역을 공급 유닛(5)의 공급 위치까지 이동시킨 후, 공급 공정으로서 공급 유닛(5)으로 하여금 임프린트재(14)를 기판(11) 위로 공급(도포)하게 한다. 그 후, 단계 S103에서, 제어 유닛(7)은 기판 스테이지(4)에 의해 기판(11)을 미리 결정된 위치까지 이동시키고, 임프린트재(14)가 공급된 기판(11)을 몰드(8) 아래 위치(몰드 압인 위치)까지 이동시켜서 몰드(8)에 대하여 기판(11)의 위치 결정을 행한다.
단계 S104에서, 제어 유닛(7)은 몰드 압인 공정으로서 몰드 구동 유닛(16)을 동작시키고, 몰드(8)와 기판측 패턴 영역에 공급된 임프린트재(14)를 접촉시킨다. 임프린트재(14)를 몰드(8)와 접촉시키는(몰드(8)를 충전시키는) 방법은 충전 모니터(27)를 통해 관찰할 수 있다. 그 후, 단계 S105에서, 몰드(8)와 임프린트재(14)가 접촉하고 있는 상태에서, 마크 검출 유닛(22)은 몰드(8)에 형성된 위치 정렬 마크와 기판(11)에 형성된 위치 정렬 마크로부터의 광을 검출한다. 마크 검출 유닛(22)에 의해 검출된 위치 정렬 마크의 검출 결과에 기초하여, 몰드(8)와 기판(11)의 X축 방향, Y축 방향 및 θ 방향의 위치 시프트를 계측한다. 또한, 계측된 위치 정렬 마크의 위치 시프트량에 기초하여, 몰드측 패턴 영역의 형상과 기판측 패턴 영역의 형상 간의 차를 계측할 수 있다. 또한, 형상의 차가 저감되도록, 몰드(8)의 몰드측 패턴 영역의 형상 보정량과 기판(11)의 기판측 패턴 영역의 형상 보정량을 각각 결정한다.
단계 S106에서, 제어 유닛(7)은, 몰드 보정 공정으로서, 단계 S105에서 결정된 몰드(8)의 몰드측 패턴 영역의 형상 보정량에 기초하여, 몰드 변형 기구(18)로 하여금 몰드(8)를 변형하게 한다. 따라서, 제어 유닛(7)은 몰드(8)의 몰드측 패턴 영역의 형상을 목표로 하는 형상으로 보정할 수 있다. 단계 S107에서, 제어 유닛(7)은 또한, 기판 보정 공정으로서, 단계 S105에서 결정된 기판(11)의 기판측 패턴 영역의 형상 보정량에 기초하여, 가열 기구(6)에 의해 기판(11)을 가열하여 기판측 패턴 영역에 온도 분포를 제공함으로써, 기판(11)을 변형시킨다. 따라서, 제어 유닛(7)은 기판(11)의 기판측 패턴 영역의 형상을 목표로 하는 형상으로 열적으로 보정할 수 있다.
이제, 단계 S107에서의 온도 분포의 형성 방법에 대해서 설명할 것이다. 기판(11)을 가열하기 위한 가열 기구(6)에는, 임프린트재가 경화하지 않는 파장의 광(예를 들어, 근적외광)을 조사하는 가열용 광원이 사용된다. 가열용 광원으로부터 조사된 광은 DMD와 몰드(8)를 통과하고나서 기판(11)의 기판측 패턴 영역을 조사한다. 가열용 광원으로부터 조사된 광의 조사량을 DMD에 포함된 다수의 미러에 의해 제어함으로써, 기판(11) 상의 조사면 내에 조도 분포를 형성할 수 있다. 이 조도 분포에 기초하여, 기판(11) 상에 임의의 온도 분포를 형성할 수 있다. 기판측 패턴 영역의 형상 보정량은 단계 S105에서의 위치 정렬 마크의 검출 결과로부터 결정할 수 있다. 제어 유닛(7)은, 위치 정렬 마크의 검출 결과로부터 결정된 보정량에 기초하여, 기판측 패턴 영역의 형상을 보정하기 위해 필요한 온도 분포 또는 조도 분포를 결정한다. 그 후, 조사량 제어 장치는 획득된 온도 분포 또는 조도 분포가 기판 상에 형성되도록 가열 기구(6)를 제어한다. 기판(11)의 기판측 패턴 영역은 반도체의 제조 공정에 의해 변형된다. 기판측 패턴 영역의 변형은 배율 성분, 평행사변형 성분, 사다리꼴 성분의 변형으로 크게 분류되고 이들 성분은 빈번하게 조합된다. 각각의 변형 성분을 보정하기 위해서, 기판측 패턴 영역의 내측뿐만 아니라 영역의 외측에 온도 분포를 형성할 수 있다.
다음으로, 제어 유닛(7)은 단계 S105에서 결정된 기판측 패턴 영역과 몰드측 패턴 영역의 위치 시프트를 보정하기 위해 스테이지 구동 유닛(20)을 구동한다. 따라서, 단계 S108에서, 몰드(8)와 기판(11)은 상대적인 위치 정렬을 행할 수 있다.
단계 S108에서, 몰드(8)와 기판(11)의 위치 정렬을 행한 후에, 단계 S109에서, 마크 검출 유닛(22)은 기판(11) 상에 형성된 위치 정렬 마크와 몰드(8)에 형성된 위치 정렬 마크를 검출한다. 제어 유닛(7)은, 검출된 위치 정렬 마크의 결과에 기초하여, X, Y, θ 방향의 몰드측 패턴 영역과 기판측 패턴 영역 간의 위치 시프트 및 형상차를 결정할 수 있다. 그 후, 계측된 위치 시프트 또는 형상차에 기초하여, 몰드측 패턴 영역의 형상과 기판측 패턴 영역의 형상이 일치하도록 기판측 패턴 영역 및 몰드측 패턴 영역의 형상 보정량을 산출할 수 있다.
그 후, 단계 S110에서, 제어 유닛(7)은 몰드측 패턴 영역과 기판측 패턴 영역 간의 위치 시프트 및 형상차(보정 잔차)가 허용값 이내에 있는지를 판정한다. 단계 S110에서 제어 유닛(7)이 산출된 값이 허용값 이내에 없다고 결정하면(단계 S110에서의 아니오), 제어 유닛(7)은 공정을 단계 S107로 복귀시켜서 기판의 위치 또는 형상을 보정할 수 있다. 한편, 단계 S110에서 제어 유닛(7)이 산출된 값이 허용값 이내에 있다고 결정하면(단계 S110에서의 예), 공정은 다음 단계 S111로 진행한다. 또한, 제어 유닛(7)은 단계 S110에서 몰드와 기판의 상대적인 위치 시프트량에 기초하여 판정할 수 있다. 또한, 제어 유닛(7)이 단계 S110에서 산출된 값이 허용값 이내에 없다고 결정하면(단계 S110에서의 아니오), 제어 유닛(7)은 공정을 단계 S106으로 복귀시켜서 몰드의 위치 또는 형상을 보정할 수 있다.
단계 S111에서, 제어 유닛(7)은, 몰드(8)와 기판(11)의 위치 정렬을 행한 후에, 조사 유닛(2)으로 하여금 기판(11) 위에 공급된 임프린트재에 자외선(9)을 조사하게 하여 임프린트재를 경화시킨다(경화 공정). 단계 S112에서, 제어 유닛(7)은, 임프린트재를 경화시킨 후, 몰드 구동 유닛(16)을 구동시켜, 몰드와 기판 간의 거리를 넓힘으로써, 기판 상의 경화된 임프린트재로부터 몰드(8)를 분리시킨다(몰드 이형 공정).
계속해서, 단계 S113에서, 제어 유닛(7)은 동일한 기판(11) 상에, 임프린트재(14)의 패턴을 형성해야 할 기판측 패턴 영역이 여전히 있는지를 판정한다. 여기서, 제어 유닛(7)이 패턴을 형성해야 할 기판측 샷 영역이 있다고 결정하면(단계 S113에서의 예), 공정은 단계 S102로 복귀하여 다음 기판측 샷 영역에 임프린트재를 공급한다. 한편, 제어 유닛(7)이 패턴을 형성해야 할 기판측 샷 영역이 없다고 결정하면(단계 S113에서의 아니오), 공정은 다음 단계 S114로 진행한다. 단계 S114에서, 제어 유닛(7)은 기판 반송 기구로 하여금 기판 척(19) 상에 보유 지지하고 있는 기판(11)을 회수하게 한다.
다음으로, 단계 S115에서, 제어 유닛(7)은 계속해서 유사한 임프린트 공정을 수행해야 할 기판이 있는지를 판정한다. 여기서, 제어 유닛(7)이 임프린트 공정을 수행해야 할 기판이 여전히 있다고 판정하면(단계 S115에서의 예), 공정은 단계 S101로 복귀하여 다음 기판을 기판 반송 기구에 의해 임프린트 장치에 반입시킨다. 한편, 제어 유닛(7)이 임프린트 공정을 수행해야 할 기판이 없다고 판정하면(단계 S115에서의 아니오), 공정은 다음 단계 S116으로 진행한다. 단계 S116에서, 제어 유닛(7)은 모든 단계를 종료하기 전에, 몰드 반송 기구로 하여금 몰드 척(15)에 의해 보유 지지되어 있는 몰드(8)를 회수하게 한다.
제1 예시적인 실시예에 따른 임프린트 장치(1)는 가열 기구(6)를 사용하여 기판측 패턴 영역을 가열시킬 경우에 대해서 설명했지만, 조사 유닛(2)을 사용할 수도 있다. 이 경우, 조사 유닛(2)은 조사 유닛(2)의 광원으로부터 조사되는 광 빔 중에서, 임프린트재가 경화하지 않는 파장 대역의 광을 기판측 패턴 영역에 조사한다. 따라서, 조사 유닛(2)은 임의의 파장 대역의 광을 통과시키는 광학 필터를 포함하여, 경화 공정 동안에는 임프린트재가 경화하는 파장 대역의 광이 조사되고, 기판 가열 시에는 임프린트재가 경화하지 않는 파장 대역의 광이 조사되도록 전환할 수 있다. 따라서, 조사 유닛(2)에 포함되어 있는 광학 필터를 사용함으로써, 기판(11)을 조사하는 광의 파장을 상이한 목적에 따라 사용할 수 있다.
또한, 제1 예시적인 실시예에 따른 임프린트 장치(1)는 몰드(8)에 형성된 패턴부(8a)의 개수가 하나인 경우에 대해서 설명했지만, 복수의 패턴부(8a)가 몰드(8)에 형성될 수 있다. 복수의 패턴부(8a)가 형성된 몰드(8)를 사용하여 복수의 기판측 패턴 영역에 임프린트재의 패턴을 형성하는 경우, 상술한 가열 기구(6)에 의해 복수의 기판측 패턴 영역 각각에 대해서 열변형시킬 수 있다. 복수의 패턴부(8a)가 형성된 몰드(8)를 사용하여 패턴을 형성하는 것을 멀티-에리어 임프린트(multi-area imprint) 또는 멀티-필드 임프린트(multi-field imprint)라고 칭할 수도 있다. 가열 기구(6)가 단일 DMD를 사용하여 복수의 기판측 패턴 영역을 조사하면, 하나의 기판측 패턴 영역에 조사되는 광의 조도가 저하되어 열변형량이 제한된다. 따라서, 제1 예시적인 실시예에서 설명한 가열 기구(6)와 같이 기판측 패턴 영역을 개별적으로 조사함으로써, 가열용 광원(62)을 출력을 증가시키지 않고도 기판측 패턴 영역에 조사되는 광의 조도를 증가시킬 수 있다.
제1 예시적인 실시예에서와 같이, 가열 기구(6)가 탑재된 임프린트 장치(1)는 복수의 DMD를 사용하여, 기판측 패턴 영역을 분할함으로써, 임의의 기판측 패턴 영역을 조명할 수 있다.
다음으로, 제2 예시적인 실시예의 가열 기구(6)에 대해서 도 7을 참조하여 설명할 것이다. 도 7은 제2 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)의 구성을 도시하는 도면이다. 제2 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)가 사용되는 임프린트 장치는 기본적으로 제1 예시적인 실시예에 따른 임프린트 장치(1)와 동일한 방식으로 동작하거나 제1 예시적인 실시예와 동일한 임프린트 공정을 가질 수 있기 때문에, 상이한 구성에 대해서만 설명할 것이다.
제1 예시적인 실시예에서는 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여, DMD(63)(63A, 63B) 각각에 의해 반사된 광 빔의 광축 L63A 및 광축 L63B가 시프트되어 조명한다. 또한, 제1 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)는 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 광축 L63A와 광축 L63B가 기울어지게 조명함으로써, 2개의 가열기 A 및 B로부터의 광 빔을 서로 인접하게 하여 기판측 패턴 영역을 조명한다.
제2 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)는, 가열용 광원(62A) 및 가열용 광원(62B)으로부터 조사되는 광 빔의 파장과 편광 방향 중 적어도 한쪽을 상이하게 하는 경우, DMD(63A)에 의해 반사된 광의 광축 L63A가 시프트하도록 설정한다. 제2 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)는 가열기 A 및 가열기 B로부터의 광 빔을 빔 스플리터(67)를 사용하여 합성하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 가열 기구(6)는 가열기 A 및 가열기 B로부터 조사된 광 빔을 서로 인접하게 하여 기판측 패턴 영역에 조명할 수 있다.
먼저, 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 DMD(63)에 의해 반사된 광의 광축 L63A와 광축 L63B가 시프트되고, 2개의 가열용 광원(62A) 및 가열용 광원(62B)으로부터 조사된 광 빔의 파장이 상이한 경우에 대해서 설명할 것이다. 도 7에 나타낸 가열 기구(6)는, 제1 예시적인 실시예에 따른 가열 기구와 마찬가지로, 조사량 제어 장치(61), 가열용 광원(62), DMD(63), 투영 광학계(64) 및 조사 광학계(65)를 포함한다. 또한, 제2 예시적인 실시예에 따른 가열 기구는 빔 스플리터(67) 및 미러(68)를 포함한다.
가열용 광원(62A)으로부터 조사된 광은 조사 광학계(65A)에 입사한다. 조사 광학계(65A)로부터 조사된 광은 미러(68A)에 의해 반사되어 DMD(63A)를 균일하게 조명한다. 미러(68)(68A, 68B)에는 유전체 다층 미러 등이 사용되어, 가열용 광원(62A)으로부터 조사되는 광의 파장 및 조사 광학계(65)로부터의 광의 입사각에 대하여 높은 반사율을 갖는다. 미러(68A)에 의해 반사되어 균일하게 조명된 DMD(63A)는 투영 광학계(64)의 광축 L64에 대하여 미리 결정된 양만큼 시프트된 채로 배치된다. 예를 들어, 기판(11) 상의 패턴 영역(예를 들어, 26×33mm)의 절반(26×16.5mm)을 가열기 A에 의해 조명하고, 투영 광학계(64)의 이미지 배율은 -3이라고 가정한다. 이 경우, DMD(63A)의 방출 광축 L63A는 도 7에 나타낸 -X 방향으로 5.5mm만큼 시프트된다. DMD(63A)의 온 상태의 마이크로미러에 의해 반사된 광은 빔 스플리터(67)에 입사한다. 빔 스플리터(67)는 파장이 상이한 2개 광 빔 중 한쪽을 투과시키고, 다른 한쪽을 반사하는 기능을 갖는다. 도 7에 나타낸 본 예시적인 실시예에서는, DMD(63A)로부터 조사된 광은 빔 스플리터(67)를 투과하는 한편, DMD(63B)로부터 조사된 광은 빔 스플리터(67)에 의해 반사된다. 빔 스플리터(67)에 의해 투과 및 반사된 광은 단일 투영 광학계(64)에 입사하여 기판(11) 상의 상의 패턴 영역을 서로 인접하게 하여 개별적으로 조명한다.
상술한 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)에서는, 광 변조기로서 DMD(63)를 사용한 경우에 대해서 설명하였다. 제3 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)는 광 변조기(조도 분포 형성 유닛)로서 액정 소자(69)를 사용한다. 도 8은 광 변조기가 투과형의 액정 소자(69)일 경우의 가열 기구(6)의 구성도를 나타낸다. 가열용 광원(62A)으로부터 조사된 광은 조사 광학계(65A)에 입사한다. 조사 광학계(65A)로부터 조사된 광은 액정 소자(69A)를 균일하게 조명한다. 액정 소자(69A)의 투과율은 조사량 제어 장치(61)에 의해, 목표로 하는 조도 분포를 기판(11) 상의 패턴 영역에 형성하기 위해 제어된다. 액정 소자(69A)를 투과한 광은 빔 스플리터(67)를 투과하여 기판(11) 상의 패턴 영역을 서로 인접하게 하여 개별적으로 조명한다.
마찬가지로, 가열용 광원(62B)으로부터 조사된 광은 조사 광학계(65B)에 입사한다. 조사 광학계(65B)로부터 조사된 광은 액정 소자(69B)를 균일하게 조명한다. 액정 소자(69B)의 투과율은 조사량 제어 장치(61)에 의해, 목표로 하는 조도 분포를 기판(11) 상의 패턴 영역에 형성하기 위해 제어된다. 액정 소자(69B)를 투과한 광은 빔 스플리터(67)에 의해 반사되어 기판(11) 상의 패턴 영역을 서로 인접하게 하여 개별적으로 조명한다.
제3 예시적인 실시예에서는, 액정 소자(69)를 투과한 광의 광축 L63(L63A, L63B)이 투영 광학계(64)의 광축에 대하여 시프트되고, 2개의 가열용 광원(62A, 62B)으로부터 조사되는 광 빔의 파장을 상이하게 하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 실시예들의 양태는 그러한 예에 한정되지 않는다. 투영 광학계(64)의 광축에 대하여 제1 예시적인 실시예에서 설명된 방법에 의해 액정 소자(69)를 투과한 광의 광축 L63을 기울어지게 함으로써 패턴 영역에서의 조명광의 위치를 조정하고, 개별적으로 조명할 수 있다.
2개의 가열용 광원(62A, 62B)으로부터 조사되는 광 빔의 편광을 상이하게 하는 경우(예를 들어, 가열용 광원(62A)으로부터는 S 편광의 광이 조사되고, 가열용 광원(62B)으로부터는 P 편광의 광이 조사되는 경우), 빔 스플리터(67)로서 편광 빔 스플리터가 사용된다. 도 8에 나타낸 제3 예시적인 실시예에서는, 빔 스플리터(67)는 S 편광의 광을 투과하고, P 편광의 광을 반사하도록 설정된다. 빔 스플리터(67)의 투과율 및 반사율을 향상시키기 위해 광로 상에 편광판을 배치할 수 있다.
상술한 바와 같이, 가열 기구(6)가 탑재된 임프린트 장치에서, 복수의 광 변조기를 사용하여 복수의 영역으로 분할된 기판(11)의 패턴 영역을 개별적으로 조명하는, 가열용 광원의 출력을 증가시키기 위한 임프린트 장치(1)가 제공될 수 있다.
다음으로, 제4 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)에 대해서 도 9를 참조하여 설명할 것이다. 도 9는 제4 예시적인 실시예의 가열 기구(6)의 구성을 도시하는 도면이다. 제4 예시적인 실시예에 따른 가열 기구(6)가 사용되는 임프린트 장치는 기본적으로 제1 예시적인 실시예 또는 제2 예시적인 실시예에 따른 임프린트 장치(1)와 동일한 방식으로 동작하거나 제1 예시적인 실시예 또는 제2 예시적인 실시예와 동일한 임프린트 공정을 갖기 때문에, 여기서는 상이한 구성에 대해서만 설명할 것이다.
제2 예시적인 실시예에서는, 2개의 가열기의 가열용 광원(62A, 62B)으로부터 조사되는 광 빔의 파장 및 편광 방향 중 적어도 한쪽을 상이하게 하는 경우, 빔 스플리터(67)를 사용하여 조명광 빔을 합성한다. 제4 예시적인 실시예에서는, 2개의 가열기의 가열용 광원(62A, 62B)으로부터 조사되는 광 빔의 파장 및 편광 방향에 따르지 않고, 나이프 에지 미러를 사용하여 패턴 영역을 서로 인접하게 하여 개별적으로 조명한다. 따라서, 가열 기구(6)는 가열기 A 및 가열기 B로부터의 방출 광 빔을 기판측 패턴 영역에 서로 인접하게 하여 조명할 수 있다.
도 9에 나타낸 가열 기구(6)는 조사량 제어 장치(61), 가열용 광원(62), DMD(63), 투영 광학계(64), 조사 광학계(65) 및 미러(68)에 부가하여 이미지 형성 광학계(70)와 나이프 에지 미러(71)를 포함한다.
DMD(63A, 63B)는 각각 마이크로미러가 2차원으로 배열되어 있고 회절 격자로서의 기능을 갖는다. 따라서, DMD(63)로부터 조사된 광은 회절하고 확대된다. 나이프 에지 미러(71)에 의해 DMD(63A)로부터의 광을 차광하지 않고 DMD(63B)로부터의 광을 효율적으로 반사시키기 위해서는, 나이프 에지 미러(71) 근방에서 화상을 형성한다. 따라서, 이미지 형성 광학계(70)는 DMD(63)와 나이프 에지 미러(71) 사이를 개략 광학적으로 공액 관계로 하는 기능을 갖는다. 따라서, DMD(63A)에 의해 변조된 광은 이미지 형성 광학계(70A)에 의해 나이프 에지 미러(71)의 근방에서 화상을 형성하고, 차광되지 않고 투영 광학계(64)에 입사한다. 한편, DMD(63B)에 의해 변조된 광은 이미지 형성 광학계(70B)에 의해 나이프 에지 미러(71) 근방에서 화상을 형성하고, 투영 광학계(64)에 입사하기 전에 반사된다. 따라서, 가열기는 기판(11) 상의 패턴 영역을 서로 인접하여 개별적으로 조명할 수 있다.
상술한 바와 같이 가열 기구가 탑재된 임프린트 장치에서, 복수의 광 변조기를 사용하여 기판(11) 상의 패턴 영역을 개별적으로 조명하는, 가열용 광원의 출력을 증가시키기 위한 임프린트 장치(1)가 제공될 수 있다.
상술한 예시적인 실시예들 중 어느 하나에 따른 가열 기구(6)에서의 가열용 광원(62)은 복수의 가열용 광원(62A, 62B)이 포함된 경우에 대해서 설명했지만, 가열용 광원(62)의 개수가 하나일 수 있다. 이 경우, 하나의 가열용 광원(62)으로부터 조사된 광은 복수의 광 변조기에 조사되도록 광학 소자에 의해 분기(분리)된다. 예를 들어, 가열용 광원(62)으로부터 조사된 광을 분기시키는 광학 소자로서는 빔 스플리터가 사용된다.
상술한 예시적인 실시예들 중 어느 하나에 따른 가열 기구(6)에서의 복수의 광 변조기(DMD(63A, 63B))는 기판(11) 상의 패턴 영역을 서로 인접하여 개별적으로 조명한다. 그러나, 복수의 광 변조기는 각각 복수의 광 변조기로부터의 광 빔을 중첩하여 조명하기 위해, 기판(11) 상의 패턴 영역을 복수의 영역으로 분할하지 않고 조명할 수 있다. 복수의 광 변조기를 사용하는 경우에는, 하나의 광 변조기만을 사용하여 조명할 경우에 비해, 각각의 광 변조기에 조사되는 광의 조사량이 감소하기 때문에 광 변조기의 열화를 저감시킬 수 있다.
또한, 상술한 예시적인 실시예들 전체에서 임프린트 장치(1)에 포함된 가열 기구(6)에 대해서 설명했지만, 본 개시내용은 그러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 실시예들의 양태는 광 변조기를 사용하여 노광 장치의 유효 광원 분포를 형성하는 광 패턴 형성 장치에도 유효하다. 여기서, 노광 장치는 레티클(원판)에 형성된 패턴을 조명하여 레티클로부터의 광이 투영 광학계를 통해 기판을 노광하는 장치이다. 레티클을 조명할 때 광원으로부터의 광에 분포를 갖게 하는, 노광 장치에 의해 조명하기 위한 방법이 알려져 있다. 광 패턴 형성 장치에 포함되는 광 변조기(DMD)에 의해, 광원으로부터의 광의 유효 광원 분포가 형성된다. 따라서, 상술한 예시적인 실시예에서 설명된 가열 기구(6)와 마찬가지로, 광 패턴 형성 장치에서도, 복수의 광 변조기를 사용하여 유효 광원 분포를 형성할 수 있다. 따라서, 광 패턴 형성 장치에 포함되는 광 변조기의 기능 저하를 억제할 수 있다.
(물품의 제조 방법)
다음으로, 상술한 가열 기구를 포함하는 임프린트 장치를 사용하여 물품을 제조하는 방법에 대해서 설명할 것이다. 예를 들어, 반도체 디바이스가 제조될 물품인 경우에, 기판 상에 집적 회로를 형성하는 전단 공정과 전단 공정에서 형성된 기판 상의 집적 회로 칩을 제품으로서 완성시키는 후단 공정을 거침으로써 반도체 디바이스가 제조된다. 전단 공정은 임프린트 장치를 사용하여 기판 상의 임프린트재에 패턴을 형성하는 공정을 포함한다. 후단 공정은 어셈블리 공정(다이싱, 본딩) 및 패키징 공정(캡슐화)을 포함한다. 본 예시적인 실시예에서의 반도체 디바이스의 제조 방법에 따르면, 종래보다도 고품질의 물품으로서 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
임프린트 장치를 사용하여 형성한 경화물의 패턴은 각종 물품의 적어도 일부에 영구적으로 또는 각종 물품을 제조할 때에 일시적으로, 사용된다. 물품은 전기 회로 소자, 광학 소자, MEMS(microelectromechanical system), 기록 소자, 센서 및 몰드를 포함한다. 전기 회로 소자의 예로서는, DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory), 플래시 메모리, MRAM(magnetoresistive random access memory)와 같은 휘발성 또는 불휘발성 반도체 메모리와 LSI(large-scale integrated) 회로, CCD(charge-coupled device), 이미지 센서, FPGA(field programmable gate array)와 같은 반도체 소자를 포함한다. 몰드의 예로서는 임프린트용 몰드를 포함한다.
경화물의 패턴은 상술한 물품의 적어도 일부의 구성 요소로서 그대로 사용되거나 레지스트 마스크로서 일시적으로 사용된다. 기판의 제조 공정에서, 에칭 또는 이온 주입이 행하여진 후, 레지스트 마스크는 제거된다.
다음으로, 물품의 구체적인 제조 방법에 대해서 설명될 것이다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판(1z)이 준비된다. 절연재와 같은 피가공재(2z)는 기판(1z)의 표면에 형성된다. 계속해서, 잉크젯법 등에 의해, 피가공재(2z)의 표면에 임프린트재(3z)가 도포된다. 여기에서는, 복수의 액적 형상으로 된 임프린트재(3z)가 기판(1z) 상에 제공된 상태가 나타나 있다.
도 10b에 도시한 바와 같이, 임프린트용 몰드(4z)는 기판(1z) 상의 임프린트재(3z)를 향해 대향하고 있다. 요철 패턴이 형성된 몰드(4z)의 측면은 임프린트재(3z)를 향하고 있다. 도 10c에 도시한 바와 같이, 임프린트재(3z)가 도포된 기판(1z)과 몰드(4z)를 접촉시켜, 그 곳에 압력을 가한다. 임프린트재(3z)는 몰드(4z)와 피가공재(2z) 간의 간극에 충전된다. 이 상태에서, 경화용 에너지로서 광을 몰드(4z)를 통해 임프린트재(3z)에 조사하면, 임프린트재(3z)는 경화한다.
도 10d에 도시한 바와 같이, 임프린트재(3z)를 경화시킨 후, 몰드(4z)와 기판(1z)을 분리하여 기판(1z) 상에 임프린트재(3z)의 경화물의 패턴을 형성한다. 경화물의 패턴은 몰드의 오목부가 경화물의 볼록부에 대응하고 몰드의 볼록부가 경화물의 오록부에 대응하는 형상을 갖기 때문에, 임프린트재(3z)에 몰드(4z)의 요철 패턴이 전사되게 된다.
도 10e에 도시한 바와 같이, 경화물의 패턴을 내에칭 마스크(etching resistant mask)로서 사용하여 에칭을 행하면, 피가공재(2z)의 표면 중, 경화물이 없는 곳 또는 경화물이 얇은 잔류막이 있는 곳이 제거되어 홈(5z)이 형성된다. 도 10f에 도시한 바와 같이, 경화물의 패턴을 제거하면, 피가공재(2z)의 표면에 홈(5z)이 형성된 물품을 획득할 수 있다. 여기에서는, 경화물의 패턴을 제거했지만, 공정 이후에 제거하지 않고, 예를 들어 반도체 소자에 포함되는 층간 절연용 막, 즉, 물품의 구성 부재로서 사용될 수도 있다.
이상, 본 개시내용의 예시적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 개시내용은 상술한 예시적인 실시예에 한정되지 않고 그 범위 내에서 다양한 방식으로 변형되거나 변경될 수 있다.
본 개시내용은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 개시내용은 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형 및 동등한 구조와 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 몰드를 사용하여 기판의 샷 영역에 임프린트재의 패턴을 형성하도록 구성된 장치로서,
    상기 샷 영역에 광을 조사함으로써 상기 기판의 형상을 변경하도록 구성된 가열 기구를 포함하고,
    상기 가열 기구는 상기 샷 영역에 조도 분포를 형성하도록 구성된 복수의 광 변조기를 포함하고, 상기 복수의 광 변조기로부터의 광 빔은 상기 샷 영역의 서로 상이한 영역을 조명하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 기구로부터의 광을 상기 기판으로 유도하도록 구성된 투영 광학계를 더 포함하고,
    상기 샷 영역에는 상기 복수의 광 변조기로부터의 광 빔 각각이 상기 투영 광학계를 통해 조사되는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가열 기구는 상기 투영 광학계의 광축에 대해 상기 광 변조기로부터의 광이 상기 투영 광학계에 입사하는 광축을 편심시키는 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가열 기구는 상기 투영 광학계의 광축에 대해 상기 광 변조기로부터의 광이 상기 투영 광학계에 입사하는 광축을 기울이는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열 기구는 상기 샷 영역의 복수의 영역 각각에 광을 개별적으로 조사하는 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광 변조기의 각각은 복수의 가동 마이크로미러를 포함하고,
    상기 광 변조기로부터의 광이 상기 투영 광학계에 입사하는 상기 광축은 상기 광 변조기에 포함되는 상기 복수의 마이크로미러의 가동 영역을 변경함으로써 상기 투영 광학계의 상기 광축으로부터 편심되는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 변조기로부터의 상기 광 빔을 합성하도록 구성된 합성 유닛을 더 포함하고,
    상기 합성된 광 빔은 상기 샷 영역을 조명하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가열 기구는 상기 복수의 광 변조기에 상이한 파장의 광 빔을 조사하도록 구성된 광원을 포함하고,
    상기 합성 유닛은 상기 복수의 광 변조기로부터의 파장이 상이한 상기 광 빔들을 합성하도록 구성된 빔 스플리터인 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가열 기구는 상기 복수의 광 변조기에 상이한 편광 방향의 광 빔을 조사하도록 구성된 광원을 포함하고,
    상기 합성 유닛은 상기 복수의 광 변조기로부터의 편광 방향이 상이한 상기 광 빔들을 합성하도록 구성된 빔 스플리터인 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 상기 복수의 광 변조기 각각과 상기 기판 간의 공액 관계를 만드는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가열 기구는,
    상기 복수의 광 변조기에 광을 조사하도록 구성된 가열용 광원;
    상기 복수의 광 변조기에 상기 광이 조사되도록 상기 가열용 광원으로부터의 광을 분기시키도록 구성된 광학 소자; 및
    상기 분기된 광을 상기 복수의 광 변조기에 조사하도록 구성된 조사 광학계를 포함하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가열 기구는,
    상기 샷 영역에 광 빔을 조사하도록 구성된 복수의 가열용 광원; 및
    상기 복수의 가열용 광원으로부터의 상기 광 빔 각각을 상기 복수의 광 변조기에 조사하도록 구성된 복수의 조사 광학계를 포함하는 장치.
  13. 몰드를 사용하여 기판의 샷 영역에 임프린트재의 패턴을 형성하도록 구성된 장치로서,
    상기 샷 영역에 광을 조사함으로써 상기 기판의 형상을 변경하도록 구성된 가열 기구를 포함하고,
    상기 가열 기구는 상기 샷 영역에 조도 분포를 형성하도록 구성된 복수의 광 변조기를 포함하고, 상기 복수의 광 변조기로부터의 광 빔은 각각 상기 샷 영역의 동일한 영역을 조명하는 장치.
  14. 몰드를 사용하여 기판의 샷 영역에 임프린트재의 패턴을 형성하기 위한 방법으로서,
    상기 샷 영역의 복수의 영역 각각에 광을 개별적으로 조사함으로써 상기 기판의 형상을 변경하는 가열 단계를 포함하고,
    상기 가열 단계는 상기 복수의 영역에 상기 기판의 조도 분포를 형성하도록 구성된 복수의 광 변조기에 의해 상기 샷 영역의 복수의 영역에 상기 광을 개별적으로 조사하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 변조기 각각은 복수의 구동 마이크로미러를 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 광 변조기 각각과 상기 기판 간의 공액 관계를 만드는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 물품의 제조 방법으로서,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴이 형성된 기판을 가공하는 단계
    를 포함하는 물품의 제조 방법.
  18. 원판에 형성된 패턴을 조명하여 상기 원판으로부터의 광으로 기판을 노광시키는 노광 장치에서 사용되는 장치로서,
    광원으로부터의 광이 분포를 갖도록 상기 원판에 형성된 상기 패턴을 조명하도록 구성된 복수의 광 변조기를 포함하고,
    상기 복수의 광 변조기로부터의 광 빔은 상기 원판에 형성된 패턴의 서로 상이한 영역을 조명하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 광 변조기로부터의 상기 광 빔을 합성하도록 구성된 합성 유닛을 더 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 합성 유닛은 상기 복수의 광 변조기로부터의 파장이 상이한 광 빔들을 합성하도록 구성된 빔 스플리터인 장치.
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