KR20240013057A - 검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240013057A
KR20240013057A KR1020230092815A KR20230092815A KR20240013057A KR 20240013057 A KR20240013057 A KR 20240013057A KR 1020230092815 A KR1020230092815 A KR 1020230092815A KR 20230092815 A KR20230092815 A KR 20230092815A KR 20240013057 A KR20240013057 A KR 20240013057A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
mark
substrate
illumination
pattern
Prior art date
Application number
KR1020230092815A
Other languages
English (en)
Inventor
슌 도다
šœ 도다
도시키 이와이
야스유키 운노
유이치 후지타
Original Assignee
캐논 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 캐논 가부시끼가이샤 filed Critical 캐논 가부시끼가이샤
Publication of KR20240013057A publication Critical patent/KR20240013057A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7042—Alignment for lithographic apparatus using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping or imprinting
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

검출 장치가 서로 중첩하는 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치를 검출한다. 장치는 조명광으로 제1 및 제2 마크를 조명하도록 구성되는 조명 시스템, 및 제1 또는 제2 방향에서의 상대 위치를 나타내는 광학 정보를 이미지 센서의 촬상면에 형성하도록 구성되는 제1 및 제2 마크로부터의 회절광으로부터 촬상면에 상을 형성하도록 구성되는 검출 시스템을 포함한다. 조명광은 조명 시스템의 퓨필면에서 조명 시스템의 광축만을 통과한다. 검출 시스템의 퓨필면에 제공된 차광체는 검출 시스템의 광축을 제1 방향에 공액인 방향으로 가로지르는 제1 차광부 및 검출 시스템의 광축을 제2 방향에 공액인 방향으로 가로지르는 제2 차광부를 포함한다.

Description

검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법{DETECTION DEVICE, LITHOGRAPHY APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
임프린트 장치는, 기판 상에 배치된 임프린트재에 몰드를 접촉시키고 임프린트재를 경화시킴으로써 임프린트재의 경화물로 이루어지는 패턴을 형성한다. 이러한 임프린트 장치에서는, 기판과 몰드를 정확하게 정렬하는 것이 중요하다. 일본 특허 공개 공보 제2008-522412호는, 기판에 제공된 회절 격자로 형성되는 마크와 몰드에 제공된 회절 격자로 형성되는 마크를 사용해서 기판과 몰드를 정렬하는 기술을 기재하고 있다.
마크를 조명하는 경우, 마크와 마크 외측의 영역 사이의 경계인 에지에 의해 반사된 광이 노이즈 광으로서 이미지 센서에 입사하고, 이것이 마크의 검출 정밀도를 저하시킬 수 있다. 특히, 마크의 면적이 축소되면, 마크로부터의 위치 정보를 검출하기 위한 광에 의해 형성되는 상에 대한 노이즈 광의 영향이 커지고, 따라서 검출 정밀도의 저하가 현저해질 수 있다.
본 발명은 제1 물체와 제2 물체에 각각 제공된 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치를 높은 검출 정밀도로 검출하는 데 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 양태 중 하나는 서로 중첩하도록 배치되는 제1 물체와 제2 물체에 각각 제공된 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치를 검출하는 검출 장치를 제공하며, 검출 장치는 제1 마크 및 제2 마크를 조명광으로 조명하도록 구성되는 조명 시스템; 및 이미지 센서를 포함하고, 조명 시스템에 의해 조명된 제1 마크 및 제2 마크로부터의 회절광으로부터 이미지 센서의 촬상면에 상을 형성하도록 구성되는 검출 시스템을 포함하고, 제1 마크 및 제2 마크는, 제1 방향 또는 제1 방향에 직교하는 제2 방향에서의 상대 위치를 나타내는 광학 정보를 촬상면에 형성하도록 구성되고, 조명광은 조명 시스템의 퓨필면에서의 조명 시스템의 광축 및 광축 근방만을 통과하는 광이고, 검출 시스템의 퓨필면에는, 검출 시스템의 광축을 제3 방향에 평행한 방향으로 가로지르는 제1 차광부와 검출 시스템의 광축을 제4 방향에 평행한 방향으로 가로지르는 제2 차광부를 포함하는 차광체가 제공되며, 제3 방향은 제1 방향에 공액인 방향이며 제4 방향은 제2 방향에 공액인 방향이다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1a는 조명 시스템의 퓨필면의 광 강도 분포를 예시하는 도면이다.
도 1b는 검출 시스템의 퓨필면의 광 강도 분포를 예시하는 도면이다.
도 2는 리소그래피 장치의 일 예로서의 임프린트 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 3은 검출 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 4a는 몰드 마크를 예시하는 도면이다.
도 4b는 기판 마크를 예시하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 무아레 무늬를 발생시키는 회절 격자를 예시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 무아레 무늬를 발생시키는 회절 격자를 예시하는 도면이다.
도 7은 패턴 에지 광을 예시하는 도면이다.
도 8a는 조명 시스템의 퓨필면에 배치되는 조명 구경 조리개를 예시하는 도면이다.
도 8b는 검출 시스템의 퓨필면에 배치되는 조명 구경 조리개를 예시하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 무아레 무늬 위상차 계측에 대한 패턴 에지 광의 유무의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10f는 물품 제조 방법을 예시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태를 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태는 청구된 발명의 범위를 한정하는 것은 아니라는 것에 유의한다. 실시형태에는 다수의 특징이 기재되어 있지만, 모든 이러한 특징을 필요로 하는 발명으로 제한되지 않으며, 다수의 이러한 특징은 적절히 조합될 수 있다. 또한, 첨부 도면에서는, 동일하거나 마찬가지의 구성에 동일한 참조 번호가 부여되며, 그에 대한 중복하는 설명은 생략한다.
도 2는, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치의 일 예로서의 임프린트 장치(10)의 구성을 나타낸다. 임프린트 장치(10)는, 반도체 디바이스 등의 디바이스의 제조에 사용되며, 피처리체인 기판(17) 상의 미경화 임프린트재(18)를 몰드(16)를 사용해서 성형함으로써 임프린트재(18)의 경화물로 이루어지는 패턴을 기판(17) 상에 형성한다. 임프린트 장치(10)에 의해 기판(17) 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 처리는, 접촉 단계, 충전 및 정렬 단계, 경화 단계, 및 분리 단계를 포함할 수 있다. 접촉 단계에서는, 기판(17)의 샷 영역 상의 임프린트재(18)와 몰드(16)의 패턴 영역(16a)이 서로 접촉된다. 충전 및 정렬 단계에서는, 기판(17)의 샷 영역과 몰드(16)의 패턴 영역(16a)에 의해 형성되는 공간에 임프린트재(18)가 충전되며, 기판(17)의 샷 영역과 몰드(16)의 패턴 영역(16a)이 정렬된다. 샷 영역은 1회의 패턴 형성 처리에 의해 패턴이 형성되는 영역이다. 즉, 샷 영역은 1회의 패턴 형성 처리에 의해 몰드(16)의 패턴 영역(16a)이 전사되는 영역이다.
임프린트재로서는, 경화 에너지를 받는 것에 의해 경화되는 경화성 조성물(미경화 상태의 수지라고도 칭함)이 사용된다. 경화 에너지로서는, 전자기파 또는 열이 사용될 수 있다. 전자기파는, 예를 들어 10 nm(포함) 내지 1 mm(포함)의 파장 범위로부터 선택되는 광, 예를 들어 적외선, 가시광선, 또는 자외선일 수 있다. 경화성 조성물은 광 조사 또는 가열에 의해 경화되는 조성물일 수 있다. 조성물 중, 광 조사에 의해 경화되는 광경화성 조성물은, 적어도 중합성 화합물과 광중합 개시제를 함유하고, 필요에 따라 비중합성 화합물 또는 용제를 더 함유할 수 있다. 비중합성 화합물은, 증감제, 수소 공여체, 내첨형 이형제, 계면활성제, 산화방지제, 및 폴리머 성분을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료이다. 임프린트재는 액적 형태 또는 복수의 액적이 연결되어 형성되는 섬 또는 막의 형태로 기판 상에 배치될 수 있다. 임프린트재는 스핀 코터나 슬릿 코터에 의해 기판 상에 막의 형태로 공급될 수 있다. 임프린트재의 점도(25℃에서의 점도)는, 예를 들어 1 mPa·s(포함) 내지 100 mPa·s(포함)일 수 있다. 기판의 재료로서는, 예를 들어 유리, 세라믹, 금속, 반도체(Si, GaN, SiC 등), 수지 등이 사용될 수 있다. 필요에 따라, 기판의 표면에 기판과는 다른 재료로 이루어지는 부재가 제공될 수 있다. 기판은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 또는 실리카 유리이다. 이하에서는 임프린트재로서 광경화성 조성물을 채용하는 예를 설명하지만, 이것은 임프린트재의 종류를 제한하는 것을 의도한 것은 아니다.
본 명세서 및 첨부 도면에서는, 기판(17)의 표면에 평행한 방향을 X-Y 평면으로 하는 XYZ 좌표계에서 방향을 나타낸다. XYZ 좌표계의 X축, Y축, 및 Z축에 평행한 방향은 각각 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향이다. X축 둘레의 회전, Y축 둘레의 회전, 및 Z축 둘레의 회전은 각각 θX, θY, 및 θZ이다. X축, Y축, 및 Z축에 관한 제어 또는 구동은 각각 X축에 평행한 방향, Y축에 평행한 방향, 및 Z축에 평행한 방향에 관한 제어 또는 구동을 의미한다. 또한, θX축, θY축, 및 θZ축에 관한 제어 또는 구동은, 각각 X축에 평행한 축 둘레의 회전, Y축에 평행한 축 둘레의 회전, 및 Z축에 평행한 축 둘레의 회전에 관한 제어 또는 구동을 의미한다. 또한, 위치는 X축, Y축, 및 Z축의 좌표에 기초해서 특정될 수 있는 정보이며, 자세는 θX축, θY축, 및 θZ축의 값에 의해 특정될 수 있는 정보이다. 위치결정은 위치 및/또는 자세를 제어하는 것을 의미한다. 정렬(위치결정)은, 기판(17)의 샷 영역과 몰드(16)의 패턴 영역 사이의 정렬 오차(중첩 오차)가 저감되도록 기판(17) 및 몰드 중 적어도 하나의 위치 및/또는 배향을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 정렬은, 기판(17)의 샷 영역 및 몰드(16)의 패턴 영역 중 적어도 하나의 형상을 보정하거나 변경하기 위한 제어를 포함할 수 있다. 접촉 단계 및 분리 단계는 몰드 구동 기구(13)에 의해 몰드(16)를 구동함으로써 실행될 수 있지만, 기판 구동 기구(14)에 의해 기판(17)을 구동함으로써 실행될 수 있다. 대안적으로, 접촉 단계 및 분리 단계는, 몰드 구동 기구(13)에 의해 몰드(16)를 구동하고 기판 구동 기구(14)에 의해 기판(17)을 구동함으로써 실행될 수 있다.
임프린트 장치(10)는, 경화 유닛(11), 검출 장치(12), 몰드 구동 기구(13), 기판 구동 기구(14), 및 제어 유닛(C)을 포함할 수 있다. 임프린트 장치(10)는 도포 유닛(15)을 더 포함할 수 있다. 경화 유닛(11)은, 기판(17) 상의 임프린트재(18)에 몰드(16)를 접촉시키는 접촉 단계 후에, 임프린트재(18)에 경화 에너지로서의 자외광 등의 광을 조사해서, 임프린트재(18)를 경화시킨다. 경화 유닛(11)은, 예를 들어 광원과, 광원으로부터 방출되는 광을 피조사면으로서의 몰드(16)의 패턴 영역(16a)에 미리결정된 형상으로 균일하게 조사하기 위한 복수의 광학 소자를 포함한다. 특히, 경화 유닛(11)에 의한 광의 조사 영역(조사 범위)은, 패턴 영역(16a)의 표면적과 거의 동일하거나 또는 패턴 영역(16a)의 면적보다 약간 큰 표면적을 갖는 것이 바람직하다. 이것은, 조사 영역이 최소 필요 면적을 갖게 함으로써, 조사에 의해 발생되는 열로 인해 몰드(16) 또는 기판(17)이 팽창해서, 임프린트재(18)에 전사되는 패턴의 위치 어긋남 또는 왜곡이 발생하는 상황을 방지하기 위해서이다. 또한, 이것은, 기판(17) 등에 의해 반사된 광이 도포 유닛(15)에 도달해서, 도포 유닛(15)의 토출부에 잔류하는 임프린트재(18)를 경화시키고, 따라서 도포 유닛(15)의 동작에 이상이 발생하는 상황을 방지하기 위해서이기도 하다. 광원으로서는, 예를 들어 고압 수은 램프, 각종 엑시머 램프, 엑시머 레이저 또는 발광 다이오드 등이 채용될 수 있다. 광원은 수광체인 임프린트재(18)의 특성에 따라서 적절히 선택될 수 있다.
도 3은 검출 장치(12)의 구성예를 나타낸다. 검출 장치(12)는, 몰드(제1 물체)(16)에 배치된 몰드 마크(제1 마크)(19)와 기판(제2 물체)(17)에 배치된 기판 마크(제2 마크)(20) 사이의 상대 위치를 광학적으로 검출 또는 계측하도록 구성된다. 몰드 마크(제1 마크)(19) 및 기판 마크(제2 마크)(20)는, X 방향(제1 방향) 또는 Y 방향(제2 방향)에서의 상대 위치를 나타내는 광학 정보를 이미지 센서(25)(후술함)의 촬상면에 형성하도록 구성된다. 검출 장치(12)는 조명 시스템(22) 및 검출 시스템(21)을 포함할 수 있다. 조명 시스템(22) 및 검출 시스템(21)은 일부 구성요소를 공유할 수 있다. 조명 시스템(22)은, 광원(23)을 포함하고, 광원(23)로부터의 광을 사용해서 조명광을 생성하며, 조명광에 의해 계측 대상물(제1 마크 및 제2 마크)을 조명한다. 이 조명광은 무편광 광일 수 있다. 검출 시스템(21)은, 조명광으로 조명된 계측 대상물로부터의 광을 검출함으로써 계측 대상물로서의 몰드 마크(제1 마크)(19)와 기판 마크(제2 마크)(20) 사이의 상대 위치를 검출한다.
검출 장치(12)의 광축 중, 기판(17) 및 몰드(16)의 위치에서의 광축은, 기판(17)의 상면 및 몰드(16)의 하면(패턴 영역(16a))에 대하여 수직인데, 즉, Z축에 평행하다. 검출 장치(12)는, 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)의 위치에 따라 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 X 방향 및 Y 방향으로 구동되도록 구성될 수 있다. 검출 장치(12)는, 몰드 마크(19) 또는 기판 마크(20)의 위치에 검출 시스템(21)의 초점을 정렬시키기 위해서 Z 방향으로 구동되도록 구성될 수 있다. 검출 장치(12)는 초점 정렬을 위한 광학 소자 또는 광학 시스템을 포함할 수 있다. 검출 장치(12)를 사용해서 검출 또는 계측된 몰드 마크(19)와 기판 마크(20) 사이의 상대 위치에 기초하여, 기판 구동 기구(14)에 의한 기판(17)의 위치결정 및 보정 기구(도시하지 않음)에 의한 패턴 영역(16a)의 형상 및 배율의 보정이 제어될 수 있다. 보정 기구는, 몰드 구동 기구(13)에 장착되고, 몰드(16)를 변형시킴으로써 몰드(16)의 패턴 영역(16a)의 형상 및 배율을 조정할 수 있다. 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)에 대해서는 상세히 후술한다.
몰드 구동 기구(13)는, 진공 흡인력 또는 정전기력에 의해 몰드(16)를 보유지지하는 몰드 척(도시되지 않음), 및 몰드 척을 구동함으로써 몰드(16)를 구동하는 몰드 구동 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 몰드 구동 기구(13)는 전술한 보정 기구를 포함할 수 있다. 몰드 구동 유닛은, 예를 들어 몰드 척 또는 몰드(16)를 Z축에 대해서 구동하도록 구성될 수 있다. 몰드 구동 유닛은 또한 몰드 척 또는 몰드(16)를 θX축, θY축, θZ축, X축 및 Y축 중 적어도 하나에 대해서 구동하도록 구성될 수 있다.
기판 구동 기구(14)는, 진공 흡인력 또는 정전기력에 의해 기판(17)을 보유지지하는 기판 척과, 기판 척을 구동함으로써 기판(17)을 구동하는 기판 구동 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 기판 구동 유닛은, 예를 들어 기판 척 또는 기판(17)을 X축, Y축 및 θZ축에 대해서 구동하도록 구성될 수 있다. 기판 구동 유닛은 또한 기판 척 또는 기판(17)을 θX축, θY축, 및 Z축 중 적어도 하나에 대해서 구동하도록 구성될 수 있다.
도포 유닛(디스펜서)(15)은 기판(17) 상에 미경화 임프린트재(18)를 도포 또는 배치한다. 도포 유닛(15)은 임프린트 장치(10)의 하우징의 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 도포 유닛(15)은 임프린트 장치(10)의 구성요소가 아닌 구성요소로서 이해될 수 있다.
몰드(16)는, 패턴 영역(16a)에, 기판(17)(그 위의 임프린트재(18))에 전사해야 할 회로 패턴 등의 패턴을 포함한다. 몰드(16)는, 경화 에너지로서의 광을 투과시키는 재료, 예를 들어 석영으로 이루어질 수 있다. 기판(17)은, 예를 들어 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판 또는 반도체 기판 상에 적어도 하나의 층을 포함하는 기판일 수 있다.
제어 유닛(C)은, 경화 유닛(11), 검출 장치(12), 몰드 구동 기구(13), 기판 구동 기구(14) 및 도포 유닛(15)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(C)은, 예를 들어 FPGA(Field Programmable Gate Array), 프로그램이 내장된 컴퓨터, 또는 이들 구성요소의 전부 또는 일부의 조합에 의해 형성될 수 있다. FPGA는 PLD(Programmable Logic Device) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(C)은, 메모리 및 프로세서를 포함하고, 메모리에 저장(보존)된 연산식, 파라미터 및 컴퓨터 프로그램에 기초하여 동작함으로써 임프린트 장치(10)의 동작 및 기능을 정의할 수 있다. 검출 장치(12)의 기능, 예를 들어 이미지 센서(25)에 의해 촬상된 화상을 처리하는 기능의 적어도 일부는 제어 유닛(C)에 내장된 모듈에 의해 제공될 수 있다. 이 경우, 제어 유닛(C)의 모듈은 검출 장치(12)의 일부로서 이해될 수 있다.
이제, 임프린트 장치(10)에 의해 실행되는 임프린트 처리 또는 패턴 형성 처리에 대해서 설명한다. 먼저, 기판 반송 기구(도시되지 않음)에 의해 기판(17)이 기판 구동 기구(14)의 기판 척에 반송되어, 기판 척에 고정된다. 계속해서, 기판(17)의 샷 영역이 도포 유닛(15)에 의한 도포 위치로 이동하도록 기판 구동 기구(14)에 의해 기판(17)이 구동된다. 그 후, 도포 유닛(15)은 기판의 샷 영역(임프린트 영역)에 임프린트재(18)를 도포, 배치, 또는 공급한다(도포 단계).
이어서, 임프린트재(18)가 배치된 샷 영역이 몰드(16)의 패턴 영역(16a)의 바로 아래의 위치에 배치되도록 기판 구동 기구(14)에 의해 기판(17)이 구동된다. 이어서, 예를 들어, 몰드 구동 기구(13)는 몰드(16)를 강하시킴으로써 기판(17) 상의 임프린트재(18)와 몰드(16)의 패턴 영역(16a)을 서로 접촉시킨다(접촉 단계). 이에 의해, 기판(17)과 몰드(16)의 패턴 영역(16a) 사이의 공간(패턴 영역(16a)의 오목부를 포함)에 임프린트재(18)가 충전된다(충전 단계). 또한, 몰드 마크(19)와 기판 마크(20)에 의해 각각 형성되는 복수의 마크 쌍에 대해서, 검출 장치(12)를 사용해서 몰드 마크(19)와 기판 마크(20) 사이의 상대 위치를 검출 또는 계측한다. 그 결과에 기초하여, 패턴 영역(16a)과 기판(17)의 샷 영역이 정렬된다(정렬 단계). 이때, 보정 기구를 사용해서 몰드(16)의 패턴 영역(16a)의 형상을 보정할 수 있다. 또한, 가열 기구(도시되지 않음)를 사용해서 기판(17)의 샷 영역의 형상을 보정할 수 있다.
충전 및 정렬 단계의 완료시, 경화 유닛(11)이 몰드(16)를 통해서 임프린트재(18)에 광을 조사하며, 이로 인해 임프린트재(18)가 경화된다(경화 단계). 이때, 검출 장치(12)는 경화 유닛(11)의 광로를 가로막지 않도록 퇴피되도록 구동될 수 있다. 계속해서, 몰드 구동 기구(13)는 몰드(16)를 상승시킴으로써 몰드(16)를 기판(17) 상의 경화된 임프린트재(18)로부터 분리한다(분리 단계).
임프린트 장치(10)는, 검출 장치(12)를 포함하고, 검출 장치(12)로부터의 출력에 기초하여 원판(또는 패턴 영역)과 기판(또는 샷 영역)을 정렬하며, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치의 일 예로서 이해될 수 있다. 임프린트 장치(10)는, 몰드 마크(19)(제1 마크)가 제공된 몰드(16)(제1 물체 또는 원판)와 기판 마크(20)(제2 마크)가 제공된 기판(17)(제2 물체)을 검출 장치(12)로부터의 출력에 기초해서 정렬한다.
이하, 도 3을 참조해서 검출 장치(12)의 상세를 설명한다. 전술한 바와 같이, 검출 장치(12)는 조명 시스템(22) 및 검출 시스템(21)을 포함하고, 조명 시스템(22) 및 검출 시스템(21)은 일부 구성요소를 공유할 수 있다. 조명 시스템(22)은, 프리즘(24)을 통해서 광원(23)으로부터의 광에 의해 생성되는 조명광을 공통 광축에 유도하고, 이에 의해 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)를 조명한다. 광원(23)은, 예를 들어 할로겐 램프, LED, 반도체 레이저(LD), 고압 수은 램프, 메탈 할라이드 램프, 슈퍼콘티늄 광원(supercontinuum light source), 및 LDLS(Laser-Driven Light Source) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광원(23)에 의해 발생되는 조명광의 파장은 임프린트재(18)를 경화시키지 않도록 선택된다.
프리즘(24)은, 조명 시스템(22) 및 검출 시스템(21)에 의해 공유되고, 조명 시스템(22)의 퓨필면(1) 또는 그 근방, 또는 검출 시스템(21)의 퓨필면(2) 또는 그 근방에 배치될 수 있다. 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20) 각각은 회절 격자에 의해 형성되는 마크를 포함할 수 있다. 검출 시스템(21)은, 조명 시스템(22)에 의해 조명되는 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)에 의해 회절된 광 사이의 간섭에 의해 발생되는 간섭 광(간섭 무늬 또는 무아레 무늬)의 광학 상을 이미지 센서(25)의 촬상면에 형성할 수 있다. 이미지 센서(25)는, 예를 들어 CCD 센서 또는 CMOS 센서에 의해 형성될 수 있다.
프리즘(24)은, 반사면(RS)으로서, 2개의 부재를 접합함으로써 획득되는 면(접합면)을 포함하고, 접합면에 반사막(24a)을 포함할 수 있다. 프리즘(24)은, 표면에 반사막(24a)을 갖는 판 형상 광학 소자로 치환될 수 있다. 프리즘(24)이 배치되어 있는 위치는, 조명 시스템(22)의 퓨필면(1) 또는 그 근방, 또는 검출 시스템(21)의 퓨필면(2) 또는 그 근방일 필요는 없다. 조명 시스템(22)의 퓨필면(1)에는, 조명 구경 조리개(27)(예를 들어, 핀홀 판)가 배치될 수 있다. 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에는, 검출 구경 조리개(26)가 배치될 수 있다. 조명 구경 조리개(27)는 조명 시스템(22)의 퓨필면(1)의 광 강도 분포를 규정한다. 조명 구경 조리개(27)는 임의적인 구성요소이며, 반사막(24a)의 영역을 규정함으로써 광축에 평행한 조명광이 형성될 수 있다는 것에 유의한다.
도 4a는 정렬 마크로서의 몰드 마크(19)의 개략도이다. 도 4b는 정렬 마크로서의 기판 마크(20)의 개략도이다. 몰드 마크(19)는, 예를 들어 마크(19a) 및 회절 격자(19b, 19b')에 의해 형성될 수 있다. 기판 마크(20)는, 예를 들어 마크(20a) 및 회절 격자(20b, 20b')에 의해 형성될 수 있다. 마크(19a, 20a)는 조 검출 마크이며, 회절 격자(19b, 19b', 20b, 20b')는 정밀 검출 마크이다.
회절 격자(19b, 19b', 20b, 20b') 각각은 주기적인 패턴을 포함할 수 있다. 마크(19a)와 마크(20a)의 기하적인 중심 위치를 참조하여 검출 장치(12)의 검출 결과로부터 몰드(16)와 기판(17) 사이의 상대 위치를 구할 수 있다. 몰드 마크(19)의 회절 격자(19b)(19b') 및 기판 마크(20)의 회절 격자(20b)(20b')로부터의 회절광에 의해 간섭 무늬(무아레 무늬)가 발생하기 때문에, 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)의 회절 효율에 따라서 무아레 무늬의 광량이 변화한다. 특히, 회절 효율은 파장의 변화에 따라서 주기적으로 변화하기 때문에, 효율적으로 무아레 무늬를 검출할 수 있는 파장과 무아레 무늬를 검출하는 것이 어려운 파장이 존재할 수 있다. 무아레 무늬를 검출하기 어려운 파장의 광은 노이즈가 될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 무아레 무늬를 발생시키는 회절 격자의 일 예를 각각 도시하는 도면이다. 이하, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 회절 격자(19b 20b)로부터의 회절광에 의한 무아레 무늬의 발생 원리 및 무아레 무늬를 사용한 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b) 사이의 상대 위치의 검출에 대해서 설명한다. 몰드(16)에 제공된 회절 격자(19b) 및 기판(17)에 제공된 회절 격자(20b)의 계측 방향의 패턴(격자)의 주기는 서로 약간 상이하다. 상이한 주기를 갖는 2개의 회절 격자를 서로 겹치면, 2개의 회절 격자로부터의 회절광 사이의 간섭으로 인해, 회절 격자 사이의 주기의 차를 반영한 주기를 갖는 패턴, 즉, 소위 무아레 무늬(무아레)가 나타난다. 이때, 회절 격자 사이의 상대 위치에 따라 무아레 무늬의 위상이 변화하기 때문에, 무아레 무늬를 검출함으로써 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b) 사이의 상대 위치, 즉 몰드(16)와 기판(17) 사이의 상대 위치를 구할 수 있다.
더 구체적으로는, 약간 상이한 주기를 갖는 상이한 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b)를 서로 겹치면, 회절 격자(19b, 20b)로부터의 회절광이 서로 중첩됨으로써, 도 5c에 나타내는 바와 같이 주기의 차를 반영한 주기를 갖는 무아레 무늬가 발생한다. 무아레 무늬에서, 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b) 사이의 상대 위치에 따라 명암부의 위치(줄무늬의 위상)가 변화한다. 예를 들어, 회절 격자(19b, 20b) 중 하나가 X 방향으로 어긋나면, 도 5c에 나타내는 무아레 무늬는 도 5d에 나타내는 무아레 무늬로 변화한다. 무아레 무늬는 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b) 사이의 실제 위치 어긋남량을 확대함으로써 큰 주기를 갖는 무늬로서 발생하기 때문에, 검출 시스템(21)의 해상력이 낮아도, 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b) 사이의 상대 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 회절 격자(19b, 19b', 20b, 20b')는 1차원 회절 격자 패턴을 사용해서 설명했다. 그러나, 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이 회절 격자(20b, 20b')에 체커보드 패턴을 사용할 수 있다. 회절 격자 패턴으로서 체커보드 패턴을 사용함으로써, 도 4a 및 도 4b에 나타내는 Y 방향뿐만 아니라 X 방향으로도 광을 회절시킬 수 있다.
패턴 에지로부터의 산란광 및 이물로부터의 산란광이 있으면, 이들은 무아레 계측에서 계측 오차를 야기한다. 정렬 마크에 X-Y 평면에 수직한 Z 방향으로부터 조명광을 입사시키는 경우, 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)의 X축 및 Y축을 노이즈 광이 통과한다. 이것은 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)의 패턴의 에지가 X축 및 Y축 중 하나에 평행하기 때문이다. 따라서, 무아레 무늬의 검출에 필요한 신호로서 검출 시스템(21)의 퓨필의 중심으로부터 편심된 영역을 통과한 광을 이미지 센서(25)에 의해 검출하고, 검출 시스템(21)의 퓨필의 X축 및 Y축에 입사하는 노이즈 광을 차단하는 것이 바람직하다. 이에 의해 패턴 에지로부터의 산란광에 의해 야기되는 노이즈를 저감할 수 있다. 또한, 체커보드 패턴의 서로 마주보는 2개의 변 각각이 X축 및 Y축 중 하나에 평행하지 않을 경우, 패턴 에지로부터의 산란광은 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)의 X축 및 Y축 이외의 축을 통과할 수 있다. 따라서, 각각의 패턴 에지는 X축 및 Y축 중 하나에 평행한 것이 바람직하다. 이것은, 기판 마크(20)의 회절 격자 패턴이 체커보드 패턴이며, 몰드 마크(19)의 회절 격자 패턴이 라인-앤-스페이스 패턴(line-and-space pattern)인 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기판 마크(20)의 회절 격자 패턴이 라인-앤-스페이스일 수 있으며, 몰드 마크(19)의 회절 격자 패턴이 체커보드 패턴일 수 있다.
이어서, 무아레 무늬 검출에 의한 상대 위치의 결정 방법에 대해서 설명한다. 회절 격자(19b, 20b)는, 주기적인 패턴으로 형성되어 있고, 계측 방향의 주기가 약간 상이하다. 따라서, 이들 회절 격자를 서로 겹치면, Y 방향에서 광 강도가 변화하는 무아레 무늬가 형성된다. 또한, 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b) 사이의 주기의 차이로 인해, 상대 위치가 변화했을 때의 무아레 무늬의 어긋남 방향이 상이하다. 예를 들어, 회절 격자(19b)의 주기가 회절 격자(20b)의 주기보다 약간 큰 경우, 기판(17)이 상대적으로 +Y 방향으로 어긋나면, 무아레 무늬도 +Y 방향으로 어긋난다. 한편, 회절 격자(19b)의 주기가 회절 격자(20b)의 주기보다 약간 작은 경우, 기판(17)이 상대적으로 +Y 방향으로 어긋나면, 무아레 무늬는 -Y 방향으로 어긋난다.
회절 격자(19b', 20b')는 다른 무아레 무늬를 형성한다. 회절 격자(19b)와 회절 격자(20b)의 주기 사이의 대소 관계는 회절 격자(19b')와 회절 격자(20b')의 주기 사이의 대소 관계에 대해 반대이다. 따라서, 상대 위치가 변화하면, 2개의 계측되는 무아레 무늬의 위치가 반대 방향으로 변화한다. 무아레 무늬를 발생시키는 몰드측과 기판측의 주기적인 마크가 1주기분 어긋나 있는 경우, 무아레 무늬 검출 원리상 1주기분의 어긋남을 검출할 수 없다. 따라서, 검출 정밀도가 낮은 마크(19a, 20a)를 사용해서, 몰드(16)와 기판(17) 사이에 1주기분의 상대적인 위치 어긋남이 없는 것이 확인될 수 있다.
계속해서, 도 1a 및 도 1b를 참조해서 조명 시스템(22)의 퓨필면(1) 및 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서의 광 강도 분포를 예시적으로 설명한다. 도 1a에 예시되는 바와 같이, 조명 시스템(22)의 퓨필면(1)의 출구에는, x축 및 y축의 교점(즉, 광축)에 집중된 광 강도를 갖는 광 강도 분포(3)가 생성될 수 있다. 도 1b는 광 강도 분포(3)에 의해 조명된 회절 격자(19b, 20b)(19b', 20b')로부터의 회절광(4a 내지 4d, 5a 내지 5d, 6)에 의해 검출 시스템(21)의 퓨필면(1)에 형성되는 광 강도 분포를 예시하고 있다. 조명 시스템(22)의 퓨필면(1)의 좌표계로서 xyz 좌표계가 정의되어 있다. 조명 시스템(22)의 퓨필면(1)의 x축 및 y축은 각각 XYZ 좌표계의 Z축 및 Y축과 일치한다. x축에 평행한 x 방향은 X축에 평행한 X 방향에 공액인 방향이며, y축에 평행한 y 방향은 Y축에 평행한 Y 방향에 공액인 방향이다. 조명 시스템(22)에서, x 방향과 X 방향이 서로 공액인 경우, 이것은 몰드(16)/ 기판(17)과 조명 시스템(22)의 퓨필면(1) 사이에 조명 시스템(22)의 광축을 굽어지게 하는 반사면(예를 들어, 반사면(RS))이 존재하지 않는 경우에는 x 방향과 X 방향이 서로 일치하는 것을 의미한다. 조명 시스템(22)에서, x 방향과 X 방향이 서로 공액인 경우, 이것은 몰드(16)/기판(17)과 퓨필면(1) 사이에 광축을 굽어지게 하는 반사면이 존재하는 경우에는 반사면에 의해 퓨필면(1)에 맵핑된 X 방향이 x 방향과 일치하는 것을 의미한다. 반사면이 존재하는 경우에, x 방향은 X 방향과 일치하거나 일치하지 않을 수 있다. 이는 Y 방향에 대한 y 방향의 공액에 대해서도 동일하다.
도 3에 나타낸 예에서는, 몰드(16)/기판(17)과 검출 시스템(21)의 퓨필면(2) 사이에 검출 시스템(21)의 광축을 굽어지게 하는 반사면이 존재하지 않는다. 따라서, 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)의 좌표계로서 xyz 좌표계를 정의하면, x축은 X축과 일치하고 y축은 Y축과 일치한다. x축에 평행한 x 방향(제3 방향)은 X축에 평행한 X 방향(제1 방향)에 공액인 방향이며, y축에 평행한 y 방향(제4 방향)은 Y축에 평행한 Y 방향(제2 방향)에 공액인 방향이다. 검출 시스템(21)에서, x 방향과 X 방향이 서로 공액인 경우, 이것은 몰드(16)/기판(17)과 검출 시스템(21)의 퓨필면(2) 사이에 검출 시스템(21)의 광축을 굽어지게 하는 반사면이 존재하지 않는 경우에는 x 방향과 X 방향이 서로 일치하는 것을 의미한다. 검출 시스템(21)에서, x 방향과 X 방향이 서로 공액인 경우, 이것은 몰드(16)/기판(17)과 검출 시스템(21)의 퓨필면(2) 사이에 광축을 굽어지게 하는 반사면이 존재하는 경우에는 반사면에 의해 퓨필면(2)에 맵핑된 X 방향이 x 방향과 일치하는 것을 의미한다. 반사면이 존재하는 경우에, x 방향은 X 방향과 일치하거나 일치하지 않을 수 있다. 이는 Y 방향에 대한 y 방향의 공액에 대해서도 동일하다.
이제, 계측 방향(무아레 무늬에서의 광 강도가 변화하는 방향)이 X 방향(제1 방향)과 일치하는 경우에 관해서 설명한다. 몰드 마크(19)의 회절 격자(19b)(19b')와 기판 마크(20)의 회절 격자(20b)(20b') 사이의 상대 위치는 몰드 마크(19)와 기판 마크(20) 사이의 상대 위치와 등가이다. 검출 시스템(21)은, 계측 방향에서의 몰드 마크(19)의 회절 격자(19b)(19b')와 기판 마크(20)의 회절 격자(20b)(20b') 사이의 상대 위치를 나타내는 정보로부터 이미지 센서(25)의 촬상면에 상을 형성한다.
조명 시스템(22)의 퓨필면(1)의 출구에, X축 및 Y축의 교점(조명 시스템(22)의 광축) 및 그 근방에 집중된 광 강도를 갖는 광 강도 분포(3)가 형성되는 경우, 환언하면, 조명광이 조명 시스템(22)의 퓨필면(1)에서의 조명 시스템(22)의 광축 및 그 근방만을 통과하는 경우를 생각한다. 이 경우, 광원(23)으로부터 방출된 광 중 광축과 평행한 광 성분만이 조명광으로서 몰드 마크(19)(회절 격자(19b, 19b'))에 입사한다고 간주할 수 있다. 몰드 마크(19)(회절 격자(19b, 19b'))에서는, X축 방향에서 +1차 회절광 및 -1차 회절광이 발생한다. 몰드 마크(19)(회절 격자(19b, 19b'))에 의해 발생되는 회절광 중, +1차 회절광은 광축에 대하여 X축의 정방향으로 회절되는 광이고, -1차 회절광은 광축에 대하여 X축의 부방향으로 회절되는 광이다. 각각의 회절광이 기판 마크(20)(회절 격자(20b, 20b'))에 입사함으로써, +1차 회절광 및 -1차 회절광이 발생한다. 기판 마크(20)는 체커보드 패턴을 포함하기 때문에, 기판 마크(20)에 의해 회절된 광의 진행 방향은 X축 성분 및 Y축 성분의 양쪽 모두를 갖는다. 기판 마크(20)에 의해 발생되는 회절광 중, +1차 회절광은 진행 방향에서 광축에 대하여 Y축의 정방향 성분을 포함하는 회절광이며, -1차 회절광은 진행 방향에서 광축에 대하여 Y축의 부방향 성분을 포함하는 회절광이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 예를 들어, 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서, 회절광(4a)은, 조명광이 몰드 마크(19)에 입사하고, -1차 방향으로 회절되며, 기판 마크(20)에서 +1차 방향으로 회절될 때 얻어진 광을 나타낸다. 이러한 회절광(4a)을 (-1, +1)로서 나타낸다. 이러한 표현 방법에 따르면, 퓨필면(2)에는, 회절광(-1, +1) 이외에, 회절광(4b)(+1, +1), 회절광(4c)(-1, -1), 및 회절광(4d)(+1, -1)이 입사한다. 회절광(4a, 4b)으로부터 이미지 센서(25)의 촬상면에 상이 형성되며, 이에 의해 X 방향으로 광 강도가 변화하는 간섭 무늬(무아레 무늬)가 발생한다. 마찬가지로, 회절광(4c, 4d)에 의해, X 방향에서 광 강도가 변화하는 간섭 무늬가 발생한다.
몰드 마크(19)(19b, 19b')의 피치를 Pmx로 나타내며, 기판 마크(20)(20b, 20b')의 X 방향 및 Y 방향의 피치를 각각 Pwx 및 Pwy로 나타낸다. 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서 회절광(4a)의 X축으로부터의 거리는 f·tanθwy에 의해 주어질 수 있으며, f는 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)과 몰드 마크(19)/기판 마크(20) 사이에 배치된 렌즈 군의 초점 거리를 나타내며, θwy는 기판 마크(20)에서의 Y 방향의 회절각을 나타낸다. 회절각(θwy)은 arcsin(λ/Pwy)이다. 이것은 λ가 광의 파장을 나타내고 p가 마크 피치를 나타내는 경우에 회절각(θ)은 sinθ=λ/p에 의해 주어질 수 있기 때문이다. 파장(λ)은, 예를 들어 레이저 광원을 사용하는 경우와 같이 단일 파장일 수 있거나, 또는 500 내지 800 nm의 파장 대역에서 강도 분포를 가질 수 있다. 한편, 회절광(4a)의 Y축으로부터의 거리는 f·tan(θmx-θwx)에 의해 주어질 수 있으며, θmx는 몰드 마크(19)에서의 X축 방향의 회절각을 나타내고, θwx는 기판 마크(20)에서의 X축 방향의 회절각을 나타낸다. θmx-θwx는 arcsin(λ/Pmx)-arcsin(λ/Pwx)이다. 이것은, 몰드 마크(19)/기판 마크(20)에 입사한 광은 X축 방향으로 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20) 각각에 의해 회절되기 때문이다. 또한, 이는 계측 방향이 퓨필면(1 또는 2)의 X축과 직교하는 Y축(제2 방향)과 동일한 경우의 몰드 마크(19)/기판 마크(20)에 대해서도 동일하며, 회절광(5a, 5b, 5c, 5d)을 설명할 수 있다.
패턴 에지 광(6)에 대해서 도 7을 참조해서 설명한다. 패턴 에지 광(6)은 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)의 회절 격자(19b(19b'), 20b(20b'))의 패턴 전체의 에지 각각에서의 회절광이다. 회절 격자(19b(19b'), 20b(20b'))를 형성하는 각각의 작은 패턴 요소의 에지 부분에서는, 피치가 작기 때문에 회절광은 검출되지 않는다는 것에 유의한다. 몰드 마크(19)의 회절 격자(19b)에서의 패턴 에지 광에 대해서 설명한다. 회절 격자(19b) 전체의 에지에 입사한 광은 에지와 직교하는 축 방향으로만 회절된다. 이것은, 회절 격자(19b) 전체의 에지가 X축 및 Y축 중 하나에 평행하기 때문이다. 예를 들어, X축과 평행한 방향의 에지에 광이 입사하는 경우, 회절광은 Y축 방향과 평행한 방향이 된다. 한편, Y축 방향과 평행한 방향의 에지에 광이 입사하는 경우, 광은 X축 방향과 평행한 방향으로 회절된다. 이것은, 몰드 마크(19)의 회절 격자(19b')와 기판 마크(20)의 회절 격자(20b, 20b')로부터의 회절광에 대해서도 동일하다. 따라서, 패턴 에지 광(6)은 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서의 X축 및 그 근방 그리고 Y축 및 그 근방을 통과한다.
불필요 광인 패턴 에지 광(6)을 제거하기 위한 조명 구경 조리개(27) 및 검출 구경 조리개(26)에 대해서 도 8a 및 도 8b를 참고해서 설명한다. 몰드 마크(19)에 광축과 평행한 광을 입사시키기 위해서는, 조명 시스템(22)의 퓨필면(1)의 출구에, X축 및 Y축의 교점(즉, 광축) 및 그 근방에만 집중된 광 강도를 갖는 광 강도 분포를 형성하는 것이 유리하다. 이를 위해, X축 및 Y축의 교점에 개구(핀홀)를 포함하는 조명 구경 조리개(27)(핀홀 판)가 퓨필면(1)에 배치될 수 있다. 이에 의해, 광원(23)의 광축과 평행한 광만을 몰드 마크(19)(회절 격자(19b, 19b'))에 입사시키는 것이 가능하게 된다.
이미지 센서(25)의 촬상면에 무아레 무늬를 형성시키는 회절광(4a 내지 4d, 5a 내지 5d)은 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서의 X축 및 Y축 상이 아닌 영역에 입사한다. 한편, 패턴 에지 광(6)은, 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서의 X축 및 그 근방 그리고 Y축 및 그 근방에 입사한다. 패턴 에지 광(6)은 무아레 무늬 위상차로부터 회절 격자(19b(19b'))와 회절 격자(20b(20b')) 사이의 상대 위치를 계측할 때 노이즈 광이 된다. 이를 해결하기 위해서, 차광체(260)를 포함하는 검출 구경 조리개(26)를 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서 X축 및 그 근방 그리고 Y축 및 그 근방에 배치함으로써, 패턴 에지 광(6)을 차단할 수 있다.
검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에 배치되는 차광체(260)는, 검출 시스템(21)의 광축을 x축에 평행한 방향(제3 방향)으로 가로지르는 제1 차광부(261), 및 검출 시스템(21)의 광축을 y축에 평행한 방향(제4 방향)으로 가로지르는 제2 차광부(262)를 포함할 수 있다. 차광체(260)는 광축과 정렬되는 제3 차광부(263)를 더 포함할 수 있다. 제3 차광부는 원 형상을 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, x축에 평행한 방향(제3 방향)은 X축에 평행한 방향(제1 방향)에 공액인 방향이며, y축에 평행한 방향(제4 방향)은 Y축에 평행한 방향(제2 방향)에 공액인 방향이다. 조명 구경 조리개(27)는 직경(d)을 갖는 핀홀을 포함하는 핀홀 판일 수 있다.
검출 시스템(21)의 퓨필면(2)은 차광체(260)가 배치되어 있지 않은 영역에 광 투과 영역(265)을 포함한다. 조명광으로 조명된 몰드 마크(19)(19b, 19b')와 기판 마크(20)(20b, 20b')로부터의 회절광은 광 투과 영역(265)을 통과하고, 이에 의해 몰드(16)와 기판(17) 사이의 상대 위치를 나타내는 광학 정보를 이미지 센서(25)의 촬상면에 형성한다. 조명광으로 조명된 몰드 마크(19)(19b, 19b')와 기판 마크(20)(20b, 20b')로부터의 광 중, 상대 위치를 나타내는 광학 정보를 포함하지 않는 불필요한 광은 제1 차광부(261) 및 제2 차광부(262)에 의해 차단될 수 있다.
조명 시스템(22)의 퓨필면(1)의 출구에 형성되는 광 강도 분포(3)에서의 집중된 광 강도부(즉, 핀홀)의 직경을 d로 나타내는 경우, 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서의 패턴 에지 광(6)의 폭도 d가 된다. 따라서, 패턴 에지 광(6)을 차단하기 위해서는, 검출 구경 조리개(26)의 제1 차광부(261) 및 제2 차광부(262)의 폭(D)은 d와 동등하거나 d보다 큰 것이 바람직하다. 무아레 무늬로부터 이미지 센서(25)의 촬상면에 상을 형성하기 위한 회절광(4a 내지 4d, 5a 내지 5d)은 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서의 차광체(260) 이외의 영역에 입사할 필요가 있다. 예를 들어, 회절광(4a)에 대해서는, 검출 시스템(21)의 퓨필면(2)에서, X축으로부터의 거리(|f·tanθwy|) 및 Y축으로부터의 거리(|f·tan(θmx-θwx)|)는 차광체(260)의 폭(D)의 절반 및 회절광(4a)의 반경(r)의 합보다 큰 것이 바람직하다. 이 예에서, 차광체(260)의 폭(D)은, X 방향에 관해서는 제2 차광부(262)의 X 방향의 폭이며, Y 방향에 관해서는 제1 차광부(261)의 Y 방향의 폭이다. 조건을 식으로 표현하면, 차광체(260)의 폭(D)은 다음의 식을 충족하는 것이 바람직하다.
|f·tanθwy| - r ≥ D/2 ≥ d/2, 및
|f·tan(θmx-θwx)| - r ≥ D/2 ≥ d/2
이 예에서, r은 몰드 마크(19) 및 기판 마크(20)의 피치 수가 유한하기 때문에 d보다 크다. 예를 들어, 회절광(5a)의 경우, 차광체의 폭(D)은 이하의 식을 충족하는 것이 바람직하다.
|f·tanθwx| - r ≥ D/2 ≥ d/2, 및
|f·tan(θmy-θwy)| - r ≥ D/2 ≥ d/2
회절광(5a)을 발생시키는 마크는, 계측 방향이 Y 방향인 마크라는 것에 유의한다.
무아레 무늬 위상차 계측에 대한 패턴 에지 광(6)의 유무의 영향에 대해서 도 9a 및 도 9b를 참고해서 설명한다. 패턴 에지 광(6)을 포함하는 무아레 무늬의 계측 방향의 임의의 단면(31)에 도시된 바와 같이, 무아레 무늬의 각각의 에지 부분에 패턴 에지 광(6)이 존재하는 경우, 이것은 노이즈 성분이 되고, 이에 의해 상대 위상의 계측 정밀도가 악화된다. 무아레 무늬가 패턴 에지 광(6)에 가까울수록, 노이즈 성분의 영향은 커진다. 따라서, 정렬 마크의 크기를 감소시키는 것은 어렵다. 한편, 패턴 에지 광(6)이 제거된 무아레 무늬의 계측 방향의 임의의 단면(32)에 나타낸 바와 같이, 무아레 신호만이 있는 경우에는, 상대 위상의 계측 정밀도가 향상된다. 또한, 이미지 센서(25)의 샷 노이즈가 저감됨으로써도, 상대 위상의 계측 정밀도가 향상되는 것이 예상된다.
이어서, 전술한 실시형태로 대표되는 임프린트 장치를 이용한 물품 제조 방법에 대해서 설명한다. 물품은, 예를 들어 반도체 디바이스, 디스플레이 디바이스, MEMS 등일 수 있다. 물품 제조 방법은, 리소그래피 장치 또는 임프린트 장치를 사용해서 원판의 패턴을 기판에 전사하는 전사 단계, 및 전사 단계를 거친 기판으로부터 물품이 얻어지도록 기판을 가공하는 가공 단계를 포함할 수 있다. 전사 단계는, 예를 들어 기판(17)의 샷 영역 상의 임프린트재(18)와 몰드(16)를 서로 접촉시키는 접촉 단계를 포함할 수 있다. 또한, 전사 단계는 기판(17)의 샷 영역(또는 기판 마크)와 몰드(16) 사이의 상대 위치를 계측하는 계측 단계를 포함할 수 있다. 또한, 전사 단계는 계측 단계의 결과에 기초하여 기판(17)의 샷 영역과 몰드(16)를 정렬하는 정렬 단계를 포함할 수 있다. 또한, 전사 단계는 기판(17) 상의 임프린트재(18)를 경화시키는 경화 단계와 임프린트재(18)를 몰드(16)로부터 분리하는 분리 단계를 포함할 수 있다. 이에 의해, 기판(17) 상에 임프린트재(18)의 경화물로 이루어지는 패턴이 형성 또는 전사된다. 가공 단계는, 예를 들어 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 및 패키징을 포함할 수 있다.
임프린트 장치를 사용해서 형성한 경화물의 패턴은 각종 물품의 적어도 일부에 영구적으로 또는 각종 물품을 제조할 때에 일시적으로 사용된다. 물품은 전기 회로 소자, 광학 소자, MEMS, 기록 소자, 센서, 몰드 등이다. 전기 회로 소자의 예는, DRAM, SRAM, 플래시 메모리, 및 MRAM과 같은 휘발성 또는 비휘발성 반도체 메모리와, LSI, CCD, 이미지 센서, 및 FPGA와 같은 반도체 소자이다. 몰드의 예는 임프린트용 몰드이다.
경화물의 패턴은, 전술한 물품의 적어도 일부의 구성 부재로서 그대로 사용되거나 또는 레지스트 마스크로서 일시적으로 사용된다. 기판 가공 단계에서 에칭 또는 이온 주입이 행해진 후, 레지스트 마스크는 제거된다.
이어서, 임프린트 장치가 기판에 패턴을 형성하고, 패턴이 형성된 기판을 처리하고, 처리된 기판으로부터 물품을 제조하는 물품 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 10a에 나타내는 바와 같이, 절연체 등의 피가공재(2z)가 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(1z)을 준비한다. 이어서, 잉크젯법 등에 의해 피가공재(2z)의 표면에 임프린트재(3z)를 부여한다. 여기에서는, 임프린트재(3z)가 복수의 액적으로서 기판 상에 부여된 상태를 나타낸다.
도 10b에 나타내는 바와 같이, 임프린트용 몰드(4z)의, 오목-볼록 패턴이 형성된 측을 기판 상의 임프린트재(3z)를 향해 대향시킨다. 도 10c에 나타내는 바와 같이, 임프린트재(3z)가 부여된 기판(1z)을 몰드(4z)에 접촉시키고, 압력을 가한다. 임프린트재(3z)는 몰드(4z)와 피가공재(2z) 사이의 간극에 충전된다. 이 상태에서, 경화 에너지로서의 광을 몰드(4z)를 통해서 임프린트재(3z)에 조사하면, 임프린트재(3z)는 경화된다.
도 10d에 나타내는 바와 같이, 임프린트재(3z)를 경화시킨 후, 몰드(4z)가 기판(1z)으로부터 분리되고, 기판(1z) 위에 임프린트재(3z)의 경화물의 패턴이 형성된다. 경화물의 패턴에서, 몰드의 오목부는 경화물의 볼록부에 대응하며, 몰드의 볼록부는 경화물의 오목부에 대응한다. 즉, 임프린트재(3z)에 몰드(4z)의 오목-볼록 패턴이 전사된다.
도 10e에 나타내는 바와 같이, 경화물의 패턴을 내 에칭 마스크로서 사용해서 에칭을 행하면, 피가공재(2z)의 표면 중 경화물이 존재하지 않거나 또는 얇게 잔존하는 부분이 제거되어 홈(5z)이 형성된다. 도 10f에 나타내는 바와 같이, 경화물의 패턴을 제거하면, 피가공재(2z)의 표면에 홈(5z)이 형성된 물품을 얻을 수 있다. 여기에서는, 경화물의 패턴을 제거한다. 그러나, 처리 후에 경화물의 패턴을 제거하는 대신에, 이것을 예를 들어 반도체 소자 등에 포함되는 층간 절연막, 즉 물품의 구성 부재로서 사용할 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고해서 설명했지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 서로 중첩하도록 배치되는 제1 물체와 제2 물체에 각각 제공된 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치를 검출하는 검출 장치이며,
    상기 제1 마크 및 상기 제2 마크를 조명광으로 조명하도록 구성되는 조명 시스템; 및
    이미지 센서를 포함하고, 상기 조명 시스템에 의해 조명된 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크로부터의 회절광으로부터 상기 이미지 센서의 촬상면에 상을 형성하도록 구성되는 검출 시스템을 포함하고,
    상기 제1 마크 및 상기 제2 마크는, 제1 방향 또는 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에서의 상기 상대 위치를 나타내는 광학 정보를 상기 촬상면에 형성하도록 구성되고,
    상기 조명광은 상기 조명 시스템의 퓨필면에서의 상기 조명 시스템의 광축 및 상기 광축 근방만을 통과하는 광이고,
    상기 검출 시스템의 퓨필면에는, 상기 검출 시스템의 광축을 제3 방향에 평행한 방향으로 가로지르는 제1 차광부와 상기 검출 시스템의 상기 광축을 제4 방향에 평행한 방향으로 가로지르는 제2 차광부를 포함하는 차광체가 제공되며,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향에 공액인 방향이며 상기 제4 방향은 상기 제2 방향에 공액인 방향인 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 조명 시스템의 상기 퓨필면에 배치된 핀홀 판을 포함하며, 상기 조명광은 상기 핀홀 판의 핀홀을 통과한 광인 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제4 방향에서의 상기 제1 차광부의 폭 및 상기 제3 방향에서의 상기 제2 차광부의 폭은 상기 핀홀의 직경보다 작지 않은 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 조명 시스템 및 상기 검출 시스템은 프리즘을 공유하며,
    상기 조명 시스템의 상기 퓨필면은 광원과 상기 프리즘 사이에 배치되고, 상기 조명광은 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크를 조명하도록 상기 프리즘에 의해 반사되는 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 마크 및 상기 제2 마크로부터의 상기 회절광은 상기 프리즘을 통과해서 상기 촬상면에 입사하며,
    상기 검출 시스템의 상기 퓨필면은 상기 프리즘과 상기 촬상면 사이에 배치되는 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차광부는 상기 검출 시스템의 상기 퓨필면의 상기 제3 방향에서의 직경에 걸쳐 연장되며,
    상기 제2 차광부는 상기 검출 시스템의 상기 퓨필면의 상기 제4 방향에서의 직경에 걸쳐 연장되는 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출 시스템의 상기 퓨필면은 상기 차광체가 배치되어 있지 않은 영역에 광 투과 영역을 포함하며,
    상기 조명광으로 조명된 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크로부터의 상기 회절광은 상기 광 투과 영역을 통과하여, 상기 상대 위치를 나타내는 상기 광학 정보를 상기 촬상면에 형성하는 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조명광으로 조명된 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크로부터의 1차 회절광은 상기 광 투과 영역을 통과하여, 상기 상대 위치를 나타내는 상기 광학 정보를 상기 촬상면에 형성하는 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 차광체는 상기 검출 시스템의 상기 광축과 정렬되는 제3 차광부를 더 포함하는 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조명광은 무편광 광인 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 조명광으로 조명된 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크로부터의 광 중, 상기 상대 위치를 나타내는 광학 정보를 포함하지 않는 불필요한 광은 상기 제1 차광부 및 상기 제2 차광부의 양쪽 모두에 의해 차단되는 검출 장치.
  12. 원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치이며,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 규정된 검출 장치를 포함하며,
    상기 리소그래피 장치는, 제1 마크가 제공된 제1 물체로서의 상기 원판과 제2 마크가 제공된 제2 물체로서의 상기 기판을 상기 검출 장치로부터의 출력에 기초하여 정렬하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 리소그래피 장치는 임프린트 장치로서 형성되어 있는 리소그래피 장치.
  14. 물품 제조 방법이며,
    제13항에 규정된 리소그래피 장치를 사용해서 원판의 패턴을 기판에 전사하는 전사 단계; 및
    상기 전사 단계를 거친 상기 기판으로부터 물품을 얻도록 상기 기판을 가공하는 가공 단계를 포함하는 물품 제조 방법.
KR1020230092815A 2022-07-21 2023-07-18 검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법 KR20240013057A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022116575A JP2024014031A (ja) 2022-07-21 2022-07-21 検出装置、リソグラフィー装置および物品製造方法
JPJP-P-2022-116575 2022-07-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240013057A true KR20240013057A (ko) 2024-01-30

Family

ID=89577335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230092815A KR20240013057A (ko) 2022-07-21 2023-07-18 검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240027926A1 (ko)
JP (1) JP2024014031A (ko)
KR (1) KR20240013057A (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024014031A (ja) 2024-02-01
US20240027926A1 (en) 2024-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107305322B (zh) 测量设备、压印装置和制造产品、光量确定及调整的方法
KR101894167B1 (ko) 임프린트 장치 및 물품 제조 방법
US9910351B2 (en) Imprint apparatus and article manufacturing method
KR20130044149A (ko) 검출기, 임프린트 장치 및 물품 제조 방법
KR20190089212A (ko) 정렬 장치, 정렬 방법, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법
JP7328806B2 (ja) 計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
US20130221556A1 (en) Detector, imprint apparatus and method of manufacturing article
JP7278135B2 (ja) インプリント装置および物品製造方法
KR20240013057A (ko) 검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법
KR102478974B1 (ko) 위치 검출 장치, 위치 검출 방법, 임프린트 장치 및 물품의 제조 방법
US20240027921A1 (en) Detection device, lithography apparatus, and article manufacturing method
TW202411769A (zh) 檢測裝置、微影蝕刻設備及物品製造方法
JP2024030557A (ja) 検出装置、リソグラフィー装置および物品製造方法
US20210372776A1 (en) Detector, imprint apparatus, and method of manufacturing article
US20230031701A1 (en) Position detection apparatus, imprint apparatus, and article manufacturing method
US20230294351A1 (en) Object alignment method, imprint method, article manufacturing method, detection apparatus, imprint apparatus, mold, and substrate
JP2018113418A (ja) インプリント装置、および物品製造方法
US20230375956A1 (en) Detection apparatus, lithography apparatus, and article manufacturing method
JP2023091485A (ja) 検出装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
JP2020038164A (ja) 位置検出装置、位置検出方法、型、インプリント装置および、物品の製造方法
JP2023056347A (ja) 計測装置、計測方法、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
JP2024037437A (ja) マークの相対位置の計測方法、計測装置及び物品の製造方法
KR20220107951A (ko) 검출 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법
JP2022128225A (ja) 計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法