KR20240028302A - 검출 장치, 검출 방법, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

검출 장치, 검출 방법, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법 Download PDF

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KR20240028302A
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고헤이 센슈
도시키 이와이
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

장치는 포개지도록 배치되는 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치를 검출한다. 장치는 제1 조명광으로 제1 및 제2 마크를 조명하는 조명 시스템, 제1 이미지 센서 및 제1 개구 조리개를 포함하고, 제1 조명광으로 조명되는 제1 및 제2 마크로부터의 회절광의 상을 제1 개구 조리개를 통해 제1 이미지 센서에 형성하도록 구성되는 제1 검출 시스템, 및 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치를 구하는 프로세서를 포함한다. 제1 조명광은 조명 시스템의 광축에 관해서 비대칭인 제1 광 강도 분포를 조명 시스템의 퓨필면에 형성하거나, 또는 제1 개구 조리개는 제1 검출 시스템의 광축에 관해 비대칭이다.

Description

검출 장치, 검출 방법, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법{DETECTION DEVICE, DETECTION METHOD, LITHOGRAPHY APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 검출 장치, 검출 방법, 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 위치 정렬하는 것이 중요하다. 일본 특허 공개 공보 제2008-522412호는, 기판에 제공된 회절 격자에 의해 형성되는 마크와 몰드에 제공된 회절 격자에 의해 형성되는 마크를 사용해서 기판과 몰드를 정렬하는 기술을 기재하고 있다.
제1 물체와 제2 물체에 각각 제공된 제1 마크와 제2 마크에 의해 형성되는 상을 촬상하도록 구성되는 이미지 센서를 포함하는 검출 시스템에 디포커스가 존재하는 경우, 그 상의 위치에 디포커스가 반영될 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, 제1 물체에 제공된 제1 마크와 제2 물체에 제공된 제2 마크 사이의 상대 위치를 검출하는 검출 장치를 제공하며, 이는 제1 물체와 제2 물체는 포개지도록 배치되고, 제1 마크 및 제2 마크를 제1 조명광으로 조명하도록 구성되는 조명 시스템; 제1 이미지 센서 및 제1 개구 조리개를 포함하고, 조명 시스템에 의해 제1 조명광으로 조명된 제1 마크 및 제2 마크로부터의 회절광의 상을 제1 개구 조리개를 통해서 제1 이미지 센서의 촬상면에 형성하도록 구성되는 제1 검출 시스템; 및 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치를 구하도록 구성되는 프로세서를 포함하고, 제1 조명광은 조명 시스템의 광축에 관해서 비대칭인 제1 광 강도 분포를 조명 시스템의 퓨필면에 형성하거나, 또는 제1 개구 조리개는 제1 검출 시스템의 광축에 관해서 비대칭이며, 프로세서는, 제1 이미지 센서의 출력, 및 제1 검출 시스템에서의 제1 마크 및 제2 마크의 디포커스량에 상관을 갖는 지표값에 기초하여 상대 위치를 구한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 일례로서의 임프린트 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 검출 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 3a는 제1 조명광에 의해 조명 시스템의 퓨필면에 형성되는 제1 광 강도 분포를 예시하는 도면이다.
도 3b는 제2 조명광에 의해 조명 시스템의 퓨필면에 형성되는 제2 광 강도 분포를 예시하는 도면이다.
도 4는 몰드 마크 및 기판 마크를 예시하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 무아레 무늬를 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 6은 몰드 마크 및 기판 마크를 예시하는 도면이다.
도 7은 제1 검출 시스템 및 제2 검출 시스템의 시야를 예시하는 도면이다.
도 8은 제1 검출 시스템 및 제2 검출 시스템의 시야에서의 마크 상대 거리(D3)를 예시하는 도면이다.
도 9a는 마크 상대 거리(D3)와 디포커스량 사이의 관계를 예시하는 도면이다.
도 9b는 디포커스량과 계측 오차(보정값) 사이의 관계를 예시하는 도면이다.
도 10은 제조 모드에서의 임프린트 장치의 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 11은 캘리브레이션 모드에서의 임프린트 장치의 동작을 예시하는 도면이다.
도 12a 내지 도 12f는 물품 제조 방법을 예시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시형태를 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태는 청구된 발명의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다는 것에 유의한다. 실시형태에는 다수의 특징이 기재되어 있지만, 그러한 특징 모두를 필요로 하는 발명으로 한정되지 않고, 다수의 그러한 특징이 적절히 조합될 수 있다. 또한, 첨부 도면에서는, 동일하거나 유사한 구성에 동일한 참조 번호를 부여하고, 그에 대한 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은 원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치의 일 예로서의 임프린트 장치(1)의 구성을 도시한다. 임프린트 장치(1)는, 반도체 디바이스 등의 디바이스의 제조에 사용되고, 피처리체로서의 기판(8) 상의 미경화 임프린트재(9)를 몰드(7)를 사용해서 성형함으로써 임프린트재(9)의 경화물로 이루어지는 패턴을 기판(8) 상에 형성한다. 임프린트 장치(1)에 의해 기판(8) 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 처리는 접촉 단계, 충전 및 정렬 단계, 경화 단계 및 분리 단계를 포함할 수 있다. 접촉 단계에서는, 기판(8)의 샷 영역 상의 임프린트재(9)와 몰드(7)의 패턴 영역(7a)이 서로 접촉된다. 충전 및 정렬 단계에서는, 기판(8)과 패턴 영역(7a)에 의해 규정되는 공간에 임프린트재(9)가 충전되고, 기판(8)의 샷 영역과 몰드(7)의 패턴 영역(7a)이 정렬된다. 샷 영역은 1회의 패턴 형성 처리에 의해 패턴이 형성되는 영역이다. 환언하면, 샷 영역은 1회의 패턴 형성 처리에 의해 몰드(7)의 패턴 영역(7a)이 전사되는 영역이다.
임프린트재로서는, 경화 에너지를 받는 것에 의해 경화되는 경화성 조성물(미경화 상태의 수지라고도 칭함)이 사용된다. 경화 에너지로서는, 전자기파, 열 등이 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, 폴리머 성분을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료이다. 임프린트재는 액적의 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 석영 유리이다. 이하에서는 임프린트재로서 광경화성 조성물을 채용한 예를 설명하지만, 이것은 임프린트재의 종류를 제한하는 것을 의도한 것은 아니다.
본 명세서 및 첨부 도면에서는, 기판(8)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, 배향은 θX축, θY축, 및 θZ축의 값에 의해 특정될 수 있는 정보이다. 위치결정은 위치 및/또는 배향을 제어하는 것을 의미한다. 정렬(위치결정)은, 기판(8)의 샷 영역과 몰드(7)의 패턴 영역 사이의 정렬 오차(중첩 오차)가 저감되도록 기판(8) 및 몰드(7) 중 적어도 하나의 위치 및/또는 배향을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 정렬은 기판(8)의 샷 영역 및 몰드(7)의 패턴 영역 중 적어도 하나의 형상을 보정 또는 변경하기 위한 제어를 포함할 수 있다. 접촉 단계 및 분리 단계는, 몰드 구동 기구(4)에 의해 몰드(7)를 구동함으로써 실행될 수 있지만, 기판 구동 기구(5)에 의해 기판(8)을 구동함으로써 실행될 수 있다. 혹은, 접촉 단계 및 분리 단계는, 몰드 구동 기구(4)에 의해 몰드(7)를 구동하며 기판 구동 기구(5)에 의해 기판(8)을 구동함으로써 실행될 수 있다.
임프린트 장치(1)는 경화 유닛(2), 검출 장치(3), 몰드 구동 기구(4), 기판 구동 기구(5), 및 제어부(C)를 포함할 수 있다. 임프린트 장치(1)는 도포 유닛(6)을 더 포함할 수 있다. 경화 유닛(2)은, 기판(8) 상의 임프린트재(9)와 몰드(7)를 접촉시키는 접촉 단계 후에, 임프린트재(9)에 경화 에너지로서의 자외선 등의 광을 조사하여, 임프린트재(9)를 경화시킨다. 경화 유닛(2)은, 예를 들어 광원과, 해당 광원으로부터 방출되는 광을 피조사면으로서의 몰드(7)의 패턴 영역(7a)에 대하여 미리결정된 형상으로 균일하게 조사하기 위한 복수의 광학 소자를 포함할 수 있다. 경화 유닛(2)에 의한 광의 조사 영역(조사 범위)은 패턴 영역(7a)의 표면적과 거의 동일하거나 또는 패턴 영역(7a)의 면적보다 약간 큰 표면적을 갖는 것이 바람직하다. 이것은, 조사 영역을 최소 필요 면적을 갖게 함으로써, 조사에 의해 발생되는 열로 인해 몰드(7) 또는 기판(8)이 팽창하여 임프린트재(9)에 전사되는 패턴에 위치 어긋남이나 왜곡을 야기하는 상황을 방지하기 위해서이다. 또한, 이것은 기판(8) 등에 의해 반사된 광이 도포 유닛(6)에 도달하여 도포 유닛(6)의 토출부에 잔류하는 임프린트재(9)를 경화시키고 따라서 도포 유닛(6)의 동작에 이상이 발생하는 것을 방지하기 위해서이다. 광원으로서는, 예를 들어 고압 수은 램프, 각종 엑시머 램프, 엑시머 레이저 또는 발광 다이오드 등이 채용될 수 있다. 광원은 수광체인 임프린트재(9)의 특성에 따라서 적절히 선택될 수 있다.
몰드 구동 기구(4)는, 진공 흡인력 또는 정전기력에 의해 몰드(7)를 보유지지하는 몰드 척(도시되지 않음), 및 몰드 척을 구동함으로써 몰드(7)를 구동하는 몰드 구동 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 몰드 구동 기구(4)는 전술한 보정 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몰드 구동 유닛은 몰드 척 또는 몰드(7)를 Z축에 관해서 구동하도록 구성될 수 있다. 몰드 구동 유닛은, 또한, 몰드 척 또는 몰드(7)를 θX축, θY축, θZ축, X축 및 Y축 중 적어도 하나에 관해서 구동하도록 구성될 수 있다.
기판 구동 기구(5)는, 진공 흡인력 또는 정전기력에 의해 기판(8)을 보유지지하는 기판 척과, 기판 척을 구동함으로써 기판(8)을 구동하는 기판 구동 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 구동 유닛은 기판 척 또는 기판(8)을 X축, Y축 및 θZ축에 관해서 구동하도록 구성될 수 있다. 기판 구동 유닛은 기판 척 또는 기판(8)을 θX축, θY축, 및 Z축 중 적어도 하나에 관해서 구동하도록 구성될 수 있다.
도포 유닛(디스펜서)(6)은 기판(8) 위에 미경화 임프린트재(9)를 도포 또는 배치한다. 도포 유닛(6)은 임프린트 장치(1)의 하우징의 외부에 배치될 수 있다. 이 경우에는, 도포 유닛(6)은 임프린트 장치(1)의 구성요소가 아닌 구성요소로서 이해될 수 있다.
몰드(7)는, 그 패턴 영역(7a)에, 기판(8)(그 위의 임프린트재(9))에 전사해야 할 회로 패턴 등의 패턴을 포함한다. 몰드(7)는, 경화 에너지로서의 광을 투과시키는 재료, 예를 들어 석영으로 구성될 수 있다. 기판(8)은, 예를 들어 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판 또는 반도체 기판 상에 적어도 하나의 층을 포함하는 기판일 수 있다.
제어부(C)는 경화 유닛(2), 검출 장치(3), 몰드 구동 기구(4), 기판 구동 기구(5) 및 도포 유닛(6)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어부(C)는, 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. 일 예에서, 제어부(C)는, 메모리 및 프로세서를 포함하고, 메모리에 저장(보존)된 연산식, 파라미터 및 컴퓨터 프로그램에 기초하여 동작함으로써 임프린트 장치(1)의 동작 및 기능을 정의할 수 있다.
이제, 임프린트 장치(1)에 의해 실행되는 임프린트 처리 또는 패턴 형성 처리에 대해서 설명한다. 먼저, 기판 반송 기구(도시되지 않음)에 의해 기판(8)이 기판 구동 기구(5)의 기판 척에 반송되고, 기판 척에 고정된다. 계속해서, 기판(8)의 샷 영역이 도포 유닛(6)에 의한 도포 위치로 이동하도록 기판 구동 기구(5)에 의해 기판(8)이 구동된다. 그 후, 도포 유닛(6)이 기판의 샷 영역(임프린트 영역)에 임프린트재(9)를 도포, 배치 또는 공급한다(도포 단계).
이어서, 임프린트재(9)가 배치된 샷 영역이 몰드(7)의 패턴 영역(7a)의 바로 아래의 위치에 배치되도록 기판 구동 기구(5)에 의해 기판(8)이 구동된다. 이어서, 예를 들어, 몰드 구동 기구(4)가 몰드(7)를 강하시킴으로써 기판(8) 상의 임프린트재(9)와 몰드(7)의 패턴 영역(7a)을 서로 접촉시킨다(접촉 단계). 이에 의해, 기판(8)과 몰드(7)의 패턴 영역(7a) 사이의 공간(패턴 영역(7a)의 오목부를 포함함)에 임프린트재(9)가 충전된다(충전 단계). 또한, 몰드 마크(10)와 기판 마크(11)에 의해 형성되는 복수의 마크 쌍에 대해서, 검출 장치(3)를 사용해서 몰드 마크(10)와 기판 마크(11) 사이의 상대 위치를 검출 또는 계측한다. 그 결과에 기초하여, 패턴 영역(7a)과 기판(8)의 샷 영역이 정렬된다(정렬 단계). 이때, 보정 기구를 사용해서 몰드(7)의 패턴 영역(7a)의 형상을 보정할 수 있다. 또한, 가열 기구(도시하지 않음)를 사용해서 기판(8)의 샷 영역의 형상을 보정할 수 있다.
충전 및 정렬 단계의 완료시, 경화 유닛(2)은 몰드(7)를 통해서 임프린트재(9)에 광을 조사하여, 임프린트재(9)를 경화시킨다(경화 단계). 이때, 검출 장치(3)는 경화 유닛(2)의 광로를 가로막지 않도록 퇴피되게 구동될 수 있다. 계속해서, 몰드 구동 기구(4)가 몰드(7)를 상승시킴으로써 몰드(7)를 기판(8) 상의 경화된 임프린트재(9)로부터 분리한다(분리 단계).
임프린트 장치(1)는, 검출 장치(3)를 포함하고, 검출 장치(3)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(1)는, 몰드 마크(10)가 제공된 몰드(7)(제1 물체)와 기판 마크(11)가 제공된 기판(8)(제2 물체)을 검출 장치(3)로부터의 출력에 기초해서 정렬한다.
도 4는 정렬 마크인 몰드 마크(10) 및 기판 마크(11)를 개략적으로 도시한다. 몰드 마크(10)는, 예를 들어 2개의 제1 마크(10b, 10b')와 제3 마크(10a)를 포함할 수 있다. 몰드 마크(10)는 적어도 1개의 제1 마크(10b)(또는 10b')와 1개의 제3 마크(10a)를 포함하면 된다. 제1 마크(10b, 10b')는 회절 격자이다. 기판 마크(11)는, 예를 들어 2개의 제2 마크(11b, 11b')와 제4 마크(11a)를 포함할 수 있다. 기판 마크(11)는 적어도 1개의 제2 마크(11b)(또는 11b')와 1개의 제4 마크(11a)를 포함하면 된다. 제1 마크(10b, 10b') 및 제2 마크(11b, 11b')는 정밀 검출 마크이며, 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)는 조 검출 마크이다. 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b)는 서로 포개지도록 배치되고 무아레 무늬를 형성할 수 있다. 제1 마크(10b') 및 제2 마크(11b')는 서로 겹치도록 배치되고 무아레 무늬를 형성할 수 있다.
제1 마크(10b, 10b') 및 제2 마크(11b, 11b')는 주기적인 패턴을 각각 가질 수 있다. 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a) 사이의 기하적인 중심 위치를 기준으로 하여, 검출 장치(3)에 의한 검출 결과로부터 몰드(7)(몰드 마크(10))과 기판(8)(기판 마크(11)) 사이의 상대 위치를 구할 수 있다. 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))의 회절 효율에 따라서 무아레 무늬의 광량이 변화한다. 특히, 회절 효율은 파장 변화에 따라서 주기적으로 변화하기 때문에, 효율적으로 무아레 무늬를 검출할 수 있는 파장과 무아레 무늬의 검출이 곤란한 파장이 존재할 수 있다. 무아레 무늬의 검출이 곤란한 파장을 갖는 광은 노이즈가 될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 회절 격자에 의해 각각 형성되는 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))로부터의 회절광에 의해 형성되는 무아레 무늬를 사용한 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 상대 위치의 검출에 대해서 설명한다. 몰드(7)에 제공된 제1 마크(10b)의 패턴(격자)의 계측 방향의 주기와 기판(8)에 제공된 제2 마크(11b)의 패턴(격자)의 계측 방향의 주기가 약간 상이하다. 주기가 서로 상이한 2개의 회절 격자가 서로 포개지면, 2개의 회절 격자로부터의 회절광 사이의 간섭으로 인해, 회절 격자 사이의 주기 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 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 상대 위치, 즉, 몰드(7)와 기판(8) 사이의 상대 위치를 구할 수 있다.
더 구체적으로는, 주기가 약간 상이한 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b)가 서로 포개지면, 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b)로부터의 회절광이 서로 겹침으로써, 도 5c에 나타내는 바와 같이, 주기의 차를 반영한 주기를 갖는 무아레 무늬가 발생한다. 무아레 무늬에서, 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 상대 위치에 따라 명부와 암부의 위치(무늬의 위상)가 변화한다. 예를 들어, 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b) 중 하나의 회절 격자를 X 방향으로 어긋나게 하면, 도 5c에 나타내는 무아레 무늬는 도 5d에 나타내는 무아레 무늬로 변화한다. 무아레 무늬는 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 실제 위치 어긋남량을 확대함으로써 큰 주기를 갖는 무늬로서 발생하기 때문에, 검출 장치(3)의 해상력이 낮아도, 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 상대 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b)를 1차원의 회절 격자 패턴으로서 설명했다. 예를 들어, 도 6에 도시되는 바와 같이 제2 마크(11b, 11b') 각각은 체커보드 패턴을 가질 수 있다. 회절 격자 패턴이 체커보드 패턴인 경우, 도 4에 나타내는 Y 방향뿐만 아니라 X 방향으로도 광을 회절시킬 수 있다.
무아레 무늬 검출에 의한 상대 위치의 결정 방법에 대해서 설명한다. 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b)는 주기적인 패턴에 의해 각각 형성되며, 계측 방향의 주기가 약간 상이하다. 따라서, 이들이 서로 포개지면, Y 방향으로 광 강도가 변화하는 무아레 무늬가 형성된다. 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 주기의 차이로 인해, 상대 위치가 변화했을 때의 무아레 무늬의 어긋남 방향이 상이하다. 예를 들어 제1 마크(10b)의 주기가 제2 마크(11b)의 주기보다 약간 큰 경우, 기판(8)이 상대적으로 +Y 방향으로 어긋나면, 무아레 무늬도 +Y 방향으로 어긋난다. 한편, 제1 마크(10b)의 주기가 제2 마크(11b)의 주기보다 약간 작은 경우, 기판(8)이 상대적으로 +Y 방향으로 어긋나면, 무아레 무늬는 -Y 방향으로 어긋난다.
제1 마크(10b') 및 제2 마크(11b')는 다른 무아레 무늬를 형성한다. 제1 마크(10b)의 주기와 제2 마크(11b)의 주기 사이의 크기 관계는 제1 마크(10b')의 주기와 제2 마크(11b')의 주기 사이의 크기 관계와 반대이다. 따라서, 상대 위치가 변화하면, 계측되는 2개의 무아레 무늬의 위치가 반대 방향으로 변화한다. 무아레 무늬를 발생시키는 몰드측과 기판측의 주기적인 마크가 1 주기만큼 어긋나는 경우, 무아레 무늬 검출 원리상 1 주기분의 어긋남을 검출할 수 없다. 따라서, 검출 정밀도가 낮은 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a)를 사용하여, 몰드(7)와 기판(8) 사이에 1 주기분의 상대적인 위치 어긋남이 없는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 검출 장치(3)의 구성예를 도시한다. 검출 장치(3)는, 서로 포개지도록 배치된 몰드(7)(제1 물체)와 기판(8)(제2 물체)에 제공된 몰드 마크(10)(제1 마크)와 기판 마크(11)(제2 마크) 사이의 상대 위치를 검출하도록 구성될 수 있다. 검출 장치(3)는 조명 시스템(22), 제1 검출 시스템(211), 제2 검출 시스템(212), 및 프로세서(12)를 포함할 수 있다. 프로세서(12)의 기능 전부 또는 일부는 제어부(C)에 내장될 수 있다. 즉, 프로세서(12)의 기능 전부 또는 일부는 제어부(C)에 의해 실행될 수 있다. 프로세서(12)는, 예를 들어 FPGA(Field Programmable Gate Array), 프로그램이 내장된 컴퓨터, 또는 이들 구성요소의 전부 또는 일부의 조합에 의해 형성될 수 있다.
조명 시스템(22)은 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))를 제1 조명광으로 조명하도록 구성될 수 있다. 또한, 조명 시스템(22)은 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)를 제2 조명광으로 조명하도록 구성될 수 있다. 제1 조명광은, 도 3a에 예시되는 바와 같이, 제1 광 강도 분포를 조명 시스템(22)의 퓨필면(PI)에 형성한다. 제1 광 강도 분포는 조명 시스템(22)의 광축에 관해서 비대칭인 광 강도 분포일 수 있다. 제2 조명광은, 도 3b에 예시되는 바와 같이, 조명 시스템(22)의 퓨필면(PI)에 제2 광 강도 분포를 형성한다. 조명 시스템(22)의 광축에 관한 제2 광 강도 분포의 비대칭성은 조명 시스템(22)의 광축에 관한 제1 광 강도 분포의 비대칭성과 상이할 수 있다. 여기서, "비대칭성"이라는 용어는 "대칭성"이라는 용어로 치환될 수 있다. 즉, 조명 시스템(22)의 광축에 관한 제2 광 강도 분포의 대칭성은 조명 시스템(22)의 광축에 관한 제1 광 강도 분포의 대칭성과 상이할 수 있다. 바람직하게는, 제2 광 강도 분포는 조명 시스템(22)의 광축에 관해서 대칭이다.
제1 검출 시스템(211)은 제1 이미지 센서(231) 및 제1 개구 조리개(271)를 포함할 수 있다. 제1 검출 시스템(211)은, 조명 시스템(22)에 의해 제1 조명광으로 조명된 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))로부터의 회절광의 상을 제1 개구 조리개(271)를 통해서 제1 이미지 센서(231)의 촬상면에 형성할 수 있다. 제1 개구 조리개(271)는 제1 검출 시스템(211)의 퓨필면에 배치된다. 제1 개구 조리개(271)는 제1 검출 시스템(211)의 광축에 관해서 비대칭이다. 즉, 제1 개구 조리개(271)는 제1 검출 시스템(211)의 광축에 관해서 비대칭인 개구를 갖는다. 제2 검출 시스템(212)은 제2 이미지 센서(232) 및 제2 개구 조리개(272)를 포함할 수 있다. 제2 검출 시스템(212)은, 조명 시스템(22)에 의해 제2 조명광으로 조명된 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)로부터의 광의 상을 제2 개구 조리개(272)를 통해서 제2 이미지 센서(232)의 촬상면에 형성할 수 있다. 제2 개구 조리개(272)는 제2 검출 시스템(212)의 퓨필면에 배치된다. 제2 개구 조리개(272)는 제2 검출 시스템(212)의 광축에 관해서 대칭이다. 즉, 제2 개구 조리개(272)는 제2 검출 시스템(212)의 광축에 관해서 대칭인 개구를 갖는다. 제1 검출 시스템(211)의 일부 및 제2 검출 시스템(212)의 일부는 서로 공유되고, 이를 위해 하프 미러(29)가 제공된다.
프로세서(12)는 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 상대 위치를 구한다. 더 상세하게는, 프로세서(12)는, 제1 이미지 센서(231)의 출력 및, 제1 검출 시스템(211)에서의 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b)의 디포커스량에 상관을 갖는 지표값에 기초하여, 제1 마크(10b)와 제2 마크(11b) 사이의 상대 위치를 구한다. 또한, 프로세서(12)는 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a) 사이의 상대 위치를 구한다.
이하, 조명 시스템(22)에 대해서 상세하게 설명한다. 조명 시스템(22)은, 예를 들어 광원(25), 퓨필면(PI)에 배치된 조명 조리개(26), 및 프리즘(24)을 포함할 수 있다. 조명 시스템(22)의 일부는 제1 검출 시스템(211) 및 제2 검출 시스템(212)에 의해 공유되고, 이를 위해 프리즘(24)이 제공된다. 조명 조리개(26)는 불필요한 광이 마크(10, 11)에 입사하지 않도록 불필요한 광을 차단한다.
무아레 무늬를 형성하는 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))를 조명하는 제1 조명광은, 도 3a에 예시되는 바와 같이, 조명 시스템(22)의 광축에 관해서 비대칭인 제1 광 강도 분포를 조명 시스템(22)의 퓨필면(PI)에 형성할 수 있다. 도 3a에 예시되는 바와 같이, 제1 광 강도 분포는, 단일 극(IL0)을 갖고, 이러한 광 강도 분포에 의한 조명은 모노폴 조명이라고 불린다. 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))에 의해 형성되는 무아레 무늬는 제1 검출 시스템(211)의 광축에 관해서 비대칭인 제1 개구 조리개(271)를 통해서 제1 검출 시스템(211)(제1 이미지 센서(231))에 의해 검출된다. 이와 같은 구성은 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))로부터의 정반사 광이 제1 이미지 센서(231)에 입사하고 노이즈 성분으로 변화되는 것을 방지하는 데 유리하다. 이것은, 몰드 마크(10)와 기판 마크(11) 사이의 상대 위치(제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b')) 사이의 상대 위치)의 검출 정밀도를 향상시킨다. 비대칭인 제1 광 강도 분포 및 비대칭인 제1 개구 조리개(271) 중 하나만이 제공될 수 있다는 것에 유의한다.
한편, 조 검출 마크인 몰드 마크(10a) 및 제4 마크(11a)를 조명하는 제2 조명광은, 도 3b에 예시되는 바와 같이, 조명 시스템(22)의 광축에 관해서 대칭인 제2 광 강도 분포를 조명 시스템(22)의 퓨필면(PI)에 형성할 수 있다. 도 3b에 예시되는 바와 같이, 제2 광 강도 분포는 복수의 극(IL1 내지 IL4)(예를 들어, 사중극)을 가질 수 있다. 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)의 상은, 제2 검출 시스템(212)의 광축에 관해서 대칭인 제2 개구 조리개(272)를 통해서 제2 검출 시스템(212)(제2 이미지 센서(232))에 의해 검출된다. 이와 같은 구성은, 몰드 마크(10) 및 기판 마크(11)가 제2 검출 시스템(212)(및 제1 검출 시스템(211))에 대하여 디포커스된 상태에서 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a) 사이의 상대 위치의 검출 오차를 저감하는 데 유리하다. 대칭인 제2 광 강도 분포 및 대칭인 제2 개구 조리개(272) 중 하나만이 제공될 수 있다는 것에 유의한다.
제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b)를 조명하는 제1 조명광과 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)를 조명하는 제2 조명광 사이의 조명 방법(조명 시스템(22)의 퓨필면(PI)에서의 광 강도 분포)을 변화시키기 위해서, 조명 시스템(22)은 회절 광학 소자(28)를 포함할 수 있다. 회절 광학 소자(28)는 몰드(7)(몰드 마크(10))와 기판(8)(기판 마크(11)) 사이의 면에 대하여 공액인 면에 배치될 수 있다. 회절 광학 소자(28)는 서로 겹치지 않는 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 조명광은 제1 영역을 통과하는 광이며, 제2 조명광은 제2 영역을 통과하는 광이다. 제1 영역은 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b)에 투영된다. 더 구체적으로는, 회절 광학 소자(28)의 제1 영역에 의해 회절된 회절광인 제1 조명광은, 도 3a에 예시되는 것 같은 제1 광 강도 분포를 퓨필면(PI)에 형성하고, 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b)를 조명한다. 또한, 회절 광학 소자(28)의 제2 영역에 의해 회절된 회절광인 제2 조명광은, 도 3b에 예시되는 것 같은 제2 광 강도 분포를 퓨필면(PI)에 형성하고, 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)를 조명한다. 따라서, 제1 마크(10b) 및 제2 마크(11b) 그리고 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)는 동시에 조명된다.
광원(25)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(25)에 의해 발생되는 조명광의 파장은 임프린트재를 경화시키지 않도록 선택된다.
도 7은 제1 검출 시스템(211) 및 제2 검출 시스템(212)의 시야(30)를 예시한다. 단, 제1 검출 시스템(211)은 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b'))에 의해 형성되는 무아레 무늬를 검출할 수 있으면 되고, 제2 검출 시스템(212)은 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a) 사이의 상대 거리를 검출할 수 있으면 된다.
프로세서(12)는 제2 검출 시스템(212)의 제2 이미지 센서(232)로부터의 출력(화상)에 기초하여 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a) 사이의 상대 거리(D1)를 검출할 수 있다. 또한, 프로세서(12)는, 검출된 상대 거리(D1)와, 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a) 사이의 설계상의 상대 거리 사이의 차분을 계산할 수 있다. 이 차분은 제3 마크(10a)(몰드 마크(10))와 제4 마크(11a)(기판 마크(11)) 사이의 위치 어긋남이다. 제1 검출 시스템(211)의 제1 이미지 센서(231)는 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b'))에 의해 형성되는 무아레 무늬의 화상을 출력한다. 프로세서(12)는, 제1 이미지 센서(231)로부터의 출력(화상)에 기초하여, 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b')) 사이의 상대 위치(상대적인 위치 어긋남)를 나타내는 상대 위치 정보(D2)를 계산할 수 있다.
여기서, 제2 조명광으로 조명되는 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)의 화상에 기초하여 검출되는 상대 거리(D1)는 디포커스에 대하여 둔감하다. 한편, 제1 조명광으로 조명되는 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b')) 사이의 상대 위치 정보(D2)는 디포커스에 대하여 민감하다. 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))는 몰드 마크(10)와 기판 마크(11) 사이의 상대 위치를 정밀하게 검출하기 위해 사용되는 정밀 검출 마크이다. 따라서, 디포커스 상태에서 검출된 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b')) 사이의 상대 위치 정보(D2)는 어떠한 방법에 의해 보정되어야 한다.
본 실시형태에서는, 디포커스량과, 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b')) 사이의 상대 위치 사이의 상관의 존재를 이용하여, 제1 검출 시스템(211)을 사용해서 검출된 상대 위치 정보(D2)가 더 정확한 상대 위치로 보정된다. 이에 의해, 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b')) 사이의 상대 위치는 높은 정밀도로 검출될 수 있다. 여기서, 디포커스량은, 제1 검출 시스템(211)의 물체면에 대해 수직인 방향에서의 해당 물체면에 관한 몰드(7)(몰드 마크(10))와 기판(8)(기판 마크(11)) 사이의 면의 어긋남량이다. 혹은, 디포커스량은, 제1 검출 시스템(211)의 물체면에 대해 수직인 방향에서의 해당 물체면에 관한 몰드 마크(10) 또는 기판 마크(11)의 어긋남량이다. 제1 검출 시스템(211)이 포커싱 기능을 갖는 경우, 물체면은 가변이라는 것에 유의한다.
먼저, 제1 검출 시스템(211)을 사용하여 검출된 상대 위치 정보(D2)를 디포커스량에 따라서 보정함으로써, 보정된 상대 위치(즉, 정확한 상대 위치)를 검출하기 위한 원리를 설명한다. 도 8은 제1 검출 시스템(211) 및 제2 검출 시스템(212)의 시야(30)를 예시한다. 전술한 바와 같이, 제1 검출 시스템(211)은 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b'))에 의해 형성되는 무아레 무늬를 검출할 수 있으면 되고, 제2 검출 시스템(212)은 제3 마크(10a)와 제4 마크(11a) 사이의 상대 거리를 검출할 수 있으면 된다는 것에 유의한다.
전술한 바와 같이, 제2 조명광으로 조명되는 제3 마크(10a) 및 제4 마크(11a)의 화상에 기초하여 검출되는 상대 거리(D1)는 디포커스에 대하여 둔감하다. 따라서, 제3 마크(10a)의 화상의 중심과 제4 마크(11a)의 화상의 중심을 연결하는 선분의 중심(이하, 제3 마크(10a)의 화상 및 제4 마크(11a)의 화상의 무게 중심이라고 지칭함)(Ca)은 디포커스량에 관계없이 일정하다고 간주될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 제1 조명광으로 조명되는 제1 마크(10b(10b'))와 제2 마크(11b(11b')) 사이의 상대 위치 정보(D2)는 디포커스에 대하여 민감하다. 따라서, 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))에 의해 형성되는 무아레 무늬의 화상의 중심(이하, 무아레 무늬의 무게 중심이라고 지칭함)(Cb)은 디포커스량에 의존한다. 마크 상대 거리(D3)를 D3=Cb-Ca로서 정의한다. 마크 상대 거리(D3)는 디포커스량에 상관을 갖는 지표값으로서 이해될 수 있다. 마크 상대 거리(D3)는 디포커스량과 등가로서 이해될 수도 있다. 하나의 평가 방법에서는, 디포커스량은 제1 검출 시스템(211)의 설계상의 물체면으로부터의 어긋남량(Z 방향의 어긋남량)이며, 마크 상대 거리(D3)와 디포커스량은 식 (1)에 의해 표현될 수 있다:
마크 상대 거리(D3) = 디포커스량 × tanθ ...(1)
여기서, θ은 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))에 의해 회절되고 제1 개구 조리개(271)의 개구를 통해서 제1 이미지 센서(231)에 입사하는 광의 방사 각도이다. θ은, 제1 마크(10b(10b')) 및 제2 마크(11b(11b'))의 구성과, 제1 조명광의 파장, 및 제1 개구 조리개(271)의 개구에 의해 고유하게 결정된다. 제1 조명광이 마크면(마크가 배치된 면)에서 광 강도 분포를 갖는 경우, 예를 들어 제1 개구 조리개(271)를 통과하는 광 강도 분포의 무게 중심 위치를 방사 각도로 환산한다. 식 (1)을 사용하여 마크 상대 거리(D3)를 디포커스량으로 환산할 수 있다. 식 (1)에서 마크 상대 거리(D3)와 디포커스량이 선형 관계를 갖는 것을 알 수 있다는 것에 유의한다. 도 9a는 식 (1)을 따르는 마크 상대 거리(D3)와 디포커스량 사이의 관계를 나타낸다. 도 9a에 예시되는 정보(제1 정보)는, 디포커스량에 상관을 갖는 마크 상대 거리(D3)로부터 당해 상관에 따라서 디포커스량을 결정하기 위해 사용되는 정보로서 프로세서(12) 등에 저장될 수 있다.
이어서, 디포커스 시에 제1 검출 시스템(211)을 사용해서 검출되는 상대 위치 정보에서의 계측 오차와 디포커스량 사이의 관계를 생각한다. 디포커스 시의 계측 오차는 디포커스량에 의존한다. 따라서, 사전에 디포커스량과 상대 위치 정보 사이의 관계를 취득할 필요가 있다. 그 방법으로서는, 예를 들어, 기지의 디포커스량이 발생하도록 기판 구동 기구(5)에 의해 기판(8)을 Z 방향에 관해서 위치결정하고, 검출 장치(3)의 제1 검출 시스템(211)을 사용해서 상대 위치 정보를 취득하는 동작을 복수의 디포커스량에 대해서 실행한다. 검출 장치(3)가 교정된 상태에서는, 주어진 디포커스량이 0일 경우에, 계측 오차는 0이 된다. 복수의 디포커스량에 대해서 얻어진 상대 위치 정보를 곡선에 의해 근사시킴으로써, 디포커스량과 계측 오차 사이의 관계를 나타내는 정보(보정 테이블)가 얻어진다. 도 9b는 디포커스량과 계측 오차 사이의 관계(보정 테이블)를 예시한다. 제1 검출 시스템(211)을 사용해서 검출되는 상대 위치 정보(D2)를 계측 오차를 사용해서 보정하면, 정확한 상대 위치가 얻어질 수 있다. 따라서, 계측 오차는 보정값으로서 이해될 수 있다. 도 9b에 예시되는 정보(제2 정보)는, 디포커스량에 대응하는 계측 오차(보정값)를 결정하기 위해 사용되는 정보로서 프로세서(12) 등에 저장될 수 있다.
요약하면, 프로세서(12)는, 지표값과 디포커스량 사이의 관계를 나타내는 제1 정보 및 디포커스량과 계측 오차(보정값) 사이의 관계를 나타내는 제2 정보를 사용하여, 마크 상대 거리(D3)(지표값)에 대응하는 보정값을 결정할 수 있다. 더 구체적으로는, 프로세서(12)는 지표값과 디포커스량 사이의 관계를 나타내는 제1 정보를 사용하여 마크 상대 거리(D3)(지표값)에 대응하는 디포커스량을 결정할 수 있다. 또한, 프로세서(12)는, 디포커스량과 보정값 사이의 관계를 나타내는 제2 정보를 사용하여, 그 결정된 디포커스량에 대응하는 보정값을 결정할 수 있다. 또한, 프로세서(12)는 그 보정값을 사용하여 상대 위치 정보(D2)를 보정함으로써 보정된 상대 위치(상대적인 위치 어긋남)를 결정할 수 있다.
상술한 주요한 예에서는, 광축에 관해서 비대칭인 제1 광 강도 분포에 의해 정밀 검출 마크인 제1 마크 및 제2 마크가 조명되고, 광축에 관해서 대칭인 제2 광 강도 분포에 의해 조 검출 마크인 제3 마크 및 제4 마크가 조명된다. 그러나, 광축에 관한 제2 광 강도 분포의 비대칭성이 광축에 관한 제1 광 강도 분포의 비대칭성과 상이하면, 그것을 이용해서 디포커스량 및 그것에 대응하는 계측 오차(보정값)를 결정할 수 있다.
또한, 상술한 주요한 예에서는, 광축에 관해서 비대칭인 제1 개구 조리개(271)가 제1 검출 시스템(211)에 제공되고, 광축에 관해서 대칭인 제2 개구 조리개(272)가 제2 검출 시스템(212)에 제공된다. 그러나, 광축에 관한 제2 개구 조리개(272)의 비대칭성이 광축에 관한 제1 개구 조리개(271)의 비대칭성과 상이하면, 그것을 이용해서 디포커스량 및 그것에 대응하는 계측 오차(보정값)를 결정할 수 있다.
또한, 디포커스량은, 다른 방법, 예를 들어 기판(8)의 표면의 높이를 계측하는 높이 센서를 사용해서 검출될 수 있다.
도 10은 제조 모드에서의 임프린트 장치(1)의 동작을 예시적으로 나타낸다. 이 동작은 제어부(C)에 의해 제어된다. 단계 S101에서는, 몰드(7)가 로드되고 몰드 구동 기구(4)의 몰드 보유지지 유닛에 의해 보유지지된다. 단계 S102에서는, 기판(8)이 로드되고 기판 구동 기구(5)의 기판 보유지지 유닛에 의해 보유지지된다. 단계 S103에서는, 도포 유닛(6)은 기판(8)의 처리 대상 샷 영역에 임프린트재(9)를 배치할 수 있다. 임프린트재(9)는 복수의 샷 영역에 대하여 연속적으로 도포될 수 있다는 것에 유의한다. 처리 대상 샷 영역에 대한 임프린트재(9)의 배치가 이미 완료된 경우에는, 단계 S103은 스킵된다.
단계 S104에서는, 처리 대상 샷 영역이 몰드(7) 아래에 배치되도록 기판(8)이 기판 구동 기구(5)에 의해 사전정렬된다. 단계 S105에서는, 샷 영역 상의 임프린트재(9)와 몰드(7)의 패턴 영역(7a)이 서로 접촉된다. 단계 S106에서는, 충전 및 정렬 단계가 실행된다. 충전 단계와 병행해서 실행되는 정렬 단계에서는, 검출 장치(3)를 사용해서 처리 대상 샷 영역과 몰드(7)가 정렬된다. 이때, 제1 검출 시스템(211)의 출력에 기초하여 검출되는 제1 마크와 제2 마크 사이의 상대 위치 정보는 디포커스량에 대응하는 보정값에 의해 보정된다. 이에 의해, 보정된 상대 위치가 결정되고, 그것에 기초하여 정렬이 행해진다. 상대 위치를 결정하기 위한 처리는 프로세서(12)에 의해 행해질 수 있으며, 처리의 전부 또는 일부가 제어부(C)에 의해 행해질 수 있다.
단계 S107에서는, 경화 유닛(2)은 경화 에너지를 몰드(7)를 통해서 임프린트재(9)에 조사하여 임프린트재(9)를 경화시키며, 임프린트재(9)의 경화물로 이루어지는 패턴이 샷 영역 상에 형성된다. 단계 S108에서는, 임프린트재(9)의 경화물로 이루어지는 패턴으로부터 몰드(7)가 분리된다.
단계 S103 내지 S108은 기판(8)의 모든 샷 영역에 대해서 실행되고, 그 후 기판(8)이 언로드된다. 후속 기판(8)이 존재하는 경우에는, 그 기판(8)에 대해서 단계 S102 내지 S110이 실행되고, 그 후 몰드(7)가 언로드된다.
도 11은 캘리브레이션 모드에서의 임프린트 장치(1)의 동작을 예시적으로 나타낸다. 이 동작은 제어부(C)에 의해 제어된다. 단계 S201에서는, 몰드(7)가 로드되고 몰드 구동 기구(4)의 몰드 보유지지 유닛에 의해 보유지지된다. 단계 S202에서는, 기판(8)이 로드되고 기판 구동 기구(5)의 기판 보유지지 유닛에 의해 보유지지된다. 단계 S203에서는, 도포 유닛(6)은 기판(8)의 샷 영역에 임프린트재(9)를 배치할 수 있다.
단계 S204에서는, 기판(8)은 샷 영역이 몰드(7) 아래에 배치되도록 기판 구동 기구(5)에 의해 사전정렬된다. 단계 S205에서는, 샷 영역 상의 임프린트재(9)와 몰드(7)의 패턴 영역(7a)이 서로 접촉된다. 단계 S206에서는, 충전 및 정렬 단계가 실행된다. 충전 단계와 병행해서 실행되는 정렬 단계에서는, 검출 장치(3)를 사용해서 샷 영역과 몰드(7)가 정렬된다. 단계 S207에서는, 경화 유닛(2)이 경화 에너지를 몰드(7)를 통해서 임프린트재(9)에 조사함으로써 임프린트재(9)를 경화시키고, 임프린트재(9)의 경화물로 이루어지는 패턴이 샷 영역 상에 형성된다.
단계 S208에서는, 도 9b에 예시되는 정보가 보정 테이블로서 생성될 수 있다. 예를 들어, 기지의 디포커스량이 발생하도록 기판 구동 기구(5)에 의해 기판(8)을 Z 방향에 관해서 위치결정하고, 검출 장치(3)의 제1 검출 시스템(211)을 사용해서 상대 위치 정보를 취득하는 동작이 복수의 디포커스량에 대해서 실행될 수 있다. 제1 검출 시스템(211) 또는 검출 장치(3)가 포커싱 기능(예를 들어, 포커싱 렌즈)을 갖는 경우, 기지의 디포커스량의 발생은 포커싱 기능에 의해 실현될 수 있다. 복수의 디포커스량에 대해서 얻어진 상대 위치 정보를 곡선에 의해 근사시킴으로써, 디포커스량과 계측 오차 사이의 관계를 나타내는 정보(보정 테이블)가 얻어진다.
단계 S209에서는, 임프린트재(9)의 경화물로 이루어지는 패턴으로부터 몰드(7)가 분리된다. 그 후, 단계 S210에서, 기판(8)이 언로드된다. 단계 S211에서, 몰드(7)가 언로드된다. 보정 테이블의 정밀도를 증가시키기 위해서, 복수의 샷 영역을 사용해서 동일한 처리를 실행할 수 있고, 그 결과에 기초하여 보정 테이블을 생성할 수 있다는 것에 유의한다.
이어서, 상술한 실시형태에 의해 제공되는 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 물품을 얻도록 해당 기판을 가공하는 가공 단계를 포함할 수 있다. 전사 단계는, 예를 들어 기판(8)의 샷 영역 상의 임프린트재(9)와 몰드(7)를 서로 접촉시키는 접촉 단계를 포함할 수 있다. 또한, 전사 단계는, 기판(8)의 샷 영역(또는 기판 마크)과 몰드(7) 사이의 상대 위치를 계측하는 계측 단계를 포함할 수 있다. 또한, 전사 단계는 계측 단계의 결과에 기초하여 기판(8)의 샷 영역과 몰드(7)를 정렬하는 정렬 단계를 포함할 수 있다. 또한, 전사 단계는, 기판(8) 상의 임프린트재(9)를 경화시키는 경화 단계와 그 임프린트재(9)를 몰드(7)로부터 분리하는 분리 단계를 포함할 수 있다. 이에 의해, 기판(8) 상에 임프린트재(9)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 경화물로 이루어지는 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 및 비휘발성 반도체 메모리와, LSI, CCD, 이미지 센서, 및 FPGA와 같은 반도체 소자이다. 몰드의 예는 임프린트용 몰드이다.
경화물의 패턴은 상술한 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 장치에 의해 기판에 패턴을 형성하고, 해당 패턴이 형성된 기판을 처리하고, 해당 처리가 행해진 기판으로부터 물품을 제조하는 물품 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 12a에 나타내는 바와 같이, 절연체 등의 피가공재(2z)가 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(1z)을 준비한다. 계속해서, 잉크젯법 등에 의해 피가공재(2z)의 표면에 임프린트재(3z)를 부여한다. 여기에서는, 임프린트재(3z)가 복수의 액적으로서 기판 상에 부여된 상태를 나타낸다.
도 12b에 나타내는 바와 같이, 임프린트용 몰드(4z)의, 오목-볼록 패턴을 갖는 측을 기판 상의 임프린트재(3z)를 향해 대향시킨다. 도 12c에 나타내는 바와 같이, 임프린트재(3z)가 부여된 기판(1z)을 몰드(4z)에 접촉시키고, 압력을 가한다. 임프린트재(3z)가 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 12d에 나타내는 바와 같이, 임프린트재(3z)를 경화시킨 후, 몰드(4z)를 기판(1z)으로부터 분리하고, 기판(1z) 상에 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 12e에 나타내는 바와 같이, 경화물의 패턴을 내 에칭 마스크로서 사용해서 에칭을 행하면, 피가공재(2z)의 표면 중 경화물이 존재하지 않거나 얇게 잔존하는 부분이 제거되어, 홈(5z)을 형성한다. 도 12f에 나타내는 바와 같이, 경화물의 패턴을 제거하면, 피가공재(2z)의 표면에 홈(5z)이 형성된 물품을 얻을 수 있다. 여기에서는, 경화물의 패턴을 제거한다. 그러나, 가공 후에도 경화물의 패턴을 제거하지 않고, 이것을 예를 들어 반도체 소자 등에 포함되는 층간 유전체 막, 즉, 물품의 구성 부재로서 이용할 수 있다.
다른 실시형태
본 발명의 실시형태(들)는, 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체(더 완전하게는 '비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체'라 칭할 수도 있음)에 기록된 컴퓨터 실행가능 명령어(예를 들어, 하나 이상의 프로그램)를 판독 및 실행하고 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하는 하나 이상의 회로(예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC))를 포함하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해, 그리고 예를 들어 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체로부터 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행함으로써 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 하나 이상의 회로를 제어함으로써 상기 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 방법에 의해 실현될 수도 있다. 컴퓨터는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU), 마이크로 처리 유닛(MPU))를 포함할 수 있고 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행하기 위한 개별 컴퓨터 또는 개별 프로세서의 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행가능 명령어는 예를 들어 네트워크 또는 저장 매체로부터 컴퓨터에 제공될 수 있다. 저장 매체는, 예를 들어 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 분산형 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광학 디스크(예를 들어, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 블루레이 디스크(BD)™), 플래시 메모리 디바이스, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
(기타의 실시예)
본 발명은, 상기의 실시형태의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억 매체를 개입하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리에서도 실현가능하다.
또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행가능하다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 제1 물체에 제공된 제1 마크와 제2 물체에 제공된 제2 마크 사이의 상대 위치를 검출하는 검출 장치이며, 상기 제1 물체와 상기 제2 물체는 포개지도록 배치되고,
    상기 제1 마크 및 상기 제2 마크를 제1 조명광으로 조명하도록 구성되는 조명 시스템;
    제1 이미지 센서 및 제1 개구 조리개를 포함하고, 상기 조명 시스템에 의해 상기 제1 조명광으로 조명된 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크로부터의 회절광의 상을 상기 제1 개구 조리개를 통해서 상기 제1 이미지 센서의 촬상면에 형성하도록 구성되는 제1 검출 시스템; 및
    상기 제1 마크와 상기 제2 마크 사이의 상기 상대 위치를 구하도록 구성되는 프로세서를 포함하고,
    상기 제1 조명광은 상기 조명 시스템의 광축에 관해서 비대칭인 제1 광 강도 분포를 상기 조명 시스템의 퓨필면에 형성하거나, 또는 상기 제1 개구 조리개는 상기 제1 검출 시스템의 광축에 관해서 비대칭이며,
    상기 프로세서는, 상기 제1 이미지 센서의 출력, 및 상기 제1 검출 시스템에서의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 디포커스량에 상관을 갖는 지표값에 기초하여 상기 상대 위치를 구하는 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 이미지 센서 및 제2 개구 조리개를 포함하는 제2 검출 시스템을 더 포함하고,
    상기 제1 물체에는 제3 마크가 더 제공되고, 상기 제2 물체에는 제4 마크가 더 제공되고,
    상기 조명 시스템은 상기 제3 마크 및 상기 제4 마크를 제2 조명광으로 조명하고,
    상기 제2 검출 시스템은, 상기 조명 시스템에 의해 상기 제2 조명광으로 조명된 상기 제3 마크 및 상기 제4 마크로부터의 광의 상을 상기 제2 개구 조리개를 통해서 상기 제2 이미지 센서의 촬상면에 형성하고,
    상기 제2 조명광은 상기 조명 시스템의 상기 퓨필면에 제2 광 강도 분포를 형성하고, 상기 제2 광 강도 분포에서의 상기 광축에 관한 비대칭성은 상기 제1 광 강도 분포에서의 상기 광축에 관한 비대칭성과 상이하거나, 또는 상기 제2 검출 시스템의 상기 광축에 관한 상기 제2 개구 조리개의 비대칭성은 상기 제1 검출 시스템의 상기 광축에 관한 상기 제1 개구 조리개의 비대칭성과 상이하며,
    상기 프로세서는, 상기 제1 이미지 센서에 의해 촬상되는 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 상기 상의 무게 중심 위치와, 상기 제2 이미지 센서에 의해 촬상되는 상기 제3 마크 및 상기 제4 마크의 상기 상의 무게 중심 위치에 기초하여 상기 지표값을 결정하는 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 조명광은 상기 조명 시스템의 상기 퓨필면에 상기 제2 광 강도 분포를 형성하며, 상기 제2 광 강도 분포는 상기 조명 시스템의 상기 광축에 관해서 대칭인 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 이미지 센서에 의해 촬상된 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 상기 상으로부터 구한 상기 제1 마크와 상기 제2 마크 사이의 상대 위치 정보를 상기 결정된 지표값에 대응하는 보정값에 기초하여 보정함으로써 상기 상대 위치를 구하는 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 지표값과 상기 디포커스량 사이의 관계를 나타내는 제1 정보 및 상기 디포커스량과 상기 보정값 사이의 관계를 나타내는 제2 정보를 사용하여 상기 결정된 지표값에 대응하는 상기 보정값을 결정하는 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 지표값과 상기 디포커스량 사이의 관계를 나타내는 제1 정보를 사용하여 상기 결정된 지표값에 대응하는 상기 디포커스량을 결정하며, 상기 디포커스량과 상기 보정값 사이의 관계를 나타내는 제2 정보를 사용하여 상기 결정된 디포커스량에 대응하는 상기 보정값을 결정하는 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 검출 시스템에서의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 상기 디포커스량을 변화시키면서 상기 상대 위치 정보를 취득함으로써 상기 제2 정보를 생성하는 검출 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 제1 조명광 및 상기 제2 조명광을 생성하도록 구성되는 회절 광학 소자를 포함하는 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는 상기 제1 물체와 상기 제2 물체 사이의 면에 대하여 공액인 면에 배치되어 있는 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는 서로 겹치지 않는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며,
    상기 제1 조명광은 상기 제1 영역을 통과하는 광이며, 상기 제2 조명광은 상기 제2 영역을 통과하는 광인 검출 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광 강도 분포는 단일 극을 가지며,
    상기 제2 광 강도 분포는 복수의 극을 갖는 검출 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제1 개구 조리개는 상기 제1 검출 시스템의 상기 광축에 관해서 비대칭이며,
    상기 제2 개구 조리개는 상기 제2 검출 시스템의 상기 광축에 관해서 대칭인 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 개구 조리개는 상기 제1 검출 시스템의 상기 광축 상의 광을 차단하는 검출 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마크 및 상기 제2 마크는 각각 무아레 무늬를 생성하도록 구성된 회절 격자인 검출 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명광은 상기 조명 시스템의 광축에 관해서 비대칭인 제1 광 강도 분포를 상기 조명 시스템의 퓨필면에 형성하며, 상기 제1 개구 조리개는 상기 제1 검출 시스템의 광축에 관해서 비대칭인 검출 장치.
  16. 원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치이며,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에서 규정된 검출 장치를 포함하며,
    상기 리소그래피 장치는 상기 검출 장치로부터의 출력에 기초하여 제1 마크가 제공된 제1 물체로서의 상기 원판과 제2 마크가 제공된 제2 물체로서의 상기 기판을 정렬하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 리소그래피 장치는 임프린트 장치로서 형성되는 리소그래피 장치.
  18. 물품 제조 방법이며,
    제17항에서 규정된 리소그래피 장치를 사용하여 원판의 패턴을 기판에 전사하는 단계; 및
    상기 전사하는 단계를 거친 상기 기판으로부터 물품을 얻도록 상기 기판을 가공하는 단계를 포함하는 물품 제조 방법.
  19. 제1 물체에 제공된 제1 마크와 제2 물체에 제공된 제2 마크 사이의 상대 위치를 검출하는 검출 방법이며, 상기 제1 물체 및 상기 제2 물체는 포개지도록 배치되고,
    조명 시스템으로부터의 조명광으로 상기 제1 마크와 상기 제2 마크를 조명하면서, 이미지 센서 및 개구 조리개를 포함하는 검출 시스템에 의해, 상기 조명광으로 조명되는 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크로부터의 회절광의 상을 상기 개구 조리개를 통해 상기 이미지 센서의 촬상면에 형성하는 단계; 및
    상기 제1 마크와 상기 제2 마크 사이의 상기 상대 위치를 구하는 단계를 포함하고,
    상기 조명광은 상기 조명 시스템의 광축에 관해서 비대칭인 광 강도 분포를 상기 조명 시스템의 퓨필면에 형성하거나, 또는 상기 개구 조리개는 상기 검출 시스템의 광축에 관해서 비대칭이며,
    상기 상대 위치를 구하는 단계에서, 상기 상대 위치는 상기 이미지 센서의 출력, 및 상기 검출 시스템에서의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 디포커스량에 상관을 갖는 지표값에 기초하여 구해지는 검출 방법.
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