KR20130120389A

KR20130120389A - 전사 장치 및 물품 제조 방법

Info

Publication number: KR20130120389A
Application number: KR1020130042060A
Authority: KR
Inventors: 겐지 야에가시; 유키오 다카바야시
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-11-04
Also published as: JP2013229447A; US20130285270A1

Abstract

전사 장치는 원판의 패턴을 기판의 샷 영역 상의 수지에 전사한다. 원판은 서로 대향하는 면들인 제1 면과 제2 면을 포함한다. 제1 면은 패턴이 형성된 패턴 영역을 포함하고, 제2 면은 유지면을 포함한다. 전사 장치는, 원판의 유지면을 유지하도록 구성된 복수의 유지 유닛과, 복수의 유지 유닛을 각각 구동하도록 구성된 복수의 구동 유닛과, 패턴 영역이 기판의 샷 영역과 정렬되도록 복수의 구동 유닛에 의한 복수의 유지 유닛의 구동을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.

Description

전사 장치 및 물품 제조 방법{TRANSFER APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}

본 발명은 원판의 패턴을 기판에 전사하는 전사 장치, 및 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 디바이스의 미세 패턴화가 발전함에 따라, 기판을 수지로 도포하고 원판(몰드)이 수지와 접촉하고 있는 상태에서 수지를 경화시키는 임프린트 기술이 반도체 디바이스 제조 방법으로서 주목받아 왔다. 임프린트 기술에서는, 노광 장치를 이용하는 포토리소그래피와 마찬가지로, 기판 상의 패턴과 원판의 패턴 간의 정렬 오차를 저감하는 것이 중요하다. 이와 관련하여, 일본 특허 공개번호 제2007-535121호 및 제2008-504141호에서는 원판의 측면에 힘을 가하여 원판을 변형시키는 기술들을 개시하고 있다.

원판을 변형시키는 기구 및 그 문제점을 도 8을 참조하여 설명한다. 임프린트 장치는, 기판(105)을 유지하는 기판 스테이지(106), 임프린트 헤드(101), 측정 디바이스(107), 및 기판(105)을 수지로 도포하는 도포 헤드(108)를 포함한다. 임프린트 헤드(101)는, 원판(104)을 유지하는 척(102), 및 원판(104)의 대향하는 측면들에 압축력을 가하는 한 쌍의 액추에이터(103)를 포함한다. 도포 헤드(108)가 기판(105)을 수지로 도포한 후, 원판(104)과 기판(105)이 정렬된다. 이러한 정렬은, 원판(104) 상의 마크(109)와 기판(105) 상의 마크(110) 간의 상대 위치를 측정 디바이스(107)를 이용하여 측정하고 측정 결과에 기초하여 한 쌍의 액추에이터(103)에 의해 원판(104)의 측면들에 압축력을 가함으로써 수행된다.

이러한 구성에서는, 원판(104)이 척(102)에 의해 유지되고 있는 동안 압축력이 원판(104)의 측면들에 가해지고, 이에 따라 과도한 응력이 원판(104)에 가해질 수 있다. 이러한 구성에서는, 원판(104)이 그 치수가 저감되는 방향으로만 변형될 수 있다. 또한, 원판(104)의 패턴 부분과, 압축력이 가해지는 원판(104)의 측면 간의 거리는 길고, 변형의 제어성과 효율이 불량하다.

본 발명은 원판과 기판 상의 샷(shot) 영역 간의 정렬에 유리한 기술을 제공한다.

본 발명의 일 양태는, 원판의 패턴을 기판의 샷 영역 상의 수지에 전사하는 전사 장치로서, 원판은 서로 대향하는 면들인 제1 면과 제2 면을 포함하고, 제1 면은 패턴이 형성된 패턴 영역을 포함하고, 제2 면은 유지면을 포함하는 전사 장치이며, 이 전사 장치는, 원판의 유지면을 유지하도록 구성된 복수의 유지 유닛과, 복수의 유지 유닛을 각각 구동하도록 구성된 복수의 구동 유닛과, 패턴 영역이 기판의 샷 영역과 정렬되도록 복수의 구동 유닛에 의한 복수의 유지 유닛의 구동을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.

본 발명의 추가 특징들은 첨부 도면과 함께 다음에 따르는 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전사 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 임프린트 장치로서 구성된 전사 장치에서 사용되는 원판의 구조를 개략적으로 예시하는 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 무아레 패턴을 이용하여 위치 시프트 측정 원리를 설명하는 도면.
도 4a 내지 도 4c는 임프린트 헤드를 예시하는 도면.
도 5a와 도 5b는 원판을 기판의 샷 영역에 대하여 정렬하는 방법의 제1 예를 설명하는 도면.
도 6a와 도 6b는 원판을 기판의 샷 영역에 대하여 정렬하는 방법의 제2 예를 설명하는 도면.
도 7a 내지 7c는 원판을 기판의 샷 영역에 대하여 정렬하는 방법의 제3 예를 설명하는 도면.
도 8은 원판을 변형시키는 기구 및 그 문제점을 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전사 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한다. 전사 장치(100)는, 원판(4)의 패턴을 기판(5) 상의 수지로 전사하도록 구성된다. 전사 장치(100)는, 통상적으로, 원판(4)의 패턴 영역을 기판(5) 상의 샷 영역 상의 수지와 접촉시키고 이 상태에서 경화 유닛(12)으로부터 수지에 가해지는 에너지에 의해 수지를 경화시키는 임프린트 장치로서 구성될 수 있다. 경화 유닛(12)은, 예를 들어, 자외광 등의 광으로 수지를 조사함으로써 수지를 경화하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 경화 유닛(12)은 열을 수지에 가함으로써 수지를 경화하도록 구성될 수도 있다. 도 1a와 도 1b에는 도시하지 않았지만, 전사 장치(100)는, 반사 원판(4)을 사용할 수 있고, 원판(4)의 패턴을 광학계를 통해 기판(5) 상의 감광 수지에 투영하여 수지를 노광시켜 원판(4)의 패턴을 수지에 전사할 수 있다.

전사 장치(100)가 임프린트 장치로서 구성된 일례를 설명한다. 도 2는 임프린트 장치로서 구성된 전사 장치(100)에서 사용되는 원판(4)의 구조를 개략적으로 예시하는 단면도이다. 원판(4)은 서로 대향하는 면들인 제1 면(210)과 제2 면(220)을 갖는다. 제1 면(210)은 패턴이 형성된 패턴 영역(211)을 포함할 수 있고, 제2 면(220)은 유지면(222)을 포함할 수 있다. 패턴 영역(211)에 더하여, 제1 면(210)은 패턴 영역(211)을 둘러싸는 주변 영역(212)을 가질 수 있다. 유지면(222)에 더하여, 제2 면(220)은 유지면(222)에 의해 둘러싸인 부분(221)을 가질 수 있다. 부분(221)은 패턴 영역(211)의 반대측에 위치할 수 있다. 부분(221)은 유지면(222)으로부터 오목하게 되어 공간(230)을 형성할 수 있다.

전사 장치(100)는, 기판(5)을 위치시키는 위치 결정 기구(20), 임프린트 헤드(30), 측정 디바이스(7), 기판(5)을 수지로 도포하는 도포 헤드(8), 기판(5) 상의 수지를 경화시키는 경화 유닛(12), 및 제어 유닛(40)을 포함할 수 있다. 위치 결정 기구(20)는, 기판(5)을 유지하는 스테이지(21), 및 스테이지(21)를 구동하고 위치시키는 구동 기구(22)를 포함할 수 있다. 임프린트 헤드(30)는, 원판(4)을 유지하는 복수의 유지 유닛(척; 3), 복수의 유지 유닛(3)을 각각 구동하는 복수의 구동 유닛(2), 및 구동 유닛(2)을 승강시키는 승강 기구(1)를 포함할 수 있다. 각 유지 유닛(3)은 원판(104)의 유지면(222)을 흡착(예를 들어, 진공 흡착)하기 위한 흡착면을 갖는다. 승강 기구(1)가 구동 유닛(2)을 아래로 이동시키는 경우, 원판(4)이 아래로 이동하고, 원판(4)의 패턴 영역(211)이 기판(5)의 샷 영역 상의 수지와 접촉하게 된다. 승강 기구(1)가 구동 유닛(2)을 위로 이동시키는 경우, 원판(4)이 위로 이동하고, 원판(4)의 패턴 영역(211)이 기판(5)의 샷 영역 상의 수지로부터 분리된다.

도포 헤드(8)가 기판(5)을 수지로 도포한 후, 기판(5)의 샷 영역과 원판(4)이 정렬된다. 이러한 정렬은 다음과 같이 수행된다. 우선, 원판(4) 상의 마크(9)와 기판(5) 상의 마크(10) 간의 상대 위치를 측정 디바이스(7)를 사용하여 측정한다. 이어서, 제어 유닛(40)은 상대 위치를 저감하도록 측정 결과에 기초하여 구동 유닛(2)에 의한 유지 유닛(3)의 구동을 제어한다.

측정 디바이스(7)는, 원판(4) 상에 형성된 마크(원판측 마크; 9)가 기판(5) 상의 샷 영역에 형성된 마크(기판측 마크; 10)에 근접하는 경우 형성되는 무아레 패턴에 기초하여 마크들(9, 10) 간의 상대 위치를 측정한다. 예를 들어, 휘발성이 강한 수지를 사용하는 경우, 도포 헤드(8)는 샷 영역마다 또는 복수의 샷 영역에 대하여 기판(5)을 수지로 도포하도록 구성될 수 있다. 휘발성이 약한 수지를 사용하는 경우, 기판(5)의 전체 표면을 수지로 도포한 후 원판(4)의 패턴을 각 샷 영역으로 전사하는 것도 가능하다.

무아레 패턴을 사용하여 마크들(9, 10) 간의 상대 위치를 측정하는 방법을 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한다. 도 3a와 도 3b에 예시한 피치가 서로 다른 두 가지 종류의 격자 마크가 원판(4)과 기판(5) 상의 마크들(9, 10)로서 형성되어 있다. 이러한 격자 마크들이 중첩되면, 도 3c에 예시한 바와 같이 밝고 어두운 프린지들의 패턴이 나타난다. 이 프린지 패턴이 무아레 패턴이다. 무아레 패턴에서, 밝고 어두운 위치들은 그 두 가지 종류의 격자 마크들 간의 상대 위치의 변화에 따라 변경된다. 예를 들어, 두 가지 종류의 격자 마크들 중 하나가 약간 우측으로 시프트되면, 도 3c에 예시한 무아레 패턴이 도 3d에 예시한 무아레 패턴으로 변한다. 이 무아레 패턴은, 두 가지 종류의 격자 마크들 간의 실제 시프트 양이 증가되는 매우 밝고 어두운 프린지들로서 생성된다. 따라서, 측정 디바이스(7)의 해상도가 낮더라도, 두 가지 종류의 격자 마크들 간의 상대 위치를 높은 정확도로 측정할 수 있다. 이를 이용함으로써, 기판(5)의 샷 영역과 원판(4) 간의 상대 위치를 측정할 수 있다.

원판(4)과 기판(5) 간의 상대 위치를 측정하는 방법은 무아레 패턴을 사용하는 방법으로 한정되지 않으며, 다양한 다른 방법들도 가능하다. 예를 들어, 원판(4) 상에 형성된 마크(9)와 기판(5) 상에 형성된 마크(10)를 촬상 광학계를 통해 동시에 관찰할 수 있고, 이들 간의 상대 위치를 측정할 수 있다. 측정 디바이스(7)는, 예를 들어, 원판(4)과 기판(5) 간의 거리(Z 방향으로의 거리)를 측정하는 기능을 가질 수 있다. 원판(4)과 기판(5) 간의 거리를, 예를 들어, 마크들(9, 10)에 포커싱함으로써 측정할 수 있다. X, Y, Z 방향들은 전사 장치(100)에서 정의되어 있다는 점에 주목한다. 전사 장치(100)에서, 원판(4)을 구동하여 원판(4)의 패턴 영역(211)이 기판(5) 상의 수지와 접촉하게 하는 방향이 Z 방향이며, Z 방향에 수직하는 방향들이 X 및 Y 방향들이다.

임프린트 장치에서의 원판(4)과 기판(5) 간의 정렬은 다이 바이 다이(die-by-die) 정렬이 바람직하다. 이는, 임프린트 장치가 원판(4)과 기판(5) 상의 수지 간에 접촉 및 분리를 수행하고, 이때 원판(4)과 기판(5)의 위치들이 변경될 수 있기 때문이다. 측정 디바이스(7)는, 원판(4)의 패턴 영역(211)이 기판(5) 상의 수지와 접촉하고 있는 동안 기판(5)의 샷 영역과 원판(4) 간의 상대 위치를 측정한다. 이러한 측정에 의해 취득되는 정보에 기초하여, 제어 유닛(40)은 기판(5) 상에 형성된 기저 패턴과 원판(4)의 패턴 간의 정렬 오차를 저감하도록 구동 유닛(2)에 의한 유지 유닛(3)의 구동을 제어한다. 경화 유닛(12)은 수지에 에너지를 가하여 수지를 경화시킨다. 그 후, 원판(4)을 경화된 수지로부터 분리한다.

도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 임프린트 헤드(30)의 구성의 예들을 각각 도시한다. 도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 기판에서 볼 때의 임프린트 헤드(30)의 도면들이다. 도 4a에 도시한 예에서, 각 유지 유닛(3)의 흡착면은, 패턴 영역(211)으로부터 이격되는 방향으로 폭이 증가하는 사다리꼴 형상을 갖는다. 도 4b에 도시한 예에서, 각 유지 유닛(3)의 흡착면은 호 형상을 갖는다. 도 4c에 도시한 예에서, 각 유지 유닛(3)의 흡착면은 원 형상을 갖는다. 복수의 유지 유닛(3)의 어레이 및 각 유지 유닛(3)의 흡착면의 형상은 이러한 예들로 한정되지 않으며, 유지 유닛(3)은 다양한 형상과 어레이를 취할 수 있다. 원판(4)의 유지면(222)을 흡착하는 유지 유닛(3)에 더하여, 임프린트 헤드(30)는 유지면(222)을 지지하거나 유도하는 부분을 가질 수도 있다.

각 구동 유닛(2)은, 6개의 축 중 하나 이상을 따라 구동 유닛(2)에 의해 구동되어야 하는 유지 유닛(3)을 구동하도록 구성될 수 있다. 6개의 축은 X, Y, Z 방향들의 3개의 축, 및 요잉, 피칭, 롤링의 3개의 축이다. X와 Y 방향들은 원판(4)의 패턴 영역(211)을 따르는 방향들로서 간주할 수 있다. Z 방향은 원판(4)의 패턴 영역(211)을 따르는 방향에 수직하는 방향으로서 간주할 수 있다. 요잉, 피칭, 롤링을 제어하는 것은 원판(4)을 회전시키는 동작으로서 간주할 수 있다. 구동 유닛(2)은 원판(4)을 수축하거나 팽창시킬 수 있다. 구동 유닛(2)이 원판(4)을 Z 방향으로 구동하는 기능을 갖는 경우, 이 기능을 사용하여 원판(4)의 패턴 영역(211)과 수지를 서로 접촉시키거나 패턴 영역(211)을 수지로부터 분리할 수 있다.

원판(4)을 기판(5)의 샷 영역에 대하여 정렬하는 방법의 제1 예를 도 5a와 도 5b를 참조하여 설명한다. 패턴 형상의 보정은, 예를 들어, 패턴 영역(211)의 형상의 보정과 높은 상관이 있다. 패턴 영역(211)의 형상을 보정함으로써, 패턴 형상을 보정할 수 있다.

도 5a는 원판(4)이 기판(5)의 샷 영역에 대하여 정렬되기 전의 상태를 개략적으로 도시한다. 원판(4)의 패턴 영역(211)과 기판(5)의 샷 영역 간의 형상과 위치에서의 시프트는, 원판(4) 상에 형성된 복수의 마크(9)와 기판(5) 상에 형성된 복수의 마크(10) 간의 상대 위치를 측정 디바이스(7)에 의해 측정함으로써 취득된다. x와 y는 기판(5)의 샷 영역(S)의 X와 Y 크기이며, x1과 y1은 원판(4)의 패턴 영역(211)의 X와 Y 크기이다. 기판(5)의 샷 영역(S)의 X 크기 x와 원판(4)의 패턴 영역(211)의 X 크기 x1 간의 차 δx는 x - x1이다. 기판(5)의 샷 영역(S)의 Y 크기 y와 원판(4)의 패턴 영역(211)의 Y 크기 y1 간의 차 δy는 y - y1이다. 이 경우, δx와 δy를 감소시킬 수 있으며, 즉, 도 5b에 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이, 구동 유닛(2)에 의해 유지 유닛(3)을 구동함으로써 원판(4)을 샷 영역(S)에 대하여 정렬할 수 있다.

원판(4)을 기판(5)의 샷 영역에 대하여 정렬하는 방법의 제2 예를 도 6a와 도 6b를 참조하여 설명한다. 도 6a는, 원판(4)이 기판(5)의 샷 영역(S)에 대하여 정렬되기 전의 상태를 개략적으로 도시한다. x와 y는 기판(5)의 샷 영역(S)의 X와 Y 크기이다. 또한, x는 원판(4)의 패턴 영역(211)의 X 크기이며, y1은 원판의 패턴 영역(211)의 일단에서의 Y 크기이고, y2는 원판의 패턴 영역(211)의 타단에서의 Y 크기이다. 원판(4)의 패턴 영역(211)의 일단에서 기판(5)의 샷 영역(S)과 패턴 영역(211)의 Y 크기들 간의 차 δy1은 y - y1이다. 원판(4)의 패턴 영역(211)의 타단에서 기판(5)의 샷 영역(S)과 패턴 영역(211)의 Y 크기들 간의 차 δy2는 y - y2이다. 이 경우, δy1과 δy2를 감소시킬 수 있으며, 즉, 도 6b에 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이, 구동 유닛(2)에 의해 유지 유닛(3)을 구동함으로써 원판(4)을 샷 영역(S)에 대하여 정렬할 수 있다.

원판(4)을 기판(5)의 샷 영역에 대하여 정렬하는 방법의 제3 예를 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명한다. 기판(5)의 샷 영역의 각 위치와 원판(4) 간의 거리(Z 축을 따른 거리)는 측정 디바이스(7)를 사용한 측정에 의해 취득될 수 있다.

도 7a는 원판(4)이 기판(5)의 샷 영역(S)에 대하여 정렬되기 전의 상태를 개략적으로 도시한다. 원판(4)의 패턴 영역은 기판(5)의 샷 영역에 대하여 경사각 θ만큼 경사진다. 이 경우, 도 7b에 개략적으로 도시한 바와 같이, 구동 유닛(2)은 경사각 θ를 저감하도록 유지 유닛(3)을 구동한다. 이 상태에서, 승강 기구(1)는 원판(4)을 아래로 이동시켜 원판(4)의 패턴 표면이 기판(5)의 샷 영역 상의 수지와 접촉하게 할 수 있고, 경화 유닛은 수지를 경화시킬 수 있다. 대안으로, 이 기능을 구동 유닛(2)으로 대체하는 경우, 도 7c에 개략적으로 도시한 바와 같이, 구동 유닛(2)은 원판(4)을 아래로 이동시켜 원판(4)의 패턴 표면이 기판(5)의 샷 영역 상의 수지와 접촉하게 할 수 있다.

패턴 영역(211)은 기판의 샷 영역(S)에 대하여 국부적인 경사를 가질 수도 있고, 즉, 샷 영역의 표면 형상과 패턴 영역(211)의 표면 형상이 서로 일치하지 않을 수도 있다. 이 경우, 구동 유닛(2)은, 샷 영역의 표면 형상과 패턴 영역(211)의 표면 형상이 서로 일치하도록 유지 유닛(3)을 구동할 수 있다.

전술한 임프린트 장치를 이용하여 물품을 제조하는 방법을 설명한다. 이 물품 제조 방법은, 임프린트 장치를 이용하여 기판 상에 수지 패턴을 형성하는 단계와, 패턴이 형성된 기판을 처리(예를 들어, 에칭)하는 단계를 포함한다. 물품은 반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스, 또는 마이크로머신 등의 디바이스일 수 있다.

예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들로 한정되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 이하의 청구범위는 이러한 모든 수정 및 균등한 구조와 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따른다.

Claims

원판의 패턴을 기판의 샷(shot) 영역 상의 수지에 전사하는 전사 장치로서, 상기 원판은 서로 대향하는 면들인 제1 면과 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면은 상기 패턴이 형성된 패턴 영역을 포함하고, 상기 제2 면은 유지면을 포함하는 전사 장치이며,
상기 원판의 유지면을 유지하도록 구성된 복수의 유지 유닛과,
상기 복수의 유지 유닛을 각각 구동하도록 구성된 복수의 구동 유닛과,
상기 패턴 영역이 상기 기판의 샷 영역과 정렬되도록 상기 복수의 구동 유닛에 의한 상기 복수의 유지 유닛의 구동을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는, 전사 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 구동 유닛은 상기 복수의 유지 유닛을 상기 패턴 영역을 따른 방향으로 구동할 수 있는, 전사 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 구동 유닛은 상기 복수의 유지 유닛을 상기 패턴 영역을 따른 면에 수직하는 방향으로 구동할 수 있는, 전사 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 구동 유닛은 상기 복수의 유지 유닛을 회전시킬 수 있는, 전사 장치.
제1항에 있어서, 상기 원판 상에 형성된 복수의 마크와 상기 기판 상에 형성된 복수의 마크 간의 위치 시프트를 측정하는 측정 디바이스를 더 포함하고,
상기 제어 유닛은 상기 위치 시프트를 저감하도록 상기 복수의 구동 유닛에 의한 상기 복수의 유지 유닛의 구동을 제어하는, 전사 장치.
제1항에 있어서, 상기 원판의 제2 면은 상기 패턴 영역의 반대측의 부분을 포함하고, 상기 유지면은 상기 부분을 둘러싸도록 배치된, 전사 장치.
제1항에 있어서, 상기 전사 장치는 상기 원판의 패턴 영역을 상기 기판 상의 수지와 접촉하게 하여 상기 수지를 경화시키고 이에 따라 상기 패턴을 상기 수지에 전사하도록 구성된, 전사 장치.
제7항에 있어서, 상기 복수의 구동 유닛은 상기 원판의 패턴 영역이 상기 기판 상의 수지와 접촉하도록 상기 원판을 구동할 수 있는, 전사 장치.
물품을 제조하는 방법으로서,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전사 장치를 사용하여 기판 상에 수지의 패턴을 형성하는 단계와,
상기 패턴이 형성되어 있는 기판을 처리하는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법.