專利名稱：壓印裝置、壓印方法和壓印模具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于將提供給模具的圖案壓印到襯底或襯底上的元件 上的壓印裝置和壓印方法，并且也涉及壓印模具。
背景技術：
近年來，如Stephan Y. Chou等人在Appl. Phys. Lett.，第67巻， 第21期，第3114-3116頁(1995)中所提出的， 一種用于將設在模具 上的精細圖案轉印到半導體、玻璃、樹脂、金屬或類似物上的技術已 被開發(fā)并且受到關注。該技術被稱為納米壓印或納米壓紋，原因是它 具有大約幾納米的分辨能力。通過利用該技術，可以同時處理晶片級 的三維結構。為此，希望該技術應用于諸如光子晶體這樣的光學設備 的生產(chǎn)技術和諸如ji-TAS (微全分析系統(tǒng))和生物芯片這樣的結構的 生產(chǎn)技術。
在使用這樣的納米壓印的處理技術中，當它用于例如半導體制造 技術等中時，模具上的精細圖案以下列方式被轉印到襯底或襯底上的 元件上。
首先，在襯底(例如半導體晶片)上，形成可光致固化樹脂材料層。
然后，將預期圖案形成于其上的模具壓靠在樹脂層上，之后用紫 外射線輻照以固化樹脂材料。結果，形成于模具上的圖案被轉印到樹 脂層上。
其后，通過使用樹脂層作為掩模實施蝕刻，由此在襯底上形成模 具的圖案。
在壓印技術中轉印形成于模具上的圖案期間，為了通過提高轉印 精度實施高分辨率精細處理，必須測量模具和襯底之間的距離(間隙)。美國專利No. 6，696，220 B2描述了 一種通過干涉4義測量模具和襯 底之間的間隙的方法。US 6，696，220 B2也公開了 一種間隙測量方法， 其能夠通過適當?shù)卦O計模具的形狀測量間隙，即使所述間隙(距離) 為用干涉儀進行測量的光的波長的1/4或以下的距離。該間隙測量方 法將參考圖8進行描述。
在模具701的第一表面702和村底的表面704之間的距離706為 測量波長的1/4或以下的情況下，難以通過干涉儀精確測量距離706。 在US 6,696,220 B2描述的間隙測量方法中，測量區(qū)設在與形成第一表 面702的位置不同的位置。在測量區(qū)中，另外提供笫二表面703。通 過這樣的構造，當?shù)诙砻?03和襯底表面704之間的距離為測量波 長的1/4或以上時，可以測量第二表面703和襯底表面704之間的距 離。為此，通過事先測量第一表面702和第二表面703之間的距離705， 能夠測量距離706的值，即^使該距離為測量波長的1/4或以下。
順便提一句，在日益需要高分辨率精細處理的當今，在上述納米 壓印中關于壓印精度需要進一步提高。 t ,
然而，在US 6,696,220 B2中公開的間隙測量方法不一定滿足這樣 的需要。
更具體而言，第一表面702和第二表面703之間的距離705不能 被測量，原因是這些表面不彼此相對。因此，距離705和第二表面703 和襯底表面704之間的距離需要通過除使用干涉儀的方法之外的方法 進行測量。然而，當這兩個距離通過除使用干涉儀的方法之外的方法 測量時，產(chǎn)生了這樣的問題，即容易發(fā)生測量誤差。
進一步地，US 6，696，220 B2也描述了需要在構造上與用于實施模 具和襯底之間的距離測量的光學系統(tǒng)不同的光學系統(tǒng)以便執(zhí)行模具和 襯底的平面內(nèi)位置的測量。在US 6,696,220 B2所述的方法中，基于通 過平面內(nèi)位置測量獲得的數(shù)據(jù)實施平面內(nèi)對準。順便提一句，術語"平 面內(nèi)"關于平行于模具的處理表面的平面被使用，并且平面內(nèi)位置由 X， Y和e表示。進一步地，模具和襯底之間的距離(間隙)由Z表
示c使用納米壓印的裝置是這樣一種處理裝置，即模具和壓印圖案之
間的尺寸比為1:1，不同于諸如步進器或類似物的用于減少曝光的裝 置。為此，在離模具的后表面的后向位置，空間約束條件與步進器或 類似物的情況相比要苛刻。例如，模具的處理表面處的圖案區(qū)為 26x36mm并且用于光學系統(tǒng)中的物鏡具有大約20mm的直徑，使得 這些尺寸屬于相同數(shù)量級。
因此，如US 6,696,220 B2中所述，當獨立地提供用于實施距離測 量的光學系統(tǒng)和用于實施平面內(nèi)位置測量的光學系統(tǒng)時，難以將這些 光學系統(tǒng)一起布置在相同區(qū)域中。為此，存在的問題是由于溫度變化、 振動等而難以防止由模具和襯底之間的位置偏差導致的距離測量誤 差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是解決上述問題。
本發(fā)明的具體目標是提供能夠更精確地測量模具表面和襯底表面 之間的距離(間隙)的壓印裝置、壓印方法和壓印模具。
根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，提供了 一種將提供給模具的圖案壓印到 襯底或襯底上的元件上的壓印裝置，所述壓印裝置包括
光源，其用光輻照與所述襯底相對布置的所述模具的表面和所述 襯底的表面；
光學系統(tǒng)，其用于將來自所述光源的光導引到所述模具的表面和 所述襯底的表面并且將來自這些表面的反射光導引到分光鏡；
分光鏡，其用于將所述光學系統(tǒng)導引的反射光散射成光譜；和 分析器，其用于分析所述模具的表面和所述村底的表面之間的距
離；
其中所述分析器通過測量所述模具的表面和在遠離所述模具的表 面的位置形成的表面之間的距離計算所述模具的表面和所述襯底的表 面之間的if巨離。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種將提供給模具的圖案壓印到襯底或襯底上的元件上的壓印方法，所述壓印方法包括
第一測量步驟，其通過光學測量方法測量所述模具的表面和在遠
離所述模具的表面的位置形成的表面之間的距離；
第二測量步驟，其通過光學測量方法測量在遠離所述模具的表面
的位置形成的所述表面和所述襯底的表面之間的距離；和
計算步驟，其通過從在第二測量步驟中測量的距離減去在第一測
量步驟中測量的距離計算所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明的進一步方面，提供了一種用在包括光學測量設備的
壓印裝置中的模具，其包括
構成所述模具的表面的第一元件；和 折射率不同于第一元件的第二元件；
其中第一元件具有用于光學測量的光的波長的1/4或以上的光學 厚度。
根據(jù)本發(fā)明的更進一步方面，提供了一種將提供給模具的圖案壓 印到襯底或襯底上的元件上的壓印裝置，所述壓印裝置包括
光源，其用光輻照與所述襯底相對布置的所述模具的表面和所述 襯底的表面；
第 一光學系統(tǒng)，其用于將來自所述光源的光導引到所述模具的表 面和所述襯底的表面并且將來自這些表面的反射光導引到分光鏡以測
量所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離；和
第二光學系統(tǒng)，其用于將來自所述光源的光導引到所述模具的表
面和所述襯底的表面并且將來自這些表面的反射光導引到圖像拾取設
備以測量所述模具的表面和所述襯底的表面的平面內(nèi)位置；
其中第一光學系統(tǒng)和第二光學系統(tǒng)共用它們的光軸的一部分。 通過考慮結合附圖的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以下描述將更顯而易
見本發(fā)明的這些和其他目標、特征和優(yōu)點。


圖l是顯示用在本發(fā)明的實施例1中的壓印裝置的構造例子的示 意圖。
圖2 (a) -2(c)是當寬帶光源用在本發(fā)明的實施例1中時用于 示出測量原理的示意圖，其中圖2 (a)顯示了在測量波數(shù)范圍中有三 個波峰和三個波谷的狀態(tài)，圖2 (b)顯示了在測量波數(shù)范圍中有兩個 波峰和兩個波谷的狀態(tài)，圖2 (c)顯示了在測量波數(shù)范圍中只有一個 波峰和一個波谷的狀態(tài)。
圖3 (a)和3 (b)是用于示出在本發(fā)明的實施例1中使用模具的 后表面的測量方法的示意圖，其中圖3 (a)顯示了模具的第一表面和 樹脂材料的表面被定位成彼此分離的狀態(tài)，圖3 (b)顯示了模具的第 一表面和樹脂材料表面彼此接觸的狀態(tài)。
圖4 (a) -4 (c)是顯示用在本發(fā)明的實施例1中的壓印裝置中 的模具的構造的示意圖，其中圖4 (a)顯示了測量區(qū)(406)范圍從 模具的第一表面到模具的第一后表面的情況，圖4 (b)顯示了測量區(qū) 范圍從模具的第一表面到模具的第二后表面的情況，圖4 (c)顯示了 圖4 (b)的構造的另一例子。
圖5 (a)和5 (b)是顯示用在本發(fā)明的實施例2中的壓印裝置中 的模具的構造的示意圖，其中圖5(a)顯示了模具由第一元件和第二 元件構造的情況，圖5(b)顯示了圖5(a)中所示的模具的另一實施 例。
圖6(a)和6(b)是用于示出在本發(fā)明的實施例2中使用包括笫 一透明元件和第二透明元件的模具的間隙測量方法的示意圖，其中圖 6 (a)顯示了模具的第一表面和樹脂材料的表面彼此分離的狀態(tài)，圖 6 (b)顯示了模具的第一表面和樹脂材料表面彼此接觸的狀態(tài)。
圖7(a)和7(b)是用于示出在本發(fā)明的實施例3中在與樹脂材 料接觸之前和之后使用不同光源的間隙測量方法，其中圖7 (a)顯示 了模具的第一表面和樹脂材料的表面彼此分離的狀態(tài)，圖7 (b)顯示 了模具的第 一表面和樹脂材料表面彼此接觸的狀態(tài)。
圖8是顯示美國專利No. 6，696，220中所述的常規(guī)實施例的示意圖。
圖9 (a) -9 (d)是用于示出本發(fā)明的實施例4中的光學系統(tǒng)的 構造的示意圖，其中圖9 (a)顯示了用于測量平面內(nèi)位置的光學系統(tǒng) 和用于測量距離的光學系統(tǒng)的一部分彼此同軸的構造，圖9 (b)顯示 了用于測量距離的光學系統(tǒng)包括隔膜的構造，圖9 (c)顯示了用于測 量平面內(nèi)位置的光學系統(tǒng)包括第二成像光學系統(tǒng)的構造，圖9 (d)顯 示了用于測量距離的光學系統(tǒng)具有能夠沿垂直于光軸的方向被驅(qū)動的 才幾構的構造。
圖10 (a)和10 (b)是顯示本發(fā)明的實施例4中的會聚部分的示 意圖，其中圖10 (a)顯示了光纖和保持部分，圖10 (b)顯示了帶有 多個開口的元件。
圖11 (a) -11 (e)是顯示通過本發(fā)明的實施例4中的光學系統(tǒng)觀 察到的對準標記的狀態(tài)的示意圖，其中圖11 (a)顯示了包括在視野 中心處的距離測量區(qū)和在另一部分處的平面內(nèi)位置測量區(qū)的標記區(qū)的 構造，圖11 (b)是沿著圖11 (a)中所示的AA，線獲得的截面圖，圖 11 (c)是沿著圖11 (a)中所示的AA，線獲得的截面圖并且顯示了不 同于圖11 (b)中所示的實施例，圖11 (d)顯示了包括實施距離測量 和一部分平面內(nèi)位置測量的區(qū)域的標記區(qū)的構造，圖ll(e)顯示了 用于實施三維位置測量的標記的構造。
圖12 (a)和12 (b)是顯示在本發(fā)明的實施例4中用于實施對準 的操作序列的流程圖，其中圖12 (a)顯示了用多個標記實施三軸位 置控制的序列，圖12 (b)顯示了用單一標記實施三軸位置控制的序 列。
具體實施方式
(實施例1)
在實施例1中，將描述根據(jù)本發(fā)明的壓印裝置的構造例子。
圖l顯示了實施例1中的壓印裝置的構造例子。
參考圖1，壓印裝置包括曝光光源101、模具保持部分102、加工件保持部分103、加工件加壓才幾構104、平面內(nèi)移動機構105、光學系 統(tǒng)106、測量光源107、光束分離器108、分光鏡109、圖像拾取設備 110、分析器lll、壓印控制機構112、模具113、可光致固化樹脂材料 114和#于底115。
模具保持部分102通過真空卡夾法或類似方法實施模具13的卡 夾。加工件或工件通過平面內(nèi)移動機構105可移動到預期位置。加工 件加壓機構104能夠調(diào)節(jié)加工件的高度和對加工件施加壓力。
順使z說一句，加工件加壓4幾構104沿高度方向的位置可以由編碼 器監(jiān)視。編碼器可以理想地具有100nm或以下的精度。相對于加工件 的位置移動、壓力施加和曝光的控制由壓印控制機構112實施。
進一步地，壓印裝置也可以包括用于實施平面內(nèi)對準的檢測系統(tǒng) (未顯示)。
襯底115布置在與模具113相對的位置并且在襯底115上施加可 光致固化樹脂材料114。順便說一句，作為模具的圖案將轉印到其上 的元件的材料，它并不限于可光致固化樹脂材料，而是也可以是熱固 性樹脂材料、有機SOG (玻璃面板系統(tǒng))材料、無機SOG材料等。
接著，將描述該實施例中的間隙測量機構。
該實施例中的間隙測量機構包括光學系統(tǒng)106、測量光源107、光 束分離器108、分光鏡109、圖像拾取設備110和分析器111。
測量光源107由發(fā)出例如400nm-800iun的寬帶光的光源構成。 從測量光源107發(fā)出的光穿過光學系統(tǒng)106到達模具113、可光 致固化樹脂材料114和襯底115。所述光在模具113、可光致固化樹脂 材料114和村底115之中干涉。干涉光然后返回光學系統(tǒng)106到達分 光鏡109。分光鏡109散射的光通過諸如線傳感器的圖像拾取設備110 進行觀察。
分析器111包括用于事先存儲折射率和測量數(shù)據(jù)的存儲設備并且 執(zhí)行來自圖像拾取設備的信號的處理。
在這里，通過將附加的光束分離器提供給光學系統(tǒng)，也可以將光 學系統(tǒng)分成用于實施間隙測量的光學系統(tǒng)和用于實施平面內(nèi)對準(位置調(diào)節(jié))的光學系統(tǒng)。結果，可以通過較少的光學系統(tǒng)獨立地實施平 面內(nèi)對準和間隙測量。
接著，將描述薄膜厚度和間隙距離的測量原理。首先，將描述使 用窄帶光源的方法。
作為這樣的光源，有激光、LED等。進一步地，也可以使用帶有 濾波器的寬帶光源。
在這里，薄膜具有厚度d和折射率n，考慮在薄膜的兩個端表面 反射光的情況。
在光的強度減小的情況下，波數(shù)km。和波長Xm。由使用任一整數(shù)m 的下列關系表示。
,1 2m +1
進一步地，在光的強度增加的情況下，波數(shù)k,和波長、e由使用
整數(shù)m的下列關系表示。
，1 w
如上所述，光強度根據(jù)波數(shù)和波長周期性地改變，使得它對于與 波長的一半對應的每個距離都周期性地變化。例如，當測量波長為
600nm并且折射率n為1.5時，光強度的變化周期為200nm。
為了測量小于該周期的距離，例如，編碼器具有大約100nm的精 度。進一步地，當模具表面和襯底表面的初始位置的誤差總和在100nm 以內(nèi)時，可以測量模具和襯底之間的絕對距離。
接著，在該實施例中的測量光源107的情況下，將描述通過使用 寬帶光源確定薄膜的厚度和間隙的絕對距離的方法。作為寬帶光源， 可以使用閨素光源、氙光源等。
圖2 (a) -2 (c)是當各自折射率和各自薄膜厚度彼此不同時顯 示波數(shù)和光強度之間的關系的示意圖。
圖2 (a)顯示了在測量波數(shù)(范圍)中有三個波峰和三個波谷的 狀態(tài)。圖2 (b)顯示了在測量波數(shù)中有兩個波峰和兩個波谷的狀態(tài)。 圖2 (c)顯示了在測量波數(shù)中有單一波峰和單一波谷的狀態(tài)。圖2 (a) -2(c)中的薄膜分別具有折射率na、 Hb和nc,并且分 別具有厚度da、 db和d"在圖2(a)和2(b)中，參考數(shù)字201和 202表示相鄰波峰之間的距離并且分別為1/2nada和1/2nbdb。在圖2(c) 中，參考數(shù)字203表示相鄰波峰和波谷之間的距離并且為l/4ncdc。基 于這些值，可以通過頻率分析例如傅立葉變換和相對于波峰和波峰或 波峰和波谷的峰值檢測計算光學長度(距離)nd。
可測量波數(shù)的最小值被視為kfl/k并且可測量波數(shù)的最大值被 視為kM=l/>uM。進一步地，為了簡化說明假設折射率并不取決于波長。 也不考慮使得穿過上端的光在下端反射然后再次在上端和下端反射以 離開薄膜的多次反射的影響。
例如，作為具體數(shù)值例子，可以考慮da = 800nm， db = 500mn, dc-300nm, n = 1.4, kL= 1/400，和kM = 1/800的情況。
在該實施例的方法中，當薄膜的厚度變小時波峰和波谷的數(shù)目減
小，使得當m-0時獲得可測量最小厚度d^并且由下列公式表示。
當上述數(shù)值例子中的值應用于公式中時，可測量最小厚度為
71nm。
接著，當考慮薄膜由兩層組成時，光在相應端表面被反射。例如， 當兩層分別具有厚度da和db時，乘以常數(shù)的圖2(a)的光語和乘以 常數(shù)的圖2 (b)的光鐠的總和通過使用具有足夠?qū)挼念l帶的光獲得。
通過使用光譜的總和實施頻率分析，在三個位置nada、 nbdb和
Hada+Hbdb處產(chǎn)生峰值。
進一步地，在薄膜由三層形成的情況下，通過使用圖2(a)、 2(b) 和2( c)的光譜的總和實施頻率分析，峰值出現(xiàn)在六個位置nada、 nbdb、 ncdc、 nada+nbdb、 i!bdb+iicdc和nada+nbdb+iicdc。
順便說一句，在該實施例中，光學干涉測量法用作測量方法，但 是也可以使用利用橢圓光度法的方法。在使用橢圓光度法的方法中， 觀察入射光和反射光的極化狀態(tài)以獲得薄膜厚度、模具和襯底之間的距離等。
接著，將描述該實施例中的間隙測量方法。
該方法的應用條件是從模具的后表面到襯底的前表面的光學長度 短于光的相千長度。當光學長度長于相干長度時，在模具的后表面和 村底的前表面處反射的光不會彼此干涉，因而是不可測量的。
順便說一句，相千長度L可以由下列公式表示
丄=c =
—義2
其中c表示光速，of表示頻率，Sf表示頻譜寬度。順便說一句，
該公式由c-a修改。進一步地，xi表示光語中的最大波長，u表示 光譜中的最小波長。
例如，當XI和U近似等于400nm并且Xl-k2 = 0.01nm時，相千 長度為16nm。在該情況下，當模具具有6mm的厚度時，模具厚度小 于相干長度，因此允許間隙(模具和村底之間的距離)的測量。
接著，將描述模具和襯底的位置和干涉光(相干光)之間的關系。
圖3 U)是顯示模具和樹脂材料不彼此接觸的狀態(tài)的示意圖。在 該狀態(tài)中，寬帶光進入模具并且在模具的后表面301、模具的第一表 面302、樹脂材料表面303和襯底表面304處反射。各自的反射光如 參考數(shù)字305所示彼此干涉并且返回測量系統(tǒng)。
在這里，模具的后表面和模具的第一表面(圖案形成于那里)之 間的距離被視為d"模具的第一襯底和樹脂材料表面之間的距離被視 為d2，樹脂材料表面和村底表面之間的距離被視為d3。
在該情況下，當干涉光被散射并且受到頻率分析時，峰值出現(xiàn)在 六個位置n!di、 n2d2、 n3d3、 1^dj+ii2d2、 n2d2+n3d3和n^+ihch+ii^,
其中Ih表示模具的折射率，112表示空氣的折射率，H3表示可光致固化 樹脂材料的折射率。
假設在壓印期間這些折射率不變化，可以通過計算獲得距離d,、 d2和d3。順便說一句，這些折射率可以事先存儲在壓印裝置的存儲器 中并且可以被適當參照。圖3 (b)是顯示模具和樹脂材料彼此接觸的狀態(tài)的示意圖。 在該情況下，模具和樹脂材料的折射率彼此接近，使得在形成圖
案的表面處的反射很少發(fā)生。為此，峰值出現(xiàn)在位置1h(h+ll3d3。
接著，將描述在使模具靠近襯底的同時測量間隙(模具和襯底之 間)的序列。
首先，在模具后表面和襯底表面之間的距離為相干長度或以上的 位置，測量和存儲模具的厚度。然后，通過波長壓縮機構使模具靠近 襯底。通過波長壓縮機構的編碼器實施模具和襯底之間的距離的監(jiān)視。 當使模具進一步靠近襯底時，將模具放置成與襯底接觸。在該接觸狀
態(tài)中，峰值出現(xiàn)在位置ihdrHi3d3。
通過從值n^rHi3d3減去事先測量的nid"可以計算d3。結果， 可以確定襯底表面和形成圖案的表面之間的距離。
通過使用該實施例中所述的方法，事先受到ih山的測量的光軸與 在模具接近襯底期間受到距離的測量的光軸相同。為此，可以高精度 地確定圖案形成襯底和襯底表面之間的距離。
當可以高精度地控制圖案形成襯底和襯底表面之間的距離時，還 可以高精度地控制由襯底上的樹脂材料形成的殘余薄膜層的厚度。結 果，還可以在后續(xù)蝕刻過程中提高圖案轉印到襯底上的精度。
進一步地，在構成模具表面的材料的折射率的值接近樹脂材料的 折射率的情況下，當模具和樹脂材料彼此接觸時，從它們之間的邊界 表面難以獲得反射光鐠。為此，在模具后表面或類似物未受到測量的 常規(guī)方法中，難以測量圖案形成表面和襯底表面之間的距離。然而在 該實施例中，模具的后表面也受到測量，使得即使在模具和襯底彼此 接觸的情況下也可以測量模具表面和襯底表面之間的距離。
光源的強度鐠不是平的，還優(yōu)選的是事先測量強度譜并且通過執(zhí) 行測量光的光譜和強度譜之間的分割實施歸一化。結果，可以以更高 精度實施頻率分析。
進一步地，還優(yōu)選的是間隙測量機構設在三個或三個以上部分處。 結果，可以檢測模具和襯底之間的傾度，使得還可以調(diào)節(jié)模具和襯底之間的平行度。
作為調(diào)節(jié)模具和襯底之間的平行度的另一方法，用于沿平面內(nèi)方 向驅(qū)動光學系統(tǒng)的驅(qū)動機構也是優(yōu)選的。結果，可以在沿平面內(nèi)方向
移動測量光的同時測量間隙。例如通過在原點、沿x方向移動的點和
沿Y方向移動的點處測量間隙，可以檢測模具和襯底之間的傾度。結 果，可以調(diào)節(jié)平行度。
在圖4 (a) -4 (c)中顯示了該實施例中模具的構造。在這些圖 中，第一元件401構成模具的主體并且由透明材料例如石英玻璃(n: 近似等于1.5)或藍寶石(n:近似等于1.8)形成。
圖4 (a)顯示了使用模具前表面402和模具后表面403作為測量 表面的模具構造。矩形區(qū)406是受到測量的測量區(qū)。
圖4 (b)顯示了使用位于模具前表面402和模具后表面403之間 的表面405代替模具后表面403作為測量表面的模具構造。與圖4(a) 類似，矩形區(qū)406是受到測量的測量區(qū)。該構造在圖案形成表面402 和模具后表面403之間的距離長于相干長度的情況下是有效的。然而 在該情況下，圖案形成表面402和表面405之間的距離需要短于相千 長度。
圖4 (c)顯示了圖4(b)的另一實施例，矩形測量區(qū)406位于凹 陷部分處。
順便說一句，模具前表面、模具后表面403和表面405可以理想 地是平表面。 (實施例2)
在實施例2中，將描述使用兩個元件之間的邊界表面作為測量表 面的模具和使用該模具的測量方法。該實施例是有用的，原因在于即 使在相干長度短于模具厚度的情況下它也適用。
圖5 (a)顯示了使用兩個元件之間的邊界表面作為測量表面的模 具構造。該模具由第一元件401和第二模具407構成。這些第一元件 401和第二元件407之間的邊界表面由參考數(shù)字408指示。進一步地， 第一元件401、第二元件407和可光致固化樹脂材料由折射率不同的材料構成。
作為用于第二元件407的材料，可以使用氧化鈦(n:近似等于 2.4)、 ITO (n:近似等于2)、氮化硅(n:近似等于2)等。進一步 地，以光學長度表示，第二元件407的厚度可以理想地為測量波長的 1/4或以上。
圖5 (b)顯示了圖5(a)的另一實施例。在該實施例中，不僅突 出部而且鄰近該突出部的部分由第二元件407形成。
順便說一句，第一元件401和第二元件407之間的邊界表面可以 理想地是平表面。
接著，將描述使用該實施例的模具測量間隙(模具和襯底之間) 的方法。與實施例l相同的部分將省略說明。
圖6 (a)顯示了模具和樹脂材料不彼此接觸的狀態(tài)。圖6 (a)中 所示的表面包括模具表面501、第一元件和第二元件之間的邊界表面 502、樹脂材料表面503和襯底表面504。進入模具的寬帶光在邊界表 面502、樹脂材料表面503和襯底表面504處被反射并且各自的反射 光彼此干涉并返回測量系統(tǒng)。
在這里，模具表面501和邊界表面502之間的距離被視為d"模 具表面501和樹脂材料表面503之間的距離被視為d2，樹脂材料表面 503和襯底表面之間的距離被視為d3。
當干涉光被散射并且受到頻率分析時，峰值出現(xiàn)在六個位置ih山、 n2d2、 n3d3、 ih^+i^d^ n2d2+n3d3和1^(^+112(12+113(13。通過從這些峰值
中參考折射率數(shù)據(jù)，可以計算(h、 d2和db。在該情況下，圖案形成表
面和襯底表面之間的多巨離為d2+d3。
圖6 (b)顯示了模具和樹脂材料彼此接觸的狀態(tài)。在模具和樹脂 材料折射率不同的情況下，導致反射也發(fā)生在模具表面和襯底表面之
間的邊界表面。因此，峰值出現(xiàn)在位置！^山+Il3d3。通過從該值減去預
先測量的可以計算(13。結果，可以確定圖案形成表面和襯底表 面之間的距離。 (實施例3)在實施例1中，描述了在寬帶光的相干長度長于模具厚度的情況 下通過利用模具后表面作為測量表面測量模具厚度以計算模具表面和 襯底表面之間的距離。
進一步地，在實施例2中，描述了即使在寬帶光的相干長度短于 模具厚度的情況下也可以通過使用兩個元件之間的邊界表面作為測量 表面計算模具表面和襯底表面之間的距離。
然而在這些實施例中，在寬帶光的相干長度短于模具厚度并且第 二元件不能提供給模具的情況下，存在這樣的問題，即，模具表面和 襯底表面之間的距離不能被測量。
在實施例3中，將描述解決這種問題的測量方法。
圖7 (a)是顯示模具與樹脂材料的非接觸狀態(tài)的示意圖。進入模 具的寬帶光在模具后表面601、模具前表面602、樹脂材料表面603 和襯底表面604處被反射。各自的反射光如參考數(shù)字605所示彼此干 涉并且返回測量系統(tǒng)。
當干涉光被散射并且受到頻率分析時，峰值出現(xiàn)在三個位置n2d2、 113(13和n2d2+n3d3。在實施例1中，出現(xiàn)六個峰值，然而在實施例3中， 只出現(xiàn)三個峰值。這是因為在實施例3中模具厚度大于寬帶光的相干 長度。
通過從這三個峰值中參考折射率數(shù)據(jù)，可以分別計算距離(12和 d3。在該實施例中，模具表面和襯底表面之間的距離為d2+d3。執(zhí)行測 量方法直到模具接觸襯底。當模具和襯底彼此接觸時模具表面和襯底 表面之間的距離^皮碎見為dc。
圖7 (b)是顯示模具與樹脂材料的接觸狀態(tài)的示意圖。在該狀態(tài) 中，進入模具的光從寬帶光變?yōu)榧す?。與寬帶光相比，激光具有更長 的相干長度。為此，在模具后表面和襯底表面之間的距離短于激光的 相干長度的情況下，激光在模具后表面601和襯底表面604處被反射 并且各自的反射光如參考數(shù)字606所示彼此干涉。
當模具接近襯底表面時，干涉光的強度正弦地變化。更具體而言， 當激光的波長被視為X時，激光的周期為k/2n。因此，可以通過計算頻率的強度和強度的峰值數(shù)目測量移動距離L。通過實施如上所述的 測量，可以通過公式dc-L計算模具表面和襯底表面之間的距離。
順便說一句，在以上描述中，從寬帶光變化為激光在模具表面與 樹脂材料接觸期間實施，但是也可以在與樹脂材料接觸之前實施。
該實施例中的壓印方法的特征在于通過用第一頻帶的光實施輻照 來測量模具表面和襯底表面之間的距離的第 一測量步驟，通過將輻照 光從第一頻帶的光變?yōu)檎诘谝活l帶的第二頻帶的光并且用第二頻帶 的光實施輻照來測量模具的移動距離的第二測量步驟，和通過從第一 測量步驟中測量的距離減去第二測量步驟中測量的距離來計算模具表 面和襯底表面之間的距離的步驟。
進一步地，該實施例中的壓印裝置包括用于測量模具表面和襯 底表面之間的距離并且具有第一頻帶的第一光源，具有窄于第一頻帶 的第二頻帶的第二光源，用于將來自第一光源和第二光源的光導引到 模具表面和襯底表面并且將反射光導引到分光鏡的光學系統(tǒng)，用于散 射被光學系統(tǒng)導引的光的分光鏡，和用于分析模具表面和襯底表面之 間的距離的分析器。所述分析器的特征在于從通過使用第 一光源實施 輻照獲得的模具表面和襯底表面之間的距離和通過使用第二光源實施 輻照獲得的模具的移動距離來計算模具表面和襯底表面之間的距離。
(實施例4)
在實施例4中，將描述用于實施模具表面和襯底表面之間的距離 測量(Z)和平面內(nèi)位置測量(XYG)的光學系統(tǒng)的一部分同軸布置 的構造實施例。
圖9 (a)顯示了該實施例中的光學系統(tǒng)。從光源802發(fā)出的光穿 過第一光束分離器809和第一成像光學器件805到達模具806和襯底 807。由模具和襯底反射的光返回第一成像光學器件805。另一方面， 穿過第一光束分離器809到達第二光束分離器808的光分別沿朝向用 于距離測量的光會聚部分803和用于平面內(nèi)位置測量的圖像拾取設備 801的方向分叉。到達光會聚部分803的光通過波導(例如光纖或類 似物)到達分光鏡810。圖像拾取設備801和光會聚部分803位于第一成像光學器件805 的焦點的鄰域中的信息形成圖像的位置。順便說一句，從襯底807到 第二光束分離器808的光軸804由距離測量系統(tǒng)和平面內(nèi)位置測量系 統(tǒng)共用。特別地，納米壓印是模具和處理圖案具有1:1的尺寸比的方 法。為此，存在限制因素使得難以充分保證模具的后表面之后的空間。 換句話說，當用于實施距離測量的光學系統(tǒng)和用于實施平面內(nèi)位置測 量的光學系統(tǒng)分別準備時，不僅難以將這些光學系統(tǒng)一起放置在模具 的后表面之后，而且難以同時實施iE巨離測量和平面內(nèi)位置測量。在這 樣的狀態(tài)中，難以防止由于溫度變化、振動等導致的模具和襯底之間 的位置偏差而造成的距離測量的誤差。另一方面，在該實施例中，光 學系統(tǒng)被共用，使得可以消除上述限制因素。
圖9 (b)顯示了用于改變距離測量系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA)和平 面內(nèi)位置測量系統(tǒng)的NA的構造。該構造包括布置在第二光束分離器 808和光會聚部分803之間的隔膜811。在平面內(nèi)位置測量中，更大的 NA提供更高的分辨率和更高的位置測量精度。另一方面，在距離測 量中，更小的NA對于消除象差的影響可能是有利的。在該情況下， 該實施例的構造是有效的。
圖9 (c)顯示了用于改變距離測量系統(tǒng)的光學放大率和平面內(nèi)位 置測量系統(tǒng)的光學放大率的構造。第二成像光學器件812布置在第二 光束分離器808和圖像拾取設備801之間。在平面內(nèi)位置測量中，更 高的放大率可以允許更高精度的位置測量。另一方面，優(yōu)選的是距離 測量系統(tǒng)具有小的NA和較少的光學系統(tǒng)以便消除象差的影響。在該 情況下，該實施例的構造是有效的。
圖9 (d)顯示了用于實施模具表面和襯底表面之間的傾度的測量 的構造。在該實施例的構造中，用于沿垂直于光軸的平面方向移動光 會聚部分803的驅(qū)動機構813布置在成像位置。通過在沿平面方向移 動光會聚部分803的同時實施距離測量，可以檢測模具表面和襯底表 面之間的傾度。
在這里，將參考圖10(a)和10(b)描述光會聚部分803的結構。在圖10 (a)中，光會聚部分803由光纖901和保持元件802構成。 也可以圍繞保持元件卯2設置用于抑制不必要的反射的防反射薄膜。 進一步地，保持元件902的形狀也可以是錐形以便不使光返回測量部 分。
圖10(b)顯示了帶有多個開口 903的元件904。在圖像表面帶有 多個開口的元件布置在圖9(a)中所示的光會聚部分803和第二光束 分離器808之間。通過在開口提供多個光纖并切換開口 ，可以在多個 平面內(nèi)位置處測量距離。結果，可以計算模具表面和襯底表面之間的 傾度。
接著，參考圖11 (a) -11 (c),將描述用于同時執(zhí)行模具表面 和襯底表面之間的距離測量和平面內(nèi)位置測量的空間位置測量標記 區(qū)。在這些圖中，z軸的正向被視為沿如圖11 (a)中所示在圖面上從 后側到前側的方向。進一步地，由虛線指示的圓形區(qū)1004是通過光學 系統(tǒng)觀察到的視野。
圖11 (a)是顯示模具和襯底位于基本預期相對位置的狀態(tài)的示 意圖?？臻g位置測量標記區(qū)由第一距離測量區(qū)1003和平面內(nèi)位置測量 區(qū)1005構成。第一3巨離測量區(qū)1003對應于光學系統(tǒng)的視野的中心位 置。在平面內(nèi)位置測量區(qū)1005中，布置了多個模具標記構成元件1001 和多個襯底標記構成元件1002。多個模具標記構成元件1001沿x方 向布置并且多個襯底標記構成元件布置在相鄰模具標記構成元件之 間。順使z沈一句，當才莫具標記構成元件1001和相鄰村底標記構成元件 之間的間隔等于相鄰間隔時，確定模具和襯底的平面內(nèi)位置對準。在 空間位置測量標記區(qū)中，可以沿著沿模具表面的平面內(nèi)方向(x軸) 和垂直于平面內(nèi)方向的方向(z軸)的兩個軸實施位置對準。
圖11 (b)是沿著圖11 (a)中所示的AA，線獲得的截面圖。模具 標記由具有突出結構的構成元件1006構成并且襯底標記由具有凹陷 結構的構成元件1007構成。在距離測量區(qū)中，模具表面處于與標記的 突出結構的頂表面相同的高度水平并且村底表面處于與標記的突出結 構的頂表面相同的高度水平，使得不特別地提供邊界區(qū)。圖11 (c)是沿著圖11 (a)中所示的AA，線獲得的另一截面圖， 其中模具的突出結構和襯底的凹陷結構相對于圖11 (b)的情況成相 反關系。順便說一句，這些結構都可以是突出結構或凹陷結構。
進一步地，在距離測量區(qū)中，模具標記和襯底標記之一或兩者也 可以具有凹陷結構。
圖ll(d)顯示了第二距離測量區(qū)1010和平面內(nèi)位置測量區(qū)1005 的一部分彼此重疊的構造。
圖11 (e)顯示了能夠?qū)嵤┤S平面內(nèi)位置測量的標記的構造。 根據(jù)該構造，距離測量可以在三條軸上視野的中心處實施。進一步地， 通過在周邊部分1011實施距離測量，可以測量模具表面和襯底表面之 間的傾度。
接著，將描述用于同時實施模具表面和襯底表面之間的距離測量 和平面內(nèi)位置測量的序列。
圖12 (a)是顯示使用圖11 (a)和11 (d)中所示的標記構造進 行平面內(nèi)位置控制和距離控制的序列的流程圖。在實施三維位置對準 的情況下，標記和光學系統(tǒng)這種組合設在兩個或兩個以上位置。
首先，在步驟S1-1，使模具靠近村底。在該情況下，模具處理表 面和襯底表面之間的距離通過使用馬達的編碼器或類似物進行粗調(diào)節(jié) 而設置為例如大約幾十微米。在步驟Sl-2中，選擇標記。在步驟Sl-3 中，實施距離測量，在步驟Sl-4中，確定是否滿足條件(l)。條件(l) 例如是相對于預期距離的距離誤差在幾納米內(nèi)。當不滿足條件(l)時， 在步驟Sl-5中實施距離控制。當滿足條件(l)時，在步驟Sl-6中實 施平面內(nèi)位置測量。在步驟Sl-7中，確定是否滿足條件(2)。條件(2) 例如是位置誤差在幾納米內(nèi)。當不滿足條件(2)時，在步驟Sl-8中 實施平面內(nèi)位置控制。當滿足條件(2)時，在步驟Sl-9中確定條件 (3)。條件(3)例如包括(a)所有標記未測量到，(b)作為所有標記 的測量的結果，必須進一步使模具靠近襯底，和(c)作為所有標記的 測量的結果，模具處理表面和襯底之間的距離達到終值。在(a)的情 況下，序列進入步驟Sl-2，在該步驟中實施另一標記的測量。在(b)的情況下，序列進入步驟S1-10,在該步驟中模具處理表面和襯底表 面之間的^巨離通過微小運動減小，使得距離的減小從幾十nm到幾百 nm。在(c)的情況下，序列結束。圖12 (b)是顯示通過單一標記和單一光學系統(tǒng)實施三維位置對 準的序列的流程圖。首先，在步驟S2-1中，類似于圖12 (a)的情況，通過移動(l) 使模具靠近襯底。接著，在步驟S2-2中，測量它們之間的距離。該距 離測量在多個位置實施。在步驟S2-3中，計算模具處理表面和襯底表 面之間的傾度。在步驟S2-4中，確定距離和傾度誤差在幾納米內(nèi)的條 件(l)。當不滿足條件(l)時，在步驟S2-5中實施距離控制。當滿 足條件(l)時，在步驟S2-6中實施平面內(nèi)位置測量。在步驟S2-7中， 確定平面內(nèi)位置誤差在幾納米內(nèi)的條件(2)。當不滿足條件(2)時， 在步驟S2-8中實施平面內(nèi)位置控制。當滿足條件(2)時，在步驟S2-9 中確定條件(3)。條件(3)是模具處理表面和襯底表面之間的距離是 否是最終距離。當滿足條件(3)時，序列結束。當不滿足條件(3) 時，序列進入步驟S2-11，在該步驟中減小模具處理表面和襯底表面 之間的距離。順便說一句，即使在使用二維標記的情況下，也可以借 助于多個光學系統(tǒng)通過觀察多個標記進一步提高精度。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠更精確地測量模具表面和襯底表面之 間的距離的壓印裝置、壓印方法和壓印模具。
權利要求
1.一種將提供給模具的圖案壓印到襯底或襯底上的元件上的壓印裝置，所述壓印裝置包括光源，其用光輻照與所述襯底相對布置的所述模具的表面和所述襯底的表面；光學系統(tǒng)，其用于將來自所述光源的光導引到所述模具的表面和所述襯底的表面并且將來自這些表面的反射光導引到分光鏡；分光鏡，其用于將所述光學系統(tǒng)導引的反射光散射成光譜；和分析器，其用于分析所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離；其中所述分析器通過測量所述模具的表面和在遠離所述模具的表面的位置形成的表面之間的距離計算所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離。
2. 根據(jù)權利要求i所述的裝置，其中在遠離所述模具的表面的位 置形成的所述表面是所述模具的后表面。
3. 根據(jù)權利要求l所述的裝置，其中在遠離所述模具的表面的位 置形成的所述表面設在所述模具的表面和所述模具的后表面之間。
4. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中在遠離所述模具的表面的位置形成的所述表面是構成所述模具的表面的第 一元件和包括折射率與 第 一元件的材料不同的材料的第二元件之間的界面。
5. —種將提供給模具的圖案壓印到襯底或襯底上的元件上的壓印 方法，所述壓印方法包括第一測量步驟，其通過光學測量方法測量所述模具的表面和在遠 離所述模具的表面的位置形成的表面之間的距離；第二測量步驟，其通過光學測量方法測量在遠離所述模具的表面 的位置形成的所述表面和所述襯底的表面之間的距離；和計算步驟，其通過從在所述第二測量步驟中測量的距離減去在所 述第一測量步驟中測量的距離計算所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中在遠離所述模具的表面的位 置形成的所述表面是所述模具的后表面。
7. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中在遠離所述模具的表面的位 置形成的所述表面設在所述模具的表面和所述模具的后表面之間。
8. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中在遠離所述模具的表面的位 置形成的所述表面是構成所述模具的表面的第一元件和包括折射率與 第一元件的材料不同的材料的第二元件之間的界面。
9. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中在所述第一和第二步驟中的 光學測量方法使用光學干涉儀。
10. —種用在包括光學測量設備的壓印裝置中的模具，其包括構成所述模具的表面的第一元件；和 折射率不同于所述第一元件的第二元件;其中所述第一元件具有用于光學測量的光的波長的1/4或以上的 光學厚度。
11. 一種通過使用壓印方法生產(chǎn)結構的工藝，其包括 根據(jù)權利要求5所述的壓印方法。
12. —種將提供給模具的圖案壓印到襯底或襯底上的元件上的壓 印裝置，所述壓印裝置包括光源，其用光輻照與所述襯底相對布置的所述模具的表面和所述 襯底的表面；第一光學系統(tǒng)，其用于將來自所述光源的光導引到所述模具的表 面和所述襯底的表面并且將來自這些表面的反射光導引到分光鏡以測 量所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離；和第二光學系統(tǒng)，其用于將來自所述光源的光導引到所述模具的表 面和所述襯底的表面并且將來自這些表面的反射光導引到圖像拾取設 備以測量所述模具的表面和所述襯底的表面的平面內(nèi)位置；其中所述第一光學系統(tǒng)和所述第二光學系統(tǒng)共用它們的光軸的一 部分。
13. 根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述第二光學系統(tǒng)具有大 于所述第一光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。
14. 根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述第二光學系統(tǒng)具有大 于所述第一光學系統(tǒng)的放大率。
15. —種通過使用壓印裝置生產(chǎn)結構的工藝，其包括 使用根據(jù)權利要求12所述的壓印裝置。
全文摘要
一種將提供給模具的圖案壓印到襯底或襯底上的元件上的壓印裝置，包括光源，其用光輻照與所述襯底相對布置的所述模具的表面和所述襯底的表面；光學系統(tǒng)，其用于將來自所述光源的光導引到所述模具的表面和所述襯底的表面并且將來自這些表面的反射光導引到分光鏡；分光鏡，其用于將所述光學系統(tǒng)導引的反射光散射成光譜；和分析器，其用于分析所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離。所述分析器通過測量所述模具的表面和在遠離所述模具的表面的位置形成的表面之間的距離計算所述模具的表面和所述襯底的表面之間的距離。
文檔編號G03F7/00GK101292195SQ200680038978
公開日2008年10月22日 申請日期2006年10月18日 優(yōu)先權日2005年10月18日
發(fā)明者關淳一, 末平信人, 稻秀樹 申請人:佳能株式會社