KR101110420B1 - 기판 정렬 모듈 및 이를 구비하는 리소그래피 장치 - Google Patents

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이재종
최기봉
김기홍
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한국기계연구원
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Abstract

기판과 스탬프를 정밀하게 정렬시키고, 정렬된 기판과 스탬프의 위치를 유지시킬 수 있는 기판 정렬 모듈과 이를 구비하는 리소그래피 장치가 개시된다. 기판과 스탬프를 정렬시키고 정렬된 기판 및 스탬프의 위치를 유지할 수 있는 기판 정렬 모듈은, 기판이 장착되는 기판 척, 상기 기판 척이 장착되는 기판 홀더, 상기 기판 상부에 구비되어 스탬프가 장착되는 스탬프 척, 상기 스탬프 척이 장착되는 스탬프 홀더, 상기 스탬프 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제1 정렬하기 위한 스테이지부 및 상기 기판 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제2 정렬하기 위한 압전소자를 포함하여 구성된다.

Description

기판 정렬 모듈 및 이를 구비하는 리소그래피 장치{ALIGNMENT MODULE FOR SUBSTRATE AND LITHOGRAPH APPARATUS HAVING THE ALIGNMENT MODULE}
본 발명은 반도체 장치의 제조를 위한 리소그래피 장치에 관한 것으로, 기판 및 스탬프를 정렬하고 정렬이 유지된 상태에서 임프린트 공정을 수행하는 기판 정렬 모듈 및 이를 구비하는 리소그래피 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치(semiconductor device)는 반도체 기판에 증착, 리소그래피(lithography), 식각, 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing), 세정 및 건조, 이온주입, 그리고 검사 등과 같은 단위 공정들이 반복 수행됨에 따라 제조된다.
최근 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있으며, 미세 가공 기술에 대한 디자인 룰(design rule)이 엄격해지고 있다.
일반적으로, 반도체 장치의 제조를 위해서는 마이크로미터 혹은 나노미터 수준의 미세한 구조물을 제작해야 하는데, 마스크(mask) 혹은 스탬프(stamp)를 이용하여 구조물의 형상을 전사시켜 대량으로 생산하는 방법과 마스크 혹은 스탬프 없이 임의의 형상을 제작하는 방법이 있다. 여기서, 전자의 경우, 마스크에 광을 조사하여 전사시키는 포토 리소그래피(photo lithography)와 스탬프를 사용하여 물리적으로 압착시켜 전사시키는 임프린트 리소그래피(imprint lithography)가 있다.
한편, 포토 리소그래피의 경우에는 레지스트(resist)가 도포된 기판 위에 마스크를 정렬하여 위치시킨 후 빛을 조사하여 레지스트를 경화시킨다. 그리고 임프린트 리소그래피의 경우에는 레지스트가 도포된 기판 위에 스탬프를 정렬하여 위치시킨 후 스탬프와 기판이 밀착되도록 가압한 후 가열하거나 빛을 조사하는 등의 방법을 이용하여 레지스트를 경화시킨다.
그런데 포토 리소그래피 공정의 경우 가공 가능한 구조물의 미세도는 광원의 파장에 의존하므로, 미세 패턴의 마스크를 사용하더라도 광원의 파장 이하의 미세 구조물을 가공하기 어려우며, 빛의 간섭 효과의 영향으로 인해 반도체 소자의 집적도가 커짐에 따라 패턴의 CD(critical dimension)가 불균일하게 형성되는 문제점이 있다.
이러한 포토 리소그래피 공정의 문제점 및 한계를 극복하기 위해서 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 공정이 개발되었다. 임프린트 리소그래피 공정은 패턴이 형성된 스탬프를 기판에 물리적으로 접촉시킨 후 에너지(자외선 또는 열(熱))를 인가하여 경화시켜 패턴을 전사하는 방법으로, 기존의 포토 리소그래피 공정으로는 구현하기 힘든 수십에서 수 나노 이하의 미세 패턴 제작이 가능하다.
한편, 리소그래피 공정을 통해 기판 상에 2차원 또는 3차원 구조물이 형성되는데, 3차원 구조물을 형성하기 위해서는 포토 리소그래피 또는 임프린트 리소그래피 공정을 2회 이상 수행하여 제작하는 다층 패터닝 공정이 수행된다. 여기서, 다층 패터닝 공정의 경우 다수의 패터닝 공정을 순차적으로 수행하여 구조물을 형성하므로, 매 패터닝 공정 시마다 형성되는 형상은 최초 공정에서 제작한 기판 상의 형상에 대해서 및 직전 패터닝 단계에서 형성된 패턴과의 정렬이 매우 중요하다. 따라서, 마스크 또는 스탬프와 기판 사이의 위치 정렬은 매우 중요하며, 이러한 위치 정렬 여부는 제작된 구조물의 정확성 및 성능을 결정짓는 중요한 요인 중 하나이다. 특히, 나노기술의 필요성이 대두됨에 따라 마이크로미터 수준의 형상뿐만 아니라 나노미터 수준의 정밀한 형상에 대한 제작도 요구되므로, 이와 같은 수준의 제조 장비의 개발이 요구된다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 임프린트 리소그래피나 포토 리소그래피 장치에서 기판과 스탬프를 정밀하게 정렬시키고, 정렬된 기판 및 스탬프의 위치를 유지시킬 수 있는 기판 정렬 모듈 및 이를 구비하는 리소그래피 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판과 스탬프 사이의 위치를 정밀하게 정렬시키고, 정렬된 기판 및 스탬프의 위치를 유지할 수 있는 기판 정렬 모듈은, 기판이 장착되는 기판 척, 상기 기판 척이 장착되는 기판 홀더, 상기 기판 상부에 구비되어 스탬프가 장착되는 스탬프 척, 상기 스탬프 척이 장착되는 스탬프 홀더, 상기 스탬프 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제1 정렬하기 위한 스테이지부 및 상기 기판 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제2 정렬하기 위한 압전소자를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 스탬프 홀더와 상기 스테이지부를 연결하는 판 스프링 형태의 스프링부를 포함하고, 상기 스프링부는 상기 기판과 상기 스탬프가 접촉되었을 때 상기 기판과 상기 스탬프가 맞닿은 면과 동일 높이에 위치하도록 구비되어, 상기 기판과 상기 스탬프 사이의 높이변화 및 각도변화를 정렬시킨다. 여기서, 상기 스프링부는 상기 스테이지부에 소정의 개구부가 형성되고 상기 개구부 내부에 구비된 스프링 블록을 포함하고, 일단이 상기 스탬프 홀더에 연결되고 타단이 상기 스프링 블록에 연결된 제1 스프링 및 일단이 상기 스테이지부에 연결되고 타단이 상기 스프링 블록에 연결된 제2 스프링을 포함하는 2중 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스프링부는 상기 스탬프 홀더 둘레를 따라 복수개가 구비될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 스테이지부는 마이크로미터 수준에서 상기 기판과 상기 스탬프의 위치를 제1 정렬시키고, 상기 압전소자는 나노미터 수준에서 상기 기판과 상기 스탬프의 위치를 제2 정렬시킨다. 여기서, 상기 스테이지부는 다수의 스테이지 블록이 적층되어 형성되고, 상기 각 스테이지 블록은 그 중앙에 상기 기판과 상기 스탬프가 위치할 수 있도록 상기 기판 및 상기 스탬프보다 크기가 큰 홀이 형성될 수 있다. 또한, 상기 스테이지부는 상기 스테이지 블록을 좌우 및 전후 방향으로 직선 이동시키는 선형 가이드와 상기 스테이지 블록을 회전 이동시키는 회전 가이드를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 상기 선형 가이드는 상기 스테이지 블록의 각각의 사이에 구비되어 상기 각 스테이지 블록을 연결시키도록 구비되고, 상기 스테이지 블록의 선형 이동을 조절하기 위한 선형 조절부가 상기 스테이지 블록의 양측에서 서로 마주보도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 회전 가이드는 상기 스테이지 블록을 연결시키도록 구비되고, 상기 스테이지 블록의 회전 이동을 조절하기 위한 회전 조절부가 상기 스테이지 블록의 일측에 구비될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 기판 홀더는 상기 기판 척을 자기력, 정전기력, 공기압 중 어느 하나의 형태로 고정시키는 수단을 사용할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판과 스탬프가 장착되고 상기 기판과 상기 스탬프의 위치를 정렬하는 기판 정렬 모듈, 상기 기판 정렬 모듈을 이동시키는 이송부, 상기 기판 정렬 모듈에 장착된 상기 기판과 상기 스탬프의 위치를 측정하는 위치측정부, 상기 기판에 자외선을 조사하는 자외선 조사부 및 상기 기판을 상기 스탬프에 대해 가압하는 가압부를 포함하여 구성된다. 여기서, 기판 정렬 모듈은, 기판이 장착되는 기판 척, 상기 기판 척이 장착되는 기판 홀더, 상기 기판 상부에 구비되어 스탬프가 장착되는 스탬프 척, 상기 스탬프 척이 장착되는 스탬프 홀더, 상기 스탬프 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제1 정렬하기 위한 스테이지부 및 상기 기판 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제2 정렬하기 위한 압전소자를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 자외선 조사부는 상부에 구비되고, 상기 자외선 조사부에 대응되는 하부에는 상기 가압부가 구비되고, 상기 가압부는 수직으로 이동하여 상기 기판 정렬 모듈을 상기 자외선 조사부에 접촉시키도록 작동하며, 상기 가압부의 이동 시 상기 기판 정렬 모듈이 상기 이송부에 이탈하여 상부로 이동할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 가압부의 상부측에는 상기 기판에 열을 가하기 위한 가열부가 구비될 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 다층 패터닝을 위한 기판의 위치를 정렬 및 고정할 수 있으며, 보다 용이하게 기판과 스탬프 사이의 위치를 조정할 수 있다.
또한, 기판의 정렬 과정에서 기판의 위치를 정밀하게 조정할 수 있으며, 스탬프의 접촉 및 가압 과정에서 기판과 스탬프가 어긋남을 최소화하여 정렬 상태를 유지할 수 있다.
또한, 다양한 구조물을 정밀하게 제작 가능하므로 보다 집적도 높은 반도체 장치를 제작할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트 리소그래피 공정에서 다층 패터닝 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 모듈을 도시한 개략도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 8과 도 9는 도 3의 기판 정렬 모듈에서 기판 및 스탬프가 장착되는 것을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 10은 도 3의 기판 정렬 모듈에서 제1 위치 정렬 중 직선 방향 조정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 도 3의 기판 정렬 모듈에서 제1 위치 정렬 중 회전 방향 조정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는 도 3의 기판 정렬 모듈에서 제2 위치 정렬을 설명하기 위한 개략도이다.
도 13은 도 3의 기판 정렬 모듈에서 스탬프의 경사에 의한 영향을 보여주는 개략도이다.
도 14는 도 13에서 스탬프 홀더와 스프링부의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 15와 도 16은 도 14에서 스탬프 홀더의 상하 방향 이동 시 스프링부의 변형 상태를 보여주기 위한 요부 사시도와 측단면도들이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 기판 정렬 모듈(10) 및 리소그래피 장치(100)에 대해 상세하게 설명한다. 본 실시예에 따르면 리소그래피 장치는 기판(1)을 정렬하고 고정하는 기판 정렬 모듈(10)을 포함하여 구성되며, 기판(1)과 스탬프(3)가 기판 정렬 모듈(10)에 안착되고 정렬된 후 기판 정렬 모듈(10)에 고정된 상태에서 리소그래피 장치(100)에 이송되어 공정이 수행된다.
한편, 이하에서는 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 장치를 예로 들어 설명하지만 본 발명이 임프린트 리소그래피에 한정되는 것은 아니며, 포토 리소그래피(photo lithography) 장치에도 동일하게 적용할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트 리소그래피 공정에서 다층 패터닝 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에 레지스트(51)를 도포하고 제1 스탬프(31)를 레지스트(51)에 대해 가압하여 제1 스탬프(31)에 형성된 패턴을 레지스트(51)에 전사한다. 여기서, 도 1에서 도면부호 51a는 제1 스탬프(31)의 패턴이 전사된 레지스트(51a)이다.
다음으로, 기판(1)에 3차원 구조물을 형성하기 위해서, 도 2에 도시한 바와 같이, 도 1에서 설명한 바와 같이 제1 스탬프(31)의 패턴이 전사된 레지스트(51a) 위에 제2 레지스트(52)를 도포한 후 제2스탬프(3)를 가압하여 제2 스탬프(32)의 패턴을 전사시킨다. 여기서, 도 1에서 도면부호 52a는 제2 스탬프(32)의 패턴이 전사된 레지스트(52a)이다. 그리고 도 2에서 'P'는 제2 스탬프(32)에서 전사하고자 하는 패턴 형상(P)을 나타내고, 'M'은 제2 스탬프(32)와 기판(1)의 정렬 시 기판(1)의 위치를 확인하기 위한 정렬 형상(M)을 나타낸다.
한편, 본 실시예에서는 제1 및 제2 스탬프(31, 32)를 이용하여 패터닝하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 3개 이상의 스탬프를 사용하는 것도 가능하다.
다층 패터닝 공정은, 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 2개 이상 다수의 스탬프(31, 32)를 이용하여 순차적으로 패턴을 전사하여 3차원 구조물을 형성하므로 스탬프(31, 32)와 기판(1)의 위치 정렬이 중요하다. 본 실시예에 따르면 스탬프(3)와 기판(1)을 정렬하고 정렬된 기판(1)의 위치를 유지시키기 위한 기판 정렬 모듈(10)이 개시된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 모듈(10)을 도시한 개략도이다. 한편, 설명의 편의를 위해 이하에서는 스탬프의 도면부호는 '3'을 사용하고 레지스트는 도면부호 '5'를 사용하여 설명한다. 여기서, 스탬프(3)는 상술한 제1 및 제 2 스탬프(31, 32)를 포함하여 기판(1)에 패턴을 전사하기 위한 스탬프들을 포함하여 통칭한다. 마찬가지로 레지스트(5)는 패턴이 전사되기 전의 제1 및 제2 레지스트(51, 52)를 포함하여 기판(1)에 도포된 레지스트들을 통칭한다.
기판 정렬 모듈(10)은 기판(1)과 스탬프(3)를 정렬하고 정렬된 기판(1)과 스탬프(3)를 고정된 상태로 유지시키며, 리소그래피 공정을 위해 기판 정렬 모듈(10)에 기판(1) 및 스탬프(3)가 고정된 상태에서 리소그래피 장치(100, 도 4 내지 도 7 참조)에 이송 및 장착된다.
기판 정렬 모듈(10)은 기판(1)이 장착 지지되는 기판 척(11)과 상기 기판 척(11)이 고정되는 기판 홀더(13), 스탬프(3)가 장착 지지되는 스탬프 척(21)과 상기 스탬프 척(21)이 고정되는 스탬프 홀더(23)를 포함하여 이루어진다. 그리고 기판(1)의 정렬을 위해 스프링부(25)와 압전소자(15)가 구비되며, 상기 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치 정렬을 위한 스테이지부(40)가 구비된다.
예를 들어, 기판 척(11)과 스탬프 척(21)은 각각 기판(1)과 스탬프(3)가 접촉되는 면에 홈이 형성되고 상기 홈 내부에 진공을 제공하여 기판(1)과 스탬프(3)를 각각 파지하여 고정시키는 진공 척일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 척(11)과 스탬프 척(21)은 정전 방식으로 파지하여 고정시키는 정전척을 포함하여 기판(1)과 스탬프(3)를 고정시킬 수 있는 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있다.
또한, 기판 척(11)과 스탬프 척(21)은 금속 재질 또는 유리 재질 등으로 제작될 수 있다. 여기서, 스탬프 척(21)의 경우 리소그래피 공정 중에 자외선 조사가 수행될 수 있는데, 상기 스탬프 척(21)을 통해 자외선이 스탬프(3)에 조사될 수 있도록 자외선이 투과할 수 있는 투명한 유리 등의 재질이 사용될 수 있다.
스탬프 홀더(23)는 스프링부(25)에 의해 스테이지부(40)에 연결 및 지지된다. 그리고 기판 홀더(13)는 압전소자(15)에 의해 스테이지부(40)에 연결 및 지지된다.
그리고 스테이지부(40)는 다수의 스테이지 블록(41, 42, 43, 44)으로 구성되고, 스프링부(25)와 압전소자(15)를 이용하여 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치를 조정하여 정렬시키고 상기 기판(1) 및 상기 스탬프(3)가 정렬된 상태로 고정시킨다. 또한, 스테이지부(40)는 복수의 스테이지 블록(41, 42, 43, 44)이 적층되어 형성되고, 상기 스테이지 블록(41, 42, 43, 44) 중앙에 기판(1) 및 스탬프(3)가 위치해야 하므로, 상기 스테이지 블록(41, 42, 43, 44) 중앙에 상기 기판(1) 및 상기 스탬프(3)보다 크기가 큰 홀(42a, 43a, 도 10, 11 참조)이 형성된다.
기판 정렬 모듈(10) 및 스테이지부(40)에 대한 상세한 구성 및 동작은 도 8 내지 도 16에서 설명한다.
다음으로, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(100)에서 기판 정렬 모듈(10)의 동작 및 리소그래피 장치(100)의 구성과 동작에 대해서 간략하게 설명한다. 참고적으로, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(100)의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기판(1)과 스탬프(3)가 기판 정렬 모듈(10)에 장착된 상태에서 기판 정렬 모듈(10)이 이송부(120)에 지지되어 리소그래피 장치(100)에 장착된다.
그리고 기판 정렬 모듈(10)에 장착된 기판(1)과 스탬프(3)의 상대 위치는 위치측정부(110)에서 측정된다. 여기서, 위치측정부(110)에서 측정된 기판(1)과 스탬프(3)의 위치에 어긋남이 있는 경우, 상기 기판(1)과 상기 스탬프(3)의 위치를 기판 정렬 모듈(10)에서 미세하게 조정하여 정렬한다.
다음으로, 상기 기판(1)과 상기 스탬프(3)의 위치 정렬이 완료되면, 도 5에 도시한 바와 같이, 이송부(120)에 의해 기판 정렬 모듈(10)이 가압부(150) 및 가열부(140) 상으로 이송된다.
다음으로, 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 가압부(150)가 상부로 이동하여 기판 정렬 모듈(10)을 가압 및 상부로 이동시키고, 기판 정렬 모듈(10)이 상부에 위치한 자외선 조사부(130)에 접촉될 때까지 상부로 이동시킨다.
그리고 기판 정렬 모듈(10)이 자외선 조사부(130)에 가압 접촉된 상태에서, 자외선 조사부(130)는 상기 기판 정렬 모듈(10)에 자외선을 조사하고 기판(1) 상에 도포된 레지스트를 경화시킨다.
여기서, 본 실시예에서는 자외선을 조사하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 기판 정렬 모듈(10) 하부에 접촉되어 있는 가열부(140)에서 소정의 열을 가함에 따라 레지스트를 경화시키는 것도 가능하다.
그리고 레지스트의 경화가 완료되면 가압부(150)는 초기 위치로 복귀되고, 기판 정렬 모듈(10)이 이송부(120)에 장착된 후 초기 위치로 복귀되어 리소그래피 공정이 완료된다.
한편, 상술한 실시예에서는 기판 정렬 모듈(10)에서 상부에 스탬프(3)가 안착되고 하부에 기판(1)이 안착되는 예를 들어 설명하였으나, 이와는 반대로 상부에 기판(1)이 안착되고 하부에 스탬프(3)가 안착되는 것도 가능하다. 이 경우, 스탬프(3)의 위치에 따라 자외선 조사부(130)의 위치가 바뀜은 당연하다 할 것이다.
다음으로, 도 8 내지 도 15를 참조하여, 기판 정렬 모듈(10)에서 기판(1)과 스탬프(3)의 위치 정렬에 대해서 상세하게 설명한다.
도 8과 도 9는 기판 정렬 모듈(10)에서 기판(1)과 스탬프(3)를 장착하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
스탬프 척(21)과 스탬프 홀더(23)는 기판 정렬 모듈(10)에서 분리가 가능하며, 도 8에 도시한 바와 같이, 스탬프 척(21)이 분리된 상태에서 기판(1)을 기판 척(11)에 장착 및 고정시키고, 스탬프(3)를 스탬프 척(21)에 장착 및 고정시킨다. 그리고 스탬프(3)가 장착된 스탬프 척(21)을 스탬프 홀더(23)에 장착하면 기판(1) 및 스탬프(3)의 장착이 완료된다.
여기서, 스탬프(3)와 스탬프 척(21) 및 스탬프 홀더(23)의 자중에 의해 스탬프(3)가 기판(1)에 밀착된다. 그런데 스탬프 척(21)이 장착되었을 때 스탬프 홀더(23)에 장착된 스프링부(25)에 변형이 발생함으로써 상기 스프링부(25)의 탄성력에 의해 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 밀착되는 정도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
도 10과 도 11은 기판 정렬 모듈(10)에서 스테이지부(40)에 의한 기판(1) 및 스탬프(3)를 제1 위치 정렬을 설명하기 위한 도면들로써, 도 10은 직선 방향 조정을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 회전 방향 조정을 설명하기 위한 도면이다.
스테이지부(40)는 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치를 정렬하는데, 마이크로 미터 수준에서 위치를 정렬한다. 본 실시예에서는 스테이지부(40)에 의한 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치 정렬을 제1 위치 정렬이라 하고, 후술하는 압전소자(15)에 의한 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치 정렬을 제2 위치 정렬이라 한다.
도 10을 참조하면, 제1 위치 정렬 중 직선 방향 조정은, 도 10에 도시한 바와 같이, 제3 스테이지 블록(43)과 제4 스테이지 블록(44) 사이에서 이루어진다. 제3 및 제4 스테이지 블록(43, 44)의 사이에는 기판(1) 및 스탬프(3)의 조정을 위한 선형 가이드(Linear Guide)(45)가 구비되며, 상기 제3 및 제4 스테이지 블록(43, 44)의 좌우 가장자리 부분에는 각각 미세 조정을 위한 마이크로 조정을 위한 선형 조절부(46)가 구비된다.
예를 들어, 선형 조절부(46)는 마이크로 수준으로 제3 및 제4 스테이지 블록(43, 44)의 위치 조정이 가능한 나사일 수 있다.
선형 조절부(46)를 통해 제3스테이지 블록(43)과 제4스테이지 블록(44)의 상대 위치가 변화된다. 또한, 선형 조절부(46)는 제3 및 제4 스테이지 블록(43, 44)을 사이에 두고 서로 마주보도록 위치하며, 양측에 구비된 선형 조절부(46)를 통해 적절히 조합함으로써, 외부의 마찰력이 비교적 큰 상황에서도 미세하고 정확한 조정이 가능하다.
여기서, 도 10에서는 제3 및 제4 스테이지 블록(43, 44)의 좌우 방향 위치 이동에 대해서 예를 들어 설명하였으나, 상술한 실시예와 마찬가지 방법으로 선형 조절부(46)를 통해 제1스테이지 블록(41)과 제2스테이지 블록(42) 사이의 전후 방향 위치 이동을 구현할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 제2스테이지 블록(42)과 제3스테이지 블록(43) 사이에는 회전 이동을 위한 회전 가이드(Rotation Guide)(47)에 의해 구속되고, 상기 제2 및 제3 스테이지 블록(42, 43)의 일측 가장자리 부분에는 미세 조정을 위한 회전 조절부(48)가 구비된다.
여기서, 회전 조절부(48)는 마이크로 수준으로 제2 및 제3 스테이지 블록(42, 43)의 회전 이동을 조절할 수 있는 나사일 수 있다.
또한, 회전 조절부(48)는 제3 스테이지 블록(43)에 고정 장착되고, 회전 조절부(48)를 작동시킴에 따라 제2 스테이지 블록(42)이 회전한다. 또한, 회전 조절부(48)는 제3 스테이지 블록(43)의 일측에 2개의 회전 조절부(48)가 서로 마주보도록 위치하며, 서로 밀어내는 방향으로 작동하도록 구비된다. 그리고 2개의 회전 조절부(48)를 적절하게 조합하여 회전시킴으로써 제2 및 제3 스테이지 블록(42, 43)의 회전 조정이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 스테이지부(40)는 제1 내지 제4 스테이지 블록(41, 42, 43, 44)을 좌우, 전후 및 회전 방향으로 이동시킴으로써 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 제1 위치 정렬을 수행한다. 또한, 서로 마주보도록 구비된 선형 조절부(46)와 회전 조절부(48)에 의해 미세하고 정확하게 위치를 조정할 수 있으며, 조정이 완료된 후에는 조정된 위치가 견고하게 고정된다. 따라서, 별도의 고정장치가 없더라도 기판(1)과 스탬프(3)의 정렬된 위치를 고정시킬 수 있다. 그러나 상술한 실시예와는 달리, 기판(1)과 스탬프(3)의 정렬 위치를 고정시키기 위한 별도의 고정장치가 구비되는 것도 가능하다.
도 12는 기판 정렬 모듈(10)에서 압전소자(15)를 이용한 제2 위치 정렬을 설명하기 위한 개략도이다.
도 12를 참조하면, 제2 위치 정렬은 기판 홀더(13)와 스테이지부(40) 사이에 구비된 압전소자(15)를 통해 수행된다. 압전소자(15)는 인가되는 전압에 따라 수십 마이크로미터 내지 수 나노미터 수준의 범위 내에서 비교적 정밀하게 인장 또는 수축된다. 본 실시예에서는 기판 홀더(13)와 제4 스테이지 블록(44) 사이에 압전소자(15)가 삽입 구비되며, 압전소자(15)에 소정의 전압을 인가함에 따라 제4 스테이지 블록(44)에 대한 기판(1)의 상대 위치를 미세하게 조정한다.
또한, 압전소자(15)는 기판 홀더(13)의 양측에 각각 제1 및 제2 압전소자(151, 152)가 구비되며, 상기 제1 및 제2 압전소자(151, 152)에 서로 다르게 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 압전소자(151)가 수축되고 제2 압전소자(152)가 팽창됨에 따라, 도 12의 중앙에 도시된 도면과 같이, 기판(1)이 좌측 방향으로 미세하게 위치가 이동된다. 마찬가지로, 도 12에서 하단에 도시된 도면과 같이, 제1 압전소자(151)가 팽창되고 제2 압전소자(152)가 수축됨에 따라 기판(1)이 우측 방향으로 미세하게 위치가 이동된다.
상술한 바와 같이, 기판 정렬 모듈(10)에서 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치가 정렬되면, 리소그래피 장치(100)에서 가압되는데, 이와 같은 과정에서 기판(1)과 스탬프(3)에 강한 압력이 가해진다. 가해지는 압력의 정도는 기판(1)의 면적, 도포된 레지스트의 두께 및 재료의 성질, 스탬프(3) 패턴의 형상 등에 따라 다양하게 결정되는데, 비교적 큰 압력이 가해지더라도 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치가 어긋나지 않도록 하여야 한다.
본 실시예에서는 기판(1)과 스탬프(3)의 위치 어긋남을 방지하기 위한 스프링부(25)가 구비된다. 이하에서는, 도 13 내지 도 16을 참조하여, 스프링부(25)의 동작에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 모듈(10)에서 스프링부(25)에 대한 스탬프의 경사에 의한 영향을 보여주는 개략도이다. 그리고 도 14는 도 13에서 스탬프 홀더(23)와 스프링부(25)의 구성을 설명하기 위한 평면도이고, 도 15와 도 16은 도 14에서 스탬프 홀더(23)의 상하 방향 이동 시 스프링부(25)의 변형 상태를 보여주기 위한 요부 사시도와 측단면도들이다.
기판 정렬 모듈(10)에서 스프링부(25)는 정렬된 기판(1)과 스탬프(3)의 위치 어긋남을 방지한다. 예를 들어, 스프링부(25)는 판 스프링이 사용될 수 있다.
또한, 스프링부(25)는 기판(1)과 스탬프(3)가 접촉된 상태에서 상기 기판(1)과 상기 스탬프(3)의 접촉면과 동일한 위치를 유지하도록 구비된다. 즉, 도 13에 도시한 바와 같이, 스프링부(25)는 점선의 위치, 즉, 스탬프(3)의 표면 위치에 회전 중심이 위치한다. 그리고 이러한 상태에서, 스탬프(3)의 상하 위치 이동에 의한 기울어짐이 발생하는 경우, 스프링부(25)의 작용에 의해 스탬프(3)의 수평 방향 이동이 최소화된 상태에서 수직 방향 이동만 이루어진다. 여기서, 스탬프(3)의 수직 방향 이동은 기판(1)과 스탬프(3)의 위치 어긋남에 대해서는 영향을 거의 미치지 않으므로, 가압 과정에서 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 수평 방향 이동이 억제되므로 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치 어긋남을 억제할 수 있으며, 정렬된 상태를 효과적으로 유지할 수 있다.
여기서, 도 13은 설명을 위해서 스탬프 홀더(23)와 스프링부(25)를 간략하게 도시한 것으로, 실제 스탬프 홀더(23)가 상하로 움직이는 경우, 스프링부(25)의 인장 또는 압축에 의해 스프링부(25)가 원활하게 동작하는 것이 어렵다. 본 실시예에서는 도 14 내지 도 16에 도시한 바와 같이, 스프링부(25)를 구성할 수 있다.
스프링부(25)는 판 스프링이 이중 구조로 구비되고, 스탬프 홀더(23)와 스프링 블록(27) 사이에 스프링부(25)가 연결되며, 스프링 블록(27)과 제1 스테이지 블록(41) 사이에도 스프링부(25)가 연결되도록 구성된다. 도 14 내지 도 16에 도시한 바와 같이, 제1 스테이지 블록(41)에 소정의 개구부가 형성되고 상기 개구부 내부에 스프링 블록(27)이 구비된다. 그리고 스프링부(25)는 일단이 스탬프 홀더(23)에 연결되고 타단이 스프링 블록(27)에 연결된 제1 스프링과 일단이 제1 스테이지 블록(41)에 연결되고 타단이 스프링 블록(27)에 연결된 제2 스프링의 2중 구조로 형성된다. 또한, 스프링부(25)는 스탬프 홀더(23) 둘레를 따라 복수개가 구비되며, 예를 들어, 90° 등간격으로 4곳의 위치에 스프링부(25)가 구비될 수 있다.
도 15와 도 16에 도시한 바와 같이, 스탬프 홀더(23)의 일측이 상하 방향으로 이동하는 경우, 스프링 블록(27)이 스탬프 홀더(23)의 이동 방향을 따라서 일정량 이동한다. 스프링부(25)는 이중구조로 연결되어, 도 16에 도시한 바와 같이, 스프링부(25)가 변형된다. 여기서, 스프링부(25)는 길이 방향으로는 인장 또는 수축이 발생하지 않고 상하 방향으로 변형이 발행하므로, 스탬프 홀더(23)의 일측이 상하 수직 방향으로만 이동한다. 그리고 스탬프 홀더(23)가 상하 방향으로만 이동함으로써 스탬프(3)의 수평 방향 이동을 억제하여 기판(1)과 스탬프(3) 사이의 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 임프린트 리소그래피 장치를 이용하여 미세한 형상을 제작함에 있어서, 기판(1)과 스탬프(3)의 위치를 정밀하게 정렬하고 정렬된 상태를 유지할 수 있으며, 스탬프(3)의 가압 시 위치의 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 다양한 형상을 정밀하게 제작이 가능하도록 함으로써 반도체 장치 등에서 세밀한 부품의 제작을 보다 원활하게 수행할 수 있도록 한다. 즉, 기판 정렬 모듈(10)에서 기판(1) 및 스탬프(3)를 미세하게 정렬할 수 있으며, 정렬된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 스테이지부(40)를 통해 기판(1) 및 스탬프(3)를 마이크로미터 수준에서 정밀하게 정렬하고 정렬된 상태로 고정 유지시킬 수 있다. 또한, 압전소자(15)를 통해 기판(1) 및 스탬프(3)를 나노미터 수준에서 정밀하게 정렬할 수 있다. 또한, 스프링부(25)를 통해 가압 과정에서 정렬된 기판(1) 및 스탬프(3)의 위치가 어긋나는 것을 방지하여, 패터닝의 정밀도를 향상시키고 불량 발생을 줄일 수 있다
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 기판(substrate)
3, 31, 32: 스탬프(stamp)
5, 51, 52: 레지스트(resist)
51a, 52a: 패턴이 전사된 레지스트
10: 기판 정렬 모듈(alignment module)
11: 기판 척
13: 기판 홀더(substrate holder)
15, 151, 152: 압전소자(PZT)
21: 스탬프 척
23: 스탬프 척(stamp holder)
25: 스프링부
27: 스프링 블록
40: 스테이지부
41, 42, 43, 44: 스테이지 블록(stage block)
42a, 43a: 홀
45: 선형 가이드(linear guide)
46: 선형 조절부(micrometer)
47: 회전 가이드(rotation guide)
48: 회전 조절부(micrometer)
100: 리소그래피 장치
110: 위치측정부
120: 이송부
130: 자외선 조사부
140: 가열부
150: 가압부
M: 정렬 영역
P: 패턴 영역

Claims (13)

  1. 기판이 장착되는 기판 척;
    상기 기판 척이 장착되는 기판 홀더;
    상기 기판 상부에 구비되어 스탬프가 장착되는 스탬프 척;
    상기 스탬프 척이 장착되는 스탬프 홀더;
    상기 스탬프 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제1 정렬하기 위한 스테이지부;
    상기 기판 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제2 정렬하기 위한 압전소자; 및
    상기 스탬프 홀더와 상기 스테이지부를 연결하는 판 스프링 형태를 갖고, 상기 기판과 상기 스탬프가 접촉되었을 때 상기 기판과 상기 스탬프가 맞닿은 면과 동일 높이에 위치하도록 구비되어, 상기 기판과 상기 스탬프 사이의 높이변화 및 각도변화를 정렬시키는 스프링부;
    를 포함하는 기판 정렬 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스프링부는 상기 스테이지부에 소정의 개구부가 형성되고 상기 개구부 내부에 구비된 스프링 블록을 포함하고,
    일단이 상기 스탬프 홀더에 연결되고 타단이 상기 스프링 블록에 연결된 제1 스프링; 및
    일단이 상기 스테이지부에 연결되고 타단이 상기 스프링 블록에 연결된 제2 스프링;
    을 포함하는 2중 구조로 형성된 기판 정렬 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스프링부는 상기 스탬프 홀더 둘레를 따라 복수개가 구비된 기판 정렬 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지부는 다수의 스테이지 블록이 적층되어 형성되고,
    상기 각 스테이지 블록은 그 중앙에 상기 기판과 상기 스탬프가 위치할 수 있도록 상기 기판 및 상기 스탬프보다 크기가 큰 홀이 형성된 기판 정렬 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스테이지부는 상기 스테이지 블록을 좌우 및 전후 방향으로 직선 이동시키는 선형 가이드와 상기 스테이지 블록을 회전 이동시키는 회전 가이드를 포함하는 기판 정렬 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선형 가이드는 상기 스테이지 블록의 각각의 사이에 구비되어 상기 각 스테이지 블록을 연결시키도록 구비되고,
    상기 스테이지 블록의 선형 이동을 조절하기 위한 선형 조절부가 상기 스테이지 블록의 양측에서 서로 마주보도록 구비된 기판 정렬 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 회전 가이드는 상기 스테이지 블록을 연결시키도록 구비되고,
    상기 스테이지 블록의 회전 이동을 조절하기 위한 회전 조절부가 상기 스테이지 블록의 일측에 구비된 기판 정렬 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 상기 기판 척을 자기력, 정전기력, 공기압 중 어느 하나의 형태로 고정시키는 기판 정렬 모듈.
  11. 기판과 스탬프가 장착되고 상기 기판과 상기 스탬프의 위치를 정렬하는 기판 정렬 모듈;
    상기 기판 정렬 모듈을 이동시키는 이송부;
    상기 기판 정렬 모듈에 장착된 상기 기판과 상기 스탬프의 위치를 측정하는 위치측정부;
    상기 기판에 자외선을 조사하는 자외선 조사부; 및
    상기 기판을 상기 스탬프에 대해 가압하는 가압부;
    를 포함하고,
    기판 정렬 모듈은,
    기판이 장착되는 기판 척;
    상기 기판 척이 장착되는 기판 홀더;
    상기 기판 상부에 구비되어 스탬프가 장착되는 스탬프 척;
    상기 스탬프 척이 장착되는 스탬프 홀더;
    상기 스탬프 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제1 정렬하기 위한 스테이지부;
    상기 기판 홀더에 연결되어 상기 기판과 상기 스탬프를 제2 정렬하기 위한 압전소자; 및
    상기 스탬프 홀더와 상기 스테이지부를 연결하는 판 스프링 형태를 갖고, 상기 기판과 상기 스탬프가 접촉되었을 때 상기 기판과 상기 스탬프가 맞닿은 면과 동일 높이에 위치하도록 구비되어, 상기 기판과 상기 스탬프 사이의 높이변화 및 각도변화를 정렬시키는 스프링부;
    를 포함하는 리소그래피 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자외선 조사부는 상부에 구비되고, 상기 자외선 조사부에 대응되는 하부에는 상기 가압부가 구비되고,
    상기 가압부는 수직으로 이동하여 상기 기판 정렬 모듈을 상기 자외선 조사부에 접촉시키도록 작동하며, 상기 가압부의 이동 시 상기 기판 정렬 모듈이 상기 이송부에 이탈하여 상부로 이동되는 리소그래피 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가압부의 상부측에는 상기 기판에 열을 가하기 위한 가열부가 구비된 리소그래피 장치.
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