KR102302846B1

KR102302846B1 - 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치 및 임프린트 방법

Info

Publication number: KR102302846B1
Application number: KR1020200016166A
Authority: KR
Inventors: 이재종; 임형준; 최기봉; 김기홍; 권순근; 안준형; 최학종
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2040-02-11
Also published as: KR20210101784A

Abstract

본 발명은 하나의 임프린트 장치에서 스탬프와 기판의 위치 정렬이 이루어지고, 스탬프와 기판을 서로 가압하는 동안 정렬 위치 측정 장치를 통해 스탬프와 기판의 정렬 상태를 확인한 후 기판 상에 도포된 레지스트를 경화시킴으로써, 스탬프와 기판의 가압 과정에서 발생 가능한 스탬프와 기판의 위치가 서로 어긋나는 것을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 스탬프와 기판의 정렬이 유지된 상태에서 임프린트 공정을 수행할 수 있는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치 및 임프린트 방법에 관한 것이다.

Description

정렬 기능이 포함된 임프린트 장치 및 임프린트 방법 {Imprint apparatus with alignment and imprint method}

본 발명은 임프린트 리소그래피 등의 공정에서 기판과 스탬프의 정렬을 수행한 후 정렬이 유지된 상태에서 임프린트 공정을 원활히 수행할 수 있는 임프린트 장치 및 임프린트 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 등의 제조에는 마이크로미터 혹은 나노미터 수준의 미세한 형상들을 제작해야 하며, 그 방법으로는 마스크(Mask) 혹은 스탬프(Stamp) 등의 형상을 전사시켜 대량으로 생산하는 방법과 마스크 혹은 스탬프 없이 임의의 형상을 제작하는 방법으로 나누어진다.

상기 방법 중 마스크 혹은 스탬프 등의 형상을 전사시키는 방법에 있어서, 마스크를 사용하는 포토리소그래피(Photo Lithography)의 경우에는 레지스트(Resist)가 도포된 기판 위에 마스크를 정렬하여 위치시킨 후 빛을 조사하여 레지스트를 경화시키며, 스탬프를 사용하는 임프린트 리소그래피(Imprint Lithography)의 경우에는 레지스트가 도포된 기판 위에 스탬프를 정렬하여 위치시킨 후 스탬프와 기판이 밀착된 상태에서 가압을 한 후 가열하거나 빛을 조사하는 등의 방법을 이용하여 레지스트를 경화시킨다.

상기 방법에 있어서 기판 위에 제작되는 반도체 등의 일반적인 형상은 2차원 혹은 3차원 형상으로써 존재하며, 특히 3차원 형상은 포토리소그래피 혹은 임프린트리소그래피 공정을 2회 이상 수행하여 제작하는 다층 패터닝을 통해 제작된다. 이때에 2회 이후부터 수행하는 다층 패터닝 공정을 통해 얻어지는 형상은 최초 공정에서 제작했던 기판 위 형상을 기준으로 볼 때 그 위치가 어긋남이 없어야 한다.

따라서 마스크 혹은 스탬프와 기판 사이의 위치 정렬은 필수로 적용되는 공정으로써 제작된 형상의 성능을 결정짓는 중요한 요인 중의 하나이다. 특히, 나노기술의 필요성이 대두됨에 따라 마이크로미터 수준의 형상뿐만 아니라 나노미터 수준의 정밀한 형상에 대한 제작도 요구되어, 이에 관련한 제조 장비의 기능이 종래의 것과는 구별되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 임프린트 리소그래피 공정을 간략히 나타내고 있다. 기판(1) 위에 레지스트(2)를 도포한 후 스탬프(3)를 이용하여 스탬프(3)에 존재하는 형상을 레지스트(2)에 전사시키면 모양이 변화된 레지스트가 얻어진다.

도 1과 같은 공정은 도 2에 도시한 임프린트 장치에 의해 이루어지는 것이 일반적이다. 그리고 구체적인 순서 임프린트 장치의 스탬프 고정부(10)에 스탬프(11)를 장착하고 레지스트가 도포된 기판(21)을 기판 고정부(20)에 장착한 후, 가압 장치(30)를 이용해 기판(21)을 상승시켜 스탬프(11)와 기판(21)을 접촉시킨 후 일정한 힘으로 가압을 수행한 다음, 스탬프(11)의 상부에 배치된 경화 장치(40)를 이용해 기판(21)으로 자외선을 조사하여 레지스트를 경화시킨다. 이후 스탬프(11)를 기판(21)으로부터 분리하는 디몰딩(demolding) 과정을 거친 후 스탬프(11)와 기판(21)을 각각 임프린트 장치로부터 분리한다.

그러나 임프린트 리소그래피를 이용하여 다층 패터닝을 수행하고자 하는 경우 도 3과 같이 스탬프(11)와 레지스트(24)가 도포된 기판(21)에 각각 존재하는 패턴들(12, 22)의 위치를 각각에 형성된 정렬표식(13, 23)의 상대 위치를 확인하고 판단하여 정확히 정렬한 후, 접촉 및 가압을 수행하고 자외선을 조사하여 경화시켜야 제작하고자 하는 다층의 패턴 형상을 얻을 수 있을 것이다. 여기에서 다층 패터닝을 위한 임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 도중, 스탬프와 기판의 위치 정렬이 이루어진 후 가압을 수행하는 과정에서 스탬프와 기판에 작용하는 힘으로 인해 정렬된 위치가 어긋날 수 있다. 따라서 가압이 이루어지는 동안에 위치 어긋남을 최소화 할 수 있도록 기판과 스탬프를 견고히 고정시켜주어야 한다.

이를 해소하기 위한 선행기술로 한국등록특허인 '기판 정렬 모듈 및 이를 구비하는 리소그래피 장치'(등록번호 1005582, 등록일 2010.12.27.)가 있으며, 이는 임프린트 장치와 정렬 측정 장치가 분리되어 있는 상태에서, 정렬 측정 장치에서 기판과 스탬프 사이의 위치 정렬이 이루어진 후 스탬프와 기판을 임프린트 장치로 이동하여 가압 및 레지스트 경화를 수행하는 장치이다.

그러나 이 장치들은 기판과 스탬프가 임프린트 장치로 이동하는 순간부터 더 이상 정렬 측정 장치를 통한 영상을 확인할 수 없으므로, 기판과 스탬프 사이의 위치 변화가 발생하였는지 여부를 판단할 방법이 없다. 즉, 기판과 스탬프를 임프린트 장치로 이동하는 과정에서 또는 기판과 스탬프를 일정한 힘으로 가압하는 과정에서 추가로 발생될 수 있는 위치 변화를 확인할 수 없으므로 이러한 영향을 정량적으로 분석한다거나 또는 적극적으로 보상할 수 있는 방법이 없다.

KR 10-1005582 B1 (2010.12.27.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 임프린트 리소그래피를 통해 미세한 형상을 제작함에 있어 기판의 위치를 안정적으로 정렬할 수 있고, 가압에 의한 기판과 스탬프 간의 위치 변화를 최소화 할 수 있는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치 및 임프린트 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치는, 스탬프가 장착되어 고정되는 스탬프 고정부; 상기 스탬프 고정부의 하측에 이격되어 배치되며, 기판이 장착되어 고정되는 기판 고정부; 상기 기판 고정부가 장착되며, 상기 기판 고정부의 위치를 정렬시키는 기판 정렬 장치; 상기 기판 정렬 장치가 장착되며, 상기 기판 고정부 및 기판 정렬 장치를 상하방향으로 이동시키는 가압 장치; 상기 스탬프 고정부의 상측에 배치되며, 상기 스탬프 고정부에 장착된 스탬프 및 상기 기판 고정부에 장착된 기판의 위치를 측정하는 정렬 위치 측정 장치; 상기 스탬프 고정부의 상측에 배치되며, 상기 기판 고정부에 장착된 기판 상에 도포된 레지스트를 경화시키는 경화 장치; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 정렬 위치 측정 장치 및 경화 장치에 결합되어, 상기 정렬 위치 측정 장치 및 경화 장치 중 어느 하나를 선택적으로 상기 스탬프 고정부의 상부에 위치하도록 이동시키는 광학부 이송 스테이지를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 스탬프 고정부, 가압 장치 및 광학부 이송 스테이지는 하나의 프레임에 결합되어, 스탬프 고정부; 기판 고정부; 기판 정렬 장치; 가압 장치; 정렬 위치 측정 장치; 경화 장치; 및 광학부 이송 스테이지가 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 정렬 위치 측정 장치는, 수평방향으로 서로 이격되어 배치된 제1측정 장치 및 제2측정 장치; 상기 제1측정 장치에 결합되어 상기 제1측정 장치의 위치를 정렬시키는 제1이송 스테이지; 및 상기 제2측정 장치에 결합되어 상기 제2측정 장치의 위치를 정렬시키는 제2이송 스테이지; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 스탬프 고정부 및 스탬프는 광 투과성 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 경화 장치는 자외선을 조사하여 기판 상에 도포된 레지스트를 경화시키는 자외선 조사 장치일 수 있다.

또한, 상기 스탬프 및 기판에는 각각 상기 정렬 위치 측정 장치를 이용해 식별 가능한 정렬 표식이 형성될 수 있다.

또한, 상기 기판 고정부는, 상기 기판 정렬 장치에 결합된 베이스 블록; 상기 베이스 블록의 상측에 이격 배치되며, 기판이 고정되는 진공척; 및 상기 베이스 블록 및 진공척의 둘레 부분에 둘 이상이 배치되고, 상기 베이스 블록과 진공척을 연결하여 수평방향을 기준으로 한 진공척의 기울기가 조절되도록 안내하는 가이드 부재; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 가이드 부재는, 상기 베이스 블록과 진공척에 각각 일단부가 연결된 한 쌍의 판스프링; 및 상기 한 쌍의 판스프링의 타단부를 연결하는 연결 블록; 을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 기판 고정부는, 상기 베이스 블록 및 진공척의 둘레 내측에 배치되며, 상기 베이스 블록과 진공척 사이에 양단이 지지된 복수의 탄성부재를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 기판 정렬 장치는, 상기 기판 고정부의 X방향 위치를 정렬시키는 X방향 정렬부; 상기 기판 고정부의 Y방향 위치를 정렬시키는 Y방향 정렬부; 및 상기 기판 고정부의 Z축을 중심으로 회전되는 θ방향 위치를 정렬시키는 θ방향 정렬부; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고 본 발명의 임프린트 방법은, 하나의 임프린트 장치의 미리 정해진 위치에 스탬프와 기판을 높이방향으로 서로 이격되게 장착하는 기판 및 스탬프 장착 단계; 상기 스탬프의 상부에 배치된 정렬 위치 측정 장치를 이용해 상기 스탬프에 대응되는 위치로 상기 정렬 위치 측정 장치의 위치를 조절하여 정렬하는 정렬 위치 측정 장치의 위치 보정 단계; 상기 기판을 스탬프에 근접한 위치로 이동시킨 후, 상기 정렬 위치 측정 장치를 이용해 상기 스탬프에 대응되는 위치로 기판의 위치를 조절하여 정렬하는 기판 위치 정렬 단계; 상기 스탬프와 기판을 서로 접촉시키고 상기 스탬프와 기판을 서로 마주보는 방향으로 가압하는 가압 단계; 상기 스탬프의 상부에 경화 장치를 위치시킨 후 상기 기판 상에 도포된 레지스트를 경화시키는 경화 단계; 및 상기 스탬프와 기판을 서로 이격시켜 분리하는 디몰딩 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 가압 단계가 수행되는 동안, 상기 정렬 위치 측정 장치를 이용해 스탬프와 기판의 정렬 상태를 확인하는 가압 정렬 확인 단계가 동시에 수행될 수 있다.

또한, 상기 가압 단계 후, 상기 스탬프와 기판의 위치가 고정된 상태에서 정렬 위치 측정 장치 및 경화 장치를 이동시킨 다음 경화 단계가 수행될 수 있다.

본 발명의 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치 및 임프린트 방법은, 기판의 위치를 안정적으로 정렬할 수 있고 가압에 의한 기판과 스탬프 간의 위치 변화를 최소화 할 수 있어, 정렬 상태를 유지하며 임프린트 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 임프린트 리소그래피 방법을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래의 임프린트 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 다층 패터닝을 수행하기 위한 임프린트 방법을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치의 기판 고정부를 나타낸 개략도 및 사시도이다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치를 이용한 임프린트 방법을 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명의 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치 및 임프린트 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

<정렬 기능이 포함된 임프린트 장치>

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치를 나타낸 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치는 크게 프레임(100), 스탬프 고정부(200), 기판 고정부(300), 기판 정렬 장치(400), 가압 장치(500), 정렬 위치 측정 장치(600) 및 경화 장치(700)를 포함하여 구성될 수 있으며, 정렬 위치 측정 장치(600) 및 경화 장치(700)를 이송시키는 광학부 이송 스테이지(800)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

우선, 프레임(100)은 상측에서부터 하측으로 순서대로 상부 프레임(110), 중간 프레임(120) 및 하부 프레임(130)이 이격되게 배치되며, 상부 프레임(110), 중간 프레임(120) 및 하부 프레임(130)은 상하방향으로 세워진 형태의 수직 프레임(140)들에 결합되어 견고한 뼈대를 형성한다.

스탬프 고정부(200)는 상부 프레임(110)에 결합되어 고정될 수 있다. 그리고 스탬프 고정부(200)에는 진공척 등이 구비되어 있어 스탬프 고정부(200)의 하면에 스탬프(201)를 장착할 수 있으며, 아울러 스탬프(201)를 탈부착하기 용이할 수 있다. 또한, 스탬프 고정부(200) 및 스탬프(201)는 그 상부에 배치된 정렬 위치 측정 장치(600)에서 조사되는 빛과 경화 장치(700)에서 조사되는 자외선이 통과될 수 있도록 광 투과성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 스탬프(201)는 상면이 스탬프 고정부(200)에 흡착되어 장착될 수 있으며, 스탬프(201)의 하면에는 특정한 요철 형태의 패턴이 미리 형성된 상태에서 스탬프 고정부(200)에 장착될 수 있다.

기판 고정부(300)는 그 상면에 기판(301)이 장착되어 고정될 수 있다. 그리고 기판 고정부(300)는 상면에 기판(301)이 장착된 상태에서 스탬프(201)와 마주볼 수 있는 하측의 위치에 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 기판 고정부(300) 역시 진공척 등이 구비되어 있어 기판 고정부(300)의 상면에 기판(301)을 장착할 수 있으며, 아울러 기판(301)을 탈부착하기 용이할 수 있다. 여기에서 기판(301)은 기판 고정부(300)에 흡착되어 장착될 수 있으며, 기판(301)의 상면에는 요철 형태 등으로 미리 특정한 패턴이 형성되어 있을 수 있으며, 패턴이 형성된 위에 레지스트가 도포되어진 상태로 기판 고정부(300)에 장착될 수 있다. 또는 기판(301)에 특정한 패턴이 없이 평평한 기판의 상면에 레지스트가 도포되어 있는 상태로 기판 고정부(300)에 장착될 수도 있다. 또한, 기판 고정부(300)의 하부에는 로드셀(350)이 설치되어 있어 상하방향으로 기판(301)이 가압되었을 때 가압력을 측정할 수 있다.

기판 정렬 장치(400)는 기판 고정부(300)의 위치를 정렬시키는 역할을 하며, 기판 정렬 장치(400)의 상측에 기판 고정부(300)가 장착될 수 있다. 그리고 일례로 기판 정렬 장치(400)는 기판 고정부(300)의 X방향 위치를 정렬시키는 X방향 정렬부(410), 기판 고정부(300)의 Y방향 위치를 정렬시키는 Y방향 정렬부(420), 및 기판 고정부(300)의 Z축을 중심으로 회전되는 θ방향 위치를 정렬시키는 θ방향 정렬부(430)를 포함하여 구성될 수 있으며, 기판 정렬 장치(400)는 Y방향 정렬부(420)의 상측에 X방향 정렬부(410)가 적층 결합되어 있고, X방향 정렬부(410)의 상측에 θ방향 정렬부(430)가 적층 결합되어 있는 형태로 구성될 수 있다. 이외에도 기판 정렬 장치(400)는 다양하게 형성될 수 있다. 여기에서 수평방향으로 좌우방향이 X방향이고 수평방향으로 전후방향이 Y방향이며 상하방향이 Z방향이 될 수 있다. 즉, 기판 정렬 장치(400)에 의해 기판 고정부(300)의 X방향 위치, Y방향 위치 및 Z축을 중심으로 회전되는 θ방향 위치가 조절되어 기판 고정부(300)에 장착된 기판(301)의 위치가 조절될 수 있다. 그리하여 스탬프(201)에 대응되는 위치로 기판(301)의 위치를 정렬시킬 수 있다.

가압 장치(500)는 기판 고정부(300) 및 기판 정렬 장치(400)를 상하방향으로 이동시켜 위치를 조절할 수 있으며 기판(301)을 스탬프(201)에 밀착시켜 가압하는 역할을 할 수 있다. 그리고 가압 장치(500)는 액추에이터인 구동부(510)와 상하방향으로의 이동을 안내하는 가이드 로드인 이송부(520)로 구성될 수 있으며, 가압 장치(500)의 상측에 기판 정렬 장치(400)가 결합되어 고정될 수 있다. 이외에도 가압 장치(500)는 다양하게 형성될 수 있다. 그리하여 가압 장치(500)의 작동에 의해 스탬프(201)와 기판(301)이 상하방향으로 이격된 거리가 조절될 수 있으며, 가압 장치(500)에 의해 기판(301)이 스탬프(201)에 밀착되어 가압될 수 있다.

정렬 위치 측정 장치(600)는 스탬프 고정부(200)의 상측에 배치되어 스탬프 고정부(200)에 장착된 스탬프(201)의 위치 및 기판 고정부(300)에 장착된 기판(301)의 위치를 측정하는 역할을 할 수 있다. 그리고 정렬 위치 측정 장치(600)를 이용해 광 투과성 재질의 스탬프 고정부(200)를 통과하여 스탬프(201)에 형성된 정렬 표식들을 확인하여 정렬 위치 측정 장치(600)의 위치를 조절할 수 있다. 일례로 정렬 위치 측정 장치(600)는 수평방향으로 서로 이격되어 배치된 제1측정 장치(610) 및 제2측정 장치(620), 제1측정 장치(610)에 결합되어 제1측정 장치(610)의 위치를 정렬시키는 제1이송 스테이지(630), 및 제2측정 장치(620)에 결합되어 제2측정 장치(620)의 위치를 정렬시키는 제2이송 스테이지(640)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제1측정 장치(610) 및 제2측정 장치(620)는 각각 카메라가 될 수 있으며, 제1이송 스테이지(630)와 제2이송 스테이지(640)는 상부 프레임(110)의 상측에 수평방향으로 이동 가능하게 결합된 별도의 이송 프레임에 고정될 수 있다. 그리하여 제1이송 스테이지(630)에 의해 제1측정 장치(610)의 위치가 조절될 수 있고, 제2이송 스테이지(640)에 의해 제2측정 장치(620)의 위치가 조절될 수 있다. 여기에서 정렬 위치 측정 장치(600)를 스탬프(201)의 정렬 표식들에 맞추어 정렬하는 과정과 스탬프(201)의 정렬 표식들에 기판(301)의 정렬 표식들을 맞추어 정렬하는 과정은 이하의 임프린트 방법에서 상세히 설명하기로 한다.

경화 장치(700)는 스탬프 고정부(200)의 상측에 배치되며, 경화 장치(700)는 상기한 별도의 이송 프레임에 고정되되 수평방향으로 정렬 위치 측정 장치(600)의 일측에 배치될 수 있다. 경화 장치(700)는 일례로 자외선을 조사하여 기판(301)의 상면에 도포된 레지스트를 경화시키는 자외선 조사 장치일 수 있다. 그리고 경화 장치(700)는 정렬 위치 측정 장치(600)와 함께 X방향으로 이동되어 스탬프 고정부(200)에 대응되는 위치로 이동된 후, 경화 장치(700)에서 하방으로 자외선을 조사하여 스탬프 고정부(200) 및 스탬프(201)를 투과한 후 기판(301)의 상면쪽으로 자외선이 조사될 수 있다. 이외에도 경화 장치(700)는 다양하게 형성될 수 있다.

광학부 이송 스테이지(800)는 상부 프레임(110)에 일측이 결합되고 이송 프레임에 타측이 결합되어, 광학부 이송 스테이지(800)에 의해 수평방향으로 이송 프레임을 이동시켜 정렬 위치 측정 장치(600) 및 경화 장치(700)의 위치가 조절될 수 있다. 즉, 광학부 이송 스테이지(800)는 실린더와 같은 리니어 액추에이터 등으로 형성되어, 광학부 이송 스테이지(800)의 작동에 의해 정렬 위치 측정 장치(600)가 스탬프 고정부(200)에 대응되는 위치에 오도록 하거나 경화 장치(700)가 스탬프 고정부(200)에 대응되는 위치에 오도록 선택적으로 위치가 조절될 수 있다.

여기에서 본 발명의 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치는 스탬프 고정부(200), 가압 장치(500) 및 광학부 이송 스테이지(800)가 하나의 프레임(100)에 결합될 수 있으며, 스탬프 고정부(200); 기판 고정부(300); 기판 정렬 장치(400); 가압 장치(500); 정렬 위치 측정 장치(600); 경화 장치(700); 및 광학부 이송 스테이지(800)가 일체로 형성될 수 있다.

그리하여 본 발명의 기판의 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치는 기판의 위치를 안정적으로 정렬할 수 있고, 가압에 의한 기판과 스탬프 간의 위치 변화를 최소화 할 수 있어 정렬 상태를 유지하며 임프린트 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. 그리고 본 발명의 기판의 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치는 스탬프와 기판이 가압되는 동안에도 정렬 위치 측정 장치를 통해 스탬프와 기판이 서로 위치가 어긋나는지를 확인 할 수 있으며, 스탬프와 기판이 서로 위치가 어긋나는지를 확인하여 스탬프와 기판의 상대 위치를 보정할 수 있는 장점이 있다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치의 기판 고정부를 나타낸 개략도 및 사시도이다.

도 5를 참조하면, 기판 고정부(300)는 크게 베이스 블록(310), 진공척(320) 및 둘 이상의 가이드 부재(330)로 구성될 수 있으며, 복수의 탄성부재(340)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 베이스 블록(310)은 기판 정렬 장치(400)에 결합될 수 있고, 진공척(320)은 베이스 블록(310)의 상측에 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 진공척(320)은 상면에 진공 유로와 연통된 구멍 또는 홈이 형성되어, 진공척(320)의 상면에 놓이는 기판(301)을 진공을 이용해 흡착하여 고정할 수 있다. 가이드 부재(330)는 베이스 블록(310) 및 진공척(320)의 둘레 부분에 둘 이상이 배치되고 베이스 블록(310)과 진공척(320)을 연결하여 수평방향을 기준으로 한 진공척(320)의 기울기가 조절되도록 안내할 수 있다. 이때, 가이드 부재(330)는 베이스 블록(310)과 진공척(320)에 각각 일단부가 연결된 한 쌍의 판스프링(331) 및 한 쌍의 판 스프링(331)의 타단부를 연결하는 연결 블록(332)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리하여 베이스 블록(310)을 기준으로 진공척(320)이 상하방향으로만 이동될 수 있고, 수평방향으로의 움직임 및 수평방향에 수직인 Z축을 중심으로 회전되는 방향으로의 움직임 등은 제한될 수 있다. 또한, 복수의 탄성부재(340)들에 의해 기판(301)을 스탬프(201)에 균일하고 강하게 밀착시켜 가압되도록 할 수 있다. 여기에서 스탬프 및 기판은 제품에 따라 두께의 편차가 있으며, 임프린트 장치를 구성하는 각 부품들에 조립 오차나 각도 정렬 오차 등이 존재할 수 있으므로, 도 5의 위쪽 그림과 같이 기판(301)의 두께 편차 등으로 인해 기판(301)의 상면이 스탬프(201)의 하면에 대해 기울어진 상태로 이격되어 배치된 경우, 도 5의 아래 그림과 같이 스탬프(201)와 기판(301)이 상하방향으로 가압되었을 때 기판 고정부(300)의 베이스 블록(310)이 기울어지면서 기판(301) 상면의 기울기를 보상해줄 수 있다. 그리하여 스탬프(201)의 하면과 기판(301)의 상면이 나란한 상태에서 기판(301)의 전체 면적에 대해 균일하게 가압될 수 있어, 스탬프(201)에 형성된 패턴 형상이 기판(301)의 상면에 도포된 레지스트에 정확하게 전사될 수 있다.

도 6을 참조하면, 기판 고정부(300)의 베이스 블록(310)은 베이스 판(360)의 상측에 이격 배치되어 베이스 블록(310)과 베이스 판(360)의 사이에 가압력 측정을 위한 복수의 로드셀(350)이 개재되어 결합될 수 있다. 그리고 베이스 판(360)이 기판 정렬 장치의 상측에 결합될 수 있다. 또한, 가이드 부재(330)는 일례로 도시된 바와 같이 120도 간격으로 이격되어 3개로 구성될 수 있으며, 4개 이상 구비될 수도 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 기판 고정부(300)의 복수의 탄성부재(340)는 수평방향으로 베이스 블록(310) 및 진공척(320)의 둘레 내측에 배치되며, 높이방향으로 베이스 블록(310)과 진공척(320) 사이에 배치될 수 있으며, 탄성부재(340)는 하단이 베이스 블록(310)에 받쳐지고 상단이 진공척(320)에 받쳐져 지지될 수 있다. 그리고 베이스 블록(310)에는 상면에서 아래쪽으로 오목하게 복수의 안치홈이 형성되어, 안치홈들에 각각 탄성부재(340)가 삽입될 수 있다. 이때, 탄성부재(340)들은 베이스 블록(310)의 상면에서 상측으로 일부 돌출된 상태로 안치홈에 삽입되어 있을 수 있다. 이외에도 기판 고정부(300)는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

<임프린트 방법>

도 9 내지 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치를 이용한 임프린트 방법을 나타낸 개략도이다.

우선, 본 발명의 일실시예에 따른 임프린트 방법은, 기판 및 스탬프 장착 단계, 정렬 위치 측정 장치의 위치 보정 단계, 기판 위치 정렬 단계, 가압 단계, 경화 단계, 및 디몰딩 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 기판 및 스탬프 장착 단계 이전에 임프린트 장치는 도시된 바와 같은 대기 상태가 될 수 있다. 그리고 도 10을 참조하면, 기판 및 스탬프 장착 단계에서는 임프린트 장치의 미리 정해진 위치인 스탬프 고정부(200)의 하면에 스탬프(201)를 장착하고 기판 고정부(300)의 상면에 기판(301)을 장착하여, 스탬프(201)와 기판(301)이 상하방향으로 서로 이격된 상태로 배치될 수 있다. 이때, 스탬프(201) 및 기판(301)에는 각각 수평방향으로 이격된 위치에 정렬 위치 측정 장치(600)를 통해 식별 가능한 한 쌍의 정렬 표식이 형성되어 있을 수 있으며, 기판(301)의 상면에는 레지스트가 도포되어 있을 수 있다.

도 11을 참조하면, 정렬 위치 측정 장치의 위치 보정 단계에서는 스탬프 고정부(200)의 상부에 배치된 정렬 위치 측정 장치(600)의 위치를 조절하는 단계이다. 이때, 정렬 위치 측정 장치(600)는 제1측정 장치(610) 및 제2측정 장치(620)를 통해 스탬프(201)에 형성된 정렬 표식들을 확인하고, 제1이송 스테이지(630)와 제2이송 스테이지(640)를 이용해 제1측정 장치(610)와 제2측정 장치(620)의 위치를 각각 조절하여 스탬프(201)에 대응되는 위치로 제1측정 장치(610)와 제2측정 장치(620)를 정렬시킬 수 있다.

도 12를 참조하면, 기판 위치 정렬 단계에서는 가압 장치(500)를 작동시켜 기판 정렬 장치(400), 기판 고정부(300) 및 기판(301)을 함께 상승시켜, 기판(301)이 스탬프(201)에 근접하여 이격된 위치로 이동시킨다. 이후 정렬 위치 측정 장치(600)의 제1측정 장치(610) 및 제2측정 장치(620)를 통해 기판(301)에 형성된 정렬 표식들을 확인하고, 기판 정렬 장치(400)의 X방향 정렬부(410), Y방향 정렬부(420), θ방향 정렬부(430)를 이용해 기판(301)의 위치를 조절할 수 있다. 즉, 정렬 위치 측정 장치(600)의 제1측정 장치(610) 및 제2측정 장치(620)를 통해 기판(301)에 형성된 정렬 표식들을 확인하고, 기판 정렬 장치(400)를 조절하여 스탬프(201)에 대응되는 위치로 기판(301)의 위치를 정렬시킬 수 있다.

도 13을 참조하면, 스탬프(201)에는 수평방향으로 양측에 정렬 표식(203)이 형성될 수 있고, 기판(301)에는 스탬프(201)에 대응되도록 수평방향 양측에 정렬 표식(303)이 형성되어 있을 수 있다. 여기에서 도 13의 맨 위쪽 그림과 같이 정렬 위치 측정 장치의 제1측정 장치(610)와 제2측정 장치(620)를 통해 스탬프(201)에 형성된 정렬 표식(203)들을 보면 제1측정 장치(610)와 제2측정 장치(620)를 통해 관찰되는 범위를 각각 벗어나거나 위치가 일치하지 않을 수 있다. 그러므로 도 13의 가운데 그림과 같이 정렬 위치 측정 장치의 위치 보정 단계에서는 스탬프(201)의 정렬 표식(203)들을 잘 볼 수 있는 위치로 제1측정 장치(610)와 제2측정 장치(620)의 위치를 이동시킨다. 이후 기판 위치 정렬 단계에서는 도 13의 맨 아래쪽 그림과 같이 기판(301)을 스탬프(201)에 근접하여 이격된 위치로 상승시킨 후, 제1측정 장치(610)와 제2측정 장치(620)를 통해 보면서 기판(301)의 정렬 표식(303)들이 스탬프(201)의 정렬 표식(203)들에 일치하는 위치로 기판(301)의 위치를 조절할 수 있다. 그리하여 스탬프(201)에 형성된 패턴(202)의 형상을 기판(301)에 미리 형성되어 있는 패턴(302)의 위치에 정확하게 맞추어 기판(301) 상면에 도포된 레지스트(304)에 전사할 수 있다.

도 14를 참조하면, 가압 단계에서는 가압 장치(500)를 작동시켜 기판(301)을 상측으로 더 상승시켜 스탬프(201)에 기판(301)을 접촉시킨 후 스탬프(201)쪽으로 기판(301)을 밀착시켜 가압을 수행할 수 있다. 그리하여 스탬프(201)의 하면에 미리 형성되어 있는 패턴 형상이 기판(301)의 상면에 도포된 레지스트에 전사될 수 있다. 이때, 가압 단계가 수행되는 동안 정렬 위치 측정 장치(600)를 이용해 스탬프(201)와 기판(301)의 정렬 상태를 확인하는 가압 정렬 확인 단계가 동시에 수행될 수 있다. 즉, 스탬프(201)와 기판(301)이 가압되는 동안에 스탬프(201)와 기판(301)간의 정렬 상태가 어긋나는지를 파악할 수 있으며, 정렬 상태가 어긋난 경우에는 기판(301)의 위치를 추가로 보정할 수도 있다.

도 15를 참조하면, 경화 단계에서는 스탬프(201) 및 기판(301)의 위치는 고정되어 있고 가압이 계속 이루어지는 상태에서, 광학부 이송 스테이지(800)를 작동시켜 정렬 위치 측정 장치(600) 및 경화 장치(700)를 수평방향으로 이동시킨다. 그리고 경화 장치(700)가 스탬프(201) 및 스탬프 고정부(200)의 상부쪽에 위치하도록 한 상태에서, 경화 장치(700)를 통해 기판(301)쪽으로 자외선을 조사하여 기판(301) 상면의 레지스트가 경화되도록 할 수 있다.

도 16을 참조하면, 디몰딩 단계에서는 레지스트의 경화가 완료된 후 가압 장치(500)를 작동시켜 기판(301)을 하강시킴으로써 스탬프(201)로부터 기판(301)이 분리될 수 있다. 이후 임프린트 공정이 모두 끝난 스탬프(201)와 기판(301)은 각각 탈착하고, 임프린트 장치의 각 구성요소들은 원래의 대기 상태로 복귀 될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 프레임
110 : 상부 프레임 120 : 중간 프레임
130 : 하부 프레임 140 : 수직 프레임
200 : 스탬프 고정부 201 : 스탬프
202 : 패턴 203 : 정렬 표식
300 : 기판 고정부 301 : 기판
302 : 패턴 303 : 정렬 표식
310 : 베이스 블록 320 : 진공척
330 : 가이드 부재 331 : 판스프링
332 : 연결 블록 340 : 탄성부재
350 : 로드셀 360 : 베이스 판
400 : 기판 정렬 장치
410 : X방향 정렬부 420 : Y방향 정렬부
430 : θ방향 정렬부
500 : 가압 장치
510 : 구동부 520 : 이송부
600 : 정렬 위치 측정 장치
610 : 제1측정 장치 620 : 제2측정 장치
630 : 제1이송 스테이지 640 : 제2이송 스테이지
700 : 경화 장치
800 : 광학부 이송 스테이지

Claims

스탬프가 장착되어 고정되는 스탬프 고정부;
상기 스탬프 고정부의 하측에 이격되어 배치되며, 기판이 장착되어 고정되는 기판 고정부;
상기 기판 고정부가 장착되며, 상기 기판 고정부의 위치를 정렬시키는 기판 정렬 장치;
상기 기판 정렬 장치가 장착되며, 상기 기판 고정부 및 기판 정렬 장치를 상하방향으로 이동시키는 가압 장치;
상기 스탬프 고정부의 상측에 배치되며, 상기 스탬프 고정부에 장착된 스탬프 및 상기 기판 고정부에 장착된 기판의 위치를 측정하는 정렬 위치 측정 장치;
상기 스탬프 고정부의 상측에 배치되며, 상기 기판 고정부에 장착된 기판 상에 도포된 레지스트를 경화시키는 경화 장치; 를 포함하고,
상기 기판 고정부는,
상기 기판 정렬 장치에 결합된 베이스 블록; 상기 베이스 블록의 상측에 이격 배치되며, 기판이 고정되는 진공척; 및 상기 베이스 블록 및 진공척의 둘레 부분에 둘 이상이 배치되고, 상기 베이스 블록과 진공척을 연결하여 수평방향을 기준으로 한 진공척의 기울기가 조절되도록 안내하는 가이드 부재; 를 포함하여 이루어지며,
상기 가이드 부재는,
상기 베이스 블록과 진공척에 각각 일단부가 연결된 한 쌍의 판스프링; 및 상기 한 쌍의 판스프링의 타단부를 연결하는 연결 블록; 을 포함하여 이루어지는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 정렬 위치 측정 장치 및 경화 장치에 결합되어, 상기 정렬 위치 측정 장치 및 경화 장치 중 어느 하나를 선택적으로 상기 스탬프 고정부의 상부에 위치하도록 이동시키는 광학부 이송 스테이지를 더 포함하여 이루어지는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
제2항에 있어서,
상기 스탬프 고정부, 가압 장치 및 광학부 이송 스테이지는 하나의 프레임에 결합되어, 스탬프 고정부; 기판 고정부; 기판 정렬 장치; 가압 장치; 정렬 위치 측정 장치; 경화 장치; 및 광학부 이송 스테이지가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 정렬 위치 측정 장치는,
수평방향으로 서로 이격되어 배치된 제1측정 장치 및 제2측정 장치;
상기 제1측정 장치에 결합되어 상기 제1측정 장치의 위치를 정렬시키는 제1이송 스테이지; 및
상기 제2측정 장치에 결합되어 상기 제2측정 장치의 위치를 정렬시키는 제2이송 스테이지;
를 포함하여 이루어지는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 스탬프 고정부 및 스탬프는 광 투과성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
제2항에 있어서,
상기 경화 장치는 자외선을 조사하여 기판 상에 도포된 레지스트를 경화시키는 자외선 조사 장치인 것을 특징으로 하는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 스탬프 및 기판에는 각각 상기 정렬 위치 측정 장치를 이용해 식별 가능한 정렬 표식이 형성된 것을 특징으로 하는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
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제1항에 있어서,
상기 기판 고정부는,
상기 베이스 블록 및 진공척의 둘레 내측에 배치되며, 상기 베이스 블록과 진공척 사이에 양단이 지지된 복수의 탄성부재를 더 포함하여 이루어지는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
제1항에 있어서,
상기 기판 정렬 장치는,
상기 기판 고정부의 X방향 위치를 정렬시키는 X방향 정렬부;
상기 기판 고정부의 Y방향 위치를 정렬시키는 Y방향 정렬부; 및
상기 기판 고정부의 Z축을 중심으로 회전되는 θ방향 위치를 정렬시키는 θ방향 정렬부;
를 포함하여 이루어지는 정렬 기능이 포함된 임프린트 장치.
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